CN111606637B - 一种性能优异的钢筋连接用套筒灌浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种性能优异的钢筋连接用套筒灌浆料，包括以下按重量份的组分：水泥600～800份、活性掺合料100‑300份、骨料800‑1200份、纤维10‑50份、填料150‑250份、改性剂20‑150份。活性掺合料由超细生石灰粉和废弃混凝土再生砂微粉按特定比例组成。通过上述活化方式制备的废弃混凝土再生砂微粉，相对于普通相同粒度的废弃混凝土微粉具有更高的活性，能显著增强钢筋套筒灌浆料的力学强度，还能一定程度改善流动度。

Description

一种性能优异的钢筋连接用套筒灌浆料
技术领域
本发明属于水泥基建筑材料领域，特别是钢筋连接用套筒灌浆料。
背景技术
预制装配式建筑是当前我国住宅产业化进程中重点发展的结构形式之一。这种装配式建筑建造速度快、受气候条件制约小，能更好地实现建造质量、施工工期、人工用量和成本方面的控制，具有现场施工能耗和污染小，人力成本低，生产效率高等优势。装配式建筑建造的关键技术是构造部位节点间的连接，如果节点连接质量存在问题，轻则构件产生裂缝，重则引起结构解体、垮塌。目前，装配式建筑中钢筋连接主要采用钢筋套筒灌浆连接技术，即常温下将水泥基灌浆料注入套筒内，灌浆料与套筒内的钢筋形成可靠粘结，通过钢筋和灌浆料在界面实现粘结作用承受起结构承载所必需的荷载。粘结作用的实质是通过钢筋将拉力传给灌浆料，再通过灌浆料传给连接套筒或其他结构件，使结构整体受力。因此钢筋连接用套筒灌浆料的质量以及其与套筒内钢筋粘结的程度直接决定着装配式建筑的质量、安全及服役时间。国家发布了标准JGT408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》对钢筋连接用套筒灌浆料的质量进行了严格规定。
现有专利申请中，CN108947424A提供的套筒灌浆料中，加入了I级粉煤灰、活性硅灰、超细水镁石粉作为掺合料，加入了由玄武岩纤维、超短超细钢纤维、纳米纤维按比例复配的复合纤维，但是这种灌浆料的力学强度仍然有一定的提升空间问题。
授权发明CN105693173B、CN106699077B提供的套筒灌浆料，采用双掺水泥，即硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥叠加使用。而硅酸水泥和硫铝酸盐水泥是两种不同类型的水泥，水化进程与水化产物截然不同，且使用时会出现速凝或闪凝现象。即便使用缓凝剂控制水化反应，灌浆料成品也存在质量隐患。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种钢筋连接用套筒灌浆料，具体通过以下技术实现。一种性能优异的钢筋连接用套筒灌浆料，包括以下按重量份的组分：水泥600～800份、活性掺合料100-300份、骨料800-1200份、纤维10-50份、填料150-250份、改性剂20-150份；
所述活性掺合料由超细生石灰粉和废弃混凝土再生砂微粉按重量比(1～2):10组成(最佳重量比为1.6:10)；所述超细生石灰粉的比表面积≥800㎡/kg；
所述废弃混凝土再生砂微粉的制备方法为：
S1、取强度等级不低于C60的废弃混凝土破碎成粒径不超过31.5mm的混凝土碎块，350℃烘干3.5h；
S2、在烘干后的混凝土碎块中加入0.05-0.5％的聚醚类剥离剂搅拌30min，筛选得到粒径不大于4.75mm的混凝土颗粒；再加入聚合硫酸铝粉磨至比表面积≥500m2/kg；
S3、将步骤S2所得颗粒用2450MHz频率的微波照射25-35min，即得废弃混凝土再生砂微粉。
