CN107721318A - 一种石墨烯水泥基灌浆材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含有石墨烯的水泥基灌浆材料，由水泥、矿物掺合料、骨料、超细粉、减水剂、消泡剂、膨胀剂、减缩剂、流变剂、石墨烯组成。与现有技术相比，本发明所提供的水泥基灌浆材料，可以提前检测出设备底板下方的灌浆材料是否处于正常状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥基灌浆材料，具体来说是一种含有石墨烯的水泥基灌浆材料。
背景技术
水泥基灌浆材料是由水泥、骨料、外加剂和矿物掺合料等原材料组成，在工厂内按比例计量并混合而成，运到施工地点后按推荐的比例加水或配套液体组分，搅拌均匀后进行施工。水泥基灌浆料主要用于设备基础的二次灌浆、地脚螺栓锚固、混凝土结构加固等，从20世纪90年代开始在我国大范围使用，目前执行的标准是GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》。
水泥基灌浆材料的抗压强度和耐久性都高于普通的混凝土，因此在大部分的使用环境下，水泥基灌浆料的使用寿命都可以和混凝土结构一样，达到或者超过50年。但是在实际的工程中，也出现了一些水泥基灌浆料过早破坏的案例，比如石化行业的压缩机基础、水泥行业的球磨机基础、风电行业的风力发电机基础等部位，这些部位有一个共同的特点，就是设备运行时一直处于高频震动中，设备下方起到承载作用的灌浆材料受到设备震动能的不停冲击，内部出现了一些微细裂纹，随着震动次数不断提高，微细裂纹不断累积，最终出现了大的裂纹使得灌浆材料破坏，如果发现不及时，很有可能导致高速运行的设备出现失稳并损毁，造成重大的安全事故和经济损失。
在设备基础的二次灌浆工程中，水泥基灌浆材料灌入了设备底板的下方，硬化后对设备起到支撑作用，但是因为灌浆材料被设备底板完全阻挡，施工以及使用过程中，检验人员无法进行有效的观察和测量，灌浆材料即使已经出现了问题，也很难被提前发现。目前还没有可行的方法对设备下方的灌浆材料进行检测，并提前判断灌浆材料的使用情况。
发明内容
针对现有灌浆材料的不足，本发明提供了一种含有片状石墨烯的水泥基灌浆材料，它可以通过电阻率的测量，间接反映出材料内部的微细裂纹情况，从而判断出灌浆材料是否处于正常状态。
水泥基灌浆料是一种高强的水泥基材料，水胶比较低，其内部的毛细孔径一般分布在10～50nm的范围内，在受到外力作用时，尤其是不断重复的高频振动荷载时，灌浆料会从内部的毛细孔开始逐步破坏。普通的水泥基灌浆料硬化后是不良导体，电阻率较高，且测量时的波动很大，没有实际应用价值。有一些文献记载，在灌浆料中掺入碳纤维、钢纤维等导电纤维材料时，可以降低灌浆料的电阻率，但是由于碳纤维、钢纤维长度和直径，都远远超过了灌浆料内部毛细孔的直径，这些纤维材料横跨了灌浆料内部的毛细孔，使得毛细孔出现扩大时，灌浆料的电阻率也没有明显的变化。
本发明是将一些特定厚度的片层石墨烯材料掺入水泥基灌浆料中，使得灌浆料的内部微细裂纹情况可以被快速测量出来。不同厚度的片层石墨烯材料，填充在灌浆料内部的毛细孔中，当灌浆料受到外力作用时，毛细孔的孔径扩张，并且沿着毛细孔出现微细裂纹，此时部分石墨烯与基体材料出现分离，灌浆料的电阻率会增大，并且微细裂纹数量越多、宽度越大，灌浆料的电阻率也就越大。这样，通过电阻率的测量，就能很好的反应出灌浆料内部的微细裂纹情况，从而能够提前判断出灌浆料是否受损以及受损程度。
本发明提供的石墨烯水泥基灌浆材料，是由水泥、矿物掺合料、骨料、超细粉、减水剂、消泡剂、膨胀剂、减缩剂、流变剂、石墨烯组成，其各组分按重量份数的含量为：
水泥：100份
矿物掺合料：0-40份
骨料：50-150份
超细粉：2-10份
减水剂：0.2-0.5份
消泡剂：0.05-0.2份
膨胀剂：5-10份
减缩剂：0.5-5份
