CN110981277B - 一种高强度预应力孔道压浆剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度预应力孔道压浆剂，包括粘度改性剂34‑42wt％、调凝剂22‑30wt％、改性氢氧化钠粉末15‑24wt％、减水剂3.5‑14.5wt％、消泡剂0.5wt％；其中，粘度改性剂为内腔包埋有普兰多糖和/或威兰胶的超细碳酸钙空心球；调凝剂为内腔包埋有糖蜜的超细二氧化硅空心球；改性氢氧化钠粉末为石蜡包裹的氢氧化钠粉末。本压浆剂利用粘度改性剂、调凝剂以及改性氢氧化钠粉末三者的协同作用，在压浆剂中形成凝胶网格状结构，将压浆料的其他组分固定在网格中，在保证理想的可施工时间和凝结时间的基础上，最大程度地提升了采用本压浆剂最终制备的压浆料的力学强度性能。

Description

一种高强度预应力孔道压浆剂

技术领域

本发明属于压浆剂领域，特别是一种高强度预应力孔道压浆剂。

背景技术

预应力混凝土构件具有刚度大、强度高、抗剪能力强和抗疲劳性能好的特点，可有效减小结构截面尺寸、降低自重、防止开裂和减少挠度，在公路大跨径混凝土桥梁结构设计中得到广泛的应用。预应力混凝土构件在加工时需要预留孔道，用以使预应力钢筋穿过，在对预应力钢筋施以预应力后在孔道内填充压浆料，以使得预应力钢筋与结构混凝土相结合，可以充分发挥各自所长，获取优良的力学性能和结构性能。这种预应力孔道压浆剂的各项性能指标，既要满足《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)、《公路工程预应力孔道灌浆料(剂)》(JT/T 946-2014)等标准的要求，又需要具备合理性和操作便利性，例如凝结时间(初凝和终凝)过快或过慢，流动度过大过小都会影响压浆剂的可施工时间，还会影响最终的抗压、抗折等力学强度。

现有的预应力孔道压浆剂，例如专利CN105271890B提供了一种预应力孔道压浆剂及其制备和使用方法，采用减水剂、粘度改性剂、消泡剂、凝结时间调节剂、矿物改性组分为原料制得。其中粘度改性剂为文莱胶、有机改性膨润土、气相白炭黑等，矿物改性组分为石英粉、重钙粉、白矾石粉、石灰石粉等，凝结时间调节剂则采用熟料、石膏、填料、促凝剂等复杂的原料制备而成。采用这些原料的压浆剂掺入水泥中制备的压浆料，凝结时间虽然满足相关标准的要求，但是并没有控制在更合理范围内，泌水率也需要进一步控制，其力学强度性能仍然有进一步提升的空间。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种高强度预应力孔道压浆剂，通过对粘度改性剂、调凝剂等原料进行特殊预处理，使得制备的预应力孔道压浆剂具有更合理的流动度和凝结时间，同时具有更高的抗压抗折性能。具体通过以下技术实现。

一种高强度预应力孔道压浆剂，包括粘度改性剂34-42wt％、调凝剂22-30wt％、改性氢氧化钠粉末15-24wt％、减水剂3.5-14.5wt％、消泡剂0.5wt％；

