CN111439973B - 水泥基灌浆料及其制备方法和应用 - Google Patents

水泥基灌浆料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及灌浆料领域，具体而言，提供了一种水泥基灌浆料及其制备方法和应用。所述水泥基灌浆料包括以下重量份的各组分：水泥100份、硅灰15‑30份、矿粉15‑60份、细骨料120‑180份、纤维素0.01‑0.05份、聚乙烯醇0.01‑0.03份、抗裂纤维0.05‑0.15份、调凝剂0.01‑0.1份、减水剂4‑9份、消泡剂0.1‑0.8份和引气剂0.05‑0.5份。该水泥基灌浆料配方科学，具有优异的流动性和抗压强度。

Description

水泥基灌浆料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及灌浆料领域，具体而言，涉及一种水泥基灌浆料及其制备方法和应用。
背景技术
水泥基灌浆料是指以水泥为基本材料、适量的细骨料、少量的混凝土外加剂和其他材料组成的干混材料，加水拌和后具有较大的流动度等性能。水泥基灌浆料因具有较好的可施工性而被广泛应用于建筑工程中的设备固定、设备抢修、设备基础固定地脚螺栓和高速高铁中。
虽然现有水泥基灌浆料的流动度和强度能够满足某些应用场景的需求，但其流动度和强度仍然有很大的提高空间，以便适用于更多的应用场景。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种水泥基灌浆料，该水泥基灌浆料配方科学，具有优异的流动性和抗压强度。
本发明的第二目的在于提供一种水泥基灌浆料的制备方法。
本发明的第三目的在于提供一种水泥基灌浆料的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种水泥基灌浆料，包括以下重量份的各组分：
水泥100份、硅灰15-30份、矿粉15-60份、细骨料120-180份、纤维素0.01-0.05份、聚乙烯醇0.01-0.03份、抗裂纤维0.05-0.15份、调凝剂0.01-0.1份、减水剂4-9份、消泡剂0.1-0.8份和引气剂0.05-0.5份。
进一步地，所述灌浆料包括以下重量份的各组分：
水泥100份、硅灰15-25份、矿粉20-60份、细骨料130-180份、纤维素0.01-0.04份、聚乙烯醇0.01-0.02份、抗裂纤维0.05-0.13份、调凝剂0.01-0.08份、减水剂5-9份、消泡剂0.1-0.6份和引气剂0.05-0.45份；
优选地，所述灌浆料包括以下重量份的各组分：
水泥100份、硅灰20份、矿粉50份、细骨料180份、纤维素0.02份、聚乙烯醇0.01份、抗裂纤维0.05份、调凝剂0.03份、减水剂7份、消泡剂0.1份和引气剂0.05份。
进一步地，水泥包括42.5号水泥和/或52.5号水泥；
优选地，矿粉包括S95矿粉和/或S105矿粉；
优选地，细骨料包括粒径为0.15-0.5mm的烘干砂。
进一步地，纤维素包括羟丙基甲基纤维素和/或甲基纤维素；
优选地，抗裂纤维包括聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的至少一种；
优选地，抗裂纤维的长度为6-9mm；
优选地，调凝剂包括柠檬酸和/或碳酸钠；
优选地，减水剂包括聚羧酸高效减水剂。
进一步地，所述灌浆料还包括硅微粉、粉煤灰或水中的至少一种。
进一步地，按重量份数计，硅微粉的含量为0-40份，不包括0，优选为1-20份，进一步优选为10份。
进一步地，按重量份数计，粉煤灰的含量为0-25份，不包括0，优选为10-25份，进一步优选为20份；
优选地，粉煤灰包括一级粉煤灰和/或二级粉煤灰。
进一步地，按重量份数计，水的含量为25-40份，优选为30-40份，进一步优选为33份。
第二方面，本发明提供了一种上述水泥基灌浆料的制备方法，将各组分混合均匀，得到所述水泥基灌浆料。
第三方面，本发明提供了一种上述水泥基灌浆料在建筑施工中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的水泥基灌浆料通过特定含量的水泥、硅灰、矿粉、细骨料和纤维素等至少十一种组分相配合，使得灌浆料具有了良好的流动度和强度，其流动度能够达到600mm以上，抗压强度达到80MPa以上。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
