CN110950615A - 一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料及其制备方法，灌浆干料按质量百分比计硅酸盐水泥20~40%；硫铝酸盐水泥15~30%；细骨料40~60%；减水剂0.6~1.5%；消泡剂0.5~1%；絮凝剂0.5~1.5%；膨胀剂4~6%；早强剂0.7~1.2%。灌浆干料与水的质量比100:10~15。本发明通过添加外加剂及科学合理筛选胶凝材料和细骨料，使灌浆料具备高流动性、超早强、超高强、微膨胀和良好的水下不分散等特点，1d抗压强度≥50MPa，3d抗压强度≥90MPa，28d抗压强度≥120MPa；7d水陆抗压强度比在75~85%，28d水陆抗压强度比在80~90%，适合在岩溶地区等复杂环境水下施工。
Description
技术领域
本发明涉及桩基灌浆料技术领域，具体涉及一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料及其制备方法。
背景技术
岩溶，是指水对可溶性岩石(碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物盐等)进行以化学溶蚀作用为主要特征的综合地质作用，以及由此产生的各种现象的总称。桩基法是岩溶地区桩基处理与施工的方法之一，当钻（冲）成孔灌注桩穿过溶洞发现孔内泥浆液面迅速下降时，溶洞规模较小采用抛填片石封堵溶洞，溶洞规模较大采用具备超早强、水下不分散特点的灌浆料进行封堵。
中国专利CN104003681A公开了一种海上风导管架灌浆材料及其施工方法，包括以下按质量百分比计的干料：硅酸盐水泥：25.0~40.0%、硫铝酸盐水泥：1.0~5.0%、石英砂：45.0~55.0%、外加剂：5.0~15.0%、所述水的加入量为适量，虽然该灌浆料具备一定的水下抗分散性能，但其水下抗分散性能并不满足在岩溶地区等复杂环境进行水下施工的特殊要求。中国专利CN105622006A公开了一种低温早强高强型水下灌浆料，包括以下按重量份计算的成分组成：普通硅酸盐水泥30~45份，细骨料45~60份，矿粉5~10份，加密硅灰2~4份，复合膨胀剂0.5~1份，早强型粉剂减水剂0.2~0.5份，纳米水化硅酸钙0.1~0.5份，复合早强剂0.3~0.5份，抗分散剂化合物0.1~0.3份，但其早期强度发展相对缓慢，1d抗压强度仅在15~20MPa之间，并不满足在岩溶地区等复杂环境进行水下施工的特殊要求。
发明内容
鉴于以上所述现有灌浆料的缺点，本发明旨在提供一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料及其制备方法，用以解决现有技术中缺乏具有高流动性、超早强、超高强、微膨胀和良好的水下不分散等技术特点的岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，克服传统灌浆料早期强度发展缓慢、水下抗分散性能差等缺点，解决岩溶地区水下灌浆施工的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，由灌浆料干粉加水搅拌而制得，所述灌浆料干粉由以下质量百分比的组分制成：硅酸盐水泥：20~40%；硫铝酸盐水泥：15~30%；细骨料：40~60%；减水剂：0.6~1.5%；消泡剂：0.5~1%；絮凝剂：0.5~1.5%；膨胀剂：4~6%；早强剂：0.7~1.2%。
所述灌浆料干粉与水的质量比例为100:12~15。
所述硅酸盐水泥选自52.5R级硅酸盐水泥。
所述硫铝酸盐水泥选自52.5R级高强硫铝酸盐水泥。
所述减水剂选自粉剂聚羧酸高效减水剂。
所述消泡剂选自粉剂高效消泡剂。
所述絮凝剂选自粉剂UWB-Ⅱ型絮凝剂。
所述膨胀剂选自UEA膨胀剂。
所述早强剂选自硫酸盐、硝酸盐、三乙醇胺一种或两种以上的混合物。
所述细骨料选自不同细度石英砂复配而成的连续级配石英砂。
进一步地，所述细骨料由细度为20~40目、40~80目、80~120目和120~200目四种石英砂组成，所述各组分质量百分比如下：20~40目石英砂：15~25%；40~80目石英砂：25~50%；80~120目石英砂：25~45%；120~200目石英砂：10~20%。
进一步地，所述连续级配石英砂的细度模数为2.3~3.1。
本发明所述的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤。
步骤（1）：按如下质量百分比准备灌浆料干粉原料：硅酸盐水泥：20~40%；硫铝酸盐水泥：15~30%；细骨料：40~60%；减水剂：0.6~1.5%；消泡剂：0.5~1%；絮凝剂：0.5~1.5%；膨胀剂：4~6%；早强剂：0.7~1.2%。
