CN108164222A - 水泥基灌浆材料以及灌浆砂浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥基灌浆材料以及灌浆砂浆，属于灌浆材料领域，其技术方案要点：水泥基灌浆材料的原料包括水泥、石英砂、减水剂、消泡剂、复合膨胀剂、含锂催化剂、矿物掺合剂以及缓凝剂，其中复合膨胀剂包括硫铝酸钙‑氧化钙类膨胀剂、偶氮化合物以及硅氧烷类表面处理剂；灌浆砂浆在水泥基灌浆材料拌合水时加入细石以及复合加强纤维，复合加强纤维包括聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、分散剂、相容剂以及硅烷偶联剂，达到了能够增强灌浆砂浆的抗压强度、耐开裂性的技术效果。

Description

水泥基灌浆材料以及灌浆砂浆

技术领域

本发明涉及灌浆材料领域，特别涉及一种水泥基灌浆材料以及灌浆砂浆。

背景技术

水泥灌浆料是一种由水泥、集料(或不含集料)、外加剂和掺合料等原材料，经工业化生产的具有合理级分的干混料。加水拌合均匀后具有可灌注的流动性、微膨胀、高的早期和后期强度、不泌水等性能。水泥基灌浆材料适用于地脚螺栓锚固、设备基础的二次灌浆、混凝土结构加固和改造、后张预应力混凝土结构孔道灌浆以及各种基础工程的塌陷灌浆。

现有技术可参考申请公布号为CN102173676A的专利申请文件，其公开了一种无收缩水泥灌浆料，灌浆料的组分及其重量百分比为：胶凝材料：30.0％-50.0％，硬石膏：0％-5.0％，促凝剂：0-0.09％，减缩剂：0％-2％，增稠剂：0％-0.06％，骨料：40.0％-65.0％；该发明制得的灌浆料自流性好、不沉降、不泌水、微膨胀、无明显收缩现象，可根据建筑需求调节性能。

在现有技术中，对基础设备进行二次灌浆时，需要将干混料与水以一定的比例混合均匀后进行施工，但是在施工时，由于水泥在水化的过程中会发生化学反应和热力学反应，随着水泥水化放热使灌浆料内部温度升高，导致灌浆料内外存在较大的温差，引起体积收缩，因此容易导致灌浆料开裂，因而灌浆料会出现裂纹、龟裂和翘皮的现象，会造成质量缺陷，影响灌浆效果，因此如何降低灌浆料在使用时的开裂是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种灌浆砂浆，通过在灌浆料中以一定的比例加入细石以及复合加强纤维能够有效地减少灌浆砂浆开裂的情况。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种灌浆砂浆，其特征在于：以重量份数计，其原料包括水泥基灌浆材料100份、细石25-50份、复合加强纤维1-2份以及水15-20份；

所述复合加强纤维包括聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、分散剂、相容剂以及硅烷偶联剂；其中，聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、分散剂、相容剂以及硅烷偶联剂的重量百分比分别为45％、26％、26％、1％、1％、1％；其中分散剂为聚丙烯酰胺，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

通过采用上述方案，由于水泥在水化时会放热，导致灌浆料的内外温差过大，容易产生开裂的现象，为了减少水化热，可以减少灌浆料的用料，因此在使用时通过在水泥基灌浆材料、水中加入一定的比例细石，以细石等量替代灌浆料，能够有效地减少灌浆料在使用时开裂的情况，并且能够大大降低生产成本；复合加强纤维中的聚丙烯纤维能够减少灌浆料因塑性收缩引发的裂缝，改善其抗渗、抗冻与可抗冲击性能；玻璃纤维有较高的拉伸强度、耐热性，但其性脆且耐磨性较差；聚酰胺纤维具有弹性高、耐磨性好、强度高、耐冲击性能好且耐疲劳性能好；通过分散剂、相容剂以及硅烷偶联剂使得聚丙烯纤维、玻璃纤维以及聚酰胺纤维能够相互作用得到性能稳定、耐磨性好、耐热性高、强度高且具有一定的韧性的复合加强纤维，将该复合加强纤维加入灌浆料中，能够以其纤维的网状结构减少灌浆砂浆的裂纹、翘皮现象，特别能减少灌浆砂浆的中后期的开裂，并且能够提高灌浆砂浆的抗压强度。