流变剂：0.1-0.5份
石墨烯：0.1-10份
在上述配比中，水泥可以是硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥中的单独一种，也可以是这两种水泥按不同比例进行复配的混合物；矿物掺合料可以是粉煤灰、矿粉、硅灰这三种材料中的单独一种或三者以任意比例复配；骨料为各种粒径的砂和石子；超细粉为细度为600-1000目的石英粉、重钙粉或其它无机粉体材料；减水剂是粉末状聚羧酸系高效减水剂；消泡剂为干粉砂浆用粉末消泡剂；膨胀剂为水泥混凝土用膨胀剂；减缩剂为乙二醇醚、丙二醇醚或聚氧乙烯醚类化合物；流变剂为改性膨润土或硅酸镁铝；石墨烯为多层片状石墨烯，垂直方向厚度1-50nm，水平方向长度和宽度0.01-500μm。
制备本发明所提供的石墨烯水泥基灌浆材料时，先将超细粉和石墨烯放入带高速飞刀的搅拌机中，利用高速飞刀以及超细粉和石墨烯之间的相互摩擦，将团聚在一起的石墨烯分散均匀，再将石墨烯和超细粉的混合物与水泥、矿物掺合料、骨料、减水剂、消泡剂、膨胀剂、流变剂一起投入砂浆搅拌机中搅拌均匀，然后继续边搅拌边用高压无气喷雾设备将液态的减缩剂雾化并喷入搅拌机中，再继续搅拌均匀后装袋，运送至施工现场后，加入粉料重量一定比例的水，机械或人工搅拌均匀后即可进行灌浆施工。
本发明提供的石墨烯水泥基灌浆材料，在其内部掺入一定量的片状石墨烯材料，且石墨烯的尺寸与硬化后灌浆材料内部的毛细孔相匹配，当灌浆料从内部毛细孔开始出现变形开裂时，石墨烯与灌浆料基材发生发生分离，导致灌浆料的电阻率出现变化。灌浆施工时，在施工部位的两端或间隔一定距离埋设电极，灌浆料硬化后，通过测量电极之间的电阻率的变化可以判断出灌浆料是否出现内部损伤，以及内部损伤的严重程度。
本发明提供的石墨烯水泥基灌浆材料，其内部还掺入了乙二醇醚混合物、丙二醇醚混合物或聚氧乙烯醚混合物，这一类物质可以降低水的表面张力，从而可以减弱灌浆料内部毛细孔干燥时产生的应力，而毛细孔的干燥应力，一般被视为高强水泥基材料硬化后出现干缩变形以及开裂的原因。在本发明提供的石墨烯水泥基灌浆材料中掺入乙二醇醚混合物、丙二醇醚混合物或聚氧乙烯醚混合物，降低了灌浆料硬化后的干缩变形，避免了由于灌浆料本身的干缩变形而造成电阻率的变化，使得电阻率的测量结果可以更真实的反应灌浆料在使用过程中，由外部荷载或者高频震动而引起的内部破坏。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明做进一步的说明，下述各实施例仅用于说明本发明而非对本发明的限制。
实施例1：
水泥：100份
矿物掺合料：：0-40份
骨料：50-150份
超细粉：2-10份
减水剂：0.2-0.5份
消泡剂：0.05-0.2份
膨胀剂：5-10份
减缩剂：0.5-5份
流变剂：0.1-0.5份
石墨烯：0.1-10份
在工厂中，将上述组份按照比例混合均匀后装袋即可。
实施例2：
水泥：P.O 42.5普通硅酸盐水泥 100份
矿物掺合料：I级粉煤灰 10-20份
骨料：1-3mm粒径的机制砂 80-120份
超细粉：1000目石英粉 2-5份
减水剂：0.4-0.5份
消泡剂：0.1-0.2份
膨胀剂：5-8份
减缩剂：二乙二醇单丁醚 1-3份
流变剂：改性膨润土 0.1-0.3份
石墨烯：厚度10-20nm，长度和宽度0.1-50μm 0.2-0.5份
在工厂中，先按上述配比称取超细粉和石墨烯，用带高速飞刀的搅拌机搅拌均匀，制备出石墨烯与超细粉的混合物，然后再将混合物与水泥、矿物掺合料、骨料、减水剂、消泡剂、膨胀剂、流变剂一起投入砂浆搅拌机中搅拌，搅拌十分钟后，再一边搅拌一边采用高压无气喷雾设备，将上述配比中的液体减缩剂雾化喷入搅拌机中，再继续搅拌五分钟后装袋，即可制备出本发明所述的一种石墨烯水泥基灌浆材料。
实施例3：
水泥：P.O 42.5普通硅酸盐水泥 100份