步骤（2）：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和细骨料投入搅拌机搅拌，得混合粉，备用。
步骤（3）：将减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂投入搅拌机搅拌，得外加剂混合粉，备用。
步骤（4）：将所述外加剂混合粉和混合粉投入搅拌机搅拌，得灌浆料干粉。
步骤（5）：将所述灌浆料干粉和水以100:12~15的质量比例投入搅拌机搅拌，得灌浆料。
进一步地，步骤（5）所述搅拌为先低速搅拌3min，再高速搅拌8min，最后低速搅拌3min；其中，所述低速搅拌为水泥胶砂搅拌机自转140±5r/min、公转62±5r/min；所述高速搅拌为水泥胶砂搅拌机自转280±10r/min、公转125±10r/min。
本发明的设计思想及机理如下。
本发明提供的灌浆料基本组分为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和细骨料，质量百分比分别为20~40%、15~30%和40~60%。为满足岩溶地区桩基处理与施工的需求，需添加适量的外加剂，其中包括0.6~1.5%减水剂、0.5~1%消泡剂、0.5~1.5%絮凝剂、4~6%膨胀剂和0.7~1.2%早强剂。
岩溶地区桩基施工与处理所需的灌浆料必须具备超早强、水下不分散的特点。根据目前市场上广泛应用的硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥可以得知，硅酸盐水泥长期强度发展稳定，28d强度可达到最终强度的80%左右，但早期强度并不满足本发明灌浆料的设计要求，3d强度仅达到最终强度的40%左右；而硫铝酸盐水泥早期强度发展迅速，3d强度即可达到最终强度的90%左右，但后期强度发展缓慢甚至会出现收缩开裂。考虑到灌浆料需具备超早强、超高强的性能要求，将硅酸盐水泥与高强硫铝酸盐水泥进行混掺，水泥强度等级均采用52.5R。
细骨料选自不同细度石英砂复配而成的连续级配石英砂，细度模数2.3~3.1为宜。
减水剂采用粉剂聚羧酸高效减水剂，它能改善水泥的和易性，降低水灰比，减少灌浆料中自由水的比例，减少由于自由水蒸发而留下的孔隙，从而增强灌浆料的致密性。
消泡剂采用粉剂高效消泡剂，减少灌浆料中气泡的出现，使水化反应得到充分反应。
絮凝剂质量百分比为0.5~1.5%，采用粉剂UWB－Ⅱ型絮凝剂，赋予混凝土超强的水下抗分散性和良好的流动性，实现水下混凝土自流平和自密实。
膨胀剂质量百分比为4~6%，将UEA膨胀剂加入灌浆料中，拌水后生成大量膨胀性结晶水化物，钙矾石结晶不断填充灌浆料内部的孔隙和产生的膨胀应力可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力，从而防止或减少灌浆料收缩开裂，得到致密、微膨胀的高强灌浆料。
早强剂质量百分比为0.7~1.2%，采用硫酸盐、硝酸盐、三乙醇胺一种或一种以上的混合物，加快灌浆料水化反应速度，促进灌浆料早期强度的发展。
本发明提供一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，其原料由硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、细骨料、减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂组成，其材料各项指标均可满足岩溶地区桩基灌浆料的技术指标要求，具有以下技术效果。
（1）低用水量：1吨灌浆料干粉用水量仅为120kg~150kg，干粉与水的质量比仅为100:12~15。
（2）良好的工作性：高流动性、可泵性好，初始流动度≥340mm，30min流动度≥310mm，1h流动值≥280mm，具备2~4h可工作时间。
（3）良好的微膨胀特性：3h竖向膨胀率在0.1~1.2%之间，24h竖向膨胀率在0.02~1.4%之间，3h与24h竖向膨胀率之差在0.02~0.5%之间，可确保岩溶地区桩基处理对溶洞进行有效封堵。
（4）优异的力学性能：1d抗压强度≥50MPa，3d抗压强度≥90MPa，28d抗压强度≥120MPa，长期（≥56d）抗压强度≥130MPa，满足水泥基灌浆料技术规范GB/T50448-2008中表4.1.1的性能要求。
（5）良好的水下不分散性能：水泥流失量＜1.0%，悬浊物含量＜100 mg/L，7d灌浆料水陆抗压强度比在75~85%之间，28d灌浆料水陆抗压强度比在80~90%之间，泌水率均为0%，含气量＜2.5%，满足水下不分散混凝土施工技术规范Q/CNPC 92-2003中表1的性能要求。
水泥基灌浆料技术规范GB/T50448-2008表4.1.1。