上述钢筋连接用套筒灌浆料，原料中包含超细生石灰粉和废弃混凝土再生砂微粉(活性掺合料)，显著提升了套筒灌浆料的抗压强度、抗折强度、抗拉强度等力学强度。废弃混凝土再生砂微粉是先将特定强度等级的废弃混凝土粉碎，加入用量为烘干后的混凝土碎块的0.05-0.5％的聚醚类剥离剂搅匀后，在球磨机内进行粉磨，再用微波照射的物理方式处理而成。聚合硫酸铝属于羟基聚合铝，其中含有[Al13O4(OH)24]7+、SO4 2-，水解后会形成[Alm(OH)n]3m-n+、SO4 2-。[Alm(OH)n]3m-n+可以增加可溶性物质的溶解度，并使经微波照射后的脱水相或转变相发生碱活化反应，提升其活性。SO4 2-也会促进水泥中钙矾石的生成，提高灌浆料的早期强度。微波照射材料，使材料矿物之间产生的温度差，使材料中的矿物发生相变、晶型转变及化学反应。废弃混凝土再生砂微粉中含有水泥水化产物或碳酸盐(无活性或活性很低)，经微波照射后，这些水化产物会发生相变，形成脱水相(例如硅酸钙(C-S)、铝酸钙(C-A)和氢氧化钙(Ca(OH)2))，碳酸盐会形成转变相(CaO)，这些脱水相和转变相会再次获得水化性质，因而会提升废弃混凝土再生砂微粉活性。通过上述活化方式制备的废弃混凝土再生砂微粉，相对于普通相同粒度的废弃混凝土微粉具有更高的活性，能显著增强钢筋套筒灌浆料的力学强度，还能一定程度改善流动度。
上述钢筋连接用套筒灌浆料可以选用满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》技术标准的强度等级52.5的普通硅酸盐水泥，且3d抗压强度不低于29.0MPa，28d抗压强度不低于58.0MPa。
优选地，上述钢筋连接用套筒灌浆料包括以下按重量份的组分：水泥750份、活性掺合料180份、骨料950份、纤维30份、填料180份、改性剂90份。
优选地，废弃混凝土再生砂微粉的制备方法的步骤S2中，所述聚醚类剥离剂为脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中至少一种。
优选地，所述骨料是在页岩颗粒外部包裹水泥料浆的页岩裹浆骨料；所述页岩裹浆骨料按照0.15-0.30mm、0.30-0.60mm、0.60-1.00mm三种粒度进行级配，且三种粒度的用量比例为(4-8):(3-6):1。采用上述页岩裹浆骨料，能增加页岩骨料的强度，进而有利于提升套筒灌浆料强度，甚至比采用机制砂或河砂的效果更好。同时采用页岩作为原料，也能够减少多机制砂或河砂的开采，减少资源浪费。
更优选地，所述页岩裹浆骨料的制备方法为：将页岩破碎至粒径1.18mm以下，用憎水剂浸泡18-24h；然后加至水泥料浆中，混合搅拌，筛除多余料浆；在20℃、90％湿度下养护直至单级最大压碎指标＜10％，即得页岩裹浆骨料。从天然大块页岩中破碎筛选出的页岩微粒表面会存在细微裂纹，加入憎水剂后，料浆中的水就不会进入页岩骨料内部，避免出现料浆干稠，流动性差，裹浆效果不佳，页岩裹浆骨料强度降低等问题。
进一步优选地，所述水泥料浆的原料按重量份数包括水泥80-95份、羧甲基羟乙基纤维素0.01-0.10份、减水剂0.25-0.40份，还包括5-20份的磷渣粉、膨润土、钢渣粉中至少一种；所述水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥和/或强度等级不低于42.5级的硫铝酸盐水泥。
上述水泥料浆的最优配比为：水泥90份、羧甲基羟乙基纤维素0.03份、减水剂0.30份，还包括10份的磷渣粉、膨润土、钢渣粉中至少一种。
优选地，所述填料为粒径0.01-0.15mm的页岩砂粉，且粒径为0.01-0.045mm的页岩砂粉含量不低于50％。
优选地，所述纤维为直径5-20μm的水溶性纤维。例如聚乙烯醇纤维、海藻纤维、羧甲基纤维素纤维等。水溶性纤维在不影响流动度前提下，能够在套筒灌浆料硬化时在其内部形成三维乱向的网络体系，提高了整个结构的整体性，进而约束了灌浆料在受力时机体内部微裂纹的扩展，因此提高了抗压强度。
优选地，所述改性剂包括减水剂4-15份、增稠剂40-100份、膨胀剂60-100份、消泡剂1-3.5份、防沉剂0.5-3.0份、阻锈剂30-80份。
更优选地，所述减水剂为减水率≥28％的非引气型粉体聚羧酸减水剂；增稠剂为中位径D50＜10μm的稻壳灰；膨胀剂由早期膨胀剂和中后期膨胀剂组成，其中早期膨胀剂为4,4'-氧联苯二磺酸酰肼、烷基葡萄糖酰胺中至少一种，中后期膨胀剂为膨胀源为钙矾石和氢氧化钙的膨胀剂(例如唐山北极熊建材有限公司生产的高效CSA膨胀剂)；消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂；防沉剂为羧甲基纤维素钠、淀粉磷酸钠、氧化胺中至少一种；阻锈剂为三乙醇胺和锌酸钠。
