CN109970371B - 一种用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料 - Google Patents

一种用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，由如下重量份原料干混得到：高贝利特硫铝酸盐水泥熟料粉60～70份；α型高强石膏粉5～10份；β型石膏粉5～10份；超细粉煤灰15～20份。高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的碱度系数Cm值为1.3～1.4，铝硫比P值为1.3～1.5，fSO3为5～7％；高贝利特硫铝酸盐水泥熟料具有如下重量百分比的矿物组成：C2S为30～35％，C4A3S为50～60％，CaSO4为9～12％，C4AF为1.3～1.8％。本发明的特种胶凝材料2小时强度即可达到25MPa以上，自身具有的一定的塑性和刚性微膨胀性能，在制备灌浆料时可省去添加膨胀剂的环节。

Description

一种用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特 种胶凝材料
技术领域
本发明属于水泥基材料技术领域，特别是涉及一种用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料。
背景技术
无收缩灌浆料是一种在无震捣的条件下，实现在狭窄缝隙及密集布筋情况下浇注与灌浆的水泥基材料。主要用于地脚螺栓锚固、飞机跑道的抢修、核电设备的固定、路桥工程的加固、设备基础的二次灌浆、旧混凝土结构裂缝治理，机电设备安装，轨道及钢结构安装，墙体结构的加厚及漏渗水的修复等工程，装配式建筑构件之间的钢筋套筒连接也需要进行灌浆施工。随着我国经济及技术的快速发展，无收缩灌浆料这种新型的高性能水泥基产品在我国会逐渐得到大量和深入的应用。
无收缩灌浆料对于早龄期的强度有很高的要求，希望浇筑完成后即刻能够产生很高的强度，达到快速修复和快速稳固设备基础的目的，最理想的结果就是当灌浆料失去流动性和凝结后，就马上产生很高的强度，2-4小时的早龄期强度对于灌浆料的施工质量有非常重要的作用。除了早龄期强度，灌浆料也必须同时具有很高的长期强度、长期强度增长率和施工时的良好流动性。目前的无收缩灌浆料无法同时满足这些要求，特别是早龄期的强度不够，造成施工质量缺陷。中国专利公布号CN103482928A公开的一种高性能无收缩水泥基灌浆材料，以硅酸盐水泥为主要胶凝材料，通过添加热固性树脂纤维大幅增强灌浆料的力学强度，1天强度为40MPa左右，28天强度为90MPa左右，但该方法需要复杂的制备工艺，未提及2-4小时的早龄期强度。中国专利公布号CN107176812A公开的一种高强无收缩灌浆料，以硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的复合为主要胶凝材料，为提高灌浆料的强度将硅酸盐水泥超细粉磨之800-1000目，获得的灌浆料1天强度为36-39MPa左右，28天强度为92-97MPa，该方法需要将硅酸盐水泥超细粉磨，目前的实际生产设备根本无法实现，该专利同样未提及灌浆料2-4小时的早龄期强度。中国专利公布号CN101921086A公开了一种水泥超高强无收缩灌浆料，以普通硅酸盐水泥为胶凝材料，通过添加钢纤维使灌浆料的1天强度达到70-90MPa，28天强度达到120MPa，但由于钢纤维的添加使灌浆料的施工性能大幅度下降，不能够进入狭窄的缝隙进行关键施工，使用范围得到大幅度限制，尽管该专利灌浆料强度非常高，而早龄期2-4小时的强度也未提及。
胶凝材料是水泥基无收缩灌浆料的核心，对无收缩灌浆料的基本性能起着决定性的作用。现有技术中使用的胶凝材料主要以普通硅酸盐水泥为主，或者辅助以硫铝酸盐水泥。该类胶凝材料虽然可使灌浆料具有良好的流动性和长期强度增长率，但受其水化反应机理的影响，胶凝材料自身的1天龄期强度很低，往往还需要配合添加大量的早强剂、促硬剂才能显著提高灌浆料的1天龄期强度。而在2-4小时的早龄期，以硅酸盐水泥为主的胶凝材料根本不会产生明显的强度，这也是上述现有发明专利中都没有提及2-4小时早龄期强度的原因。因此，为了显著提高无收缩灌浆料2-4小时的早龄期强度，满足市场对高品质无收缩灌浆料的需求，提出了一种高早强无收缩灌浆料制备技术及用于制备高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料制备技术。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种水泥基高早强无收缩灌浆料，该灌浆料具有超高的2-4小时早龄期强度，并具有优异的流动性、长期强度增长率和长期强度，同时能够确保灌浆料在凝结硬化前具有一定的塑性膨胀和硬化后的刚性膨胀，确保灌浆料的灌浆充盈和硬化后不产生因干燥收缩引起的开裂。
本发明的另一目的在于提供一种用于制备上述水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，该特种胶凝材料采用经过特殊配料煅烧的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料，并与不同晶体形态的煅烧石膏、特殊的矿物掺合料复合，制得高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料。使得该特种胶凝材料的2小时强度即可达到25MPa以上，同时使得该特种胶凝材料具有一定的塑性和刚性微膨胀性能。
