CN107253842A - 一种水泥砂浆干粉及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥砂浆干粉及其制备方法和应用。该水泥砂浆干粉包括：细砂、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、粉煤灰、膨胀剂、纤维、两性氧化物、木素胺和活性氧化钙。在使用时，将本发明制备的水泥砂浆干粉与水搅拌均匀，即得到水泥砂浆。本发明的水泥砂浆干粉具有早期强度高、可控、抗开裂、不泛碱等特性，并且制备成本低，不仅能满足城市街道下水井的治理、机场跑道及水泥路面或涵洞等快速抢修，还能满足设备基础二次灌浆、地脚螺栓加固等快速施工要求。

Description

一种水泥砂浆干粉及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种水泥砂浆干粉及其制备方法，特别是一种可控速凝超早强抗裂水泥砂浆干粉及其制备方法。该砂浆干粉适用于城市街道下水井的快速治理、机场和水泥路面或桥面快速修补、设备基础二次灌浆、地脚螺栓加固、隧道或涵洞快速施工或维修等工程。

背景技术

水泥砂浆或灌浆料主要应用于地角螺栓的固定、机器底座、钢结构与地基接口、设备基础二次灌浆等。某些工程要求所用的水泥砂浆具有快凝、快硬、早强等特点，尤其是地角螺栓的固定、治理下水井等工程，为了加快施工进度或不影响交通，要求所用的水泥砂浆的初期硬化速度较快。这一点，普通砂浆则无法满足要求。CN99106144.6提供了一种高强超流态膨胀水泥灌浆料，由硅酸盐水泥、二氧化硅微粉、膨胀剂、减水剂、石英砂构成，特点是流动性好，但初凝时间为8～10小时，无法满足某些工程快凝、快硬、快速施工的要求。CN00116214.4提供了一种超早强灌浆料，由水泥、黄砂、早强剂、加速水化剂、缓凝剂和减水剂组成。砂浆浇筑后需要养护1个小时才开始硬化，2个小时以后方可使用，无法满足工程快凝、快硬、快速施工的要求。此外，该方法采用Na₂CO₃作为加速水化剂，容易引起水泥砂浆泛碱，对钢筋等造成腐蚀。CN200910065417.5提供了一种水泥基地面自流平砂浆及其用法，由硅酸盐水泥、高铝水泥、粉煤灰、石英砂、高效减水剂、羟丙基甲基纤维素、胶粉、消泡剂构成，但其初凝时间7个小时，难以满足工程快速施工的要求。

CN201010252623.X提供了一种快硬高强灌浆料，由快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、微硅粉、高钙粉、FDN减水剂、石膏粉、碳酸锂、氯化钙组成，虽然初凝时间较早，但在30分钟时，流动度保留值还大于190mm，而且该浆料中快硬硫铝酸盐水泥的用量较多，为40％～55％，材料成本较高。

CN201010170715.3提供了一种高强水泥基阻尼灌浆材料，是由水泥25～60份、砂40～80份、粉煤灰0～20份、减水剂0.25～2.5份、膨胀剂0～10份、减震颗粒5～40份、可分散胶乳粉0.1～2份、钢纤维1～10份构成，既有较高的强度，又具有减震效果。但其初期硬化时间和早期强度没有记载。

CN201210439806.1提供了一种下水井治理方法和快凝水泥砂浆干混料，其中的砂浆干混料配方按重量计包括22％～40％的快硬硫铝酸盐水泥、6％～15％的普通硅酸盐水泥、50％～55％的砂、3％～6％的膨胀剂、0.5％～1％的减水剂、0.5％～1％的氧化钙。由于其快凝快硬特点突出，能够自流平、微膨胀，制备成砂浆后，浇筑20分钟就能够硬化，适用于治理城市街道下水井，可减轻因施工而引起的交通堵塞问题。但是抗冻融性能存在缺陷，尤其在中国东北地区，经过冬、夏季冻融后，在井口处有部分脱落现象；由于氧化钙用量较多，应用过程中有泛碱现象，对金属构件造成腐蚀；砂浆在应用过程中存在开裂现象；另外，由于所用的快硬硫铝酸盐水泥含量高、要求的牌号也高、对所用的氧化钙有效成分含量要求也高(大于90％)，因此成本较高。