所述聚丙烯纤维的长度为6-10mm，纤度1.5-2.0D；玻璃纤维的长度为3-5mm，纤度为0.5-1.0D；所述聚酰胺纤维的长度为10-15mm，纤维为1.5-3.0D。

通过采用上述方案，聚丙烯纤维、玻璃纤维以及聚酰胺纤维的长度以及纤度在上述范围，能够便于其在灌浆料中的分散，在提高了灌浆砂浆的低开裂性、耐磨性、耐热性、抗压强度的同时也具有较好的加工性能。

较佳的，所述细石包括粒径为0.16-5.0mm的细骨料以及粒径为5-10mm的粗骨料中的一种或两种。

通过采用上述方案，在灌浆料中加入细骨料或者细骨料，能够减少灌浆料的用量，因而减少其中胶凝材料的用量，因此能够减少水化热，灌浆料在使用时出现的开裂的现象；细骨料在减少开裂时的作用比较显著；粗骨料在提高灌浆砂浆的抗压强度的作用比较显著；在制备灌浆砂浆时，可以根据实际使用需求，选择适合比例以及用量的细骨料以及粗骨料。

本发明的目的之二在于提供一种水泥基灌浆材料，通过在原材料中加入复合膨胀剂以补偿胶凝材料发生水化反应时的体积收缩。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

水泥基灌浆材料，其特征在于：以重量份数计，其组分包括如下原料：

水泥 100份

石英砂 110-130份

减水剂 1-2份

消泡剂 0.2-0.4份

复合膨胀剂 6-8份

含锂催化剂 0.2-0.6份

矿物掺合剂 10-20份

缓凝剂 0.1-0.2份

所述水泥为硅酸盐水泥；

所述减水剂为聚羧酸减水剂；

所述复合膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、偶氮化合物以及硅氧烷类表面处理剂，其中，硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、偶氮化合物以及硅氧烷类表面处理剂的重量百分比分别为90％、8％、2％。

通过采用上述方案，硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂在与水泥、水拌合后经水化反应生成钙矾石和氢氧化钙的灌浆料膨胀剂，钙矾石的膨胀主要发生在7d以前，后期膨胀效果较差，而氢氧化钙的膨胀主要发生在7d之后，硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂是很好的利用这两种膨胀源的复合型膨胀剂。由于氧化钙在接触水后的水化反应十分激烈，且放热大，因此氧化钙不能直接用作膨胀剂，否则掺入这种物质的水泥基灌浆料拌合后还未硬化，氧化钙已水化完毕，失去其体积膨胀的作用，因此需要使用硅氧烷类表面处理剂对氧化钙的表面进行憎水处理。硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂是刚性膨胀剂，但是其不能实现水泥浆体塑性阶段的微膨胀，开裂主要是由小的裂缝引起，而逐渐扩大，因此需要补偿水泥基灌浆料在凝结硬化前产生的塑性收缩；水泥基灌浆料的塑性膨胀主要通过添加引气组分，利用其在碱性条件下反应释放出气体，导致浆料体积增大获得；偶氮化合物受热时可连续分解释放氮气，在硅酸盐水泥的碱性条件下以及含锂催化剂的催化下，能够加快其分解速率。

较佳的，所述硅氧烷类表面处理剂包括烷基三烷氧基硅烷。

通过采用上述方案，硅氧烷类表面处理剂主要包括烷基三乙氧基硅烷和烷基三烷氧基硅烷；烷基三烷氧基硅烷由于渗透深度大，适用于潮湿的灌浆料表面而应用较多；典型的烷基三烷氧基硅烷具有一个硅原子的小分子，其能在氧化钙中有效地渗透，但是也使其非常容易挥发；烷基能够使氧化钙的表面张力降低，烷氧基能够控制硅烷、硅氧烷与氧化钙的连接，烷基基团特征显著影响硅烷和硅氧烷憎水性，由于硅烷的表面张力小，远低于水的表面张力，当水与毛细孔表面的憎水薄膜接触时，会表现憎水的特性，使氧化钙不能被水润湿，由于其易于挥发，因此当其挥发后，氧化钙会与水反应，因此能够延缓氧化钙的水化反应。

