CN110183193A - 一种超早强水泥基水下不分散修补材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种超早强水泥基水下不分散修补材料，包括如下组分：硅酸盐水泥25.0％～35.0％、硫铝酸盐水泥50.0％～60.0％、锂渣粉3.0％～6.0、硅粉1.0％～3.0％、空心微珠3.0％～6.0％、复合絮凝剂0.20％～0.50％、早强剂0.5％～1.5％、调凝剂0.20％～0.50％、体积稳定剂4.0％～8.0％、聚羧酸系减水剂0.30％～0.80％、消泡剂0.01％～0.03％。本发明的超早强水泥基水下不分散修补材料具有快硬、高强、水下抗分散性高、粘结力好、超大流动度、体积稳定性好、施工方法简易、无毒等特性，尤其适用于潮差地段、水流较大或需要紧急投入运行的水下抢修工程。

Description

一种超早强水泥基水下不分散修补材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水下快速修补加固领域，具体涉及一种超早强水泥基水下不分散修补材料。
背景技术
我国目前在建的很多桥梁、水利工程由于采用了一些施工新工艺，需要在高水头、长流程、细管径的条件下进行水下灌浆密封止水施工，另外还有一些水利工程的水下混凝土裂缝需要修补或加固，围堰排水法及导管法等传统施工方法无法使用或成本高昂，需要一种适合直接在水下进行灌浆作业的新型材料。
水下不分散混凝土是将以絮凝剂为主的水下不分散剂加入到新拌混凝土中，使其与水泥颗粒表面产生离子键或共价键，起到压缩双电层、吸附水泥颗粒和保护水泥的作用。同时，水泥颗粒之间、水泥与骨料之间，可通过絮凝剂的高分子长链的“桥架”作用，使拌合物形成稳定的空间柔性网络结构，提高新拌混凝土的粘聚力，限制新拌混凝土的分散、离析及避免水泥流失。
自1974年原西德首次开展水下不分散混凝土的开发研究并应用于实际工程以来，许多国家都积极投入这方面的研究，取得了较成功的应用效果。但是，综观过去在水下不分散外加剂方面的研究和应用成果，均是应用于混凝土中，未见在水泥基灌浆材料中的研究应用。
目前的灌浆材料主要包括化学灌浆材料与水泥灌浆材料两大类。化学灌浆材料具有颗粒细、强度高、粘度低，以及流动性、稳定性、可灌性均好，固化时间可调等优点，但它除成本高、运输、贮存不便、施工工艺复杂外，大多具有不同程度的毒性，同时，因其易引起环境污染以及对地下水的污染，化学灌浆材料应用越来越受到限制。水泥基水泥灌浆材料具有使用方便、强度高、耐久性好、无公害、成本低、来源广等特点，目前，混凝土裂缝修补与加固中广泛使用水泥基灌浆材料。但普通水泥基灌浆材料直接应用于水下灌浆时因水流冲刷导致水泥浆流失，严重影响灌浆质量。而一般水下不分散剂又很难达到灌浆材料要求的大流动度及微膨胀的效果。因此，开发一种水下不分散无收缩灌浆材料专用外加剂，对水下混凝土工程的施工、修补与加固具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种除能保持灌浆材料所具有的大流动性及微膨胀性外，还可以保证在水下直接灌浆施工而不分散、不离析的超早强水泥基水下不分散修补材料。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种超早强水泥基水下不分散修补材料是由下述重量百分比的原料制成：
所述硅酸盐水泥为P·O42.5级或52.5级，硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥42.5级或52.5级。
所述锂渣粉的比表面积为400～600m2/kg。
所述硅粉的SiO2含量不低于95％，粒径为2～5μm；空心微珠的SiO2含量为55～60％，粒径为5～20μm。
所述复合絮凝剂为非离子型聚丙烯酰胺、黄原胶和葡甘聚糖的混合物，三种絮凝剂的质量比为非离子型聚丙烯酰胺:黄原胶:葡甘聚糖＝(3.0～6.0):1:(0.2～0.4)。
所述早强剂为甲酸钙、乙酸钙或硫氰酸钙中的一种或几种；所述调凝剂为葡萄糖酸钠、酒石酸钾钠、柠檬酸钠或硼酸一种或几种。
所述体积稳定剂包括UEA膨胀剂、氧化钙膨胀剂或氧化镁膨胀剂中的一种或几种。
所述聚羧酸系减水剂为白色粉末，减水率大于30％。
所述消泡剂为聚醚型消泡剂或有机硅消泡剂中的一种。
所述修补材料还可加入适量的级配细骨料配制成超早强水泥基水下不分散修补砂浆，使用时根据配制强度及流动性要求按水灰比0.3～0.5加水搅拌均匀后进行施工。
本发明结合了快速修补材料和水下不分散混凝土两大材料的优点。使用本发明的超早强水泥基水下不分散修补材料后，在水下带水施工时具有良好的施工性能和抗水分散性，硬化体具有堵漏、防渗、早强、不收缩等特点。
有益效果：使用本发明的超早强水泥基水下不分散剂修补材料具有下列性能优点：
(1)水泥基水下修补材料拌和物具有优良的抗分散性、自流平性；
(2)早期强度发展快，后期强度不倒缩，适合快速修补；
(3)施工操作简单，可减小修补浇筑时的水质污染；
(4)对狭小间隙浇筑具有优良的填充性，可降低砂浆分散造成的强度损失；
(5)硬化砂浆具有较高的体积稳定性，无收缩，并可提高砂浆硬化物与钢筋的粘结力，并可避免由于收缩产生裂纹而造成修补材料耐久性能下降。
(6)可应用于江湖河海的护坡工程、大坝基础被水淘空部位的修复工程，或者潮差地段、水流较大或需要紧急投入运行的水下抢修工程。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明技术方案进一步详细说明。