所述粘度改性剂为内腔包埋有普兰多糖和/或威兰胶的超细碳酸钙空心球；

所述调凝剂为内腔包埋有糖蜜的超细二氧化硅空心球；

所述改性氢氧化钠粉末为石蜡包裹的氢氧化钠粉末。

上述高强度预应力孔道压浆剂所用的减水剂为常用的三聚氰胺减水剂、聚羧酸盐减水剂、萘系磺酸盐等减水剂中的至少一种；所用的消泡剂为有机硅类、聚醚类、矿物油类等消泡剂中的至少一种。上述压浆剂在掺入水泥中制备成压浆料后，利用水泥水化放热，温度逐渐上升，改性氢氧化钠表面的石蜡遇热逐步熔化，某种程度上抑制了水化热的不良影响。氢氧化钠随着石蜡熔化而被释放出来并与超细二氧化硅空心球反应形成水玻璃，形成的硅酸凝胶状空间网状结构，加上逐渐释放的普兰多糖、威兰胶等成分的胶黏特性，能够通过协同作用将压浆料的其他原料包封在空间网状结构内，显著提高压浆料的抗压、抗折强度。碳酸钙空心球中的普兰多糖、威兰胶等成分缓慢释放到浆料中，能增强各原料组分之间的粘结性，提升压浆料的抗压、抗折强度，还能够保证压浆料凝结初期流动度稳定；此外还能与水玻璃一起，保证良好的泌水率。由于超细二氧化硅空心球结构被氢氧化钠破坏，糖蜜溶出速度逐渐加快，缓凝作用越来越强，能一定程度延长压浆料的可施工时间，并且保证压浆料抗压、抗折等力学强度的稳定增长，避免凝结时间过快导致力学强度达不到最佳值。

优选地，包括粘度改性剂39wt％、调凝剂28wt％、改性氢氧化钠粉末22wt％、减水剂10.5wt％、消泡剂0.5wt％。

优选地，所用粘度改性剂的具体制备方法为：

A1、按重量比1:1.5-2.5取超细碳酸钙空心球、普鲁兰多糖和/或威兰胶，加入水中使普鲁兰多糖和/或威兰胶溶解，在0.13-0.22MPa的压力下搅拌，得混悬液；

A2、薄膜过滤取滤渣，真空干燥得粘度改性剂成品。

上述粘度改性剂，所用的超细碳酸钙空心球直径为3-4μm，壁厚约100-300nm，步骤A1的搅拌时间一般为30min-50min，搅拌速度500-800r/min；采用上述方法制备的粘度改性剂包埋吸附的普兰多糖、威兰胶含量更高，粘结性能更好。

更优选地，上述制备所述粘度改性剂的步骤A1中，超细碳酸钙空心球、普鲁兰多糖和/或威兰胶的重量比为1:2，搅拌压力为0.2MPa。

优选地，所述调凝剂的具体制备方法为：

B1、按重量比1:1-2取超细二氧化硅空心球、糖蜜，加入水中使糖蜜溶解，在0.30-0.36MPa的压力，以及600-800W功率超声搅拌，得混悬液；

B2、薄膜过滤取滤渣，真空干燥得粘度改性剂成品。

上述调凝剂所用的超细二氧化硅空心球直径为600-800nm，步骤A1的搅拌时间一般为30min-50min，搅拌速度500-800r/min；壁厚约为100-150nm。采用上述方法制备的调凝剂包埋吸附的糖蜜含量更多，调凝效果更好。

更优选地，上述制备所述调凝剂的步骤B1中，超细二氧化硅空心球、糖蜜的重量比为1:1.5，搅拌压力为0.32MPa，超声波功率为700W。

优选地，所述改性氢氧化钠粉末的具体制备方法为：采用喷雾法将液体石蜡喷涂在普通氢氧化钠粉末表面，然后快速冷却至室温制得。石蜡的熔化温度一般为50℃左右，而氢氧化钠熔点超过300℃。因此，例如可以将石蜡加热熔化，利用市面上常见的流化床设备使氢氧化钠粉末处于流化状态，然后将液体石蜡喷涂在氢氧化钠粉末的表面并快速冷却，形成包覆层；其他现有技术中只要能够将石蜡包覆在粉末表面的工艺技术，都可以应用于本专利。在室温储存时能够防止氢氧化钠吸潮，且安全性更高；更重要的是在制备压浆剂时起到减缓氢氧化钠与二氧化硅反应的时间和速率。