根据本发明的一个方面，在至少一个实施例中提供了一种水泥基灌浆料，包括以下重量份的各组分：
水泥100份、硅灰15-30份、矿粉15-60份、细骨料120-180份、纤维素0.01-0.05份、聚乙烯醇0.01-0.03份、抗裂纤维0.05-0.15份、调凝剂0.01-0.1份、减水剂4-9份、消泡剂0.1-0.8份和引气剂0.05-0.5份。
水泥为粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。
矿粉是高细度、高活性粉料，是优质的混凝土掺合料和水泥混合材，是当今世界公认的配制高性能混凝土的重要材料。通过使用粒化高炉矿渣粉，可有效提高混凝土的抗压强度，降低混凝土的成本。同时对抑制碱骨料反应，降低水化热，减少混凝土结构早期温度裂缝，提高混凝土密实度，提高抗渗和抗侵蚀能力有明显效果。
细骨料在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。
纤维素可提高水泥和砂的分散性，大幅度改善砂浆的可塑性和保水性。作为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂使砂浆具有泵送性。
聚乙烯醇用作建筑砂浆添加剂，与甲基纤维素醚类的保水剂配合使用，可以改善水泥砂浆的柔韧性、保水性、提高砂浆粘结性。另外，还能减少砂浆的摩擦，从而增强了工作效能及质量。
抗裂纤维能有效抵抗水泥中高碱物质的侵蚀，握裹力强，弹性模量、抗冲击、抗拉、抗弯强度极高，不燃、抗冻、耐温度、湿度变化能力强，抗裂、抗渗性能卓越，具有可设计性强，易成型等特点，是广泛应用在高性能增强(水泥)混凝土中的一种新型的绿色环保型增强材料。
调凝剂为调节水泥和混凝土凝结时间的外加剂，包括促凝剂、速凝剂和缓凝剂，能改善混凝土的工作进度或可操作时间。
减水剂在维持混凝土坍落度不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性。
消泡剂主要针对水泥砂浆搅拌过程中起泡特点而设计，使用水泥砂浆消泡剂可以有效控制水泥砂浆体系内泡沫产生，使混凝土构件更加致密光亮。
引气剂属于化学物品之一，气泡结构好，气泡半径小，抗冻指标高，用于高耐久性的混凝土结构，如水坝、高等级公路、热电站冷却塔、水池水工、港口等，也是改善混凝土路面耐久性的常用外加剂。
上述水泥基灌浆料中，水泥作为基础材料，用量较多，为灌浆料提供充足的力学等性能。硅灰作为一种比表面积较大的材料，能够起到润滑的作用，从而有利于提高灌浆料的流动性。矿粉的加入不但能够减少水泥的用量，还能提高灌浆料固化后的抗压、抗拉、抗弯以及抗剪等力学性能，改善其以拌和性。细骨料用于骨架填充，其用量最大，对灌浆料的流动性有重要影响。聚乙烯醇具有良好的粘度，抗裂纤维(也称为防裂纤维)具有良好的抗裂性，可提高灌浆料的力学性能。纤维素、调凝剂、减水剂、消泡剂和引气剂等的加入可进一步对灌浆料的力学性能和流动性产生影响。
本发明中，按重量份数计，硅灰的含量包括但不限于15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份或30份；矿粉的含量包括但不限于15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份或60份；细骨料的含量包括但不限于120份、125份、130份、135份、140份、145份、150份、155份、160份、165份、170份、175份或180份；纤维素的含量包括但不限于0.01份、0.02份、0.03份、0.04份或0.05份；聚乙烯醇的含量包括但不限于0.01份、0.02份或0.03份；抗裂纤维的含量包括但不限于0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份、0.1份、0.11份、0.12份、0.13份、0.14份或0.15份；调凝剂的含量包括但不限于0.01份、0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或0.1份；减水剂的含量包括但不限于4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份或9份；消泡剂的含量包括但不限于0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份或0.8份；引气剂的含量包括但不限于0.05份、0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或0.5份。
上述水泥基灌浆料通过特定含量的水泥、硅灰、矿粉、细骨料和纤维素等至少十一种组分相配合，使得灌浆料具有了良好的流动度和强度，其流动度能够达到600mm以上，抗压强度达到80MPa以上。
在一种优选的实施方式中，所述灌浆料包括以下重量份的各组分：
水泥100份、硅灰15-25份、矿粉20-60份、细骨料130-180份、纤维素0.01-0.04份、聚乙烯醇0.01-0.02份、抗裂纤维0.05-0.13份、调凝剂0.01-0.08份、减水剂5-9份、消泡剂0.1-0.6份和引气剂0.05-0.45份。
优选地，所述灌浆料包括以下重量份的各组分：
水泥100份、硅灰20份、矿粉50份、细骨料180份、纤维素0.02份、聚乙烯醇0.01份、抗裂纤维0.05份、调凝剂0.03份、减水剂7份、消泡剂0.1份和引气剂0.05份。
通过进一步优选各组分的含量，使得各组分之间的配合更加科学，从而有利于进一步提高灌浆料的流动性和抗压强度。
在一种优选的实施方式中，水泥包括42.5号水泥和/或52.5号水泥。42.5号水泥是指强度等级为42.5MPa的硅酸盐水泥，52.5号水泥是指强度等级为52.5MPa的硅酸盐水泥。采用以上两种型号的水泥中的任意一种或两种即可实现良好的流动性和抗压性，成本更低。
优选地，矿粉包括S95矿粉和/或S105矿粉。S95矿粉、S105矿粉是根据国家标准GB/T18046-2000的矿粉分类中的其中两种矿粉，其活性钙、硅、铝等无机物的含量大于30％，以上两种矿粉28天后的活性指数仍然很高，从而使其保持较高的活性，从而提高灌浆料的抗压强度。
优选地，细骨料包括粒径为0.15-0.5mm的烘干砂。上述粒径是指介于孔径为0.15mm和0.5mm的筛网之间的烘干砂。烘干砂是指以普通沙为原料经过晾干、过筛、分目、去杂再晾干等一系列工序,制成的专业用在建筑保温沙桨、铸造、污水处理或人造砂滩等行业的一种建筑材料。上述细骨料粒径科学，能够有效提高灌浆料的流动性。
优选地，纤维素包括羟丙基甲基纤维素和/或甲基纤维素。羟丙基甲基纤维素的保水性能使浆料在输出后不会因干得太快而龟裂，增强硬化后强度。
优选地，抗裂纤维包括聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的至少一种。上述抗裂纤维包括但不限于聚丙烯纤维，聚丙烯腈纤维，芳纶纤维，玄武岩纤维，聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维的组合，芳纶纤维和玄武岩纤维的组合，聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和芳纶纤维的组合，或聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维的组合等。以上纤维均具有较高的强度，且耐温性能好，可在提高灌浆料强度的同时，保证其高温耐久性。
优选地，抗裂纤维的长度为6-9mm。上述长度例如为6、7、8或9mm。经大量试验验证，当抗裂纤维的长度在以上范围内时，其增强效果更好。
优选地，调凝剂包括柠檬酸和/或碳酸钠。
优选地，减水剂包括聚羧酸高效减水剂。
在一种优选的实施方式中，所述灌浆料还包括硅微粉、粉煤灰或水中的至少一种。硅微粉是一类用途极为广泛的无机非金属材料，具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数高，硅微粉系列产品是由纯净石英粉经先进的超细磨工艺流程加工而成。它具有白度高、颗粒细、粒度分布合理、比表面积大、悬浮性能优、纯度高等优点。掺加粉煤灰代替部分水泥和细骨料可降低成本，减少用水量，改善混凝土拌和物的和易性，减轻颗粒分离和析水现象、减少混凝土的收缩和开裂以及抑制杂散电流对混凝土中钢筋的腐蚀，并增强混凝土的可泵性，减少混凝土的徐变，减少水化热、热能膨胀性，提高混凝土抗渗能力，降低成本。
上述灌浆料还包括例如：硅微粉，粉煤灰，水，硅微粉和粉煤灰的组合，硅微粉和水的组合，粉煤灰和水的组合，或硅微粉、粉煤灰和水的组合。
优选地，按重量份数计，硅微粉的含量为0-40份，不包括0，优选为1-20份，进一步优选为10份。按重量份数计，硅微粉的含量包括但不限于1份、5份、10份、15份、20份、25份、30份、35份或40份。
优选地，按重量份数计，粉煤灰的含量为0-25份，不包括0，优选为10-25份，进一步优选为20份。按重量份数计，粉煤灰的含量包括但不限于1份、5份、10份、15份、20份或25份。
优选地，粉煤灰包括一级粉煤灰和/或二级粉煤灰。一级粉煤灰的细度为8-12，二级粉煤灰的细度为14-25。以上两种粉煤灰较细，比表面积较大，活性和强度较高。
优选地，按重量份数计，水的含量为25-40份，优选为30-40份，进一步优选为33份。按重量份数计，水的含量包括但不限于25份、26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份或40份。
需要说明的是，上述硅微粉、粉煤灰和水的含量的重量基准与前述各组分(例如水泥等)是相同的，例如，当水泥为100kg时，硅微粉的含量为0-40kg(不包括0)，粉煤灰的含量为0-25kg(不包括0)。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述水泥基灌浆料的制备方法，将各组分混合均匀，得到所述水泥基灌浆料。该制备方法工艺简单，得到的水泥基灌浆料具有优异的流动性和抗压强度。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述水泥基灌浆料在建筑施工中的应用。将上述水泥基灌浆料应用于建筑施工中，可有效提高施工效率和施工质量。
需要说明的是，本发明对水泥基灌浆料在建筑施工中的具体应用方式不做特别限制，采用本领域可实现的均可。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种水泥基灌浆料，包括以下重量份的各组分：
42.5号水泥100份、硅灰15份、S95矿粉15份、粒径为0.15-0.5mm的烘干砂120份、羟丙基甲基纤维素0.01份、聚乙烯醇0.01份、长度为10-15mm的聚丙烯纤维0.05份、柠檬酸0.01份、聚羧酸高效减水剂4份、消泡剂0.1份和引气剂0.05份。
实施例2
一种水泥基灌浆料，包括以下重量份的各组分：
42.5号水泥100份、硅灰30份、S95矿粉60份、粒径为0.15-0.5mm的烘干砂180份、羟丙基甲基纤维素0.05份、聚乙烯醇0.03份、长度为10-15mm的聚丙烯纤维0.15份、柠檬酸0.1份、聚羧酸高效减水剂9份、消泡剂0.8份和引气剂0.5份。
实施例3
一种水泥基灌浆料，包括以下重量份的各组分：
42.5号水泥100份、硅灰20份、S95矿粉50份、粒径为0.15-0.5mm的烘干砂180份、羟丙基甲基纤维素0.02份、聚乙烯醇0.01份、长度为10-15mm的聚丙烯纤维0.05份、柠檬酸0.03份、聚羧酸高效减水剂7份、消泡剂0.1份和引气剂0.05份。
与实施例1-2不同的是，实施例3中各组分的含量均在本发明优选范围内。
实施例4
一种水泥基灌浆料，与实施例3不同的是，本实施例中将长度为10-15mm的聚丙烯纤维替换为长度为6-9mm的聚丙烯纤维，其余均与实施例3相同。
本实施例中聚丙烯纤维的长度在本发明优选范围内。
实施例5
一种水泥基灌浆料，与实施例4不同的是，本实施例中还包括硅微粉、粉煤灰和水，其中硅微粉40份，粉煤灰25份，水40份，其余均与实施例4相同。
实施例6
一种水泥基灌浆料，与实施例5不同的是，本实施例中硅微粉10份，粉煤灰20份，水33份，其余均与实施例4相同，其余均与实施例4相同。
本实施例中硅微粉、粉煤灰和水的含量在本发明进一步优选范围内。
对比例1
一种水泥基灌浆料，包括以下重量份的各组分：
42.5号水泥100份、硅灰10份、S95矿粉70份、粒径为0.15-0.5mm的烘干砂110份、羟丙基甲基纤维素1份、聚乙烯醇1份、长度为10-15mm的聚丙烯纤维0.02份、柠檬酸0.3份、聚羧酸高效减水剂10份、消泡剂1份和引气剂1份。
与实施例1不同的是，本对比例中各组分的含量均不在本发明所提供的范围内。
对比例2
一种水泥基灌浆料，包括以下重量份的各组分：
42.5号水泥100份、硅灰15份、粒径为0.15-0.5mm的烘干砂120份、羟丙基甲基纤维素0.01份、聚乙烯醇0.01份、长度为10-15mm的聚丙烯纤维0.05份、柠檬酸0.01份、聚羧酸高效减水剂4份、消泡剂0.1份和引气剂0.05份。
与实施例1不同的是，本对比例不含S95矿粉。
对比例3
一种水泥基灌浆料，包括以下重量份的各组分：
42.5号水泥100份、硅灰15份、S95矿粉15份、粒径为0.15-0.5mm的烘干砂120份、羟丙基甲基纤维素0.01份、聚乙烯醇0.01份、长柠檬酸0.01份、聚羧酸高效减水剂4份和引气剂0.05份。
与实施例1不同的是，本对比例不含聚丙烯纤维和消泡剂。
以上各实施例和各对比例的水泥基灌浆料的制备方法均为：将各组分混合均匀，得到水泥基灌浆料。
分别对以上各实施例和各对比例中的水泥基灌浆料进行性能测试，若配方中不含水(即为粉料)，则分别加20重量份的水制成浆料，测试结果见表1。
表1
组别 流动性 28d抗压强度
实施例1 640mm 82Mpa
实施例2 620mm 92Mpa
实施例3 640mm 84MPa
实施例4 650mm 88Mpa
实施例5 670mm 95Mpa
实施例6 680mm 98MPa
对比例1 580mm 73MPa
对比例2 620mm 79MPa
对比例3 660mm 83MPa
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (12)

1.一种水泥基灌浆料，其特征在于，由以下重量份的各组分组成：
水泥100份、硅灰15-30份、矿粉15-60份、细骨料120-180份、纤维素0.01-0.05份、聚乙烯醇0.01-0.03份、抗裂纤维0.05-0.15份、调凝剂0.01-0.1份、减水剂4-9份、消泡剂0.1-0.8份、引气剂0.05-0.5份、硅微粉10份、粉煤灰20份和水33份；
所述纤维素包括羟丙基甲基纤维素和/或甲基纤维素。
2.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，所述灌浆料由以下重量份的各组分组成：
水泥100份、硅灰15-25份、矿粉20-60份、细骨料130-180份、纤维素0.01-0.04份、聚乙烯醇0.01-0.02份、抗裂纤维0.05-0.13份、调凝剂0.01-0.08份、减水剂5-9份、消泡剂0.1-0.6份、引气剂0.05-0.45份、硅微粉10份、粉煤灰20份和水33份；
所述纤维素包括羟丙基甲基纤维素和/或甲基纤维素。
3.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，所述灌浆料由以下重量份的各组分组成：
水泥100份、硅灰20份、矿粉50份、细骨料180份、纤维素0.02份、聚乙烯醇0.01份、抗裂纤维0.05份、调凝剂0.03份、减水剂7份、消泡剂0.1份、引气剂0.05份、硅微粉10份、粉煤灰20份和水33份；
所述纤维素包括羟丙基甲基纤维素和/或甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，水泥包括42.5号水泥和/或52.5号水泥。
5.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，矿粉包括S95矿粉和/或S105矿粉。
6.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，细骨料包括粒径为0.15-0.5mm的烘干砂。
7.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，抗裂纤维包括聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，抗裂纤维的长度为6-9mm。
9.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，调凝剂包括柠檬酸和/或碳酸钠。
10.根据权利要求1所述的水泥基灌浆料，其特征在于，减水剂包括聚羧酸高效减水剂。
11.权利要求1-10任一项所述的水泥基灌浆料的制备方法，其特征在于，将各组分混合均匀，得到所述水泥基灌浆料。
12.权利要求1-10任一项所述的水泥基灌浆料在建筑施工中的应用。
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