矿物掺合料：I级粉煤灰 20份，硅灰 10份
骨料：1-3mm粒径的机制砂 90-100份
超细粉：1000目石英粉 4-5份
减水剂：0.4份
消泡剂：0.2份
膨胀剂：5份
减缩剂：脂肪醇聚氧乙烯醚 2-3份
流变剂：硅酸镁铝 0.2份
石墨烯：厚度30-50nm，长度和宽度10-100μm 0.4份
在工厂中，先按上述配比称取超细粉和石墨烯，用带高速飞刀的搅拌机搅拌均匀，制备出石墨烯与超细粉的混合物，然后再将混合物与水泥、矿物掺合料、骨料、减水剂、消泡剂、膨胀剂、减缩剂、流变剂一起投入砂浆搅拌机中搅拌，搅拌十分钟后后装袋，即可制备出本发明所述的一种石墨烯水泥基灌浆材料。
本实施例中，减缩剂选用常温下是固体的脂肪醇聚氧乙烯醚，不需要进行喷雾混合，直接与其它粉体组份一起搅拌均匀即可。
按照上述方法制备的石墨烯水泥基灌浆料，在其中加入总质量14％的自来水，可以满足GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中III类灌浆料的所有技术指标要求，并且在采用动态疲劳试验机对试块进行压缩疲劳试验时，随着疲劳试验次数的增加，试块的强度逐渐降低，而试块的电阻值逐渐增加，这就说明通过电阻的测量从而对试块的内部损伤情况及强度损失情况进行判断是可行的。
Claims (7)
1.一种石墨烯水泥基灌浆材料，其特征在于：
包括如下组分：
水泥：100份
矿物掺合料：：0-40份
骨料：50-150份
超细粉：2-10份
减水剂：0.2-0.5份
消泡剂：0.05-0.2份
膨胀剂：5-10份
减缩剂：0.5-5份
流变剂：0.1-0.5份
石墨烯：0.1-10份。
2.一种如权利要求1任一所述的石墨烯水泥基灌浆材料，其特征在于：
石墨烯为多层片状石墨烯，垂直方向厚度1-50nm，水平方向长度和宽度0.01-500μm。
3.一种如权里要求1所述石墨烯水泥基灌浆材料，其特征在于：
包括如下组分：
水泥：P.O 42.5普通硅酸盐水泥 100份
矿物掺合料：I级粉煤灰 10-20份
骨料：1-3mm粒径的机制砂 80-120份
超细粉：1000目石英粉 2-5份
减水剂：0.4-0.5份
消泡剂：0.1-0.2份
膨胀剂：5-8份
减缩剂：二乙二醇单丁醚 1-3份
流变剂：改性膨润土 0.1-0.3份
石墨烯：厚度10-20nm，长度和宽度0.1-50μm 0.2-0.5份。
4.一种如权里要求1所述石墨烯水泥基灌浆材料，其特征在于：
包括如下组分：
水泥：P.O 42.5普通硅酸盐水泥 100份
矿物掺合料：I级粉煤灰 20份，硅灰10份
骨料：1-3mm粒径的机制砂 90-100份
超细粉：1000目石英粉 4-5份
减水剂：0.4份
消泡剂：0.2份
膨胀剂：5份
减缩剂：脂肪醇聚氧乙烯醚2-3份
流变剂：硅酸镁铝0.2份
石墨烯：厚度30-50nm，长度和宽度10-100μm 0.4份。
5.一种如权里要求1所述石墨烯水泥基灌浆材料，其特征在于：所述石墨烯水泥灌浆料中掺入减缩剂，其主要成分为乙二醇醚混合物、丙二醇醚混合物或聚氧乙烯醚混合物。
6.一种制造如权里要求1-5任一所述石墨烯水泥基灌浆材料的方法，其特征在于先按所述配比称取超细粉和石墨烯，用带高速飞刀的搅拌机搅拌均匀，制备出石墨烯与超细粉的混合物，然后再将所述混合物与所述水泥、矿物掺合料、骨料、减水剂、消泡剂、膨胀剂、减缩剂、流变剂一起投入砂浆搅拌机中搅拌，搅拌十分钟后后装袋。
7.一种制造如权利要求5所述的石墨烯水泥基灌浆材料，其特种在于：当减缩剂为液体时，采用高压无气喷涂设备，将减缩剂雾化喷入搅拌机中并与其它组份搅拌均匀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180223 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |