CN106747128B - 一种大流态高强无收缩灌浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑领域，具体涉及一种大流态高强无收缩灌浆料及其制备方法。所述灌浆料由水泥、矿物掺合料、白云石复合粉、复合膨胀剂、骨料、聚羧酸减水剂和增效助剂组成，各组分的质量分数为：水泥30％～45％，矿物掺合料5％～20％，白云石复合粉3％～10％，复合膨胀剂2％～8％，骨料40％～55％，聚羧酸减水剂0.2％～1.0％，增效助剂0.2％～1.5％。本发明通过粉料体系和骨料的紧密堆积技术，提高流动性和强度；引入增效助剂，通过复合抗离析剂的增稠和吸水释水效应调节水分分布，解决大流态灌浆料离析、泌水、用水量敏感的问题；引入塑性膨胀剂、复合膨胀剂等进行不同阶段膨胀性能调节，解决灌浆料的收缩和沉降问题。

Description

一种大流态高强无收缩灌浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑领域，具体涉及一种大流态高强无收缩灌浆料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的发展和基础设施的大量建设，许多已有建筑物无论是外观状况还是使用功能，急需进行加固和改造；航空、电力、机械等行业采用的大型或特大型设备，需要提高设备安装精度，加快安装速度；以及桥梁、铁路等大型运输设施的建设，对预应力梁、板的张拉质量及耐久性提出更高要求，而灌浆料的性能和质量是影响工程质量的主要因素，因而对灌浆材料提出了更高的性能要求。目前常规的灌浆材料在使用中存在一定的不足，在地基加固、道路修复、二次灌注、公路桥梁后张法预应力管道灌浆等工程中灌浆料普遍存在可操作时间短、后期强度不高、收缩大、材料均质性不好、泌水率过大等问题，从而影响结构的安全性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种大流态高强无收缩灌浆料及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种大流态高强无收缩灌浆料，是由胶凝材料、骨料、聚羧酸减水剂和增效助剂组成，所述胶凝材料是由水泥、矿物掺合料、白云石复合粉和复合膨胀剂组成，各组分按质量百分数计为：水泥30％～45％，矿物掺合料5％～20％，白云石复合粉3％～10％，复合膨胀剂2％～8％，骨料40％～55％，聚羧酸减水剂0.2％～1.0％，增效助剂0.2％～1.5％。
上述方案中，所述增效助剂为复合型高性能外加助剂，由塑性膨胀剂、早强剂、有机硅消泡剂和复合抗离析剂组成，各组分的质量比为塑性膨胀剂：早强剂：有机硅消泡剂：复合抗离析剂＝0.04～0.2：0.3～1.4：0.02～0.12：0.2～1.2。
上述方案中，所述复合抗离析剂是由无机改性海泡石粉和有机黄原胶粉按照质量比5:1～20:1复合制备而成。
上述方案中，所述复合抗离析剂的制备过程为：将海泡石粉过325目筛，加入到CaCl溶液中充分混合搅拌，再加入黄原胶，搅拌打浆并加热至60℃，然后在搅拌条件下滴加引发剂(NH4)2S2O8，引发剂的用量与黄原胶的质量比为1:100～1:250，反应所得产物经真空干燥、粉碎后即得到复合抗离析剂。
上述方案中，所述无机改性海泡石粉是一种多孔无机矿物纤维，其内部具有微孔，比表面积大于4750m2.kg-1，纤维长度为10μm。
上述方案中，所述白云石复合粉为白云岩与矿渣按质量比8:2～5:5的比例混合、粉磨所得细粉，所述白云石复合粉的平均粒径≤5μm，比表面积大于4500m2.kg-1。由于白云石采用的是天然尾屑，与矿渣混磨不仅可以增加其易磨性，减少粘球，同时可提高活性，白云石复合粉的28d的反应活性可达到80％～95％。