发明内容

针对现有技术中水泥砂浆存在的不足之处，本发明提供了一种成本低的、可控制初期硬化时间的、速凝超早强抗裂的水泥砂浆干粉及其制备方法。本发明水泥砂浆干粉，早期强度高并且可控，抗开裂，不泛碱，具有很好的抗裂和冻融性能。该水泥砂浆干粉不仅能满足城市街道下水井的治理、机场跑道及水泥路面或涵洞等快速抢修，还能满足设备基础二次灌浆、地脚螺栓加固等快速施工要求。

本发明提供的水泥砂浆干粉，以重量份数计包括：

所用的两性氧化物包括铍(Be)、铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、铬(Cr)、锗(Ge)、锆(Zr)、银(Ag)、锡(Sn)、镓(Ga)、铟(In)、金(Au)、锑(Sb)、锰(Mn)、铅(Pb)、铋(Bi)元素的氧化物中的一种或多种，优选BeO、ZnO、TiO₂、ZrO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、Cr₂O₃、Ga₂O₃、Sb₂O₃、Bi₂O₃中的一种或多种，进一步优选为ZnO、Al₂O₃和TiO₂中的一种或多种。

所用的木素胺为粉末状，可以是伯胺型、仲胺型、叔胺型、季铵盐型、多胺型木素胺中的一种或多种。

所用的活性氧化钙为粉末状，活性氧化钙的质量含量为72％～80％。

所用的纤维包括天然纤维和/或化学纤维。

所述的天然纤维包括：植物纤维、动物纤维、矿物纤维中的一种或多种。

进一步地，所述的植物纤维包括：木棉、亚麻、苎麻、黄麻、剑麻、蕉麻、竹纤维等中的一种或多种。

进一步地，所述的动物纤维包括：动物毛发如羊毛、兔毛、骆驼毛、山羊毛、牦牛绒等中的一种或多种。

进一步地，所述的矿物纤维为石棉纤维。

所述的化学纤维包括：人造纤维、合成纤维、无机纤维中的一种或多种。

进一步地，所述的人造纤维包括：黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维中的一种或多种。

进一步地，所述的合成纤维包括：聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶或尼龙)、聚乙烯醇纤维(维纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚氯乙烯纤维(氯纶)等中的一种或多种。

进一步地，所述的无机纤维包括：玻璃纤维、金属纤维和碳纤维等中的一种或多种。

所用的铝酸盐水泥，其强度等级符合JC714-1996中规定的325、425、525三种标号中的一种或多种。

所用的硅酸盐水泥，其强度等级符合GB 175-2007中规定的325、425、525三种标号中的一种或多种。

所用的细砂可以是天然砂、人造砂中的一种或多种，天然砂可以为河砂、海砂等中一种或多种，人造砂可以是用矿石粉碎的机制砂，所用的细砂优选机制砂，进一步优选为石英砂。以细砂的总重量为基准计，按不同粒径所占比例如下：

粒径0.6～1.18mm 76～89份，

粒径0.15～0.6mm(不包括0.6mm) 10～20份，

粒径＜0.15mm 1～4份。

所用的膨胀剂为粉末状UEA膨胀剂即硫铝酸钙类膨胀剂，比表面积不小于2500cm²/g。

所用的粉煤灰为热电厂燃煤回收得到的粉煤灰，粒径小于0.07mm。

本发明水泥砂浆干粉中，可以不加减水剂，也可以加入少量减水剂。以重量份计，加入量为0.4份以下，可以加入0.1～0.4份。所用的减水剂是符合GB8076-2008中规定的粉末状萘系高效减水剂，主要成分为萘磺酸盐甲醛缩合物。

本发明水泥砂浆干粉的制备方法可采用常规的机械混合法。本发明水泥砂浆干粉可以采用如下方法制备，该方法包括如下步骤：

(1)把所有原料及设备烘干，保证都处于干燥状态；

(2)把木素胺、活性氧化钙、两性氧化物、纤维与部分细砂混合均匀；

(3)向步骤(2)所得的混合物中添加膨胀剂、粉煤灰、铝酸盐水泥、硅酸盐水泥，混合均匀；

(4)向步骤(3)所得的混合物中加入剩余部分的细砂，充分混合均匀，得到水泥砂浆干粉。

本发明水泥砂浆干粉的制备方法中，步骤(2)所加细砂的重量份数为20份以下，优选3～10份。

本发明还提供了一种水泥砂浆干粉的使用方法：在容器中加入水，然后边搅拌边把水泥砂浆干粉倒入该容器内，保证水泥砂浆干粉与水充分混合均匀，其中水的质量与水泥砂浆干粉的质量比为0.16～0.18。

