CN110642576A

CN110642576A - 绝湿膨胀灌注砂浆及其制备方法和其在可调踏步高度预制楼梯施工中的应用

Info

Publication number: CN110642576A
Application number: CN201911104440.0A
Authority: CN
Inventors: 李长成; 郑永辉; 贾福杰; 赵顺增
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: CN110642576B

Abstract

本发明的主要目的在于提供一种绝湿膨胀灌注砂浆及其制备方法和其在可调踏步高度预制楼梯施工中的应用。所述灌注砂浆以质量百分含量计其包括钢渣15％～25％，矿渣5％～12％，硅酸盐水泥熟料10％～15％，废石膏3％～4％，流态稳定改性材料2％～3％，石英砂45％～55％；按照前述的配比称取原料，混合均匀，得干混组合物；加水搅拌，灌注。所要解决的技术问题是使所述的灌注砂浆具有稳定的高流动性、填充性，使其在不浇水养护的条件下，能够建立有效膨胀以补偿体积收缩、抗开裂，早强快硬，从而加快施工进度，尤其适于可调踏步高度预制楼梯现场安装中。

Description

绝湿膨胀灌注砂浆及其制备方法和其在可调踏步高度预制楼梯施工中的应用

技术领域

本发明属于灌注砂浆制造技术领域，特别是涉及一种绝湿膨胀灌注砂浆及其制备方法和其在可调踏步高度预制楼梯施工中的应用。

背景技术

中国专利CN208168196U公开了一种可调踏步高度预制楼梯，其中，可调踏步高度预制楼梯的踏步与梯段板分开预制。预制踏步的制作模具可以根据踏板型号进行任意调节；预制梯段板的制作模具也更加容易且尺寸可任意调整。因此，可调踏步高度预制楼梯可以提高模具的利用率、降低模具摊销成本。预制梯段板的顶部区域与上楼楼梯梁、下水平部与下楼楼梯梁、梯段部与楼梯踏步之间均设置预留钢筋，通过灌注砂浆连接，牢固地粘结成一个整体。因此，高流动性、早强快硬、无收缩的灌注砂浆是预制楼梯安装可靠性的关键所在，其性能优劣直接决定着结构安全性和耐久性。

目前，市面上使用的灌注砂浆存在施工性能不稳定、高流态下易离析泌水，干燥收缩体积稳定性差等缺点，严重影响预制楼梯安装过程中的施工质量和灌注质量。在可调踏步高度预制楼梯的安装过程中，不进行湿养护，使得传统的膨胀剂无法发挥作用，而具有绝湿膨胀功能的双膨胀源高性能膨胀剂，因其价格昂贵，限制了其大规模使用。

基于以上背景，研发一种施工性能稳定，不需借助膨胀剂而又能解决收缩开裂、体积稳定性好的灌注砂浆，是可调踏步高度预制楼梯应用所需面对的难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种绝湿膨胀灌注砂浆及其制备方法和其在可调踏步高度预制楼梯施工中的应用，所要解决的技术问题是使所述的灌注砂浆具有稳定的高流动性、填充性，使其在不浇水养护的条件下，能够建立有效膨胀以补偿体积收缩、抗开裂，早强快硬，从而加快施工进度，更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种绝湿膨胀灌注砂浆，以质量百分比计其包括：

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的钢渣为钢渣微粉，其碱度≥2.4，游离态的CaO的质量百分含量≥5.0％，游离态的MgO的质量百分含量为5.0％～8.0％，勃氏比表面积为800±20m²/kg。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的矿渣为粒化高炉矿渣粉，其碱性系数≥1.1，质量系数≥1.4，细度d₅₀≤5μm，d₉₅≤15μm，需水量比≤90％，28d活性指数≥110％。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的硅酸盐水泥熟料的勃氏比表面积为450±20m²/kg，以质量百分含量计其包括：

硅酸三钙 70.0％～74.0％；

铝酸三钙 6.0％～7.0％；

游离态的氧化钙 ≤1.0％。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的废石膏为磨细废石膏模具粉，其勃氏比表面积为400±20m²/kg，以质量百分含量计，其包含的三氧化硫≥46.0％。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的流态稳定改性材料以质量百分含量计其包括：

