CN111170693A - 一种装配式建筑用高性能灌浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式建筑用高性能灌浆料，按重量百分比计，包括以下原料：复合胶凝材料：水泥26％～32％，粉煤灰3％～5％，硅微粉2％～5％，矿渣粉3％～5％；级配细砂：20‑40目河砂10％～13％，40‑70目河砂23％～30％，70‑140目河砂10％～18％，石英粉2.5％～4.95％；助剂：减水剂1％～2.5％，早强剂0.3％～1.5％，消泡剂0.5％～1.0％，膨胀剂0.47％～3.0％，增稠剂0.05％～0.2％；性能调节剂：纳米改性材料0.05％～0.2％，分散剂0.03％～0.1％。本发明具有早强快硬，强度发展快速稳定，大流动性，微膨胀，无收缩，抗折强度和断裂韧性高，成本低等优点。

Description

一种装配式建筑用高性能灌浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，特别是涉及一种装配式建筑用高性能灌浆料及其制备方法。

背景技术

装配式建筑是通过预制混凝土构件的现场装配完成建筑结构的施工，因此具有施工速度快、劳动效率高、建筑质量好、受气候制约小等特点。目前，装配式混凝土结构的工业化建筑已经形成即将在全国广泛大面积推广的趋势，但已有的钢筋灌浆连接技术存在很多问题需要解决。

作为装配式建筑施工的关键技术环节之一，高性能灌浆材料(包括套筒灌浆料和钢筋浆锚搭接连接用灌浆料)必须满足力学强度、工作性、体积稳定性和耐久性等诸多方面的严格要求。受制于目前国内的装配式建筑的技术体系与发展现状，装配式建筑现场施工所用的灌浆料仍存在以下问题：

1)以硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料，硫铝酸盐水泥早期强度发展较快，但后期强度发展缓慢甚至发生倒缩现象；

2)工作性差，由于细集料的级配设计不合理导致灌浆料粘聚力不够，在现场泵送施工时易发生离析、泌水现象；

3)普遍具有较高的抗压强度，但与钢筋的握裹力较差，对钢筋锈蚀的保护性不足，抗拉抗弯强度较低，收缩性较大的缺陷。

因此本领域技术人员致力于开发一种装配式建筑用高性能灌浆料及其制备方法，具有高强度、大流动性、微膨胀、成本低廉、施工便捷、适合工业化生产等优点。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种装配式建筑用高性能灌浆料及其制备方法，具有高强度、大流动性、微膨胀、成本低廉、施工便捷、适合工业化生产等优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种装配式建筑用高性能灌浆料，按重量百分比计，包括以下原料：

复合胶凝材料：水泥26％～32％，粉煤灰3％～5％，硅微粉2％～5％，矿渣粉3％～5％；

级配细砂：20-40目河砂10％～13％，40-70目河砂23％～30％，70-140目河砂10％～18％，石英粉2.5％～4.95％；

助剂：减水剂1％～2.5％，早强剂0.3％～1.5％，消泡剂0.5％～1.0％，膨胀剂0.47％～3.0％，增稠剂0.05％～0.2％；

性能调节剂：纳米改性材料0.05％～0.2％，分散剂0.03％～0.1％。

较佳的，所述20-40目河砂、40-70目河砂、70-140目河砂与石英粉的质量比为4:10:6:1。

较佳的，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；所述水泥为强度42.5级、52.5级、62.5级的普通型或早强型水泥。

较佳的，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，28天活性指数大于80％，细度为200-300目，属于C类或F类粉煤灰；所述硅微粉的28天活性指数大于95％，细度为800-1000目，SiO2含量大于90％。

较佳的，所述改性纳米材料粒径为10-25nm，25-50nm，或50-80nm。

较佳的，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂或氨基磺酸盐高效减水剂中的一种；

所述早强剂为钙盐类、三乙醇胺类、亚硝酸盐类早强剂中的至少一种；

所述消泡剂为硬脂酸类或有机硅类消泡剂中的至少一种；

所述膨胀剂为塑性膨胀剂或UEA型膨胀剂中的至少一种；

所述增稠剂为聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素醚、聚乙二醇增稠剂中的至少一种；

所述纳米改性材料为经过改性的纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米碳酸钙、碳纳米管或氧化石墨烯中至少一种；

所述分散剂为聚丙烯吡咯烷酮、乙二醚、丙酮、二甲苯中的一种。

较佳的，所述聚羧酸系高性能减水剂为醚类或脂类聚羧酸系减水剂中的至少一种；

所述钙盐类早强剂为甲酸钙早强剂；

所述亚硝酸盐类早强剂为亚硝酸钠、亚硝酸盐钾早强剂中的至少一种；

所述硬脂酸类消泡剂为硬脂酸钙、硬质酸钠消泡剂中的至少一种。

一种如上所述的装配式建筑用高性能灌浆料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将改性纳米材料、分散剂和水混合，搅拌，进行超声波分散，再洗礼干燥，然后在球磨机中研磨成粉末，得性能调节剂粉末备用；