本发明砂浆干粉适用于城市街道下水井的快速治理、机场和水泥路面或桥面快速修补、设备基础二次灌浆、地脚螺栓加固、隧道或涵洞快速施工或维修等工程。

本发明可控速凝超早强抗裂水泥砂浆干粉具有如下优点：

1、与现有技术相比，本发明水泥砂浆干粉中，可以不加减水剂或加入少量减水剂，在使用时，能够实现加入少量水的情况下，就能保证砂浆有较好的流动性，不易结团，使砂浆具有快硬和早期强度高并且可控，抗开裂，不泛碱，并具有很好的抗裂和抗冻融性能。

2、本发明水泥砂浆干粉中，特别是由于同时添加了两性氧化物、木素胺、活性氧化钙，在使用时，在加入少量水的情况下，利用木素胺的发泡性和润滑性等性能，促进各物料在砂浆中均匀分散且快速配合进行反应，两性氧化物容易形成水化反应产物的晶格，能促进水泥水化反应产物晶体的形成，并与活性氧化钙配合促进水化反应快速进行，缩短了水化反应的诱导期，使砂浆具有快硬和超早强的特点，缩短了工程施工时间，尤其是通过改变两性氧化物和木素胺的用量，可调节砂浆初期硬化时间，使其初期硬化时间可控，便于施工操作。同时，两性氧化物、粉煤灰等与水泥水化反应所产生的碱进行反应，降低砂浆含碱量，避免砂浆泛碱引起对金属构件的腐蚀。此外，由于添加了纤维，起到拉筋作用，同时由于加水量较少，因水分蒸发引起的体积收缩幅度减小，以及适宜均匀微小气泡的产生有利于硬化后形成微细的孔隙，在这样的配合作用下既能避免水泥砂浆因硬化过程中体积收缩引起的开裂问题，又能避免因冻融引起的开裂问题。

3、本发明水泥砂浆干粉中所用的氧化钙有效成分质量含量较低，价格较低，降低了材料成本；而且，粉煤灰低成本，铝酸盐水泥的用量较少，进一步降低了材料成本。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但本发明不限于以下实施例。

本发明以下实施例及对比例所用细砂，以细砂总重量为基准计，粒径分布为：

粒径0.6～1.18mm 85份，

粒径0.15～0.6mm(不包括0.6mm) 12份，

粒径＜0.15mm 3份。

实施例1

在确认各种原料和设备干燥状态下，称取2.0kg的活性氧化钙(活性氧化钙质量含量为80％)、2.0kg的木素胺(季铵盐型)、5.0kg的两性氧化物(Al₂O₃)、5.0kg的纤维(木棉纤维)，添加到100.0kg的石英砂中充分混合均匀；然后添加10.0kg的U型膨胀剂(比表面积为2800cm²/g)、50.0kg的粉煤灰(粒径为0.05mm)、100.0kg的强度等级为425的铝酸盐水泥、160.0kg的强度等级为525的硅酸盐水泥，混合均匀；最后添加566.0kg的石英砂，充分混合均匀，得到本发明水泥砂浆干粉A，密封包装。配比见表1。

实施例2

在确认各种原料和设备干燥状态下，称取4.0kg的活性氧化钙(活性氧化钙质量含量为72％)、10.0kg的木素胺(叔胺型)、10.0kg的两性氧化物(ZnO)、10.0kg的纤维(聚酯纤维)，添加到36.0kg的河砂中充分混合均匀；然后添加30.0kg的U型膨胀剂(比表面积为3000cm²/g)、100.0kg的粉煤灰(粒径为0.04mm)、200.0kg的强度等级为325的铝酸盐水泥、200.0kg的强度等级为425的硅酸盐水泥，混合均匀；最后添加400kg的河砂，充分混合均匀，得到本发明水泥砂浆干粉B，密封包装。配比见表1。

实施例3

在确认各种原料和设备干燥状态下，称取3.0kg的活性氧化钙(活性氧化钙质量含量为75％)、6.0kg的木素胺(多胺型)、7.5kg的两性氧化物(TiO₂)、7.5kg的纤维(石棉纤维)，添加到51.0kg的海砂中充分混合均匀；然后添加20.0kg的U型膨胀剂(比表面积为2900cm²/g)、75.0kg的粉煤灰(粒径为0.06mm)、150.0kg的强度等级为525的铝酸盐水泥、180.0kg的强度等级为325的硅酸盐水泥，混合均匀；最后添加500kg的海砂，充分混合均匀，得到本发明水泥砂浆干粉C，密封包装。配比见表1。

