CN108996975A - 一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，按重量百分比包括普通水泥12～29％、特种水泥14～35％、骨料33～49％、改性掺合料5～12％、早期膨胀组分0.01～0.075％、中后期膨胀组分2～5％、防冻剂0.25～1.55％、功能组分0.35～0.7％；改性掺合料包括有机硅烷偶联剂、改性纳米二氧化硅和超细矿渣粉；改性纳米二氧化硅是将纳米二氧化硅在氢氧化钾和/或氢氧化钠饱和溶液中常温浸泡，超声分散混合后过滤，取滤渣干燥后于高温下恒温8h，再降至常温后制得。本灌浆料在‑10℃使用0℃水拌合即获得良好流动度，直接‑10℃下养护1d、7d，然后‑10℃养护7d再转入20℃浸水养护28d，‑10℃下养护的各龄期的物理性能均好于现有灌浆料，不需对灌浆料、模具、器械加热保温，有效降低了成本，提高了效率。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，具体涉及一种负温型套筒灌浆料及其制备方法。
背景技术
近些年来，社会各界对装配式混凝土结构的认可度逐渐提升，钢筋套筒灌浆连接技术得到了越来越广泛的应用，作为一种钢筋套筒粘结材料，套筒灌浆料的重要性逐渐突显。
套筒灌浆施工一般宜在5℃以上的环境下进行，国内相关行业标准规范也规定，灌浆施工时，环境温度不宜低于5℃；当连接部位养护温度低于5℃时，应采取加热保温措施。但受气温及工期进度的影响，实际工程对低负温型套筒灌浆料提出了需求。为此，广大科研及生产单位相继开发出低负温型套筒灌浆料。
现有技术中，专利号为201810230700.8的发明专利“一种低温环境钢筋连接用灌浆料及其制备方法和应用”中提供了一种钢筋套筒连接用的灌浆料，成分包括水泥、矿物掺合料、骨料，以及减水剂、膨胀剂等其他功能组分。该发明提供的这种灌浆料需要控制拌和水温度在10℃；力学性能检测时的最低温度为-5℃，当环境温度处于更低的-10℃时，力学性能则难以达到要求。
又例如专利号为“201710895233.6”的发明专利“钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法”中提供了一种在(-10～5)℃使用的无收缩钢筋连接用套筒灌浆料，但是该材料在使用时存在一些缺陷和不便之处：干粉料需要在5℃条件下恒温24h；拌合水温度需控制在20℃；需要在0℃条件下养护5h后才能置于-10℃条件下继续养护。
现有技术提供的钢筋连接用套筒灌浆料，有的无法满足更低的温度环境，有的使用和养护过程十分复杂，这些都严重制约了钢筋连接用套筒灌浆料的使用场景和应用范围，影响了在低温环境中钢筋连接处的连接质量。
因此，研制一种能直接用于-10℃负温环境下的装配式混凝土建筑灌浆施工，且具有微膨胀、早强、高强、施工性能良好的负温型套筒灌浆料，对于在寒冷及极寒环境下推进和加快建筑工业化发展意义重大。
发明内容
为了在温度更低的负温环境中保持良好的力学性能，简化钢筋连接用灌浆料的使用和养护过程，使其更易于使用，本发明提供了一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，具体通过以下技术实现。
一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，按重量百分比计，包括普通水泥12～29％、特种水泥14～35％、骨料33～49％、改性掺合料5～12％、早期膨胀组分0.01～0.075％、中后期膨胀组分2～5％、防冻剂0.25～1.55％、功能组分0.35～0.7％；
其中，所述改性掺合料由1～5％有机硅烷偶联剂、82～95％改性纳米二氧化硅和4～13％超细矿渣粉磨制复合而成；
所述改性纳米二氧化硅的制备方法为：将纳米二氧化硅置于氢氧化钾和/或氢氧化钠饱和溶液中常温浸泡；超声分散混合8～10min后过滤，取滤渣干燥后于300℃下恒温8h，再降温至常温后制得改性纳米二氧化硅；