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的沸石为斜发沸石粉，其细度为45μm方孔筛筛余≤1.0％，其吸氨值为1200-1400毫摩尔/千克。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的粉状减水剂为聚羧酸系粉状减水剂，其减水率≥30％，28天收缩率比≤70％，1天抗压强度比≥ 200％。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的消泡剂为粉末消泡剂，是将矿物油和非离子表面活性剂吸附在惰性载体上获得。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的纤维素为羟乙基纤维素。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其中所述的石英砂采用20～40目、40～70目和70～120目的石英砂三级级配，其中40～70目石英砂为圆粒石英砂。

优选的，前述的绝湿膨胀灌注砂浆，其初始流动度≥330mm；30min 流动度≥320mm；1d抗压强度≥25MPa；3d抗压强度≥44MPa；28d抗压强度≥63MPa；24h竖向膨胀率≤1.00％。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种绝湿膨胀灌注砂浆的制备方法，其包括以下步骤：

按照前述的绝湿膨胀灌注砂浆的材料及配比称取原料，混合均匀，得绝湿膨胀灌注砂浆，其为干混组合物。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种前述的方法制备的绝湿膨胀灌注砂浆在可调踏步高度预制楼梯现场安装中的应用。

优选的，前述的应用，其包括以下步骤：将所述的干混组合物加水搅拌，灌注。

借由上述技术方案，本发明提出的一种绝湿膨胀灌注砂浆及其制备方法和其在可调踏步高度预制楼梯施工中的应用至少具有下列优点：

1、本发明利用超细化钢渣微粉中游离态的CaO、游离态的MgO的梯段水化特性，使其膨胀性产物Ca(OH)₂和Mg(OH)₂的生成速率与灌注砂浆强度增长、体积变化相匹配，在约束作用下建立有效膨胀、补偿收缩，提高灌注砂浆的体积稳定性，解决收缩开裂难题。此外，所生成的Ca(OH)₂还可以激发钢渣微粉中的活性SiO₂、Al₂O₃，生成C-S-H凝胶，进一步增加灌注砂浆基体强度，促进早强快硬；

2)本发明采用流态稳定改性材料在增加灌注砂浆的流动性、和易性与粘聚性的前提下，降低灌注砂浆对用水量波动的敏感性，从而保证灌注砂浆在高流动性下不离析泌水，提高预制楼梯的灌注质量；

3)本发明利用钢渣、矿渣、硅酸盐水泥熟料及废石膏之间的连续颗粒分布的紧密堆积特性，辅以部分圆粒石英砂的“滚珠”效应，降低灌注砂浆的空隙率和单方用水量，从而进一步提高灌注砂浆的早强快硬能力；

4)本发明的绝湿膨胀灌注砂浆在实际应用中，需加水搅拌，拌和后其具有稳定的施工性能和体积稳定性，在高流态下(初始流动度≥330mm， 30min流动度≥320mm)不离析、不泌水；早强快硬(1d抗压强度≥25.0MPa， 3d抗压强度≥44.0MPa，28d抗压强度≥63.0MPa)，绝湿膨胀无收缩(24h 竖向膨胀率≤1.00％)，抗裂性能良好；尤其适用于可调踏步高度预制楼梯连接安装时的灌浆使用。

5)本发明提出的绝湿膨胀灌注砂浆，其使用大量钢渣、矿渣、废石膏等工业废渣，材料来源广泛、成本低廉，具有显著的社会效益和经济效益。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效, 以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种绝湿膨胀灌注砂浆及其制备方法和其在可调踏步高度预制楼梯施工中的应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明提出一种绝湿膨胀灌注砂浆，以质量百分含量计其包括：钢渣， 15％～25％；矿渣，5％～12％；硅酸盐水泥熟料，10％～15％；废石膏，3％～4％；流态稳定改性材料，2％～3％；石英砂，45％～55％。所述的绝湿膨胀灌注砂浆，是指其可以在不浇水养护的条件下，依然能够建立有效膨胀以补偿体积收缩、抗开裂，早强快硬，从而加快施工进度。