本发明是这样实现的，一种水泥基高早强无收缩灌浆料，包括如下重量份的原料：高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料50～55份；重钙粉5～10份；石英砂38～43份；乳胶粉0.5～0.7份；减水剂0.5～0.7份；消泡剂36～0.5份；纤维素醚0.05～0.1份；柠檬酸0.1～0.15份；碳酸锂0.03～0.05份。
在上述技术方案中，优选的，包括如下重量份的原料：高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料52.5份；重钙粉5.0份；石英砂40.9份；乳胶粉0.5份；减水剂0.5份；消泡剂0.36份；纤维素醚0.08份；柠檬酸0.12份；碳酸锂0.04份。
将各组分原料(粉剂)按重量份配比称量，然后投入混料机中充分混合并使其搅拌均匀，混合搅拌得到水泥基高早强无收缩灌浆料，利用自动包装机包装入库。
在上述技术方案中，优选的，所述高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，由如下重量份的原料干混合均匀得到：高贝利特硫铝酸盐水泥熟料粉60～70份；α型高强石膏粉5～10份；β型石膏粉5～10份；超细粉煤灰15～20份。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述高贝利特硫铝酸盐水泥熟料粉，为高贝利特硫铝酸盐水泥熟料磨细至比表面积为400～500m2/kg得到。
在上述技术方案中，进一步优选的，为了大幅度提高胶凝材料早龄期小时强度，对高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的率值和矿物组成进行了设定，所述高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的碱度系数Cm值为1.3～1.4，铝硫比P值为1.3～1.5，fSO3为5～7％；所述高贝利特硫铝酸盐水泥熟料具有如下重量百分比的矿物组成：C2S矿物含量为30～35％，C4A3
Figure BDA0002048713810000031
矿物含量为50～60％，CaSO4矿物含量为9～12％，C4AF矿物含量为1.3～1.8％。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述α型高强石膏粉，细度为400～700目。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述β型石膏粉，细度为400～700目。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述超细粉煤灰比表面积为1000～1200m2/kg。
特种胶凝材料中的两种煅烧石膏粉，即α型高强石膏粉和β型石膏粉与高贝利特硫铝酸盐水泥熟料组合后，会进一步显著提高胶凝材料的小时强度，使胶凝材料的2小时抗压强度即可达到25MPa以上，同时为胶凝材料带来塑性和刚性微膨胀效应。超细粉煤灰的添加有利于改善胶凝材料的颗粒级配和密实性，并显著改善胶凝材料的工作性和需水性。
这种高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，是将高贝利特硫铝酸盐水泥熟料经过特殊的配料煅烧，并与不同晶体形态的煅烧石膏、特殊的超细矿物掺合料复合而成。经过特殊配料煅烧的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料，凝结时间短，硬化和强度生成速度快，自身具有很高的早期小时强度，同时还具有较高的长期强度增长率和适宜的需水性。经过与不同晶体形态的煅烧石膏和特殊的矿物掺合料组合，胶凝材料自身还具有了一定的塑性和刚性膨胀率，是能够达到发明目的的根本原因。
本发明以高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料为基材，配合其它必要的细集料和各种化学外加剂，制得满足性能要求的无收缩灌浆料。在制备无收缩灌浆料时，可显著提高灌浆料2-4小时超早龄期强度，并使灌浆料具有优异的流动性、长期强度增长率和长期强度，胶凝材料自身具有一定的塑性和刚性膨胀率，能够确保灌浆料在凝结硬化前具有一定的塑性膨胀和硬化后的刚性膨胀，确保灌浆料的灌浆充盈和硬化后不产生因干燥收缩引起的开裂，直接省去在灌浆料配方中添加塑性和刚性膨胀剂。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)本发明以高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料作为水泥基无收缩灌浆料的专用胶凝材料，制备的灌浆料超早强特性显著，2小时抗压强度即可达到35MPa以上，4小时强度可以达到50MPa以上，1d强度可达70MPa以上，并具有优异的长期强度和强度增长率，28d强度可达90MPa以上；