上述高强度预应力孔道压浆剂，在制备压浆料时，先将压浆剂的所有原料混合均匀，然后加入到硅酸盐水泥中混合均匀，掺量为5-6％，制得压浆料。按照水胶比0.23-0.28称取水加至搅拌机中，再加入压浆料搅拌均匀即可。搅拌机转速一般为1000r/min，线速度一般为15m/s，压浆剂和水泥加完后搅拌5min。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本专利对预应力孔道压浆剂的粘度改性剂、调凝剂进行优化，同时加入了改性氢氧化钠，三者协同作用，利用普兰多糖、威兰胶的胶黏性能，以及氢氧化钠和二氧化硅逐步反应生成的水玻璃，在压浆剂中形成凝胶网格状结构，将压浆料的其他组分固定在网格中，在保证理想的可施工时间和凝结时间的基础上，使用较少的掺量，最大程度地提升了采用本压浆剂最终制备的压浆料的力学强度性能。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例和对比例所用的减水剂为聚羧酸盐减水剂；所用的消泡剂为有机硅类消泡剂。制备的压浆料选用52.5R级硅酸盐水泥，压浆剂掺量6％，环境气温约40±5℃，压浆料的水胶比0.28。先加水和压浆剂搅拌均匀，最后加水泥，搅拌机转速1000r/min，线速度15m/s，压浆剂和水泥加完后搅拌5min，制浆完成后进行压浆。

所用的改性氢氧化钠粉末是先将石蜡加热融化成液态，然后采用喷雾法将液体石蜡喷涂在普通氢氧化钠粉末表面，最后后冷却至室温制得。

粘度改性剂所用的超细碳酸钙空心球直径3-4μm，壁厚约100-300nm；调凝剂所用的超细二氧化硅空心球直径为600-800nm，壁厚约为100-150nm。

实施例1

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，包括粘度改性剂39wt％、调凝剂28wt％、改性氢氧化钠粉末22wt％、减水剂10.5wt％、消泡剂0.5wt％；

其中，粘度改性剂的具体制备方法为：

A1、按重量比1:2取超细碳酸钙空心球、普鲁兰多糖，加入20倍于普鲁兰多糖和/或威兰胶重量的水，在0.2MPa的压力下搅拌30min，搅拌速度800r/min，得混悬液；

A2、薄膜过滤取滤渣，真空干燥得粘度改性剂成品。经分光光度计检测超细碳酸钙空心球中普兰多糖的吸光度，与原始普兰多糖的吸光度对比，测得普兰多糖的包封率为92.93％。

调凝剂的具体制备方法为：

B1、按重量比1:1.5取超细二氧化硅空心球、糖蜜，加入10倍于糖蜜重量的水，在0.32MPa的压力，以及700W功率超声搅拌搅拌30min，搅拌速度800r/min，得混悬液；

B2、薄膜过滤取滤渣，真空干燥得粘度改性剂成品。

经分光光度计检测超细二氧化硅空心球中糖蜜的吸光度，与原始糖蜜的吸光度对比，测得糖蜜的包封率为90.27％。

实施例2

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，包括粘度改性剂42wt％、调凝剂30wt％、改性氢氧化钠粉末15wt％、减水剂12.5wt％、消泡剂0.5wt％；粘度改性剂、调凝剂的具体制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，包括粘度改性剂34wt％、调凝剂27wt％、改性氢氧化钠粉末24wt％、减水剂14.5wt％、消泡剂0.5wt％；粘度改性剂、调凝剂的具体制备方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，包括粘度改性剂39wt％、调凝剂22wt％、改性氢氧化钠粉末24wt％、减水剂14.5wt％、消泡剂0.5wt％；粘度改性剂、调凝剂的具体制备方法与实施例1相同。

实施例5

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、调凝剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：粘度改性剂的制备方法中，步骤A1选用的是超细碳酸钙空心球、威兰胶，且重量比为1:2.5；其他步骤与实施例1相同。经测得普兰多糖的包封率为92.51％。

实施例6

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、调凝剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：粘度改性剂的制备方法中，步骤A1选用的是超细碳酸钙空心球、威兰胶，且重量比为1:1.5；其他步骤与实施例1相同。经测得普兰多糖的包封率为91.38％。

实施例7

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、调凝剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：粘度改性剂的制备方法中，步骤A1选用的搅拌压力为0.22MPa；其他步骤与实施例1相同。经测得普兰多糖的包封率为92.17％。

实施例8

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、调凝剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：粘度改性剂的制备方法中，步骤A1选用的搅拌压力为0.13MPa；其他步骤与实施例1相同。经测得普兰多糖的包封率为89.26％。

实施例9

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、粘度改性剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：调凝剂的制备方法中，步骤B1选用的超细二氧化硅空心球、糖蜜的重量比为1:2；其他步骤与实施例1相同。经测得糖蜜的包封率为89.55％。

