CN111732401A - 一种滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料及制备方法，属于滨海装配结构连接件防腐技术领域。该灌浆料包括以下组分：膨胀性复配水泥、矿渣砂、粉煤灰(FA)、聚乙烯醇(PVA)(含氧化剂、催化剂)、氧化石墨烯(GO)、减水剂、调凝剂、消泡剂、矿物掺合料和水。通过GO‑PVA水凝胶内养护、复配水泥微膨胀及FA减缩效应实现灌浆料无收缩效能；发挥GO‑PVA水凝胶微电容器储能效应规避灌浆料套筒中钢筋腐蚀微电池的形成，实现钢筋腐蚀自免疫效能，发挥矿渣砂提升灌浆料耐海水侵蚀能力，在滨海装配结构快速连接领域蕴含着巨大的经济和环保效益。

Description

一种滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于滨海结构连接件防腐领域，具体涉及一种滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
钢筋混凝土结构被广泛应用在近海建筑、桥梁隧道、风能核电站、钻油井平台、海港码头等滨海结构工程领域。这些滨海结构常因高氯离子、硫酸盐浓度等海洋腐蚀环境而过早失效。始建于1967年的某公路桥由于处于近海环境，海洋硫化物和氯化物造成钢筋腐蚀，加上保养维护不善，服役刚过40年在2018年就突然垮塌，造成大量伤亡。有资料显示：于2002年12月竣工的某跨海大桥在2007年就发现处于浪花飞溅区的下部结构出了严重混凝土剥落和内部钢筋裸露的现象。事实上，作为多孔、多相非均质材料，海水和氧气会沿着混凝土中的缝隙到达钢筋表面，产生腐蚀自由电子。这些电子通过钢筋向阴极区传送，溶液中的负离子通过孔隙溶液向阳极区传输，易形成大量腐蚀微电池。
随着现代工业技术及装配制造业的发展，受气候条件制约小，节约劳动力并可提高建筑质量，整体生产成本低的装配建筑已经上升到国家层面，建筑工业化势在必行。而灌浆套筒是装配化建筑关键部件，不仅要求相应灌浆料拥有良好的可灌流变性，还要有快凝早强、体积稳定、耐久性好等要求，进而将梁、板、柱、支座各类预制构件快速连接，形成装配整体结构。当前，市售及工程中应用的水泥基灌浆料常存在凝结时间缓慢或过快、流动度经时损失大、早期强度不高、后期硬化会收缩等问题，因而亟待研制早强无收缩水泥基灌浆料。
与此同时，当发展滨海装配工程时，发明人发现存在以下问题：
(1)相应结构连接用灌浆套筒同样易形成腐蚀微电池，一旦因灌浆套筒腐蚀而失去连接基本功能，不仅直接经济损失大，修复起来更加困难复杂。
(2)由于钢筋套筒内腔狭小，增加混凝土保护层厚度、掺杂钢筋阻锈剂(如公开号CN110015871A专利所述，同时掺杂早强剂及阻锈剂方法)、混凝土表面涂层、电化学除盐、阴极保护法等常规抗渗、阻锈防腐手段要么无法使用，要么使用效果差，要么无平台施展。
(3)采用上述早强无收缩水泥基灌浆料套筒快速连接滨海结构时，难以保障在拥有良好流动性、早强高强、膨胀无收缩的同时，拥有足够的防腐耐久性。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料及其制备方法。将本发明的防腐型混凝土灌浆料，通过重力灌浆法或压力灌浆法灌入钢筋套筒，然后嵌入滨海预制构件连接处，养护成型，获得所述基于防腐型混凝土灌浆料套筒应用于滨海结构，实现其快速连接。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，由如下重量份的原料组成：膨胀性复配水泥1份、矿渣砂1-2份、粉煤灰0.05-0.2份、聚乙烯醇0.005-0.05份、氧化石墨烯0.0002-0.002份、减水剂0.005-0.01份、调凝剂0.005-0.01份、消泡剂0.0001-0.001份、矿物掺合料0-0.05份和水0.25-0.55份。