上述套筒灌浆料采用常规的方法进行使用，例如加入占钢筋连接用套筒灌浆料质量10％～15％的拌和用水，搅拌均匀后可用于套筒灌浆。通过按照JG/T 408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》、GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》的要求，其28d的抗压强度远远优于标准的要求。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、通过在套筒灌浆料中加入废弃混凝土再生砂微粉，废弃混凝土再生砂微粉采用特殊的活化技术，相比于普通的废弃混凝土粉具有更高的活性，显著提高了灌浆料的力学强度，改善了流动度；
2、骨料采用页岩裹浆骨料，在节约资源的前提下，相比于采用机制砂、河砂等常见骨料，制备的套筒灌浆料具有更好的流动度和力学强度；
3、使用废弃的混凝土，降低了成本，起到了废物利用，节能环保的目的。
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中，在制备套筒灌浆料时所选用的水泥为采购自浙江红狮水泥股份有限公司的强度等级52.5的普通硅酸盐水泥，且3d抗压强度不低于29.0MPa，28d抗压强度不低于58.0MPa。在制备页岩裹浆骨料时，所选用的水泥为采购自唐山北极熊建材有限公司的强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥和/或强度等级不低于42.5级的硫铝酸盐；所用的超细生石灰粉的比表面积≥800㎡/kg，采购自杭州质诚钙制品有限公司；纤维选用水溶性纤维(例如聚乙烯醇纤维、海藻纤维、羧甲基纤维素纤维)，采购自青岛格诚经纬生物科技有限公司。填料选用粒径0.01-0.15mm的页岩砂粉，且粒径为0.01-0.045mm的页岩砂粉含量不低于50％，采购自浙江华越矿山工程有限公司。废弃混凝土再生砂微粉所用原料废弃混凝土采购自浙江裕峰环境服务股份有限公司。
改性剂包括减水剂10份、增稠剂60份、膨胀剂80份、消泡剂2.5份、防沉剂2.5份、阻锈剂50份。其中，减水剂采用市售的减水率≥28％的非引气型粉体聚羧酸减水剂；增稠剂选用为中位径D50＜10μm的稻壳灰；膨胀剂中早期膨胀剂选用烷基葡萄糖酰胺，中后期膨胀剂选用唐山北极熊建材有限公司生产的高效CSA膨胀剂；消泡剂选用聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂；防沉剂为羧甲基纤维素钠；阻锈剂为三乙醇胺和锌酸钠。
所用的废弃混凝土再生砂微粉，除非有特别说明，都按以下方式制备而成：
S1、取强度等级不低于C60的废弃混凝土破碎成粒径不超过31.5mm的混凝土碎块，350℃烘干3.5h；
S2、在烘干后的混凝土碎块中加入脂肪酸聚氧乙烯醚剥离剂搅拌30min，筛选得到粒径不大于4.75mm的混凝土颗粒；再加入聚合硫酸铝粉磨至比表面积≥500m2/kg；
S3、将步骤S2所得颗粒用2450MHz频率的微波照射30min，即得废弃混凝土再生砂微粉。
所用的页岩裹浆骨料，除非有特别说明，都按以下方式制备而成：将页岩破碎至粒径1.18mm以下，用憎水剂浸泡24h；然后加至水泥料浆中，混合搅拌，筛除多余料浆；在20℃、90％湿度下养护直至单级最大压碎指标＜10％，即得页岩裹浆骨料。
页岩裹浆骨料按照0.15-0.30mm、0.30-0.60mm、0.60-1.00mm三种粒度进行级配，且三种粒度的用量比例为5:4:1。
实施例1
本实施例提供的套筒灌浆料，包括以下按重量份的组分：水泥750份、活性掺合料180份、骨料950份、纤维30份、填料180份、改性剂90份；活性掺合料中超细生石灰粉和废弃混凝土再生砂微粉按重量比1.6:10组成。
实施例2
本实施例提供的套筒灌浆料，包括以下按重量份的组分：包括以下按重量份的组分：水泥600份、活性掺合料100份、骨料1200份、纤维10份、填料250份、改性剂20份。
实施例3
本实施例提供的套筒灌浆料，包括以下按重量份的组分：水泥800份、活性掺合料300份、骨料800份、纤维50份、填料100份、改性剂150份。
实施例4