实施例1
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O52.5水泥290份、42.5级硫铝酸盐水泥520份、锂渣粉48份、硅粉14份、空心微珠45份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量600万)2.8份、黄原胶0.8份、葡甘聚糖0.2份、甲酸钙12份、酒石酸钾钠3.0份、UEA膨胀剂24份、氧化钙膨胀剂24份、氧化镁膨胀剂12份、聚羧酸系减水剂4.0份、聚醚型消泡剂0.2份。
实施例2
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O42.5水泥260份、52.5级硫铝酸盐水泥540份、锂渣粉45份、硅粉22份、空心微珠50份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量400万)3.0份、黄原胶0.8份、葡甘聚糖0.3份、硫氰酸钙12份、葡萄糖酸钠3.0份、UEA膨胀剂28份、氧化钙膨胀剂20份、氧化镁膨胀剂12份、聚羧酸系减水剂3.7份、聚醚型消泡剂0.2份。
实施例3
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O52.5水泥320份、42.5级硫铝酸盐水泥500份、锂渣粉42份、硅粉18份、空心微珠38份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量600万)2.8份、黄原胶0.8份、葡甘聚糖0.2份、甲酸钙14份、硼酸3.0份、UEA膨胀剂24份、氧化钙膨胀剂21份、氧化镁膨胀剂12份、聚羧酸系减水剂4.0份、有机硅消泡剂0.2份。
实施例4
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O52.5水泥305份、42.5级硫铝酸盐水泥515份、锂渣粉44份、硅粉15份、空心微珠36份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量600万)2.7份、黄原胶0.9份、葡甘聚糖0.3份、乙酸钙10份、酒石酸钾钠4.0份、UEA膨胀剂29份、氧化钙膨胀剂22份、氧化镁膨胀剂10份、聚羧酸系减水剂6.0份、聚醚型消泡剂0.1份。
实施例5
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O42.5水泥315份、52.5级硫铝酸盐水泥500份、锂渣粉36份、硅粉22份、空心微珠39份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量400万)3.3份、黄原胶0.9份、葡甘聚糖0.3份、甲酸钙13份、柠檬酸钠3.0份、UEA膨胀剂28份、氧化钙膨胀剂24份、氧化镁膨胀剂9份、聚羧酸系减水剂6.3份、聚醚型消泡剂0.2份。
实施例6
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O52.5水泥300份、42.5级硫铝酸盐水泥505份、锂渣粉45份、硅粉15份、空心微珠51份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量400万)3.2份、黄原胶0.8份、葡甘聚糖0.3份、乙酸钙11份、酒石酸钾钠4.0份、UEA膨胀剂24份、氧化钙膨胀剂24份、氧化镁膨胀剂12份、聚羧酸系减水剂4.5份、聚醚型消泡剂0.2份。
实施例7
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O42.5水泥265份、52.5级硫铝酸盐水泥520份、锂渣粉54份、硅粉24份、空心微珠52份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量400万)3.4份、黄原胶0.7份、葡甘聚糖0.2份、乙酸钙8份、柠檬酸钠3.0份、UEA膨胀剂30份、氧化钙膨胀剂20份、氧化镁膨胀剂13份、聚羧酸系减水剂6.5份、聚醚型消泡剂0.2份。
实施例8
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O42.5水泥275份、52.5级硫铝酸盐水泥530份、锂渣粉48份、硅粉14份、空心微珠45份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量800万)2.6份、黄原胶0.8份、葡甘聚糖0.3份、甲酸钙12份、葡萄糖酸钠5.0份、UEA膨胀剂33份、氧化钙膨胀剂20份、氧化镁膨胀剂9份、聚羧酸系减水剂5.0份、有机硅消泡剂0.3份。
对比例1
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O52.5水泥290份、42.5级硫铝酸盐水泥520份、锂渣粉48份、硅粉14份、空心微珠45份、甲酸钙12份、酒石酸钾钠3.4份、UEA膨胀剂28份、氧化钙膨胀剂24份、氧化镁膨胀剂12份、聚羧酸系减水剂3.4份、聚醚型消泡剂0.2份。
对比例2
