CN111646740A - 一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料及其制备方法，该灌浆料，以粉煤灰、矿渣、陶土为胶结料，玄武岩纤维作为增强材料，在碱激发剂的作用下充分激发活性，再配合使用少量膨胀剂、减水剂和消泡剂等制备出早强快硬、高流动度、微膨胀、抗裂性能好的复合灌浆料。本发明制得的纤维增强复合灌浆料可适用于道路快速修补、水泥混凝土路面底板灌浆、软基处理、桥梁加固裂缝修补、深层帷幕灌浆等，是一种强度高，抗裂性能好，耐久性能优异的复合材料。

Description

一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于无机复合材料领域，特别涉及一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料及其制备方法。
背景技术
随着人们对建筑材料性能的要求越来越高，对灌浆材料的要求也更高。近年来，由于水泥基灌浆料体积收缩较大易产生微裂纹，且水泥灌浆料强度发展较慢，耐腐蚀和耐冲刷性能不理想，直接影响建筑工程的结构稳定性和使用寿命。地聚合物是一种新型绿色无机胶凝材料，具有良好的力学性能和界面结合力，抗化学腐蚀性、抗渗性和耐久性好，同时具有来源广泛、价格低廉、制作工艺简单、节约资源等优点，这些优异的性能使其在建筑材料、高强度材料、密封材料和耐高温材料等方面显示出广阔的应用前景。其中，一部分研究者提出将其作为水泥灌浆料的替代产品并做了相关的研究工作。
目前可查资料中的地聚合物灌浆料仍存在一定的问题：
(1)中国发明专利公告号：CN106699037A，公开了一种地聚合物灌浆料，以石粉、粉煤灰、矿渣、微硅粉等作为原料，利用碱激发剂激发其活性制备地聚合物灌浆料。首先，该种材料所使用的原料种类较多，易造成活性的不稳定；其次，该材料的强度并不高且初终凝时间过短，不利于实际施工。
(2)中国发明专利公告号：CN105272901A，公开了一种地聚合物复合注浆材料及其制备方法，以矿渣、硅灰、粉煤灰、偏高岭土等活性材料为主材，通过碱激发制备地聚合物复合注浆材料。但是，该种材料的缺点十分明显，过量使用混杂的粉体材料必将导致成品体积稳定性降低，其次，其28天强度仅为21.16MPa，这无法满足灌浆料的强度标准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，该灌浆料具有早强快硬、流动度高、微膨胀、抗裂性能好的优点。
本发明的另一目的在于提供一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料的制备方法，该方法工艺简单，操作方便，绿色无污染。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，其由以下材料制备而成，按重量份数计，原料包括：30～50份粉煤灰、40～60份矿渣、5～15份陶土、5～10份玄武岩纤维、1～5份纤维分散剂、40～80份碱激发剂、5～10份氢氧化钠、1～5份膨胀剂、1～3份减水剂、0.5～1份消泡剂、30～80份去离子水。
进一步地，在本发明较佳实施例中，粉煤灰为F类I级灰，平均粒径为25μm，比表面积500～700m2/kg。
进一步地，在本发明较佳实施例中，矿渣的平均粒径为20μm，比表面积为300～600m2/kg。
进一步地，在本发明较佳实施例中，陶土的平均粒径为30μm，比表面积为500～700m2/kg。
进一步地，在本发明较佳实施例中，玄武岩纤维长度为3mm～9mm，直径为7～25μm，抗拉强度为1500～2300MPa，断裂伸长率为1.8％～2.5％。
进一步地，在本发明较佳实施例中，纤维分散剂为偏硅酸钠、三聚磷酸钠、羧甲基纤维素盐的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，碱激发剂采用模数为3.1～3.3的水玻璃与氢氧化钠、去离子水按质量比(5～7):1:(2～4)配置。
进一步地，在本发明较佳实施例中，膨胀剂包括UEA、AEA、HEA中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，减水剂包括萘系高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，消泡剂包括有机硅类、聚醚类、磷酸酯类中的至少一种。
本发明一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料的制备方法，其包括如下步骤：
1)按重量份将各原料备好，待用；
2)将粉煤灰、矿渣、陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，然后将膨胀剂、消泡剂粉料、玄武岩纤维以及纤维分散剂加入到搅拌机中搅拌30秒，实现预搅拌，制得混合粉料；
3)将水玻璃、氢氧化钠和去离子水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂；