本实施例提供的套筒灌浆料，其组分与实施例1相同，不同之处在于：活性掺合料中超细生石灰粉和废弃混凝土再生砂微粉按重量比1.2:10组成。
实施例5
本实施例提供的套筒灌浆料，其组分与实施例1相同，不同之处在于：活性掺合料中超细生石灰粉和废弃混凝土再生砂微粉按重量比1.2:10组成。
实施例6
本实施例提供的套筒灌浆料，其组分与实施例1相同，不同之处在于：页岩裹浆骨料的三种粒度的用量比例为4:3:1。
实施例7
本实施例提供的套筒灌浆料，其组分与实施例1相同，不同之处在于：页岩裹浆骨料的三种粒度的用量比例为8:6:1。
实施例8
本实施例提供的套筒灌浆料，其组分与实施例1相同，不同之处在于：本实施例采用的骨料为普通河砂，按照0.15-0.30mm、0.30-0.60mm、0.60-1.00mm三种粒度的进行级配，且三种粒度的用量比例为5:4:1。
对比例1
本对比例提供的套筒灌浆料，其组分及其重量份数与实施例1相同，不同之处在于：
废弃混凝土再生砂微粉的制备方法为：
S1、取强度等级不低于C50的废弃混凝土破碎成粒径不超过31.5mm的混凝土碎块，然后350℃烘干3.5h；
S2、在烘干后的混凝土碎块中加入脂肪酸聚氧乙烯醚剥离剂搅拌30min，再加入聚合硫酸铝粉球磨至比表面积≥500㎡/kg的颗粒，即得本对比例的废弃混凝土微粉。
对比例2
本对比例提供的套筒灌浆料，其组分与对比例1相同，不同之处在于：
本对比例的采用的页岩裹浆骨料在养护完成后，未进行级配而是直接混匀后使用。
对比例3
本对比例提供的套筒灌浆料，其组分与对比例1相同，不同之处在于：
本对比例的采用的骨料为普通页岩粉碎至粒径1.18mm以下，按照0.15-0.30mm、0.30-0.60mm、0.60-1.00mm三种粒度的进行级配，且三种粒度的用量比例为5:4:1。
对比例4
本对比例提供的套筒灌浆料，其组分与对比例1相同，不同之处在于：
本对比例采用的页岩裹浆骨料的制备方法为：将页岩破碎至粒径1.18mm以下，加至水泥料浆中，混合搅拌，筛除多余料浆；在20℃、90％湿度下养护直至单级最大压碎指标＜10％，即得页岩裹浆骨料。
应用例1：上述实施例和对比例套筒灌浆料的性能检测
取实施例1-8和对比例1-4制备的钢筋连接用套筒灌浆料加入占灌浆料质量12％的水进行拌合。按照JGT408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》、GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》中的方法测定套筒灌浆料的初始流动度、30min后的流动度、(1d、3d、28d)的抗压强度。将实施例1-8和对比例1-4制备的钢筋连接用套筒灌浆料用水拌合后，灌入全灌浆套筒內，锚固牌号HRB500E的钢筋(公称直径25mm)，对钢筋套筒灌浆连接接头进行单向拉伸测试，测定其抗拉强度。此外，还测定灌浆料抗折强度，检测结果如下表1。
表1套筒灌浆料的性能检测结果
Figure BDA0002515292800000071
在进行上述测试时，实施和对比例均未发现有泌水现象。根据上表1的测试数据，实施例1的各组分用量制备的套筒灌浆料，其力学性能最佳，流动度下降幅度小。通过对比
实施例1、4、5可知，活性掺合料中超细生石灰粉和废弃混凝土再生砂微粉的用量比例，对套筒灌浆料的性能有一定影响。通过对比实施例1、对比例1可知，在组分中加入采用特殊方式制备的废弃混凝土再生砂微粉，能有效延缓灌浆料的流动度的下降幅度，提升灌浆料的力学强度；不采用实施例1的方法制备废弃混凝土再生砂微粉，或者只选用普通的废弃混凝土微粉，对灌浆料的流动度、力学强度的提升相对而言并不明显。通过对比实施例1、6-8和对比例2-4可知，采用实施例1的经过特定比例级配的页岩裹浆骨料制备的灌浆料，其流动度下降幅度、力学强度都有明显改善；采用普通河砂作骨料制备的灌浆料的性能接近实施例1，并非为最佳技术方案；而未对页岩裹浆骨料进行级配或直接采用普通页岩微粒的，或在制备页岩裹浆骨料时不加入憎水剂时，灌浆料性能下降明显。

Claims (9)