比较例1

按照CN201210439806.1提供的实施例1制备水泥砂浆干混料，具体如下：

称取强度等级为425的快硬硫铝酸盐水泥22kg、强度等级为525的普通硅酸盐水泥15kg、石英砂55kg、U型膨胀剂6kg、萘系高效减水剂1.0kg、氧化钙1.0kg，一同加到搅拌机中，搅拌均匀后放出，得到水泥砂浆干混料DA。水泥砂浆性质见表2。

比较例2

按照CN201210439806.1提供的实施例2制备水泥砂浆干混料，具体如下：

称取强度等级为525的快硬硫铝酸盐水泥40kg、强度等级为425的普通硅酸盐水泥6kg、河砂50kg、U型膨胀剂3kg、萘系高效减水剂0.5kg、氧化钙0.5kg，一同加到搅拌机中，搅拌均匀后放出，得到水泥砂浆干混料DB。水泥砂浆性质见表2。

比较例3

与实施例1相比，区别在于不加入两性氧化物，得到水泥砂浆干粉DC，密封包装。配比见表1。

比较例4

与实施例1相比，区别在于不加入木素胺，得到水泥砂浆干粉DD，密封包装。配比见表1。

表1本发明实施例和比较例制备水泥砂浆干粉的原料配比

砂浆性能测试实验

分别称取上述实施例1～3和比较例3制备的水泥砂浆干粉10kg备用；在常温下按照水与干粉的质量比为0.18称取水，放置在不同的容器内；边搅拌边将称量好的水泥砂浆干粉添加到水中，添加完后，快速搅拌2分钟，分别得到水泥砂浆A、B、C和DC。然后测砂浆的流动度、扩展度、含气量、膨胀率、分离度等性质；然后在实验模具中进行浇筑，待砂浆具有一定强度之后脱模，检测水泥砂浆在成型初期阶段不同时间点的强度；养生7天后，按照GBJ82《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法》中的慢冻法做冻融循环实验，循环冻融100次后，测试质量损失和抗压强度比；成型28天后目测观察泛碱现象；在室外实体工程应用过程中，观察砂浆硬化后表面的裂纹现象。上述实验结果见表2。

分别称取上述比较例1和比较例2的水泥砂浆干混料10kg备用；在常温下按照水与干混料的质量比为0.20称取水，放置在不同的容器内；边搅拌边将称量好的水泥砂浆干混料添加到水中，添加完后，快速搅拌2分钟，分别得到水泥砂浆DA和DB。然后按上述方法测试及评价砂浆性能。结果见表2。对于比较例1和比较例2而言，水与干粉的质量比为0.18时，因用水量少，虽然能够搅拌均匀，但砂浆的流动性较差，无法自流平，需补充水，使水与干粉的质量比达到0.20，然后才能按照上述方法做实验，

称取上述比较例4的水泥砂浆干粉10kg备用；在常温下按照水与干粉的质量比为0.30称取水，放置在不同的容器内；边搅拌边将称量好的水泥砂浆干粉添加到水中，添加完后，快速搅拌2分钟，得到水泥砂浆DD。然后按上述方法测试及评价砂浆性能。结果见表2。对于比较例4而言，水与干粉的质量比为0.18时，用水量少，无法搅拌均匀，易结团，需增加用水量，使水与干粉的质量比达到0.30，然后才能按照上述方法做实验。

表2水泥砂浆的检测结果

续表2水泥砂浆的检测结果

由表2可见，采用本发明水泥砂浆干粉制备成的水泥砂浆，初期抗压强度增长很快，可缩短施工时间；通过各原料的用量，尤其是两性氧化物和木素胺用量的调整，可调节砂浆的初期硬化时间，以适合于不同的实体工程施工操作要求；含气量为3.8％～4.9％，有利于在砂浆冻融过程中对体积变化的缓冲，可减轻因冻融而引起的抗压强度下降，养生7天后的冻融实验结果也证明了这一点；养生28天无泛碱现象，对金属构件无腐蚀。而采用比较例的水泥砂浆干粉制备成的水泥砂浆DA、DB和DD在实体应用中，因水分蒸发，引起体积收缩，常有裂纹出现，一旦有水分渗入，会影响砂浆的强度，而本发明砂浆无裂纹现象。