4)上述预搅拌后，将减水剂加入搅拌粉料中，启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得复合灌浆料。
本发明提供的玄武岩纤维增强地聚合物灌浆料及其制备方法的有益效果是：
1)本发明提供的玄武岩纤维增强地聚合物灌浆料是一种新型环保节能材料，无水泥，无污染，排放量低；
2)本发明提供的玄武岩纤维增强地聚合物灌浆料具有早硬快强、高流动性、微膨胀、耐久性优良等优点；
3)本发明提供的玄武岩纤维增强地聚合物灌浆料的抗裂性能好、提高了浆液的留存率、保持了浆液的均一性、提高了整体的抗分散性。
4)本发明提供的玄武岩纤维增强地聚合物灌浆料施工工艺简单，应用范围较广。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。所用试剂或仪器未注明生产厂家者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的玄武岩纤维增强地聚合物灌浆料及其制备方法进行具体说明。
玄武岩纤维具有高强度、高模量、耐高温及低温性能佳、耐酸碱、抗氧化、抗辐射、绝热隔声、防火阻燃、过滤性好等优异性能。将玄武岩纤维掺加到由粉煤灰、矿渣等作为主要原料的地聚合物灌浆料中，制备的灌浆料具有早强快硬、高流动度且具有一定的膨胀性，充分利用固废资源的同时减少了水泥的使用从而有效地保护了生态环境。纤维增强地聚合物灌浆料非常适用于道路快速修补、水泥混凝土路面底板灌浆、软基处理、桥梁加固裂缝修补、深层帷幕灌浆等，改善了传统灌浆料抗裂性能、抗冲击性能差的缺点。
本发明实施例提出一种玄武岩纤维增强地聚合物灌浆料，其由以下材料制备而成，按重量份数计，原料包括：30～50份粉煤灰、40～60份矿渣、5～15份陶土、5～10份玄武岩纤维、1～5份纤维分散剂、40～80份碱激发剂、5～10份氢氧化钠、1～5份膨胀剂、1～3份减水剂、0.5～1份消泡剂、30～80份去离子水。
其中，粉煤灰为F类I级灰，平均粒径为25μm，比表面积500～700m2/kg；矿渣的平均粒径为20μm，比表面积为300～600m2/kg；陶土的平均粒径为30μm，比表面积为500～700m2/kg；玄武岩纤维的长度为3mm～9mm中的至少一种，直径为7～25μm，抗拉强度为1500～2300MPa，断裂伸长率为1.8％～2.5％；纤维分散剂为偏硅酸钠、三聚磷酸钠、羧甲基纤维素盐的至少一种；碱激发剂采用模数为3.1～3.3的水玻璃与氢氧化钠、去离子水按质量比(5～7):1:(2～4)配置；膨胀剂包括UEA、AEA、HEA中的至少一种；减水剂包括萘系高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的至少一种；消泡剂包括有机硅类、聚醚类、磷酸酯类中的至少一种。本发明所涉及的膨胀剂由北京瑞晟特建材有限公司提供，减水剂及消泡剂由南京苏博特新材料股份有限公司提供。
本发明实施例提供的玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料采用以粉煤灰、矿渣、陶土作为胶结料，玄武岩纤维作为增强材料，在碱激发剂的作用下充分激发活性，再配合使用少量膨胀剂、减水剂和消泡剂等制备出早强快硬、高流动度、微膨胀、抗裂性能优异的复合灌浆料。
本发明实施例提供的一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料的制备方法，施工工艺简单、便捷，能够充分激发和利用粉煤灰和矿渣等原料的特点，制备高性能的复合灌浆料。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。
实施例1
本实施例提供一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，其制备步骤如下：
S101、备料：准备40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂、60份水玻璃，10份氢氧化钠、30份去离子水、UEA膨胀剂3份、萘系高效减水剂1份、有机硅类消泡剂0.5份。其中，玄武岩纤维的长度为3mm。
S102、混料：将40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，然后将3份UEA膨胀剂、0.5份消泡剂粉料、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂加入到搅拌机中搅拌30秒，实现预搅拌，制得混合粉料。
S103、制备碱激发剂：将50份水玻璃、10份氢氧化钠和40份去离子水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂
S104、制备复合灌浆料：将1份萘系高效减水剂加入搅拌粉料中，启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得复合灌浆料。
实施例2