1.一种性能优异的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，包括以下按重量份的组分：水泥600～800份、活性掺合料100-300份、骨料800-1200份、纤维10-50份、填料150-250份、改性剂20-150份；
所述活性掺合料由超细生石灰粉和废弃混凝土再生砂微粉按重量比(1～2):10组成；所述超细生石灰粉的比表面积≥800㎡/kg；
所述废弃混凝土再生砂微粉的制备方法为：
S1、取强度等级不低于C60的废弃混凝土破碎成粒径不超过31.5mm的混凝土碎块，350℃烘干3.5h；
S2、在烘干后的混凝土碎块中加入0.05-0.5％的聚醚类剥离剂搅拌30min，筛选得到粒径不大于4.75mm的混凝土颗粒，所述的聚醚类剥离剂可选用脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中至少一种；再加入聚合硫酸铝粉磨至比表面积≥500m2/kg；
S3、将步骤S2所得颗粒用2450MHz频率的微波照射25-35min，即得废弃混凝土再生砂微粉。
2.根据权利要求1所述的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，包括以下按重量份的组分：水泥750份、活性掺合料180份、骨料950份、纤维30份、填料180份、改性剂90份。
3.根据权利要求1或2所述的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述骨料是在页岩颗粒外部包裹水泥料浆的页岩裹浆骨料；所述页岩裹浆骨料按照0.15-0.30mm、0.30-0.60mm、0.60-1.00mm三种粒度进行级配，且三种粒度的用量比例为(4-8):(3-6):1。
4.根据权利要求3所述的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述页岩裹浆骨料的制备方法为：将页岩破碎至粒径1.18mm以下，用憎水剂浸泡18-24h；然后加至水泥料浆中，混合搅拌，筛除多余料浆；在20℃、90％湿度下养护直至单级最大压碎指标＜10％，即得页岩裹浆骨料。
5.根据权利要求4所述的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述水泥料浆的原料按重量份数包括水泥80-95份、羧甲基羟乙基纤维素0.01-0.10份、减水剂0.25-0.40份，还包括5-20份的磷渣粉、膨润土、钢渣粉中至少一种；所述水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥和/或强度等级不低于42.5级的硫铝酸盐水泥。
6.根据权利要求1或2所述的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述填料为粒径0.01-0.15mm的页岩砂粉，且粒径为0.01-0.045mm的页岩砂粉含量不低于50％。
7.根据权利要求1或2所述的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述纤维为直径5-20μm的水溶性纤维。
8.根据权利要求1或2所述的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述改性剂包括减水剂4-15份、增稠剂40-100份、膨胀剂60-100份、消泡剂1-3.5份、防沉剂0.5-3.0份、阻锈剂30-80份。
9.根据权利要求8所述的钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，所述减水剂为减水率≥28％的非引气型粉体聚羧酸减水剂；增稠剂为中位径D50＜10μm的稻壳灰；膨胀剂由早期膨胀剂和中后期膨胀剂组成，其中早期膨胀剂为4,4'-氧联苯二磺酸酰肼、烷基葡萄糖酰胺中至少一种，中后期膨胀剂为膨胀源为钙矾石和氢氧化钙的膨胀剂；消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂；防沉剂为羧甲基纤维素钠、淀粉磷酸钠、氧化胺中至少一种；阻锈剂为三乙醇胺和锌酸钠。
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