CN109650806A - 一种海洋工程用水泥基灌浆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体公开了一种海洋工程用水泥基灌浆材料及其制备方法。所述水泥基灌浆材料按重量百分比计，其原料组成如下：水泥38％～46％；骨料45％～56％；矿物掺合料5％～16％；外加剂0.1％～5％；水8％～12％，且除去水，各组分重量之和为100％。本发明提供的海洋工程用水泥基灌浆材料具有高强、高抗蚀、微膨胀、自密实、高耐久性等优点，可广泛应用于海洋工程的灌浆施工。

Description

一种海洋工程用水泥基灌浆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于海洋工程材料技术应用领域，涉及一种海洋工程用水泥基灌 浆材料及其制备方法，适用于海洋工程的各类结构基础施工中。
背景技术
我国海洋工程的基础建设、国防建设、资源勘探等进入历史大发展时期， 对海洋工程材料提出了更高的要求，同时也带来了巨大的市场需求。
中国申请CN101921086A公开了一种水泥基超高强无收缩灌浆料，具体 公开了通过钢纤维材料的掺入提高灌浆材料的抗压强度，但是钢纤维在海洋 环境条件下易发生腐蚀现象，影响结构服役安全。
因此，急需一种可适用于海洋工程且性能优异的水泥基灌浆材料。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种海洋工程用水泥基灌浆材料， 该灌浆材料具有高强、高抗蚀、微膨胀、自密实、高耐久性等特点。
本发明另一目的在于，提供上述海洋工程用水泥基灌浆材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，本发明提供的海洋工程用水泥基灌浆材料，按 重量百分比计，其原料组成如下：
且除去水，各组分重量百分比之和为100％；
其中，所述矿物掺合料为超细矿渣粉、微珠、微硅粉、纳米二氧化硅粉 中的两种或多种。
所述超细矿渣粉的比表面积为800～4000m2/kg；
所述微珠的比表面积为3000～5000m2/kg；
所述微硅粉的比表面积为18000～20000m2/kg；
所述纳米二氧化硅的比表面积为160000～200000m2/kg。
优选地，所述矿物掺合料为超细矿渣粉与微珠、微硅粉、纳米二氧化硅 粉三者中的一种或多种混合，从而进一步使得材料密实性提高，强度增加。
更优选地，所述超细矿渣粉含量为占除去水的各组分总重量的2.5％～3％。
所述水泥为海工硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥以及硫铝酸 盐水泥中的一种或多种。
所述骨料为石英砂、河砂、硅砂、标准砂、花岗岩机制砂、珊瑚礁砂中 的一种或多种。
所述外加剂为减水剂、消泡剂、膨胀剂、可再分散乳胶粉、早强剂、缓 凝剂、水下抗分散剂中的一种或多种。
其中，所述减水剂为粉末状聚羧酸减水剂；
所述消泡剂为粉末状有机硅消泡剂或聚醚消泡剂；
所述膨胀剂为钙矾石类膨胀剂；
所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯的共聚物；
所述早强剂为甲酸钙或碳酸锂；
所述缓凝剂为柠檬酸或酒石酸；
所述水下抗分散剂为聚丙烯酰胺类。
根据本发明的另一个方面，本发明提供的海洋工程用水泥基灌浆材料的 制备方法，包括：按照上述的重量百分比，在工厂预混好水泥、骨料、矿物 掺合料、外加剂，包装成品；向其中加入上述重量百分比的水，在搅拌机中 搅拌4～8min(叶片线速度不小于1.5m/s)；然后将搅拌均匀后的灌浆材料静 置2～3min，得到所述海洋工程用水泥基灌浆材料。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：采用优质原料、同时通过 优化配比，制备出具有高强、高抗蚀、微膨胀、自密实、高耐久性的海洋工 程用水泥基灌浆材料，适用于海洋工程的各类结构基础施工中，能满足海上 风电导管架灌浆技术要求，可确保风电导管架与桩基的有效连接。本发明制 备的灌浆材料初始流动度≥315mm，30min流动度≥310mm，60min流动度可达 290mm；2h抗压强度可达28.8MPa，28d抗压强度可达121.6MPa；28d硬化 后浆体电通量小于980C，耐久性好。具体地，本发明中，
(1)超细矿物掺合料的复合使用可在胶凝材料水化硬化中后期的增大水 化效率和二次水化程度，大幅度提高水化产物与骨料界面过渡区的致密性， 改善胶凝材料体系的微孔结构，从而增强硬化后灌浆材料的抗蚀性能；
(2)较低的水胶比使得胶凝材料水化产物中的毛细孔隙率减小，提高材 料的强度和抗渗性；
(3)超细矿物掺合料中的超细矿渣粉、微珠、微硅粉和纳米二氧化硅复 合使用时，存在微观粒径尺寸的数量级差别，因此可发挥逐级微填充效应； 使浆体结构更加密实，提高材料的抗渗性和耐久性；
(4)外加剂中水下抗分散剂的使用使得本发明灌浆材料可在水下施工。
本发明海洋工程用水泥基灌浆材料的制备方法简单，施工方便，在施工 现场直接加入水搅拌静置即可灌浆。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步阐述本发明。
实施例1
52.5级硅酸盐水泥43％，级配石英砂48％，微珠2％(比表面积为3000～ 5000m2/kg)，超细矿渣粉3％(比表面积为800～4000m2/kg)，纳米二氧化硅 1.3％(比表面积为160000～200000m2/kg)，聚羧酸减水剂0.6％，聚醚消泡剂 0.03％，钙矾石类膨胀剂2％，可再分散乳胶粉0.03％，聚丙烯酰胺类水下抗 分散剂0.04％。将上述材料混合均匀后加入总质量9％的水，搅拌8min，搅拌 完成后静置3min，即得本发明水泥基灌浆材料。标准养护条件下测得灌浆材 料各龄期的性能如表1所示。