本实施例提供一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，其制备步骤如下：
S201、备料：准备40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土、10份玄武岩纤维、2份纤维分散剂、60份水玻璃，10份氢氧化钠、30份去离子水、UEA膨胀剂3份、萘系高效减水剂1份、有机硅类消泡剂0.5份。其中，玄武岩纤维的长度为3mm。
S202、混料：将30份粉煤灰、60份矿渣、10份陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，然后将3份UEA膨胀剂、0.5份消泡剂粉料、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂加入到搅拌机中搅拌30秒，实现预搅拌，制得混合粉料。
S203、制备碱激发剂：将60份水玻璃、10份氢氧化钠和30份去离子水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂
S204、制备复合灌浆料：将1份萘系高效减水剂加入搅拌粉料中，启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得复合灌浆料。
实施例3
本实施例提供一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，其制备步骤如下：
S301、备料：准备40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂、60份水玻璃，10份氢氧化钠、30份去离子水、UEA膨胀剂3份、萘系高效减水剂1份、有机硅类消泡剂0.5份。其中，玄武岩纤维的长度为6mm。
S302、混料：将40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，然后将3份UEA膨胀剂、0.5份消泡剂粉料、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂加入到搅拌机中搅拌30秒，实现预搅拌，制得混合粉料。
S303、制备碱激发剂：将70份水玻璃、10份氢氧化钠和20份去离子水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂
S304、制备复合灌浆料：将1份萘系高效减水剂加入搅拌粉料中，启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得复合灌浆料。
实施例4
本实施例提供一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，其制备步骤如下：
S401、备料：准备40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土、10份玄武岩纤维、2份纤维分散剂、60份水玻璃，10份氢氧化钠、30份去离子水、UEA膨胀剂3份、萘系高效减水剂1份、有机硅类消泡剂0.5份。其中，玄武岩纤维的长度为6mm。
S402、混料：将40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，然后将3份UEA膨胀剂、0.5份消泡剂粉料、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂加入到搅拌机中搅拌30秒，实现预搅拌，制得混合粉料。
S403、制备碱激发剂：将50份水玻璃、10份氢氧化钠和40份去离子水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂
S404、制备复合灌浆料：将1份萘系高效减水剂加入搅拌粉料中，启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得复合灌浆料。
实施例5
本实施例提供一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，其制备步骤如下：
S501、备料：准备40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂、60份水玻璃，10份氢氧化钠、30份去离子水、UEA膨胀剂3份、萘系高效减水剂1份、有机硅类消泡剂0.5份。其中，玄武岩纤维的长度为9mm。
S502、混料：将40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，然后将3份UEA膨胀剂、0.5份消泡剂粉料、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂加入到搅拌机中搅拌30秒，实现预搅拌，制得混合粉料。
S503、制备碱激发剂：将60份水玻璃、10份氢氧化钠和30份去离子水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂
S504、制备复合灌浆料：将1份萘系高效减水剂加入搅拌粉料中，启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得复合灌浆料。
实施例6
本实施例提供一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，其制备步骤如下：
S601、备料：准备40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土、10份玄武岩纤维、2份纤维分散剂、60份水玻璃，10份氢氧化钠、30份去离子水、UEA膨胀剂3份、萘系高效减水剂1份、有机硅类消泡剂0.5份。其中，玄武岩纤维的长度为9mm。
S602、混料：将40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，然后将3份UEA膨胀剂、0.5份消泡剂粉料、5份玄武岩纤维、2份纤维分散剂加入到搅拌机中搅拌30秒，实现预搅拌，制得混合粉料。
S603、制备碱激发剂：将70份水玻璃、10份氢氧化钠和20份去离子水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂
S604、制备复合灌浆料：将1份萘系高效减水剂加入搅拌粉料中，启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得复合灌浆料。
实施例7
本实施例提供一种不掺玄武岩纤维的地聚合物灌浆料，其制备步骤如下：
S701、备料：准备40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土、60份水玻璃，10份氢氧化钠、30份去离子水。其中，玄武岩纤维的长度为9mm。
S702、混料：将40份粉煤灰、50份矿渣、10份陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，制得混合粉料。
S703、制备碱激发剂：将70份水玻璃、10份氢氧化钠和20份去离子水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂
S704、制备灌浆料：启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。
对本发明提供的纤维增强地聚合物复合灌浆料进行性能检测，检测结果如下表1所示；检测方法参照GB/T 50448～2015水泥基灌浆材料应用技术规范、JC/T951～2005水泥砂浆抗裂性能试验方法。
表1
Figure BDA0002555204790000071
从上表可以看出，以粉煤灰、矿渣、玄武岩纤维等作为主要原料制备的复合灌浆料的抗压强度较高且抗裂性能较好，从数据分析已满足常规工程对灌浆料的要求。该种复合灌浆料的推广，可大量减少水泥的使用量，达到保护环境的目的。
以上描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种玄武岩纤维增强地聚合物复合灌浆料，其特征在于，按重量份数计，所述原料包括：30~50份粉煤灰、40~60份矿渣、5~15份陶土、5~10份玄武岩纤维、1~5份纤维分散剂、40~80份碱激发剂、5~10份氢氧化钠、1~5份膨胀剂、1~3份减水剂、0.5~1份消泡剂、30~80份去离子水。
2.根据权利要求1所述的复合灌浆料，其特征在于，粉煤灰为F类I级灰，平均粒径为25μm，比表面积500~700m2/kg。
3.根据权利要求1所述的复合灌浆料，其特征在于，矿渣的平均粒径为20μm，比表面积为300~600m2/kg。
4.根据权利要求1所述的复合灌浆料，其特征在于，陶土的平均粒径为30μm，比表面积为500~700m2/kg。
5.根据权利要求1所述的复合灌浆料，其特征在于，玄武岩纤维的长度为3mm~9mm，直径为7~25μm，抗拉强度为1500~2300MPa，断裂伸长率为1.8%~2.5%。
6.根据权利要求1所述的复合灌浆料，其特征在于，纤维分散剂为偏硅酸钠、三聚磷酸钠、羧甲基纤维素盐的至少一种。
7.根据权利要求1所述的复合灌浆料，其特征在于，碱激发剂采用模数为3.1~3.3的水玻璃与氢氧化钠、去离子水按质量比（5~7）:1:（2~4）配置。
8.根据权利要求1所述的复合灌浆料，其特征在于，膨胀剂包括UEA、AEA、HEA中的至少一种。
9.一种如权利要求1-8任一所述的复合灌浆料的制备方法，其特征在于，其包括：
1）将粉煤灰、矿渣、陶土加入到搅拌锅中搅拌1分钟，然后将膨胀剂、消泡剂、玄武岩纤维以及纤维分散剂加入到搅拌机中搅拌30秒，实现预搅拌，制得混合粉料；
2）将减水剂加入上述混合粉料中，启动搅拌机，然后在1分钟内将碱激发剂分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得复合灌浆料。
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