步骤2：将复合胶凝材料、级配细砂和助剂混合搅拌，得到混合料；

步骤3：将步骤1所得的性能调节剂粉末加入步骤2制备的混合料中，搅拌至均匀，得到高性能灌浆料的干粉料；

步骤4：将步骤3中制备的干粉料与适量的水混合，搅拌，即得。

较佳的，所述步骤1中超声波分散时间1-2h，超声波功率为1.5-2.5kw，超声波分散的时间间隔为3-5s；洗涤次数为1-3次，干燥温度100-120℃，干燥时间24-36h；球磨时间为2-4h，研磨后所得粉末粒径50-70nm。

较佳的，所述步骤4中干粉料与水的质量比为1:0.12-0.16；

所述步骤4中的搅拌方法为：采用立式行星式搅拌机或全方位式行星式搅拌机，先低速搅拌2-3min，再高速搅拌5-8min，再低速搅拌1-2min，其中，所述低速搅拌为行星式搅拌机自转145-155r/min，公转60-70r/min；所述高速搅拌为行星式搅拌机自转290-310r/min，公转130-150r/min。

本发明的有益效果是：本发明设置四元复合胶凝体系，充分发挥了各种胶凝组分之间的协同效应，形成了“粗(水泥)—中(粉煤灰、矿渣粉)—细(硅微粉)”的级配体系，使胶凝体系与水的接触面积极大的增加，水化反应更加充分，因此具有早强快硬，强度发展快速稳定等优点，避免了大量使用硫铝酸盐水泥导致灌浆料后期强度增长缓慢甚至倒缩的风险；

本发明的高性能灌浆料使用表面光滑、粒型圆润的超细级配河砂作为细集料，并以石英粉和改性纳米材料填充于胶凝水化产物颗粒与超细级配河砂之间的微小间隙，构成了宾汉姆流体模型的连续滑动体系，因此具有大流动性，微膨胀、无收缩的优点；

本发明的高性能灌浆料通过使用改性的纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米碳酸钙，不仅可以在灌浆料中分散良好，而且在水化反应过程中，生成纳米级粒子封堵水化产物微裂缝，改善灌浆料孔隙结构，使抗压强度提高；而改性碳纳米管和氧化石墨烯，水化反应过程中，生成二维、三维针状晶体，起着类似纤维的作用，针状晶体像扎丝一样牢牢嵌入水化产物中，一方面构成空间网络结构，可以提高灌浆料抗折强度和断裂韧性，另一方面在水泥石表面形成了大量的微纳乳突结构，极高的提高了水泥石与钢筋的接触界面，增强水泥石与钢筋的握裹力。

本发明通过预先混合形成干粉料，现场加水使用的方式，使用便捷，适合于工业化生产，运输方便，且成本仅为市场价的1/6-1/8，节能环保。

具体实施方式

下面结合以实施例对本发明作进一步说明。实施例仅用来解释本发明，而不能构成对本发明的限定。

本发明中未特别说明的均为市售普通产品。

本发明共设10个实施例。

实施例1至实施例5配方成份表见表1，实施例6至实施例10配方成份表见表2。

表1：实施例1至5成份表(单位：份)

表2：实施例6至10成份表(单位：份)

表1和表2中，P.O表示采用普通硅酸盐水泥；P.Ⅰ、P.Ⅱ表示采用硅酸盐水泥，生产厂家均为湖州捷谦宏建材有限公司。

以上实施例中实施例1至8中粉煤灰来自灵寿县华耀矿产品加工厂，28天活性指数大于80％，实施例1至3使用细度为200目，实施例4至8细度为300目，实施例9至10中粉煤灰为随机购买的市售品。

以上实施例中硅微粉来自广州学宇贸易有限公司，实施例1至8中SiO₂含量大于90％，实施例1至3细度为800目，实施例4至6细度为900目，实施例7至8细度为1000目；实施例9至10SiO₂含量为83％细度为400目以上。

以上实施例中矿渣粉来自灵寿县晨民矿产品加工厂的分级矿渣粉。

以上实施例中，所有河砂来自泰和金品建材有限公司，石英粉采用信阳市中森珍珠岩应用有限公司生产的石英粉。

以上实施例中，脂类聚羧酸系减水剂采用巴斯夫化学建材(中国)有限公司生产的

410型减水剂，醚类聚羧酸系减水剂采用福建科之杰建材有限公司生产的Point-TS1型减水剂，萘系高效减水剂采用西卡化学建材(中国)有限公司生产3310型减水剂，氨基磺酸盐减水剂采用江苏博特建材有限公司生产的

型号减水剂，木质素磺酸盐类减水剂采用山东跃启化工有限公司的跃启牌减水剂，三聚氰胺系高效减水剂来自上海硕实化工有限公司，品牌SM。在实施生产中，采用市面上普通减水剂同样能达到JC/T408-2013钢筋连接用套筒灌浆料性能标准。

以上实施例中，早强剂为随机购买的市售品。

以上实施例中，采用的消泡剂B-328F是艾迪科株式会社生产的ADEKANATE B-328F消泡剂，为有机硅类消泡剂；P803为德国明凌化工集团生产的P803消泡剂，为有机硅类消泡剂；DF6352为美国瀚森化工有限公司生产的AXILATTMDF6352DD消泡剂，为有机硅类消泡剂；实施例6中的消泡剂为四川嘉龙化工有限公司生产的AOE-1型硬脂酸钙消泡剂；实施例7中的济南鑫盛达化工有限公司生产的PET型硬脂酸钠消泡剂；实施例9和实施例10中聚醚型消泡剂为上海粤万新材料有限公司的Z-3683。

以上实施例中，UEA型膨胀剂采用无锡市江淮建材科技有限公司生产的UEA型膨胀剂，塑性膨胀剂采用郑州艾克思建材有限公司塑性膨胀剂，AEA型膨胀剂来自合肥航成建材有限公司，HEA型膨胀剂来自北京顺建兴业工程技术有限公司。

以上实施例中，增稠剂聚丙烯酰胺采用河南宏泽环保科技有限公司生产的阴离子型聚丙烯酰胺；羟丙基甲基纤维素醚采由山东戈斯麦化工有限公司生产，粘度为8万pa.s，聚乙二醇采用济南和顺化工有限公司生产的PEG-1200型聚乙二醇。

以上实施例中，纳米改性材料改性纳米二氧化硅采用江苏天行新材料有限公司生产的工业级纳米二氧化硅，改性纳米氧化铝采用江苏天行新材料有限公司生产的工业级改性纳米氧化铝，改性纳米碳酸钙采用广州邦友化工科技有限公司生产的工业级改性纳米碳酸钙，改性碳纳米管采用广州邦友化工科技有限公司生产的工业级改性碳纳米管，氧化石墨烯采用深圳市中森领航科技有限公司生产的工业级液剂，固含量为5％。碳纳米管和纳米碳酸钙为江苏天行新材料有限公司生产的未经过改性的普通纳米材料。

以上实施例中分散剂二甲苯由东莞市新都化工有限公司生产，聚丙烯吡咯烷酮由东莞市新都化工有限公司生产，乙二醚采用济南和顺化工有限公司生产的PME-2000型乙二醚，丙酮采用济南和顺化工有限公司生产PAG-600型丙酮，实施例9和10采用安阳市恒基助剂有限责任公司生产的分散剂，未对其化学成份检测。

实施例1至实施例10按照下列方法制备：

步骤1：将改性纳米材料、分散剂和水混合，搅拌，进行超声波分散，再洗礼干燥，然后在球磨机中研磨成粉末，得性能调节剂粉末备用。

步骤2：将复合胶凝材料、级配细砂和助剂混合搅拌，得到混合料。

步骤3：将步骤1所得的性能调节剂粉末加入步骤2制备的混合料中，搅拌至均匀，得到高性能灌浆料的干粉料。

步骤4：将步骤3中制备的干粉料与适量的水混合，搅拌，即得。

其中，各步骤采用的具体参数见表3和表4。

表3：实施例1至10步骤1制备参数表

根据以上步骤参数操作，实施例1至8的所得的粉末粒径均在50-70nm之间。

表4：实施例1至10步骤4制备参数表

将实施例1至实施例10制备所得的装配式建筑用高性能灌浆料采用JC/T 408-2013钢筋连接用套筒灌浆料性能标准中的方法进行性能测试，并与前述标准的标准值进行对比，得表5和表6。

表5：实施例1至8与JC/T 408-2013钢筋连接用套筒灌浆料性能标准值对比一览表

表6：实施例9至10与JC/T 408-2013钢筋连接用套筒灌浆料性能标准值对比一览表

实验结果表明，采用本发明的装配式建筑用高性能灌浆料不仅能满足国家要求，而且抗压强度高、钢筋的握裹力好，具有早强快硬，强度发展快速稳定，大流动性，微膨胀，无收缩，抗折强度和断裂韧性高，成本低等优点。特别是采用优选方案，初始流动度不低于335mm，30min后流动度不低于290mm，流动度性好；1d抗压强度甚至可以超过50Mpa，28d抗压强度达到110Mpa以上，早期强度发展迅速，且后期强度无倒缩；对