表1实施例1灌浆材料物理性能
本实施例配制的灌浆材料满足海上风电导管架灌浆技术要求，可用于风 电导管架与桩基连接灌浆。该灌浆材料初始流动度和60min流动度均大于 290mm，流动性好；28d抗压强度达到121.6MPa，28d电通量值为885C，耐 久性好；水下抗分散剂的使用使得本发明灌浆材料可在水下施工；另外，超 细矿渣粉与微珠以及纳米二氧化硅复合使用，发挥了矿物掺合料的逐级微填 充效应，进一步提高了硬化后灌浆材料浆体和界面过渡区的密实性，提高了 灌浆材料的抗渗性和耐久性。
实施例2
42.5级海工硅酸盐水泥37％，42.5级快硬硫铝酸盐水泥2％，级配河砂 54.5％，微珠2％(比表面积为3000～5000m2/kg)，超细矿渣粉2.5％(比表面 积为800～4000m2/kg)，聚羧酸减水剂0.2％，聚醚消泡剂0.02％，钙矾石类 膨胀剂1.76％，可再分散乳胶粉0.02％。将上述材料混合均匀后加入总质量11.5％ 的水，搅拌5min，搅拌完成后静置2min，即得本发明水泥基灌浆材料。标准 养护条件下测得灌浆材料各龄期的性能如表2所示。
表2实施例2灌浆材料物理性能
本实施例配制的灌浆材料流动性能好，抗压强度高，超细矿渣粉与微珠 复合使用，进一步提高了界面区的密实度，降低了电通量值，提高了灌浆材 料的耐久性。该材料可广泛应用于海洋环境条件下的二次灌浆。
实施例3
52.5级快硬硫铝酸盐水泥43％，52.5级普通硅酸盐水泥2％，级配河砂 50％，微硅粉2％(比表面积为18000～20000m2/kg)，超细矿渣粉2.7％(比 表面积为800～4000m2/kg)，聚羧酸减水剂0.25％，聚醚消泡剂0.02％，可再 分散乳胶粉0.02％，碳酸锂0.01％。将上述材料混合均匀后加入总质量12％的 水，搅拌4min，搅拌完成后静置3min，即得本发明水泥基灌浆材料。标准养 护条件下测得灌浆材料各龄期的性能如表3所示。
表3实施例3灌浆材料物理性能
本实施例配制的灌浆材料2h抗压强度达到28.8MPa，初始流动度高，早 期强度高，耐久性较好。超细矿渣粉与微硅粉复合使用，提高了材料的密实 性和耐久性，可应用于有高抗蚀要求的抢修或快速成型修补工程
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种海洋工程用水泥基灌浆材料，其特征在于，按重量百分比计，其原料组成如下：
且除去水，各组分重量百分比之和为100％；
其中，所述矿物掺合料为超细矿渣粉、微珠、微硅粉、纳米二氧化硅粉中的两种或多种。
2.根据权利要求1所述的海洋工程用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述水泥为海工硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、以及硫铝酸盐水泥中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的海洋工程用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述骨料为石英砂、河砂、硅砂、标准砂、花岗岩机制砂、珊瑚礁砂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的海洋工程用水泥基灌浆材料，其特征在于，
所述超细矿渣粉的比表面积为800～4000m2/kg；
所述微珠的比表面积为3000～5000m2/kg；
所述微硅粉的比表面积为18000～20000m2/kg；
所述纳米二氧化硅的比表面积为160000～200000m2/kg。
5.根据权利要求1所述的海洋工程用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述矿物掺合料为超细矿渣粉与微珠、微硅粉、纳米二氧化硅粉三者中的一种或多种混合。
6.根据权利要求5所述的海洋工程用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述超细矿渣粉含量为占除去水的各组分总重量的2.5％～3％。
7.根据权利要求1所述的海洋工程用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述外加剂为减水剂、消泡剂、膨胀剂、可再分散乳胶粉、早强剂、缓凝剂、水下抗分散剂中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的海洋工程用水泥基灌浆材料，其特征在于，
所述减水剂为粉末状聚羧酸减水剂；
所述消泡剂为粉末状有机硅消泡剂或聚醚消泡剂；
所述膨胀剂为钙矾石类膨胀剂；
所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯的共聚物；
所述早强剂为甲酸钙或碳酸锂；
所述缓凝剂为柠檬酸或酒石酸；
所述水下抗分散剂为聚丙烯酰胺类。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的海洋工程用水泥基灌浆材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
按照权利要求1中所述的重量百分比，在工厂预混水泥、骨料、矿物掺合料、外加剂，包装成品；
向包装成品中，加入权利要求1中所述重量百分比的水，在搅拌机中搅拌4～8min，其中，搅拌机叶片的搅拌线速度不小于1.5m/s；
然后将搅拌均匀后的灌浆材料静置2～3min，得到所述海洋工程用水泥基灌浆材料。
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