钢渣是一种工业固体废物，是炼钢排出的渣，其主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成；矿渣是矿石经过选矿或冶炼后的残余物；钢渣和矿渣各有缺点，但是两者复合使用时，其优点互补，缺点消失，是混凝土的最佳掺合料。本发明的技术方案中，以钢渣、矿渣等，以及石英砂和流态稳定改性材料，获得了一种在不浇水养护的条件下仍具有高流动性和填充性、早强快硬、低收缩的灌注砂浆。

优选的，所述的钢渣为钢渣微粉，其碱度≥2.4，游离态的CaO的质量百分含量≥5.0％，游离态的MgO的质量百分含量为5.0％～8.0％，勃氏比表面积为800±20m²/kg。

所述的碱度是以钢渣微粉中氧化钙和氧化镁的质量和与二氧化硅和三氧化二铝的质量和之比。

本发明的技术方案中，钢渣首先经过风淬法处理，不进行水补充冷却，然后经立磨-球磨联合粉磨系统粉磨整形，得钢渣微粉；所述的钢渣微粉的颗粒呈球形状，具有良好颗粒级配。钢渣经粉磨到一定细度成为钢渣微粉，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益，符合国家产业政策，具有广阔的市场；其作为水泥混合材料已列入国家标准，经过磨细制成钢渣粉可作为优良的水泥混合材，部分替代熟料、以降低水泥生产成本，而且钢渣水泥，与硅酸盐水泥相比具有后期强度高、耐磨性好、水化热低、抗渗性好等特点；其可等量替代水泥，可提高混凝土后期强度。与不掺加钢渣掺合料的混凝土相比，在水灰比相同时，拌和物坍落度增大10cm以上，流动性、抗离析性、间隙通过性良好，混凝土的密实性和抗渗透能力得到提高，水化热降低，抗冻性改善。

本发明的技术方案中，所述的钢渣微粉具有增加灌注砂浆体积稳定性、及促进灌注砂浆快硬早强的双重作用。一方面，钢渣微粉中的游离态的 CaO、游离态的MgO分阶段发生水化产应，先后生成膨胀性产物Ca(OH)₂和Mg(OH)₂；其先后生成Ca(OH)₂和Mg(OH)₂的速度与灌注砂浆的强度增长、体积变化相匹配，在约束作用下建立有效膨胀，从而补偿灌注砂浆收缩，起到增强灌注砂浆的体积稳定性和抗开裂的作用。另一方面，钢渣微粉中的C₂S、C₃S硅酸盐矿物，自身就可以水化产生胶凝性，加快灌浆料强度增长。而膨胀性产物Ca(OH)₂又可以激发钢渣微粉中的活性SiO₂、Al₂O₃，生成C-S-H凝胶，进一步增加灌浆料基体强度。

优选的，所述的矿渣为粒化高炉矿渣粉，其碱性系数≥1.1，质量系数≥1.4，细度d₅₀≤5μm，d₉₅≤15μm，需水量比≤90％，28d活性指数≥110％。

所述的碱性系数M₀以矿渣微粉中氧化钙和氧化镁的质量和与二氧化硅和三氧化二铝的质量和之比。

所述的质量系数以粒化高炉矿渣粉中氧化钙、三氧化二铝和氧化镁的质量和与二氧化硅、一氧化锰和二氧化钛的质量和之比。

所述的28d活性指数按下述步骤获得：按照试验方法GB/T 17671分别测定试验样品28天的抗压强度，计为R₂₈(MPa)；对比样品28天的抗压强度，计为R₀₂₈(MPa)；按照公式A₂₈＝R₂₈÷R₀₂₈×100(％)计算其28d活性指数 A₂₈(％)，计算结果取整数。

本发明的技术方案中，所述的粒化高炉矿渣粉主要作用在于提高水泥、混凝土的早强和改善混凝土的特性，如易和性、提高早强、减少水化热等。

优选的，所述的硅酸盐水泥熟料的勃氏比表面积为450±20m²/kg，以质量百分含量计其包括：硅酸三钙，70.0％～74.0％；铝酸三钙，6.0％～7.0％；游离态的氧化钙，≤1.0％。