水下不分散混凝土施工技术规范Q/CNPC 92-2003表1。
本发明针对岩溶地区水下灌浆技术需求的特点，研发的灌浆料具有高流动性、超早强、超高强、微膨胀和良好的水下不分散等特点，满足在岩溶地区等复杂环境进行水下灌浆的特殊要求。本产品不仅在技术指标上超出上述灌浆料产品，而且具备水下灌浆和泵送压浆施工的特点，克服传统灌浆料早期强度发展缓慢、水下抗分散性能差等缺点。
具体实施方式
结合以下具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但发明保护内容不局限所述实施例。
实施例1。
灌浆料干粉由以下质量百分比的组分制成：52.5R级硅酸盐水泥：20%；52.5级高强硫铝酸盐水泥：30%；细骨料（20~40目石英砂：15%；40~80目石英砂：25%；80~120目石英砂：40%；120~200目石英砂：20%。）：42.5%；粉剂聚羧酸高效减水剂：0.8%；粉剂高效消泡剂：0.7%；粉剂UWB-Ⅱ型絮凝剂：1%；UEA膨胀剂：4%；三乙醇胺早强剂：1%。搅拌时加入灌浆料干粉质量的13%的水。
上述岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料的制备方法，包括如下步骤。
步骤（1）：按上述质量百分比准备灌浆料干粉原料。
步骤（2）：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和细骨料投入搅拌机搅拌，得混合粉，备用。
步骤（3）：将减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂投入搅拌机搅拌，得外加剂混合粉，备用。
步骤（4）：将所述外加剂混合粉和混合粉投入搅拌机搅拌，得灌浆料干粉。
步骤（5）：将所述灌浆料干粉和水以100:13的质量比例投入水泥胶砂搅拌机搅拌，先自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，再自转280±10r/min、公转125±10r/min搅拌8min，最后自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，得灌浆料。
实施例2。
灌浆料干粉由以下质量百分比的组分制成：52.5R级硅酸盐水泥：25%；52.5级高强硫铝酸盐水泥：25%；细骨料（20~40目石英砂：20%；40~80目石英砂：30%；80~120目石英砂：30%；120~200目石英砂：20%。）：41.9%；粉剂聚羧酸高效减水剂：0.6%；粉剂高效消泡剂：0.6%；粉剂UWB-Ⅱ型絮凝剂：1.2%；UEA膨胀剂：5%；由硝酸盐和三乙醇胺按照1:1的质量比复配而成的复合早强剂：0.7%。搅拌时加入灌浆料干粉质量的12%的水。
上述岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料的制备方法，包括如下步骤。
步骤（1）：按上述质量百分比准备灌浆料干粉原料。
步骤（2）：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和细骨料投入搅拌机搅拌，得混合粉，备用。
步骤（3）：将减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂投入搅拌机搅拌，得外加剂混合粉，备用。
步骤（4）：将所述外加剂混合粉和混合粉投入搅拌机搅拌，得灌浆料干粉。
步骤（5）：将所述灌浆料干粉和水以100:12的质量比例投入水泥胶砂搅拌机搅拌，先自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，再自转280±10r/min、公转125±10r/min搅拌8min，最后自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，得灌浆料。
实施例3。
灌浆料干粉由以下质量百分比的组分制成：52.5R级硅酸盐水泥：30%；52.5级高强硫铝酸盐水泥：20%；细骨料（20~40目石英砂：25%；40~80目石英砂：40%；80~120目石英砂：25%；120~200目石英砂：10%。）：42.3%；粉剂聚羧酸高效减水剂：1%；粉剂高效消泡剂：0.8%；粉剂UWB-Ⅱ型絮凝剂：0.7%；UEA膨胀剂：4%；硫酸盐早强剂：1.2%。搅拌时加入灌浆料干粉质量的14%的水。
上述岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料的制备方法，包括如下步骤。
步骤（1）：按上述质量百分比准备灌浆料干粉原料。