(2)本发明将经过特殊配料煅烧的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料，与不同晶体形态的煅烧石膏、特殊的矿物掺合料复合，制得的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料2小时强度即可达到25MPa以上；
(3)本发明中经过特殊配料煅烧的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料，凝结时间缩短为10～15min，2小时早期强度得到显著的提高，可达20.0MPa以上，并具有较高的长期强度和长期强度增长率，28d强度高达70MPa以上，还具有较高的长期强度增长率和适宜的需水性；
(4)本发明的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料自身具有的一定的塑性和刚性微膨胀性能，在制备灌浆料时可省去添加膨胀剂的环节，简化灌浆料制备程序，并能够确保灌浆料具有稳定的微膨胀性；
(5)本发明的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料与外加剂适应性强，相比其它产品，在化学添加剂显著减少的情况下，保证灌浆料浆体具有良好流动性和可施工性能，且均匀稳定；
(6)本发明的灌浆料具有稳定的塑性和刚性微膨胀性能，使得浇注体长期使用无收缩，保证设备与基础紧密接触，并产生适当的膨胀压应力确保设备长期安全运行；
(7)本发明的高早强无收缩灌浆料，具有较高的性价比和市场竞争力，可用于大型高精度设备安装、螺栓锚固、结构加固、路面修补、截水堵漏、补强工程等，用途广泛。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
高贝利特硫铝酸盐水泥熟料粉的制备：
按表1所示的生料重量配比和配料率值，研磨获得细度为0.08mm，筛余小于8％的1.0吨生料，经回转窑1320℃煅烧后，获得0.72吨(生料烧失量为28％)的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料，经过研磨获得比表面积为400～500m2/kg的熟料粉。
表1生料配比和配料率值
Figure BDA0002048713810000051
熟料的矿物组成见表2所示。
表2高贝利特硫铝酸盐水泥熟料矿物组成
Figure BDA0002048713810000052
得到的具有高早强性能的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料，按照标准GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》和GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的物理性能见表3所示。
表3高贝利特硫铝酸盐水泥熟料物理性能
Figure BDA0002048713810000053
Figure BDA0002048713810000061
从表3可以看出，通过对高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的率值和矿物组成进行特殊设定，使得高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的初凝时间缩短为10～15min，早期2h抗压强度得到显著的提高，可达20.0MPa以上，4h抗压强度可达35.0MPa以上，1d抗压强度可达55.0MPa以上，并具有较高的长期强度(28d)和长期强度增长率，28d强度高达70MPa以上。
而利用正常参数煅烧的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料Cm值一般为0.95～1.0，P值一般为2.5～3.5，fSO3一般为2～3％，2小时不会产生强度，凝结时间为30～50min。
实施例2
高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料的制备：
按照表4所示重量配比将各组分依次加入干粉混合机中，经过充分均匀混合得到高早强无收缩灌浆料专用的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料。
表4高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料的重量配比
Figure BDA0002048713810000062
利用标准GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和TC/T313-2009《膨胀水泥膨胀率试验方法》对上述三组高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料的物理性能进行测定，结果如表5所示。
表5高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料物理性能
Figure BDA0002048713810000063
Figure BDA0002048713810000071