所述功能组分包括65～85％聚羧酸高效减水剂、2～20％聚醚改性有机硅消泡剂、1～15％早强剂、0.5～5％保水剂。
相比于普通纳米二氧化硅，经过改性后的纳米二氧化硅具有更高的反应活性，能大幅提高更低负温条件下水泥基材料的早期力学性能，使其在全程-10℃环境温度的灌浆及养护环境下，迅速达到要求的力学性能。
优选地，所述改性掺合料按重量百分比由3.8％有机硅烷偶联剂、90.5％改性纳米二氧化硅和5.7％超细矿渣粉磨制复合而成。
更优选地，所述负温型钢筋连接用套筒灌浆料按重量百分比包括普通水泥20％、特种水泥25％、骨料43％、改性掺合料7.7％、早期膨胀组分0.05％、中后期膨胀组分3.2％、防冻剂0.6％、功能组分0.45％。
更优选地，所述普通水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥中至少一种；按重量百分比计，所述特种水泥由25～100％硫铝酸盐水泥、0～60％铝酸盐水泥、0～15％磷酸镁水泥复合而成；按重量百分比计，所述早期膨胀剂由50～75％塑性膨胀剂、10～40％尿素和10～15％激发剂；所述的中后期膨胀组分为氧化钙类、硫铝酸钙类、氧化镁类膨胀剂中至少一种。
进一步优选地，所述塑性膨胀剂为偶氮化合物、硝酸取代物、动物蛋白发泡剂、磺酰肼类化合物中至少一种；激发剂为碱式碳酸锌、碳酸锌中至少一种。
优选地，所述骨料为水洗烘干的河砂、石英砂、金刚砂中至少一种。
更优选地，所述骨料为石英砂，按重量百分比计，10～20目占7％，20～40目占43％，40～70目占50％。
优选地，所述早强剂为碳酸锂、硫酸锂、氟化锂、氢氧化锂中至少一种；保水剂为纤维素醚类高分子化合物、生物多糖胶中至少一种。
本发明还提供了一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料的制备方法，称取早期膨胀组分、中后期膨胀组分、防冻剂、功能组分，混匀；再边搅拌边加入普通水泥、特种水泥、改性掺合料、骨料，混匀；按照0.11～0.14的水料比加水，混匀得所述负温型钢筋连接用套筒灌浆料成品。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明提供的灌浆料，在-10℃负温环境下使用0℃水拌合即可获得初始流动度≥300mm，30min流动度≥260mm，-10℃环境下养护1d的抗压强度≥35MPa，-10℃环境下养护7d的抗压强度≥60MPa，-10℃养护7d转入20℃环境浸水养护28d抗压强度≥85MPa的效果。只需将负温型套筒灌浆料置于-10℃环境下恒温24h，搅拌过程中及成型后均不需对灌浆料拌合物、模具、器械等进行加热保温，在负温环境下施工时能降低施工成本、提高施工效率并确保结构安全；
2、本发明提供的灌浆料，在改性掺合料中使用采用特殊方法制备的改性纳米二氧化硅，在减少胶凝材料和骨料界面过渡区缺陷的同时改善套筒灌浆料拌合物后期力学性能，提高了套筒灌浆料密实度与中后期抗压强度；相比于普通纳米二氧化硅，经过改性后的纳米二氧化硅具有更高的反应活性，能大幅提高低负温条件下水泥基材料的早期力学性能，使其在全程-10℃环境温度的灌浆及养护环境下，迅速达到要求的力学性能；
3、本发明提供的灌浆料，在早期膨胀组分中掺入激发剂，缓解了负温环境下早期膨胀组分因温度过低导致无法提供塑性阶段补偿收缩的问题，保证了负温环境下套筒灌浆料在塑性阶段具有良好的微膨胀效果。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例、比较例制备的负温型钢筋连接用套筒灌浆料中：
所用普通水泥为水泥强度等级为52.5普通硅酸盐水泥，所述特种水泥按重量百分比包括40％的水泥强度等级为42.5的硫铝酸盐水泥、50％的铝酸盐水泥和10％的磷酸镁水泥；