本发明提供了一种面向滨海结构连接用防腐型早强无收缩水泥基灌浆料，采用本发明的防腐型纳米混凝土灌浆料及制备工艺，不仅能快速连接滨海装配结构的灌浆套筒成套体系，而且能有效保障防腐耐久性能。
本发明的第二个方面，提供了一种滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料的制备方法，包括：
以聚乙烯醇与氧化石墨烯为原料，在氧化剂存在的条件下，原位聚合插层法制成GO-PVA预聚体液；
将粉煤灰、减水剂、催化剂、所述GO-PVA预聚体液混合均匀，形成GO-PVAH@FA；
将GO-PVAH@FA分散在含减水剂、缓凝剂的溶液中，形成GO-PVAH@FA悬浮液；
将膨胀性复配水泥、高炉重矿渣砂、磨细矿渣粉混合均匀，形成灌浆料干混料；
将GO-PVAH@FA悬浮液与灌浆料干混料、消泡剂混合，得到滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料。
本发明中GO纳米活性模板效应将有效减少灌浆料硬化体孔隙率，提高灌浆料密实度，减少离子渗透通路，延缓海水腐蚀介质达到套筒钢筋表面时间；同时，含有诸多羟基、环氧基和羧基等官能团的GO与含有诸多羟基的PVA电解液稳定结合形成大量的GO-PVAH微电容器，这些经FA媒介均匀弥散灌浆料中的GO-PVAH微电容器能大量储存灌浆料孔溶液电解质及捕获海水介质迁移来的离子，避免灌浆料钢筋套筒中腐蚀电池的形成，有效防止钢筋电化学腐蚀，进而显著提高灌浆料抗氯离子渗透、耐海水腐蚀性能。
本发明的第三个方面，提供了任一上述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料在滨海结构工程施工中的应用，所述滨海结构工程包括：近海建筑、桥梁隧道、风能核电站、钻油井平台、海港码头。
本发明的防腐型纳米混凝土灌浆料连接快速、防腐耐久性能优异。因此，有望在滨海结构工程施工中得到广泛应用，特别是近海建筑、桥梁隧道、风能核电站、钻油井平台、海港码头等工程的灌浆套筒装配施工中。
本发明的有益效果在于：
(1)采用本发明的防腐型纳米混凝土灌浆料及制备工艺，不仅能快速连接滨海装配结构的灌浆套筒成套体系，而且能有效保障防腐耐久性能。由图1和2可以看出，其一，创新地将分散稳定的GO-PVAH通过外裹FA媒介表面，实现其长效均匀分布于后续灌浆料体系中，可有效抵消GO直掺灌浆料时大幅度降低灌浆料流动性的问题；同时，含亲水基团GO组合PVA预聚体均匀分散于灌浆料中将有效提升灌浆料的抗离析与经时流变性；其二，膨胀性复配水泥水化产物存在较厚水化膜以及FA的滚珠润滑特点有助于相应灌浆料可灌流变、自密实功能实现；其三，减水剂、调凝剂等外加剂在灌浆料双电层吸附效应将有效保障灌浆料可灌流变性能实现。灌浆料硬化体力学抗渗性能实现机制：一方面，GO表面含有诸多羟基、环氧基和羧基等亲水基团，有利于GO与水泥胶砂体系相容，同时GO能充分发挥纳米晶核与模板效应，改善相应灌浆料硬化体微观形貌，进而提升其力学强度及抗裂抗渗效能；另一方面，GO-PVAH水凝胶在灌浆料成型过程中能很好地充当内养护组分，后续水分缓慢释放有效抵消膨胀性复配水泥快速水化时产生的热缩应力，实现减缩效能；再一方面，膨胀性复配水泥拥有的快速凝结与微膨胀特点及FA拥有的自润滑减缩效应，将有效实现灌浆料早强无收缩效能。