从表5可以看出，通过采用经过特殊配料煅烧的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料，并与不同晶体形态的煅烧石膏(α型高强石膏粉和β型石膏粉)、特殊的矿物掺合料(超细粉煤灰)复合，制得的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，初凝时间缩短为7～9min，早期2h抗压强度可达25.0MPa以上，4h抗压强度可达38.0MPa以上，1d抗压强度可达50.0MPa以上，并具有较高的长期强度(28d)和长期强度增长率，28d强度高达70MPa以上。同时，具有一定的塑性和刚性膨胀率。
实施例3
高早强无收缩灌浆料的制备
本实施例中，碱水剂选用聚羧酸干粉，消泡剂选用矿物油干粉，纤维素醚选用低粘度纤维素醚。
组号1：
按以下重量称取各原料组分：高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料1000g；重钙粉100g；石英砂860g；乳胶粉10g；减水剂14g；消泡剂10g；纤维素醚2g；柠檬酸3g；碳酸锂1g，共计2000g。将称取的物料倒入混合机中进行充分混合，直至随机抽取的多个样品，经测定其容重不再变化，混合均匀得到水泥基高早强无收缩灌浆料。
组号2：
按以下重量称取各原料组分：高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料1000g；重钙粉200g；石英砂760g；乳胶粉14g；减水剂11g；消泡剂10g；纤维素醚2g；柠檬酸2g；碳酸锂1g份，共计2000g。将称取的物料倒入混合机中进行充分混合，直至随机抽取的多个样品，经测定其容重不再变化，混合均匀得到水泥基高早强无收缩灌浆料。
组号3：
按以下重量称取各原料组分：高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料1100g；重钙粉100g；石英砂763g；乳胶粉12g；减水剂12g；消泡剂8g；纤维素醚1g；柠檬酸3g；碳酸锂1g，共计2000g。将称取的物料倒入混合机中进行充分混合，直至随机抽取的多个样品，经测定其容重不再变化，混合均匀得到水泥基高早强无收缩灌浆料。
组号4：
按以下重量称取各原料组分：高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料1050g；重钙粉100g；石英砂818g；乳胶粉10g；减水剂10g；消泡剂7.2g份；纤维素醚1.6g；柠檬酸2.6g；碳酸锂0.6g，共计2000g。将称取的物料倒入混合机中进行充分混合，直至随机抽取的多个样品，经测定其容重不再变化，混合均匀得到水泥基高早强无收缩灌浆料。
按GBT50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》标准，对各组号制备的高早强无收缩灌浆料的物理性能进行了测定，结果见表6所示。
表6各组号高早强无收缩灌浆料的物理性能(水料比0.16)
Figure BDA0002048713810000081
从表6中可以看出，采用本发明的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料制备的水泥基无收缩灌浆料，具有优异的流动性，同时具有稳定的塑性和刚性微膨胀性能，2-4小时超早强特性显著，2小时抗压强度即可达到35MPa以上，4小时抗压强度可以达到50MPa以上，1d抗压强度可达70MPa以上，并具有优异的长期强度和长期强度增长率，28d抗压强度可达90MPa以上。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，其特征在于：所述高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，由如下重量份的原料干混合均匀得到：高贝利特硫铝酸盐水泥熟料粉60~70份；α型高强石膏粉5~10份；β型石膏粉5~10份；超细粉煤灰15~20份；
所述高贝利特硫铝酸盐水泥熟料粉，为高贝利特硫铝酸盐水泥熟料磨细至比表面积为400~500m2/kg得到；
所述高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的碱度系数Cm值为1.3~1.4，铝硫比P值为1.3~1.5，fSO3为5~7%；所述高贝利特硫铝酸盐水泥熟料具有如下重量百分比的矿物组成：C2S矿物含量为30~35%，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
矿物含量为50~60%，CaSO4矿物含量为9~12%，C4AF矿物含量为1.3~1.8%，上述矿物组成含量为100%。
2.根据权利要求1所述的用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，其特征在于：所述α型高强石膏粉，细度为400~700目。
3.根据权利要求1所述的用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，其特征在于：所述β型石膏粉，细度为400~700目。
4.根据权利要求1所述的用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，其特征在于：所述超细粉煤灰比表面积为1000~1200m2/kg。
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