所用骨料为石英砂，按重量百分比包括7％的10～20目、43％的20～40目和50％的40～70目；
所用早期膨胀组分按重量百分比包括70％的偶氮化合物、17％的尿素和13％的碱式碳酸锌；
所用中后期膨胀组分为硫铝酸钙类膨胀剂，所用防冻剂为硝酸钠；
所用功能组分按重量百分比包括79.7％的聚羧酸高效减水剂、14.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、5.05％的氢氧化锂、0.75％的生物多糖胶；
所用改性纳米二氧化硅的制备方法为：将纳米二氧化硅置于氢氧化钾和/或氢氧化钠饱和溶液中常温浸泡；超声分散混合8～10min后过滤，取滤渣干燥后于300℃下恒温8h，再降温至常温后制得改性纳米二氧化硅。
以下实施例、比较例制备的负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其制备方法为：称取早期膨胀组分、中后期膨胀组分、防冻剂、功能组分，混匀；再边搅拌边加入普通水泥、特种水泥、改性掺合料、骨料，混匀；按照0.12的水料比加水，混匀得所述负温型钢筋连接用套筒灌浆料成品。
实施例1～3、比较例1～2
实施例1～3、比较例1～2制备的负温型钢筋连接用套筒灌浆料，按重量百分比包括普通水泥20％、特种水泥25％、骨料43％、改性掺合料7.7％、早期膨胀组分0.05％、中后期膨胀组分3.2％、防冻剂0.6％、功能组分0.45％；其中，改性掺合料的组分比例如下表1所示。
表1实施例1～3、比较例1～2制备的负温型钢筋连接用套筒灌浆料的改性掺合料原料表，单位：％
| 组名 | 有机硅烷偶联剂 | 改性纳米二氧化硅 | 超细矿渣粉 |
| 实施例1 | 3.8 | 90.5 | 5.7 |
| 实施例2 | 1 | 95 | 4 |
| 实施例3 | 5 | 82 | 13 |
| 比较例1 | 0.5 | 97 | 2.5 |
| 比较例2 | 7 | 79 | 14 |
实施例4～5、比较例3～4
实施例4～5、比较例3～4制备的负温型钢筋连接用套筒灌浆料，包括普通水泥、特种水泥、骨料、改性掺合料、早期膨胀组分、中后期膨胀组分、防冻剂、功能组分，各原料按重量百分比的比例如下表2。其中，改性掺合料按重量百分比由3.8％有机硅烷偶联剂、90.5％改性纳米二氧化硅和5.7％超细矿渣粉磨制复合而成。
表2实施例4～5、比较例3～4制备的的原料表，单位：％
应用例
将实施例1～5、比较例1～4的负温型钢筋连接用套筒灌浆料的各原料搅拌混匀，与搅拌器具、成型试模等置于-10℃环境下恒温24h，按对应的水料比加入0℃拌合水，使用搅拌机在-10℃环境下搅拌制得负温型钢筋连接用套筒灌浆料。此外，在-10℃环境下使用HRB400E带肋直螺纹钢筋成型钢筋套筒灌浆连接接头并养护至28d后测试接头的抗拉性能。
另设不含改性掺合料的空白组，其负温型钢筋连接用套筒灌浆料的原料按重量百分比包括普通水泥23.7％、特种水泥26％、骨料46％、早期膨胀组分0.05％、中后期膨胀组分3.2％、防冻剂0.6％、功能组分0.45％；其他原料及灌浆料的制备方法与实施例1相同。
另设对照组，其负温型钢筋连接用套筒灌浆料的原料按重量百分比包括普通水泥20％、特种水泥25％、骨料43％、改性掺合料7.7％、早期膨胀组分0.05％、中后期膨胀组分3.2％、防冻剂0.6％、功能组分0.45％。其中改性掺合料由3.8％有机硅烷偶联剂、90.5％纳米二氧化硅和5.7％超细矿渣粉磨制复合而成；其他原料及灌浆料的制备方法与实施例1相同。
检测实施例1～5、比较例1～4、空白组和对照组的负温型钢筋连接用套筒灌浆料的物理性能，如下表3所示。
表3实施例1～5、比较例1～4、空白组和对照组的负温型钢筋连接用套筒灌浆料的物理性能表
注：上表中-1d表示-10℃环境下养护1d，-7d表示-10℃环境下养护7d，-7+28d表
示-10℃环境下养护7d转入20℃环境浸水养护28d。