较佳的，所述含锂化合物包括碳酸锂、氢氧化钾中的一种或两种。

通过采用上述方案，碳酸锂、氢氧化钾作为催化剂时催化效率高且不会产生有害物质而污染环境。

较佳的，所述石英砂的粒径为0.1-1.0mm，所述石英砂的细度模数为1.3-1.5。

通过采用上述方案，石英砂作为灌浆料的骨料，能够为灌浆料起到骨架与填充的作用，以增强其强度，石英砂的粒径为0.1-1.0mm，细度模数为1.3-1.5，提高了灌浆砂浆的流动性。

较佳的，所述矿物掺合剂为矿渣粉、粉煤灰中的一种或两种，所述粉煤灰为II级粉煤灰。

通过采用上述方案，矿物掺合剂能够提高灌浆料的刚性，提高其灌浆料的表面亮度并且减少其裂纹的产生。

较佳的，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、焦磷酸钠、硫酸钠中的一种或几种。

通过采用上述方案，缓凝剂能够降低水泥的水化速度和水化热、延长凝结时间，葡萄糖酸钠、焦磷酸钠、硫酸钠能够很好的适配灌浆料的原材料。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.水泥基灌浆材料中加入的复合膨胀剂能够补偿水泥水化反应引起的体积收缩；偶氮化合物能够为水泥的塑性阶段提供塑性膨胀；硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂能够很好的利用不同膨胀期的膨胀源的作用，由于氧化钙与水的反应很激烈，通过硅氧烷类表面处理剂的加入，能对氧化钙的表面进行憎水处理，延缓其与水的反应；

2.在水泥基灌浆料与水混合时加入一定比例的复合加强纤维与细石得到灌浆砂浆，细石能够增强灌浆砂浆的抗压强度，并且由于细石的加入，能够减少水泥基灌浆料的加入，从而减少水泥因水化热而产生的裂纹现象；而复合加强纤维的网状结构能够增强灌浆砂浆的强度，并且减少其在中后期产生裂纹的现象；根据生产需求，可以采用不同粒径以及用量的细石，并且等量细石替代水泥基灌浆料，能够节省生产成本。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

合成例1：复合膨胀剂

将硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、偶氮二甲酰胺、烷基三烷氧基硅烷重量百分比分别为90％、8％、2％的比例混合，混合均匀后得到复合膨胀剂。

合成例2：复合加强纤维

将聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯酰胺、马来酸酐接枝聚丙烯以及硅烷偶联剂的重量百分比分别为45％、26％、26％、1％、1％、1％的比例混合，混合均匀后得到复合加强纤维。

其中，聚丙烯纤维的长度为6-10mm，纤度1.5-2.0D；玻璃纤维的长度为3-5mm，纤度为0.5-1.0D；聚酰胺纤维的长度为10-15mm，纤维为1.5-3.0D。

实施例：水泥基灌浆材料

按照表1所示重量比将各组分一次加入干粉混合机中，经过充分混合即可得到水泥基灌浆材料。

表1水泥基灌浆材料组分重量表，kg。

应用例：灌浆砂浆

按照表2所示重量比将实施例1中的水泥基灌浆材料与细石、复合加强纤维以及水加入搅拌机中，经过充分混合即可得到灌浆砂浆。

表2灌浆砂浆组分重量表，kg。

对比例1：采用申请公布号为CN102173676A的专利申请文件，其公开了一种无收缩水泥灌浆料，采用0.15水料比制得灌浆砂浆。

对比例2：对比例1与实施例1的区别在于，原料中未添加复合膨胀剂，按照应用例1中的配比制得灌浆砂浆。

对比例3：对比例2与应用例1的区别在于，原料中未添加复合加强纤维。

对比例4：对比例3与应用例1的区别在于，原料中未添加细石。

将对比例1-4以及应用例1-3制得的灌浆砂浆，根据GB/T50448-2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》所述实验方法，进行性能检测，结果如表3所示。

表3灌浆砂浆的性能测试表

其中，开裂程度通过在相同的实验条件下，对对比例1-4以及应用例1-3中的灌浆砂浆进行实验，待其硬化后，经过相同的时间，观察其表面开裂的情况，A：几乎没有开裂；B：轻度开裂；C：中度开裂；D：严重开裂。