上述方案中，所述水泥为普通硅酸盐水泥、或普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥按照质量比2:3～17:3混合所得混合物，所述水泥的强度等级不低于42.5。
上述方案中，所述矿物掺合料为粉煤灰、微珠和硅灰的混合物；所述微珠是经过分选后平均粒径小于1.0μm的超细粉煤灰，用量是矿物掺合料总量的20％～50％；所述硅灰是平均粒径为0.1～0.2μm的无定形二氧化硅，用量是超细矿物掺合料总量的15％～20％；所述粉煤灰用量是超细矿物掺合料总量的30％～60％。
上述方案中，所述复合膨胀剂为轻烧MgO膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的混合物，混合物中轻烧MgO膨胀剂的质量百分比是10％～30％。轻烧MgO膨胀剂具有水化需水量少、长期膨胀性能稳定的特点，可补偿灌浆料后期收缩，保证界面粘结质量，防止开裂和脱粘等问题。
上述大流态高强无收缩灌浆料的制备方法，包括如下步骤：将增效助剂和聚羧酸减水剂按照质量配比称重，首先采用小型干粉混料机混合3min～5min，再将胶凝材料各组份及骨料按质量比称重后一起投入混料机搅拌30min～50min，制成大流态高强无收缩干粉灌浆料；使用时，加入干粉灌浆料质量10wt％～15wt％的拌合用水，搅拌均匀后即得大流态高强无收缩灌浆料，用于现场注浆。
本发明中所述无机改性海泡石粉是一种多孔无机矿物纤维，内部微孔多，比表面积大，具有较强的吸水率、吸附能力和酸碱稳定性，水化早期通过吸水特性贮存水分，水化后期由于湿度差的作用缓慢释放水分，促进水化持续进行，同时补偿由于水分挥发引起的干燥收缩。所述有机黄原胶粉是一种淀粉衍生物高分子杂多糖水溶性粉剂，黄原胶分子链上含有大量的羟基、羧基等活性基团，具有优越的增稠、悬浮和酸碱稳定性。本发明以多孔无机海泡石粉为载体，通过无机盐离子的吸附作用增大其吸水、吸湿能力和离子交换能力，在搅拌的过程中缓慢加入黄原胶，完全溶解后的黄原胶通过活性基团的吸附和交换作用与海泡石颗粒结合，海泡石颗粒吸水的同时，由于黄原胶的增稠和对水分子的抓捕作用，大大增加了复合抗力抗离析剂的吸水和保水特性。
本发明所述复合抗离析剂以束状纤维的无机海泡石为载体，通过与黄原胶分子的结合制备的复合抗离析剂集合了海泡石粉颗粒和黄原胶颗粒的优点，起到了1+1＞2的效果；复合抗离析剂通过有机黄原胶的吸附和改性，改善了无机海泡石颗粒矿物纤维脆性的特点，同时，由于黄原胶溶液的悬浮特性、分散特性和酸碱稳定性，有利于复合抗离析剂在灌浆料中的分散，同时保证了复合抗离析剂在水泥体系中结构和形态的稳定性，使其持续发挥作用。所述复合抗离析具有良好的吸水、保水特性，具有良好的分散和悬浮特性，有效调节浆体水分分布，改善浆体稠度，有效避免大流态灌浆料的易离析、泌水的问题，具有纤维增韧和增强的作用，改善力学性能和脆性；具有良好的酸碱稳定性，保证形态和结构的稳定，并持续发挥作用。
本发明所述白云石复合粉为白云岩尾屑与矿渣共磨的超细粉体，本身具有较好的填充效应、微集料效应和活性效应，用于超细掺合料替代水泥可以有效降低成本、改善后期强度增长，实现尾矿废渣资源的综合利用和环境效益。所述白云石复合粉主要组成包括白云石和矿渣中的活性SiO2等，白云石用作骨料会由于去白云石反应发生碱-碳酸盐危害，造成混凝土基体的膨胀反应和破坏；而通过将白云石磨细粉降低作用半径，加强分散使其膨胀均匀，且由于反应缓慢持久而对长期混凝土的收缩产生补偿作用，对维持灌浆料长龄期的体积稳定性有利。
本发明的有益效果：
(1)本发明中，灌浆料的设计采用紧密堆积理论，采用硅灰(D50为0.1μm)、微珠(D50为1μm)和复合白云石粉(D50为5μm)等超细粉体对粉料体系进行逐级密实填充，进而置换出水泥浆体颗粒之间的填充水，改善灌浆料的流动性和力学强度；同时采用级配砂石，进行骨料的紧密堆积；通过粉料和骨料的双重紧密堆积的效果，达到灌浆料高流动性、高密实度、高强度的目的。
(2)本发明中，采用无机改性海泡石粉和有机黄原胶粉的混合物制备复合抗离析剂，解决灌浆料大流态下易离析、泌水的问题；改性海泡石粉是一种多孔、比表面积较大的矿物纤维，具有一定锁水和增强浆体的效果；黄原胶是具有水溶性和酸碱稳定性的有机增稠剂，通过两者的复合能有效改善灌浆料和易性，降低灌浆料对用水量的敏感性，改善离析、泌水的问题。
(3)本发明中，采用了白云石复合粉作为矿物掺合料是基于胶凝材料级配填充和白云岩废渣综合利用的目的；白云石粉与矿渣粉磨至比表面积大于4500m2.kg-1，水化活性介于粉煤灰和矿渣之间，且能起到很好的粉体密实堆积效果，同时白云石粉的碱活性反应具有一定的膨胀效应，对于进一步增加浆体密实度，改善长龄期收缩有利。
(4)本发明中，采用多重膨胀措施满足灌浆料不同阶段的膨胀需求：灌浆料浇筑早期，通过增效剂里的塑性膨胀剂，实现灌浆料塑性阶段的膨胀，避免灌浆料沉降和塑性收缩导致的剥离和空洞；灌浆料水化前期和中期，通过轻烧MgO膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的膨胀反应，补偿硬化收缩，实现与主体界面的紧密粘结；水化后期，白云石粉缓慢的微膨胀作用用于补偿灌浆料体积的倒缩，保证构件或主体连接的长期稳定性。
附图说明
图1为大流态高强无收缩灌浆料收缩性能测试结果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所用原材料的基本性能如下：
普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5MPa，经GB/T17671水泥胶砂强度检验测试，3d抗压强度为30.5MPa，28d抗压强度为51Mpa；
硫铝酸盐水泥，强度等级为42.5Mpa，经GB/T17671水泥胶砂强度检验测试，1d抗压强度为35MPa，3d抗压强度为46MPa，28d抗压强度55Mpa；
复合膨胀剂由轻烧MgO膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂混合制得，轻烧MgO膨胀剂占复合膨胀剂重量比的30％；经过GB23439-2009混凝土膨胀剂标准测试，7d水养的砂浆限制膨胀率达到0.05％，21d标养的限制膨胀率为0.08％；
白云石复合粉由白云石和矿渣混磨制得，白云石与矿渣的混磨比例是5/5，粉磨时间20min，粉磨后混合物料的平均粒径为5μm，比表面积为4550m2.kg-1，28d水化活性为80％；
微珠是经过分选后平均粒径小于1.0μm的超细粉煤灰，流动度比为105％，28d活性为82％；
硅灰是平均粒径为0.1～0.2μm的无定形二氧化硅，SiO2含量为92.4％，比表面积约为19000m2·kg-1；
粉煤灰为I级粉煤灰，平均粒径是12μm，28d活性为65％；
骨料采用级配调整后的水洗砂，细度模数为2.0。
所述复合抗离析剂的制备过程：将海泡石粉过325目的筛，加入到质量浓度为5％的CaCl盐溶液中混合搅拌，加入黄原胶，黄原胶与海泡石质量比是1:5～1:20，搅拌打浆，并加热至60℃，再搅拌条件下滴加引发剂(NH4)2S2O8，使加入引发剂(NH4)2S2O8的质量与黄原胶的质量比为1:100～1:250，反应2h后产物溶液放入60℃真空干燥箱中干燥，粉碎制备成复合抗离析剂。
所述无机改性海泡石粉是一种多孔无机矿物纤维，纤维长度多为10μm，内部微孔多，比表面积大，比表面积大于4750m2.kg-1。
以下实施例1～3中，所述的矿物掺合料由微珠、硅灰和粉煤灰混合而成，各组分的质量比为微珠：硅灰：粉煤灰＝1.8:1:2；增效助剂各组分的质量比为：塑性膨胀剂：早强剂：有机硅消泡剂：复合抗离析剂＝0.04:0.3:0.02:0.2；其中复合抗离析剂中黄原胶与改性海泡石粉复合比例以质量百分比计为1：5。