实施例10

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、粘度改性剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：调凝剂的制备方法中，步骤B1选用的超细二氧化硅空心球、糖蜜的重量比为1:1；其他步骤与实施例1相同。经测得糖蜜的包封率为88.79％。

实施例11

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、粘度改性剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：调凝剂的制备方法中，步骤B1选用的搅拌的压力为0.36MPa，超声波频率为600W。经测得糖蜜的包封率为89.43％。

实施例12

本实施例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、粘度改性剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：调凝剂的制备方法中，步骤B1选用的搅拌的压力为0.30MPa，超声波频率为800W。经测得糖蜜的包封率为89.92％。

对比例1

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，包括粘度改性剂39wt％、调凝剂28wt％、改性氢氧化钠粉末22wt％、减水剂10.5wt％、消泡剂0.5wt％；粘度改性剂、调凝剂的具体制备方法与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，包括粘度改性剂39wt％、调凝剂28wt％、改性氢氧化钠粉末22wt％、减水剂10.5wt％、消泡剂0.5wt％；粘度改性剂、调凝剂的具体制备方法与实施例1相同。

对比例3

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、调凝剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：粘度改性剂的制备方法中，步骤A1选用的是超细碳酸钙空心球、威兰胶，且重量比为1:3；其他步骤与实施例1相同。经测得威兰胶的包封率为79.62％。

对比例4

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、调凝剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：粘度改性剂的制备方法中，步骤A1选用的是超细碳酸钙空心球、威兰胶，且重量比为1:1；其他步骤与实施例1相同。经测得威兰胶的包封率为77.92％。

对比例5

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、调凝剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：粘度改性剂的制备方法中，步骤A1选用的搅拌压力为0.25MPa；其他步骤与实施例1相同。经测得威兰胶的包封率为80.17％。

对比例6

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、调凝剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：粘度改性剂的制备方法中，步骤A1选用的搅拌压力为常压(即0.1MPa)；其他步骤与实施例1相同。经测得威兰胶的包封率为50.16％。

对比例7

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、粘度改性剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：调凝剂的制备方法中，步骤B1选用的超细二氧化硅空心球、糖蜜的重量比为1:2.5；其他步骤与实施例1相同。经测得糖蜜的包封率为82.37％。

对比例8

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、粘度改性剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：调凝剂的制备方法中，步骤B1选用的超细二氧化硅空心球、糖蜜的重量比为1:0.5；其他步骤与实施例1相同。经测得糖蜜的包封率为77.83％。

对比例9

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、粘度改性剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：调凝剂的制备方法中，步骤B1选用的搅拌的压力为0.4MPa，超声波频率为400W。经测得糖蜜的包封率为76.58％。

对比例10

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分含量、粘度改性剂的制备方法与实施例1相同。不同之处在于：调凝剂的制备方法中，步骤B1选用的搅拌的压力为0.25MPa，超声波频率为1000W。经测得糖蜜的包封率为80.79％。

对比例11

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分中，粘度改性剂采用普通普兰多糖13wt％，另外还包括粒径与超细碳酸钙空心球相同的超细碳酸钙粉末26％，即普兰多糖过量，两者总量与实施例1的粘度改性剂用量均为39wt％，且普通普兰多糖和超细碳酸钙粉末的重量比与实施例1相同。其他组分、调凝剂的具体制备方法与实施例1相同。本对比例的粘度改性剂和碳酸钙粉末直接与其他压浆剂组分一起加至水中。

对比例12

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分中，调凝剂采用普通糖蜜11.2wt％，另外还包括粒径与超细二氧化硅空心球相同的超细二氧化硅粉末16.8％，即糖蜜过量，两者总量与实施例1的调凝剂用量均为28wt％，且普通糖蜜和超细二氧化硅空心球的重量比与实施例1相同。其他组分、粘度改性剂的具体制备方法与实施例1相同。本对比例的调凝剂和超细二氧化硅粉末直接与其他压浆剂组分一起加至水中。

对比例13

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分中将改性氢氧化钠替换为普通氢氧化钠粉末；其他组分、粘度改性剂的具体制备方法与实施例1相同。