一种超早强水泥基水下不分散剂修补材料，包含以下质量分的原料：P·O52.5水泥810份、锂渣粉48份、硅粉14份、空心微珠45份、非离子型聚丙烯酰胺(分子量600万)2.8份、黄原胶0.8份、葡甘聚糖0.2份、甲酸钙12份、酒石酸钾钠3.0份、UEA膨胀剂24份、氧化钙膨胀剂24份、氧化镁膨胀剂12份、聚羧酸系减水剂4.0份、聚醚型消泡剂0.2份。
应用实施例1
将实施例1～8及对比例1～2得到的超早强水泥基水下不分散修补材料(干粉)按水胶比0.3拌合并进行新拌浆体性能试验。流动性试验按照JTJ270-98规程附录A.13条灌浆用新拌水泥(砂)浆流动度试验(流动锥法)方法进行，即测试1725ml浆料在漏斗中流过漏斗出口(直径为13mm)所需时间，时间越短，流动性越好。凝结时间参照SL352-2006《水工混凝土实验规程》中3.8条混凝土拌和物凝结时间试验(贯入阻力法)进行。水中不分散性试验按照DL/T5117-2000规程进行，用定量的水泥基材料浆体倒入定量的水中，测定水的pH值和水中悬浮物质含量来判断其不分散性的优劣。当浆料倒入水中，水很清，pH值≤9，即不分散性优；反之，则视为不分散性差，试验结果见表1。
表1不同修补材料新拌浆体施工性能
由表1结果可见，对比例1中未掺加复合絮凝剂，在水中浆体经水洗流失导致pH值超过12，悬浮物质含量远高于实施例；对比例2中使用普通硅酸盐水泥，凝结时间超长，不能满足超早强快速修补的要求。而实施例1～8中的修补材料在流动性、凝结时间和水中的分离性方面均较优，能满足带水条件下水下不分散快速修补的要求。
应用实施例2
粘结强度参照SL352-2006《水工混凝土实验规程》中8.7条水泥砂浆粘结强度试验进行；抗压强度按SL352-2006《水工混凝土实验规程》中8.5条水泥砂浆抗压强度试验进行；水陆强度比参照DL/T 5117-2000《水下不分散混凝土实验规程》中第5条“实验室水下不分散混凝土拌和物的制备方法”和第7条“水下不分散混凝土强度试件成型与养护方法”进行，试件尺寸为70.7×70.7×70.7mm。
表2不同修补材料硬化浆体性能
由表2结果可见，对比例1中未掺加复合絮凝剂，在水中浆体经水洗流失，粘结强度远低于实施例，水陆强度比也远低于实施例，水中成型试件强度仅为路上成型试件的不到25％；对比例2中使用普通硅酸盐水泥，早期强度低，不能满足超早强快速修补的要求。而实施例1～8中的修补材料在粘结强度、各龄期抗压强度和水陆强度比方面均较优，能满足带水条件下水下不分散快速修补的要求。
虽然本发明通过实施例进行了描述，但实施例并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，例如成分比例或时间范围的调整，这种调整后的效果是可预测的，所以其同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求相同或等同的技术特征所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：其原料组分及组分占原料总量的质量百分比分别为：
2.根据权利要求1所述的一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：所述硅酸盐水泥为P·O42.5级或52.5级，所述硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥42.5级或52.5级。
3.根据权利要求1所述的一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：所述锂渣粉的比表面积为400～600m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：所述硅粉的SiO2含量不低于95％，粒径为2～5μm；空心微珠的SiO2含量为55～60％，粒径为5～20μm。
5.根据权利要求1所述的一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：所述复合絮凝剂为非离子型聚丙烯酰胺、黄原胶和葡甘聚糖的混合物，三种絮凝剂的质量比为非离子型聚丙烯酰胺:黄原胶:葡甘聚糖＝(3.0～6.0):1:(0.2～0.4)。
6.根据权利要求1所述的一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：所述早强剂为甲酸钙、乙酸钙或硫氰酸钙中的一种或几种；所述调凝剂为葡萄糖酸钠、酒石酸钾钠、柠檬酸钠或硼酸一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：所述体积稳定剂包括UEA膨胀剂、氧化钙膨胀剂或氧化镁膨胀剂中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：所述聚羧酸系减水剂为白色粉末，减水率大于30％。
9.根据权利要求1所述的一种超早强水泥基水下不分散修补材料，其特征在于：所述消泡剂为聚醚型消泡剂或有机硅消泡剂中的一种。
10.一种超早强水泥基水下不分散修补材料制备方法，其特征在于：取权利要求1至9之一的超早强水泥基水下不分散修补材料，所述修补材料加入适量的级配细骨料配制成超早强水泥基水下不分散修补砂浆，根据配制强度及流动性要求按水灰比0.3～0.5加水搅拌均匀后进行施工。
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