从以上数据可以看出，对比例1为传统的灌浆砂浆，虽然各方面性能均在国家标准要求内，但是其硬化后的材料有明显的开裂情况，会影响后续的使用，存在一定的安全隐患；对比例2中未添加复合膨胀剂，导致其竖向膨胀率较低，并且有轻度开裂的情况；对比例3中未添加复合加强纤维，其抗压强度明显降低，但因为其灌浆砂浆中添加了细石，减少了水泥基灌浆材料的量，减少了水泥的水化热，使其对其抗压强度有了一定的补充加强作用，因此只是有轻度开裂；对比例4中未添加细石，其抗压强度明显降低，但由于其添加了复合加强纤维，使其只是有轻度开裂，且抗压强度符合GB/T50448-2008的要求。

应用例1-3的抗压强度以及开裂情况明显优于对比例1-4；从对比应用例1-3可以看出，应用例1中只添加了细骨料，使灌浆砂浆的流动性最优，但其抗压强度稍逊于应用例2和应用例3；对比例2中只添加了粗骨料，使其抗压强度明显优于应用例1和应用例3，但其灌浆砂浆的流动性较应用例1与应用例3稍差；对比例3中采用了细骨料与粗骨料混合的方式，可以看出其综合性能优于应用例1和应用例2。

由此可以看出，在添加了复合膨胀剂、复合加强纤维以及细石的情况下，能够有效地减少灌浆砂浆的开裂情况，并且能够大幅度提高其抗压强度性能，这三者共用能够发挥协同作用，使得灌浆砂浆的整体性能有了较大的改善；根据加入细骨料、粗骨料的不同用量，能够获得具有性能差异的灌浆砂浆，因此在实际应用时，可以根据需求，选择合适的比例细骨料与粗骨料进行添加。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种灌浆砂浆，其特征在于：以重量份数计，其原料包括水泥基灌浆材料100份、细石25-50份、复合加强纤维1-2份以及水15-20份；

所述复合加强纤维包括聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、分散剂、相容剂以及硅烷偶联剂；其中，聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、分散剂、相容剂以及硅烷偶联剂的重量百分比分别为45％、26％、26％、1％、1％、1％；其中分散剂为聚丙烯酰胺，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

2.根据权利要求1所述的灌浆砂浆，其特征在于：所述聚丙烯纤维的长度为6-10mm，纤度1.5-2.0D；玻璃纤维的长度为3-5mm，纤度为0.5-1.0D；所述聚酰胺纤维的长度为10-15mm，纤维为1.5-3.0D。

3.根据权利要求1所述的灌浆砂浆，其特征在于：所述细石包括粒径为0.16-5.0mm的细骨料以及粒径为5-10mm的粗骨料中的一种或两种。

4.一种水泥基灌浆材料，其特征在于：以重量份数计，其组分包括如下原料：

水泥100份

石英砂110-130份

减水剂1-2份

消泡剂0.2-0.4份

复合膨胀剂6-8份

含锂催化剂0.2-0.6份

矿物掺合剂10-20份

缓凝剂0.1-0.2份

所述水泥为硅酸盐水泥；

所述减水剂为聚羧酸减水剂；

所述复合膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、偶氮化合物以及硅氧烷类表面处理剂，其中，硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、偶氮化合物以及硅氧烷类表面处理剂的重量百分比分别为90％、8％、2％。

5.根据权利要求4所述的水泥基灌浆材料，其特征在于：所述硅氧烷类表面处理剂包括烷基三烷氧基硅烷。

6.根据权利要求4所述的水泥基灌浆材料，其特征在于：所述含锂催化剂包括碳酸锂、氢氧化钾中的一种或两种。

7.根据权利要求4所述的水泥基灌浆材料，其特征在于：所述石英砂的粒径为0.1-1.0mm，所述石英砂的细度模数为1.3-1.5。

8.根据权利要求4所述的水泥基灌浆材料，其特征在于：所述矿物掺合剂为矿渣粉、粉煤灰中的一种或两种，所述粉煤灰为II级粉煤灰。

9.根据权利要求4所述的水泥基灌浆材料，其特征在于：所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、焦磷酸钠、硫酸钠中的一种或几种。