带肋钢筋握裹强度不低于25Mpa，不仅抗压强度高，且与钢筋的握裹力较好，极大提高结构安全性。

需说明的是，本发明中所有原料均选自常规建筑用材料，可通过市售获得，可以更换同类材料产品。实施例中举示的部分原料类型，不能概括本发明。对本领域普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行多种变化、修改、替换等，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种装配式建筑用高性能灌浆料，其特征是，按重量百分比计，包括以下原料：

复合胶凝材料：水泥26％～32％，粉煤灰3％～5％，硅微粉2％～5％，矿渣粉3％～5％；

级配细砂：20-40目河砂10％～13％，40-70目河砂23％～30％，70-140目河砂10％～18％，石英粉2.5％～4.95％；

助剂：减水剂1％～2.5％，早强剂0.3％～1.5％，消泡剂0.5％～1.0％，膨胀剂0.47％～3.0％，增稠剂0.05％～0.2％；

性能调节剂：纳米改性材料0.05％～0.2％，分散剂0.03％～0.1％。

2.如权利要求1所述的装配式建筑用高性能灌浆料，其特征是：所述20-40目河砂、40-70目河砂、70-140目河砂与石英粉的质量比为4:10:6:1。

3.如权利要求1所述的装配式建筑用高性能灌浆料，其特征是：所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；所述水泥为强度42.5级、52.5级、62.5级的普通型或早强型水泥。

4.如权利要求1所述的装配式建筑用高性能灌浆料，其特征是：所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，28天活性指数大于80％，细度为200-300目，属于C类或F类粉煤灰；所述硅微粉的28天活性指数大于95％，细度为800-1000目，SiO₂含量大于90％。

5.如权利要求1所述的装配式建筑用高性能灌浆料，其特征是：所述改性纳米材料粒径为10-25nm，25-50nm，或50-80nm。

6.如权利要求1所述的装配式建筑用高性能灌浆料，其特征是：所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂或氨基磺酸盐高效减水剂中的一种；

所述早强剂为钙盐类、三乙醇胺类、亚硝酸盐类早强剂中的至少一种；

所述消泡剂为硬脂酸类或有机硅类消泡剂中的至少一种；

所述膨胀剂为塑性膨胀剂或UEA型膨胀剂中的至少一种；

所述增稠剂为聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素醚、聚乙二醇增稠剂中的至少一种；

所述纳米改性材料为经过改性的纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米碳酸钙、碳纳米管或氧化石墨烯中至少一种；

所述分散剂为聚丙烯吡咯烷酮、乙二醚、丙酮、二甲苯中的一种。

7.如权利要求6所述的装配式建筑用高性能灌浆料，其特征是：所述聚羧酸系高性能减水剂为醚类或脂类聚羧酸系减水剂中的至少一种；

所述钙盐类早强剂为甲酸钙早强剂；

所述亚硝酸盐类早强剂为亚硝酸钠、亚硝酸盐钾早强剂中的至少一种；

所述硬脂酸类消泡剂为硬脂酸钙、硬质酸钠消泡剂中的至少一种。

8.一种如权利要求1至7任一所述的装配式建筑用高性能灌浆料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1：将改性纳米材料、分散剂和水混合，搅拌，进行超声波分散，再洗礼干燥，然后在球磨机中研磨成粉末，得性能调节剂粉末备用；

步骤2：将复合胶凝材料、级配细砂和助剂混合搅拌，得到混合料；

步骤3：将步骤1所得的性能调节剂粉末加入步骤2制备的混合料中，搅拌至均匀，得到高性能灌浆料的干粉料；

步骤4：将步骤3中制备的干粉料与适量的水混合，搅拌，即得。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征是：所述步骤1中超声波分散时间1-2h，超声波功率为1.5-2.5kw，超声波分散的时间间隔为3-5s；洗涤次数为1-3次，干燥温度100-120℃，干燥时间24-36h；球磨时间为2-4h，研磨后所得粉末粒径50-70nm。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征是：所述步骤4中干粉料与水的质量比为1:0.12～0.16；

所述步骤4中的搅拌方法为：采用立式行星式搅拌机或全方位式行星式搅拌机，先低速搅拌2-3min，再高速搅拌5-8min，再低速搅拌1-2min，其中，所述低速搅拌为行星式搅拌机自转145-155r/min，公转60-70r/min；所述高速搅拌为行星式搅拌机自转290-310r/min，公转130-150r/min。