Claims (10)

1.一种水泥砂浆干粉，以重量份数计包括：

2.按照权利要求1所述的水泥砂浆干粉，其特征在于：所述的两性氧化物为Be、Al、Ti、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cr、Ge、Zr、Ag、Sn、Ga、In、Au、Sb、Mn、Pb、Bi元素的氧化物中的一种或多种，优选为BeO、ZnO、TiO₂、ZrO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、Cr₂O₃、Ga₂O₃、Sb₂O₃、Bi₂O₃中的一种或多种，进一步优选为ZnO、Al₂O₃和TiO₂中的一种或多种。

3.按照权利要求1所述的水泥砂浆干粉，其特征在于：所述的木素胺为粉末状，木素胺为伯胺型、仲胺型、叔胺型、季铵盐型、多胺型木素胺中的一种或多种。

4.按照权利要求1所述的水泥砂浆干粉，其特征在于：所述的活性氧化钙为粉末状，活性氧化钙质量含量为72％～80％。

5.按照权利要求1所述的水泥砂浆干粉，其特征在于：所用的纤维包括天然纤维和/或化学纤维；所述的天然纤维为植物纤维、动物纤维、矿物纤维中的一种或多种；进一步地，所述的植物纤维为木棉、亚麻、苎麻、黄麻、剑麻、蕉麻、竹纤维中的一种或多种；进一步地，所述的动物纤维为动物毛发，所述动物毛发为羊毛、兔毛、骆驼毛、山羊毛、牦牛绒中的一种或多种；进一步地，所述的矿物纤维为石棉纤维；所述的化学纤维为人造纤维、合成纤维、无机纤维中的一种或多种；进一步地，所述的人造纤维为黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维中的一种或多种；进一步地，所述的合成纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维中的一种或多种；进一步地，所述的无机纤维为玻璃纤维、金属纤维和碳纤维中的一种或多种。

6.按照权利要求1所述的水泥砂浆干粉，其特征在于：所述的铝酸盐水泥，其强度等级符合JC714-1996中规定的325、425、525三种标号中的一种或多种；所述的硅酸盐水泥，其强度等级符合GB 175-2007中规定的325、425、525三种标号中的一种或多种；所述的膨胀剂为粉末状UEA膨胀剂即硫铝酸钙类膨胀剂，比表面积不小于2500cm²/g；所用的粉煤灰为热电厂燃煤回收得到的粉煤灰，粒径小于0.07mm。

7.按照权利要求1所述的水泥砂浆干粉，其特征在于：所用的细砂为天然砂、人造砂中的一种或多种，天然砂为河砂、海砂中的一种或多种，人造砂为用矿石粉碎的机制砂，所用的细砂优选为用矿石粉碎的机制砂，进一步优选为石英砂；进一步地，以细砂的总重量为基准计，按不同粒径所占比例如下：

粒径0.6～1.18mm 76～89份，

粒径≥0.15mm且＜0.6mm 10～20份，

粒径＜0.15mm 1～4份。

8.按照权利要求1所述的水泥砂浆干粉，其特征在于：水泥砂浆干粉中不加减水剂或加入少量减水剂，以重量份计，加入量为0.4份以下，优选加入0.1～0.4份；进一步地，所用的减水剂是符合GB8076-2008中规定的粉末状萘系高效减水剂。

9.权利要求1-8任一所述的水泥砂浆干粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)把所有原料及设备烘干，保证都处于干燥状态；

(2)把木素胺、活性氧化钙、两性氧化物、纤维与部分细砂混合均匀；

(3)向步骤(2)所得的混合物中添加膨胀剂、粉煤灰、铝酸盐水泥、硅酸盐水泥，混合均匀；

(4)向步骤(3)所得的混合物中加入剩余部分的细砂，充分混合均匀，得到水泥砂浆干粉；

其中，步骤(2)所加细砂的重量份数为20份以下，优选3～10份。

10.一种如权利要求1-8任一所述的水泥砂浆干粉的使用方法，其特征在于：在容器中加入水，然后边搅拌边把水泥砂浆干粉倒入该容器内，保证水泥砂浆干粉与水充分混合均匀，其中水的质量与水泥砂浆干粉的质量比为0.16～0.18。