所述的硅酸盐水泥熟料为高阿利特硅酸盐水泥熟料，其中，阿利特又称为A矿，是含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等的硅酸三钙固溶体，是硅酸盐水泥中的主要矿物，是使水泥水化后获得高机械强度，特别是早期强度的最主要矿物。

优选的，所述的废石膏为磨细废石膏模具粉，其勃氏比表面积为400± 20m²/kg，以质量百分含量计，其包含的三氧化硫≥46.0％。

废石膏是一种以硫酸钙为主要成分的工业固体废物；其可以作为硫酸盐激发剂，激发矿渣等工业废渣的活性和提高灌浆材料的强度；同时，适量的废石膏可改善灌注砂浆的性能，如，提高其强度、减少其收缩等。

优选的，所述的流态稳定改性材料以质量百分含量计其包括：沸石， 67.0％～75.0％；粉状减水剂，20.0％～25.0％；消泡剂，3.0％～5.0％；纤维素，2.0％～3.0％。

流态稳定改性材料的作用在于增加灌注砂浆的流动性、和易性与粘聚性，降低灌注砂浆对用水量波动的敏感性，保证灌注砂浆在高流态性下不离析、不泌水，从而提高灌注质量。

优选的，所述的沸石为斜发沸石粉，其细度为45μm方孔筛筛余≤1.0％，其吸氨值为1200-1400毫摩尔/千克。

所述的斜发沸石粉是斜发沸石经过加工后形成的粉状；其中，斜发沸石是指沸石族中含水的钠、钾、钙的铝硅酸盐矿物。所述的沸石粉在流态稳定改性材料中起到载体和分散的作用。此外，其自身也可参与水化，提高基体的强度。

优选的，所述的粉状减水剂为聚羧酸系粉状减水剂，其减水率≥30％， 28天收缩率比≤70％，1天抗压强度比≥200％。

所述的粉状减水剂优选为减缩-早强复合型聚羧酸系减水剂，以质量百分含量计，其包含的纳米CSH成核剂为15.0％-20.0％。

所述的减水率用来表征减水剂的作用效果，计算如下：在混凝土塌落度基本相同时，不掺减水剂的混凝土和掺有减水剂的受检混凝土单位用水量之差与不掺减水剂混凝土单位用水量之比。

所述的收缩率比是指掺和此粉状减水剂的混凝土的收缩率除以对比样品(使用本领域常用的普通减水剂替代所述的粉状减水剂)的混凝土的收缩率。

所述的抗压强度比是指掺和此粉状减水剂的混凝土的抗压强度除以对比样品(使用本领域常用的普通减水剂替代所述的粉状减水剂)的混凝土的抗压强度。

优选的，所述的消泡剂为粉末消泡剂，是将矿物油和非离子表面活性剂吸附在惰性载体上获得。

优选的，所述的纤维素为羟乙基纤维素。

优选的，所述的纤维素的分子量为75000。

优选的，所述的石英砂采用20～40目、40～70目和70～120目的石英砂三级级配，其中40～70目石英砂为圆粒石英砂。

优选的，所述的石英砂以质量百分含量计其包括：20～40目石英砂25.0％～35.0％，40～70目石英砂35.0％～45.0％，70～120目石英砂 25.0％～35.0％。

优选的，所述的石英砂以质量百分含量计其包括：20～40目石英砂 30.0％，40～70目石英砂40.0％，70～120目石英砂30.0％。

所述的40～70目石英砂采用圆粒石英砂，旨在取其球形颗粒特征，起到“滚珠”作用，以改善提高灌注砂浆的流动性，提高施工性能稳定性；考虑到圆粒石英砂的成本比较高，因此，本发明的技术方案中20～40目石英砂、70～120目石英砂均采用普通石英砂，采用三种粒度三级级配，以及不同粒径形状采用“普通形状+圆粒形状+普通形状”的组合搭配，其能够取得比较好的性价比。

优选的，其初始流动度≥330mm；30min流动度≥320mm；1d抗压强度≥25MPa；3d抗压强度≥44MPa；28d抗压强度≥63MPa；24h竖向膨胀率≤1.00％。