(2)本发明的防腐型纳米混凝土灌浆料，其一，GO纳米活性模板效应将有效减少灌浆料硬化体孔隙率，提高灌浆料密实度，减少离子渗透通路，延缓海水腐蚀介质达到套筒钢筋表面时间；其二，含有诸多羟基、环氧基和羧基等官能团的GO与含有诸多羟基的PVA电解液稳定结合形成大量的GO-PVAH微电容器，这些经FA媒介均匀弥散灌浆料中的GO-PVAH微电容器能大量储存灌浆料孔溶液电解质及捕获海水介质迁移来的离子，避免灌浆料钢筋套筒中腐蚀电池的形成，有效防止钢筋电化学腐蚀，进而显著提高灌浆料抗氯离子渗透、耐海水腐蚀性能。
本发明的防腐型纳米混凝土灌浆料中，GO-PVAH在FA表面合成，以外加剂水溶液媒介有效延缓GO-PVAH@FA加入纳米灌浆料时间，组合使用低碱度复配水泥以及降低碱度的FA等掺合料，创新性规避GO遇强碱环境脱氧的瓶颈问题。通过GO-PVAH外裹FA媒介表面、复配水泥浆料存在较厚水化膜以及FA的滚珠润滑效应实现纳米灌浆料可灌流变、自密实功能实现；利用GO纳米模板及复配水泥效应实现纳米灌浆料持续早强高强及抗裂抗渗功能；通过GO-PVAH内养护、复配水泥微膨胀及FA减缩效应实现灌浆料无收缩效能；发挥GO-PVAH微电容器储能效应规避灌浆料套筒中钢筋腐蚀微电池的形成，实现钢筋腐蚀自免疫效能，创新地同步实现灌浆料可灌流变性能及硬化体早强无收缩、抗裂抗渗及腐蚀自免疫效能；利用矿渣砂有效提升灌浆料耐海水侵蚀能力，同步拓宽矿渣砂固废资源化利用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例1的GO-PVA聚合插层及GO-PVAH@FA包覆工艺示意图。其中：1-FA颗粒、2-GO-PVA水凝胶层，21-GO片层、22-PVA聚合体、23-水凝胶；GO-PVA水凝胶层是包覆在FA颗粒表面，PVA聚合体有效插层GO片层结构，形成微电容器正负双电层，有效提升灌浆料海洋防腐性能。GO-PVA插层结构是为了示意性反映GO片层与PVA线链型聚合物形成的插层结构，FA的SEM微观形貌是为了示意性反映FA球形中空状结构及尺寸规格，以便于本领域技术人员更好地理解。
图2是本发明实施例1的防腐型纳米混凝土灌浆料养护7d后硬化体的扫描电镜照片。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种防腐型纳米混凝土灌浆料、制法及其在滨海装配结构快速连接中的应用。将GO-PVAH在FA表面合成，以外加剂水溶液媒介有效延缓GO-PVAH@FA加入纳米灌浆料时间，组合使用低碱度复配水泥以及降低碱度的FA等掺合料，创新性规避GO遇强碱环境脱氧的瓶颈问题。通过GO-PVAH外裹FA媒介表面、复配水泥浆料存在较厚水化膜以及FA的滚珠润滑效应实现纳米灌浆料可灌流变、自密实功能实现；利用GO纳米模板及复配水泥效应实现纳米灌浆料持续早强高强及抗裂抗渗功能；通过GO-PVAH内养护、复配水泥微膨胀及FA减缩效应实现灌浆料无收缩效能；发挥GO-PVAH微电容器储能效应规避灌浆料套筒中钢筋腐蚀微电池的形成，实现钢筋腐蚀自免疫效能，创新地同步实现灌浆料可灌流变性能及硬化体早强无收缩、抗裂抗渗及腐蚀自免疫效能；利用矿渣砂有效提升灌浆料耐海水侵蚀能力，同步拓宽矿渣砂固废资源化利用，最终在滨海装配结构快速连接领域蕴含着巨大的经济与环保效益。
具体包括以下步骤：
S1：将所述PVA溶于热水中配制PVA水溶液；在有所述PVA氧化剂存在条件下，将所述GO粉料或水分散液混入PVA水溶液，采用原位聚合插层工艺，在GO片层结构插层PVA预聚体，得到GO-PVA预聚体液；