以下实施案例中的4～6，所述的矿物掺合料由微珠、硅灰和粉煤灰混合而成，各组分的质量比为微珠：硅灰：粉煤灰＝2:1:2；增效助剂各组分的质量比为塑性膨胀剂：早强剂：有机硅消泡剂：复合抗离析剂＝0.06:0.7:0.04:0.8，其中复合抗离析剂中黄原胶与改性海泡石粉复合比例以质量百分比计为1：10。
实施例1
一种大流态高强无收缩灌浆料，其原料各组分按质量百分比计：
普通42.5级硅酸盐水泥30％；
矿物掺合料14％；
白云石复合粉3.3％；
复合膨胀剂2％；
水洗砂50％；
聚羧酸减水剂0.5％；
增效助剂0.2％。
本实施例所述大流态高强无收缩灌浆料的制备方法，包括如下步骤：将增效助剂和聚羧酸减水剂按照质量配比称重，首先采用小型干粉混料机混合3min～5min，再将胶凝材料各组份及骨料按质量比称重后一起投入混料机搅拌30min～50min，制成大流态高强无收缩干粉灌浆料；使用时，加入干粉灌浆料质量10wt％～15wt％的拌合用水，搅拌均匀后即得大流态高强无收缩灌浆料，用于现场注浆。
实施例2
一种大流态高强无收缩灌浆料，其原料各组分按质量百分比计：
普通42.5级硅酸盐水泥40％；
矿物掺合料6％；
白云石复合粉5.9％；
复合膨胀剂2％；
水洗砂45％；
聚羧酸减水剂0.6％；
增效助剂0.5％。
本实施例所述大流态高强无收缩灌浆料的制备方法，包括如下步骤：将增效助剂和聚羧酸减水剂按照质量配比称重，首先采用小型干粉混料机混合3min～5min，再将胶凝材料各组份及骨料按质量比称重后一起投入混料机搅拌30min～50min，制成大流态高强无收缩干粉灌浆料；使用时，加入干粉灌浆料质量10wt％～15wt％的拌合用水，搅拌均匀后即得大流态高强无收缩灌浆料，用于现场注浆。
实施例3
一种大流态高强无收缩灌浆料，其原料各组分按质量百分比计：
普通42.5级硅酸盐水泥40％；
矿物掺合料8％；
白云石复合粉7.4％；
复合膨胀剂3％；
水洗砂40％；
聚羧酸减水剂0.6％；
增效助剂1.0％。
本实施例所述大流态高强无收缩灌浆料的制备方法，包括如下步骤：将增效助剂和聚羧酸减水剂按照质量配比称重，首先采用小型干粉混料机混合3min～5min，再将胶凝材料各组份及骨料按质量比称重后一起投入混料机搅拌30min～50min，制成大流态高强无收缩干粉灌浆料；使用时，加入干粉灌浆料质量10wt％～15wt％的拌合用水，搅拌均匀后即得大流态高强无收缩灌浆料，用于现场注浆。
实施例4
一种大流态高强无收缩灌浆料，其主要组成包括胶凝材料(水泥、矿物掺合料、白云石复合粉、复合膨胀剂)，骨料，聚羧酸减水剂和增效助剂，各组成配比及灌浆料制备方法同实施案例1。
实施例5
一种大流态高强无收缩灌浆料，其主要组成包括胶凝材料(水泥、矿物掺合料、白云石复合粉、复合膨胀剂)，骨料，聚羧酸减水剂和增效助剂，各组成配比及灌浆料制备方法同实施案例2。
实施例6
一种大流态高强无收缩灌浆料，其主要组成包括胶凝材料(水泥、矿物掺合料、白云石复合粉、复合膨胀剂)，骨料，聚羧酸减水剂和增效助剂，各组成配比及灌浆料制备方法同实施案例3。
本发明1～6实施案例的大流态高强无收缩灌浆料基础应用测试结果见下表1所示，其中灌浆料流动度的测试严格按照GB50119-2013附录A，竖向膨胀率的测试严格按照GB50119-2013附录C，对钢筋有无锈蚀作用的检测严格参照GB8076-2008附录B。表1的结果说明：通过检测灌浆料常规性能，实施案例1～6均能满足GB/T50448规定的I类灌浆料的性能要求，具有高流动度、保塑时间长和强度高的特点。
表1大流态高强无收缩灌浆料基础测试结果
本发明1、3和4实施案例的大流态高强无收缩灌浆料的采用不同的用水量，即水料比，进行泌水率的性能测试，结果见表2所示。泌水率的检测严格按照GB/T50080-2002中5.1节的相关规定进行。表2说明了：灌浆料在合理的水胶比内范围内，泌水率和强度符合JC/T986-2005规范要求，而随着水胶比的增大，灌浆料的泌水风险和强度降低，增效助剂的添加对降低泌水风险有利。