步骤（2）：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和细骨料投入搅拌机搅拌，得混合粉，备用。
步骤（3）：将减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂投入搅拌机搅拌，得外加剂混合粉，备用。
步骤（4）：将所述外加剂混合粉和混合粉投入搅拌机搅拌，得灌浆料干粉。
步骤（5）：将所述灌浆料干粉和水以100:14的质量比例投入水泥胶砂搅拌机搅拌，先自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，再自转280±10r/min、公转125±10r/min搅拌8min，最后自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，得灌浆料。
实施例4。
灌浆料干粉由以下质量百分比的组分制成：52.5R级硅酸盐水泥：35%；52.5级高强硫铝酸盐水泥：20%；细骨料（20~40目石英砂：20%；40~80目石英砂：35%；80~120目石英砂：30%；120~200目石英砂：15%。）：34.5%；粉剂聚羧酸高效减水剂：1.2%；粉剂高效消泡剂：0.9%；粉剂UWB-Ⅱ型絮凝剂：1.3%；UEA膨胀剂：6%；硝酸盐早强剂：1.1%。搅拌时加入灌浆料干粉质量的13%的水。
上述岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料的制备方法，包括如下步骤。
步骤（1）：按上述质量百分比准备灌浆料干粉原料。
步骤（2）：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和细骨料投入搅拌机搅拌，得混合粉，备用。
步骤（3）：将减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂投入搅拌机搅拌，得外加剂混合粉，备用。
步骤（4）：将所述外加剂混合粉和混合粉投入搅拌机搅拌，得灌浆料干粉。
步骤（5）：将所述灌浆料干粉和水以100:13的质量比例投入水泥胶砂搅拌机搅拌，先自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，再自转280±10r/min、公转125±10r/min搅拌8min，最后自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，得灌浆料。
实施例5。
灌浆料干粉由以下质量百分比的组分制成：52.5R级硅酸盐水泥：40%；52.5级高强硫铝酸盐水泥：15%；细骨料（20~40目石英砂：20%；40~80目石英砂：45%；80~120目石英砂：25%；120~200目石英砂：15%。）：35.2%；粉剂聚羧酸高效减水剂：1.5%；粉剂高效消泡剂：1%；粉剂UWB-Ⅱ型絮凝剂：1.5%；UEA膨胀剂：5%；由硫酸盐和三乙醇胺按照1:1的质量比复配而成的复合早强剂：0.8%。搅拌时加入灌浆料干粉质量的15%的水。
上述岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料的制备方法，包括如下步骤。
步骤（1）：按上述质量百分比准备灌浆料干粉原料。
步骤（2）：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和细骨料投入搅拌机搅拌，得混合粉，备用。
步骤（3）：将减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂投入搅拌机搅拌，得外加剂混合粉，备用。
步骤（4）：将所述外加剂混合粉和混合粉投入搅拌机搅拌，得灌浆料干粉。
步骤（5）：将所述灌浆料干粉和水以100:15的质量比例投入水泥胶砂搅拌机搅拌，先自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，再自转280±10r/min、公转125±10r/min搅拌8min，最后自转140±5r/min、公转62±5r/min搅拌3min，得灌浆料。
通过对上述各个实施例所制得的灌浆料进行性能指标检测，所得的各项性能指标检测结果如下表所示。