由上表可知，实施例1制备的负温型钢筋连接用套筒灌浆料，经过养护后的物理性能更出众。通过对比实施例1和对照组可知，在改性掺合料中加入本发明的方法改性的纳米二氧化硅，能够使负温型钢筋连接用套筒灌浆料的物理性能显著提升。
Claims (9)
1.一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，按重量百分比计，包括普通水泥12～29％、特种水泥14～35％、骨料33～49％、改性掺合料5～12％、早期膨胀组分0.01～0.075％、中后期膨胀组分2～5％、防冻剂0.25～1.55％、功能组分0.35～0.7％；
其中，所述改性掺合料由1～5％有机硅烷偶联剂、82～95％改性纳米二氧化硅和4～13％超细矿渣粉磨制复合而成；
所述改性纳米二氧化硅的制备方法为：将纳米二氧化硅置于氢氧化钾和/或氢氧化钠饱和溶液中常温浸泡；超声分散混合8～10min后过滤，取滤渣干燥后于300℃下恒温8h，再降温至常温后制得改性纳米二氧化硅；
所述功能组分包括65～85％聚羧酸高效减水剂、2～20％聚醚改性有机硅消泡剂、1～15％早强剂、0.5～5％保水剂。
2.根据权利要求1所述的一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述改性掺合料按重量百分比由3.8％有机硅烷偶联剂、90.5％改性纳米二氧化硅和5.7％超细矿渣粉磨制复合而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，按重量百分比包括普通水泥20％、特种水泥25％、骨料43％、改性掺合料7.7％、早期膨胀组分0.05％、中后期膨胀组分3.2％、防冻剂0.6％、功能组分0.45％。
4.根据权利要求1或2所述的一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述普通水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥中至少一种；按重量百分比计，所述特种水泥由25～100％硫铝酸盐水泥、0～60％铝酸盐水泥、0～15％磷酸镁水泥复合而成；按重量百分比计，所述早期膨胀剂由50～75％塑性膨胀剂、10～40％尿素和10～15％激发剂；所述的中后期膨胀组分为氧化钙类、硫铝酸钙类、氧化镁类膨胀剂中至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述塑性膨胀剂为偶氮化合物、硝酸取代物、动物蛋白发泡剂、磺酰肼类化合物中至少一种；激发剂为碱式碳酸锌、碳酸锌中至少一种。
6.根据权利要求1或所述的一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述骨料为水洗烘干的河砂、石英砂、金刚砂中至少一种。
7.根据权利要求5所述的一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述骨料为石英砂，按重量百分比计，10～20目占7％，20～40目占43％，40～70目占50％。
8.根据权利要求1、2或5所述的一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述早强剂为碳酸锂、硫酸锂、氟化锂、氢氧化锂中至少一种；保水剂为纤维素醚类高分子化合物、生物多糖胶中至少一种。
9.权利要求1所述的一种负温型钢筋连接用套筒灌浆料的制备方法，其特征在于，称取早期膨胀组分、中后期膨胀组分、防冻剂、功能组分，混匀；再边搅拌边加入普通水泥、特种水泥、改性掺合料、骨料，混匀；按照0.11～0.14的水料比加水，混匀得所述负温型钢筋连接用套筒灌浆料成品。
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