表2大流态高强无收缩灌浆料泌水性能测试
本发明1～3实施案例的大流态高强无收缩灌浆料的非接触收缩变形测试结果见下图1所示，测试方法参照GB/T50082-2009中8.1的相关规定。图1说明了：在复合膨胀剂和白云石复合粉的作用下，灌浆料的收缩性能较基准砂浆大为降低，且白云石复合粉对长龄期的收缩补偿有利。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大流态高强无收缩灌浆料，其特征在于，所述大流态高强无收缩灌浆料是由胶凝材料、骨料、聚羧酸减水剂和增效助剂组成，所述胶凝材料是由水泥、矿物掺合料、白云石复合粉和复合膨胀剂组成，各组分按质量百分数计为：水泥30%~45%，矿物掺合料5%~20%，白云石复合粉3%~10%，复合膨胀剂2%~8%，骨料40%~55%，聚羧酸减水剂0.2%~1.0%，增效助剂0.2%~1.5%；所述增效助剂是由塑性膨胀剂、早强剂、有机硅消泡剂和复合抗离析剂组成，各组分的质量比为塑性膨胀剂：早强剂：有机硅消泡剂：复合抗离析剂=0.04~0.2：0.3~1.4：0.02~0.12：0.2~1.2；所述复合抗离析剂是由无机改性海泡石粉和有机黄原胶粉按照质量比5:1~20:1复合制备而成；所述矿物掺合料为粉煤灰、微珠和硅灰的混合物；所述白云石复合粉为白云石与矿渣按质量比8:2~5:5的比例混合、粉磨所得细粉。
2.根据权利要求1所述的大流态高强无收缩灌浆料，其特征在于，所述复合抗离析剂的制备过程为：将海泡石粉过325目筛，加入到氯化钙溶液中充分混合搅拌，再加入黄原胶，搅拌打浆并加热至60℃，然后在搅拌条件下滴加引发剂(NH4)2S2O8，引发剂的用量与黄原胶的质量比为1:100~1:250，反应所得产物经真空干燥、粉碎后即得到复合抗离析剂。
3.根据权利要求1所述的大流态高强无收缩灌浆料，其特征在于，所述无机改性海泡石粉为多孔无机矿物纤维，内部具有微孔，比表面积大于4750m2.kg-1，纤维长度为10μm。
4.根据权利要求1所述的大流态高强无收缩灌浆料，其特征在于，所述白云石复合粉的平均粒径≤5μm，比表面积大于4500m2.kg-1。
5.根据权利要求1所述的大流态高强无收缩灌浆料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、或普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥按质量比为2:3~17:3混合所得混合物，所述水泥的强度等级不低于42.5。
6.根据权利要求1所述的大流态高强无收缩灌浆料，其特征在于，所述微珠是经过分选后平均粒径小于1.0μm的超细粉煤灰，用量是矿物掺合料总量的20%~50%；所述硅灰是平均粒径为0.1～0.2μm的无定形二氧化硅，用量是超细矿物掺合料总量的15%~20%；所述粉煤灰用量是超细矿物掺合料总量的30%~60%。
7.根据权利要求1所述的大流态高强无收缩灌浆料，其特征在于，所述复合膨胀剂为轻烧MgO膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的混合物，混合物中轻烧MgO膨胀剂的质量百分比是10%~30%。
8.权利要求1~7任一所述大流态高强无收缩灌浆料的制备方法，包括如下步骤：将增效助剂和聚羧酸减水剂按照质量配比称重，首先采用小型干粉混料机混合3min~5min，再将胶凝材料各组份及骨料按质量比称重后一起投入混料机搅拌30min~50min，制成大流态高强无收缩干粉灌浆料；使用时，加入干粉灌浆料质量10wt%~15wt%的拌合用水，搅拌均匀后即得大流态高强无收缩灌浆料，用于现场注浆。
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