综上所述，初始流动度≥340mm，30min流动度≥310mm，3h竖向膨胀率在0.1~1.2%之间，24h竖向膨胀率在0.02~1.4%之间，3h与24h竖向膨胀率之差在0.02~0.5%之间，1d抗压强度≥50MPa，3d抗压强度≥90MPa，28d抗压强度≥120MPa，满足水泥基灌浆料技术规范GB/T50448-2008中表4.1.1的性能要求；水泥流失量＜1.0%，悬浊物含量＜100 mg/L，7d水陆抗压强度比在75~85%之间，28d灌浆料水陆抗压强度比在80~90%之间，泌水率均为0%，含气量＜2.5%，满足水下不分散混凝土施工技术规范Q/CNPC 92-2003中表1的性能要求。本发明针对岩溶地区灌浆料的特点，通过添加多种的外加剂（减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂）及筛选科学合理的胶凝材料和细骨料，所提出的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料具备高流动性、超早强、超高强、微膨胀和良好的水下不分散等特点，能较好的满足岩溶地区桩基处理与施工要求。所以，本发明有效地克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
上述实施例仅说明本发明的机理及性能，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人员在不违背本发明的宗旨及范围下，皆可对上述实施例进行修改或等同替换，其均涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (8)
1.一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，其特征是由灌浆料干粉加水搅拌而制得，所述灌浆料干粉由以下质量百分比的组分制成：硅酸盐水泥：20~40%；硫铝酸盐水泥：15~30%；细骨料：40~60%；减水剂：0.6~1.5%；消泡剂：0.5~1%；絮凝剂：0.5~1.5%；膨胀剂：4~6%；早强剂：0.7~1.2%；灌浆料干粉与水的质量比例为100:12~15。
2.根据权利要求1所述的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，其特征是所述硅酸盐水泥为52.5R级硅酸盐水泥；所述硫铝酸盐水泥为52.5R级高强硫铝酸盐水泥；所述减水剂为粉剂聚羧酸高效减水剂。
3.根据权利要求1所述的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，其特征是所述消泡剂为粉剂高效消泡剂；所述絮凝剂为粉剂UWB-Ⅱ型絮凝剂；所述膨胀剂为UEA膨胀剂；所述早强剂为硫酸盐、硝酸盐、三乙醇胺一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，其特征是所述细骨料为不同细度石英砂复配而成的连续级配石英砂。
5.根据权利要求1或4所述的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，其特征是所述细骨料由细度为20~40目、40~80目、80~120目和120~200目四种石英砂组成，所述各组分质量百分比如下：20~40目石英砂：15~25%；40~80目石英砂：25~50%；80~120目石英砂：25~45%；120~200目石英砂：10~20%。
6.根据权利要求1所述的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，其特征是所述连续级配石英砂的细度模数为2.3~3.1。
7.权利要求1所述的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤（1）：按如下质量百分比准备灌浆料干粉原料：硅酸盐水泥：20~40%；硫铝酸盐水泥：15~30%；细骨料：40~60%；减水剂：0.6~1.5%；消泡剂：0.5~1%；絮凝剂：0.5~1.5%；膨胀剂：4~6%；早强剂：0.7~1.2%；
步骤（2）：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和细骨料投入搅拌机搅拌，得混合粉，备用；
步骤（3）：将减水剂、消泡剂、絮凝剂、膨胀剂和早强剂投入搅拌机搅拌，得外加剂混合粉，备用；
步骤（4）：将所述外加剂混合粉和混合粉投入搅拌机搅拌，得灌浆料干粉；
步骤（5）：将所述灌浆料干粉和水以100:12~15的质量比例投入搅拌机搅拌，得灌浆料。
8.根据权利要求7所述的一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料的制备方法，其特征是步骤（5）所述搅拌为先低速搅拌3min，再高速搅拌8min，最后低速搅拌3min；其中，所述低速搅拌为水泥胶砂搅拌机自转140±5r/min、公转62±5r/min；所述高速搅拌为水泥胶砂搅拌机自转280±10r/min、公转125±10r/min。
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