对比例14

本对比例提供的高强度预应力孔道压浆剂，其组分包括粘度改性剂50wt％、调凝剂36wt％、减水剂13.5wt％、消泡剂0.5wt％；即不包含改性氢氧化钠或普通氢氧化钠，并将除消泡剂以外的其他组分按比例增加。粘度改性剂、调凝剂的具体制备方法与实施例1相同。

应用例1

将实施例1-12和对比例1-14制备的压浆剂按照相同的方法制备成压浆料，并进行压浆，对制备的水泥浆液按照按照《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011和《公路工程预应力孔道灌浆料(剂)》JT/T 946-2014进行检测，具体检测结果见表1。

表1 实施例1-12和对比例1-14的压浆剂制备的压浆料性能检测结果

由上表1可知，实施例1制备的压浆剂，最终制备的压浆料的凝结时间、流动度均处于合适的范围，泌水率低，抗压强度、抗折强度为最佳值。通过对比实施例1-4和对比例1-2可知，本专利的各组分用量为较佳组分。通过对比实施例1、5-8和对比例3-6可知，本专利的粘度改性剂在制备时，超细碳酸钙空心球与普鲁兰多糖和/或威兰胶的重量比，以及搅拌时的压力均会影响超细碳酸钙空心球中吸附包埋的普鲁兰多糖和/或威兰胶(包埋率)，进而影响压浆料的凝结时间、流动度、力学强度等性能指标。通过对比实施例1、9-12和对比例7-10可知，本专利的调凝剂在制备时，超细二氧化硅空心球、糖蜜的重量比，搅拌时的压力，以及超声搅拌的功率也会影响超细二氧化硅空心球吸附包埋的糖蜜，进而影响压浆料的凝结时间、流动度、力学强度等性能指标。

Claims (6)

1.一种高强度预应力孔道压浆剂，其特征在于，包括粘度改性剂34-42wt％、调凝剂22-30wt％、改性氢氧化钠粉末15-24wt％、减水剂3.5-14.5wt％、消泡剂0.5wt％；

所述粘度改性剂为内腔包埋有胶粘材料的超细碳酸钙空心球；所述胶粘材料为普兰多糖和/或威兰胶；

所述调凝剂为内腔包埋有糖蜜的超细二氧化硅空心球；

所述改性氢氧化钠粉末为石蜡包裹的氢氧化钠粉末，所述改性氢氧化钠粉末的具体制备方法为：采用喷雾法将液体石蜡喷涂在普通氢氧化钠粉末表面，然后冷却至室温制得。

2.根据权利要求1所述的高强度预应力孔道压浆剂，其特征在于，包括粘度改性剂39wt％、调凝剂28wt％、改性氢氧化钠粉末22wt％、减水剂10.5wt％、消泡剂0.5wt％。

3.根据权利要求1或2所述的高强度预应力孔道压浆剂，其特征在于，所用粘度改性剂的具体制备方法为：

A1、按重量比1:1.5-2.5取超细碳酸钙空心球、胶粘材料，加入水中使胶粘材料溶解，在0.13-0.22MPa的压力下搅拌，得混悬液；

A2、薄膜过滤取滤渣，真空干燥得粘度改性剂成品。

4.根据权利要求3所述的高强度预应力孔道压浆剂，其特征在于，制备所述粘度改性剂的步骤A1中，超细碳酸钙空心球、胶粘材料的重量比为1:2，搅拌压力为0.2MPa。

5.根据权利要求1或2所述的高强度预应力孔道压浆剂，其特征在于，所述调凝剂的具体制备方法为：

B1、按重量比1:1-2取超细二氧化硅空心球、糖蜜，加入水中使糖蜜溶解，在0.30-0.36MPa的压力，以及600-800W功率超声搅拌，得混悬液；

B2、薄膜过滤取滤渣，真空干燥得粘度改性剂成品。

6.根据权利要求5所述的高强度预应力孔道压浆剂，其特征在于，制备所述调凝剂的步骤B1中，超细二氧化硅空心球、糖蜜的重量比为1:1.5，搅拌压力为0.32MPa，超声波功率为700W。