本发明还提出一种绝湿膨胀灌注砂浆的制备方法，其包括以下步骤：

本发明还提出一种根据前述的方法制备的绝湿膨胀灌注砂浆在可调踏步高度预制楼梯现场安装中的应用。

优选的，其包括以下步骤：将所述的干混组合物加水搅拌，灌注。

优选的，所述的绝湿膨胀灌注砂浆在实际应用时，需加入其质量 10～12％的水，采用搅拌机拌和，其搅拌叶的线速度为6～10m/s，搅拌3～5min。

下面通过更为具体的实施例进行进一步说明。

实施例1～5

按照附表1、附表2所示的配方称取原料，将各种原料混合均匀，与水一起加入砂浆搅拌机，其中，所加入水的重量占灌注砂浆干混组合物的 11.0％，搅拌叶的线速度为8m/s，快速搅拌4min，即得到高流动性、早强快硬且无收缩的绝湿膨胀灌注砂浆。

其中，石英砂三级级配的质量百分含量比例为20～40目石英砂30.0％， 40～70目石英砂40.0％，70～120目石英砂30.0％。

依据GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》进行初始流动度、30min流动度、1d抗压强度、3d抗压强度、28d抗压强度和24h竖向膨胀率等性能测试，测试如附表3所示。

表1各实施例中绝湿膨胀灌注砂浆的组分表，质量份

表2各实施例中添加的流态稳定改性材料的组分表，质量百分含量％

	沸石	粉状减水剂	消泡剂	纤维素
					实施例1	67.0	25.0	5.0	3.0
实施例2	70.0	24.0	4.0	2.0
					实施例3	72.0	22.0	3.5	2.5
实施例4	74.0	21.0	3.0	2.0
					实施例5	75.0	20.0	3.0	2.0

表3各实施例中所制备的灌注砂浆的性能数据表

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

Claims

1.一种绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，以质量百分比计其包括：

2.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的钢渣为钢渣微粉，其碱度≥2.4，游离态的CaO的质量百分含量≥5.0％，游离态的MgO的质量百分含量为5.0％～8.0％，勃氏比表面积为800±20m²/kg。

3.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的矿渣为粒化高炉矿渣粉，其碱性系数≥1.1，质量系数≥1.4，细度d₅₀≤5μm，d₉₅≤15μm，需水量比≤90％，28d活性指数≥110％。

4.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的硅酸盐水泥熟料的勃氏比表面积为450±20m²/kg，以质量百分含量计其包括：

硅酸三钙 70.0％～74.0％；

铝酸三钙 6.0％～7.0％；

游离态的氧化钙 ≤1.0％。

5.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的废石膏为磨细废石膏模具粉，其勃氏比表面积为400±20m²/kg，以质量百分含量计，其包含的三氧化硫≥46.0％。

6.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的流态稳定改性材料以质量百分含量计其包括：

7.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的沸石为斜发沸石粉，其细度为45μm方孔筛筛余≤1.0％，其吸氨值为1200-1400毫摩尔/千克。

8.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的粉状减水剂为聚羧酸系粉状减水剂，其减水率≥30％，28天收缩率比≤70％，1天抗压强度比≥200％。

9.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的消泡剂为粉末消泡剂，是将矿物油和非离子表面活性剂吸附在惰性载体上获得。

10.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的纤维素为羟乙基纤维素。

11.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，所述的石英砂采用20～40目、40～70目和70～120目的石英砂三级级配，其中40～70目石英砂为圆粒石英砂。

12.根据权利要求1所述的绝湿膨胀灌注砂浆，其特征在于，其初始流动度≥330mm；30min流动度≥320mm；1d抗压强度≥25MPa；3d抗压强度≥44MPa；28d抗压强度≥63MPa；24h竖向膨胀率≤1.00％。

13.一种绝湿膨胀灌注砂浆的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

按照权利要求1至12任一项所述的绝湿膨胀灌注砂浆的材料及配比称取原料，混合均匀，得绝湿膨胀灌注砂浆，其为干混组合物。

14.一种根据权利要求13所述的方法制备的绝湿膨胀灌注砂浆在可调踏步高度预制楼梯现场安装中的应用。

15.根据权利要求14所述的应用，其特征在于，其包括以下步骤：

将所述的干混组合物加水搅拌，灌注。