S2：将所述FA、部分所述减水剂、所述PVA催化剂加入GO-PVA预聚体液，进一步采用热超声工艺，在所述FA颗粒表面外裹GO-PVA水凝胶(GO-PVAH)，得到GO-PVAH@FA并密封备用；
S3：将上述GO-PVAH@FA加入剩余所述减水剂、所述调凝剂形成的外加剂水溶液中，高速搅匀，得到GO-PVAH@FA悬浮液；与此同时，将所述膨胀性复配水泥、所述矿渣砂、所述矿物掺合料机械混合，形成灌浆料干混料；
S4：通过灌浆料搅拌设备将所述GO-PVAH@FA悬浮液加入灌浆料干混料，机械搅匀，得到防腐型纳米混凝土灌浆料。
在步骤S1中，可结合自动滴定法、旋转粘度计、UV-Vis分光度法、微观形貌法分析GO-PVA预聚体液中PVA插层效率及GO分散效果。
在步骤S2中，可分别结合冷冻干燥法、UV-Vis分光度法、TG-DSC综合热分析法、微观形貌法测GO-PVAH平衡溶胀率，透光度、结构交联度、微观分布形貌及致密度；结合乙醇排水法、TG-DSC综合热分析法、剥离强度法及膜厚仪法分别测GO-PVAH@FA的整体密度、含水量及有机物含量、界面抗剥离力及裹层厚度。
在步骤S4中，可以采用本领域技术人员所熟知的灌浆料常规制备方法制备防腐型纳米混凝土灌浆料，通过灌浆料流变性能(粘滞系数、剪切应力)，浆料凝结时间(稠度、经时流变性)等来优选相应减水剂、调凝剂、消泡剂的类型及掺量。可结合本领域技术人员所熟知的灌浆料可灌性、力学强度、膨胀率、抗水/油渗性、抗氯离子渗透方法开展该防腐型纳米混凝土灌浆料的各项性能表征。可结合本领域技术人员所熟知的灌浆套筒电化学参数与拉压力学疲劳性能表征方法开展该防腐型纳米混凝土灌浆料套筒的钢筋腐蚀电位、极化电阻、腐蚀电流密度、电化学阻抗谱等电化学参数与力学行为(抗拉强度、荷载-位移曲线)、变形性能(残余变形、最大伸长率)及界面粘结力(粘结强度、破坏特征)等力学参数。
本领域技术人员所熟悉的橡胶塞封堵钢筋套筒注浆口、排浆口，并可以通过本领域技术人员所熟悉的超声或雷达波无损探测等方法评价该灌浆料施工质量。
一种防腐型纳米混凝土灌浆料，包括以下组分：膨胀性复配水泥、矿渣砂、粉煤灰(FA)、聚乙烯醇(PVA)(含对应氧化剂、催化剂)、氧化石墨烯(GO)、减水剂、调凝剂、消泡剂、矿物掺合料和水，各组分的质量比为1：(1-2)：(0.05-0.2)：(0.005-0.05)：(0.0002-0.002)：(0.005-0.01)：(0.005-0.01)：(0.0001-0.001)：(0-0.05)：(0.25-0.55)。
在一些实施例中，所述膨胀性复配水泥包括以下组分：硫铝酸盐水泥(SAC)、硅酸盐水泥、石膏，各组分的质量比为1：(0.65-1.25)：(0-0.15)；膨胀性复配水泥水化产物存在较厚水化膜以及FA的滚珠润滑特点有助于相应灌浆料可灌流变、自密实功能实现。
本申请中矿渣砂的具体类型并不作特殊的限定，在一些实施例中，所述矿渣砂为高炉重矿渣砂、钢渣砂、钛钢渣砂、铜镍渣砂、镍铁渣砂中的一种或几种组合；并通过以下组分匹配实现拥有良好颗粒级配曲线：细度模数为3.7-3.1，平均粒径为0.5mm以上的粗砂、细度模数为3.0-2.3，平均粒径为0.5mm-0.35mm的中砂、细度模数为2.2-1.6，平均粒径为0.35mm-0.25mm的细砂、细度模数为1.5-0.7，平均粒径为0.25mm以下的超细砂，各组分的质量比为1：(1.1-2.0)：(1-1.5)：(1-1.5)，保障中砂率位于27％-33％区间；利用矿渣砂有效提升灌浆料耐海水侵蚀能力，同步拓宽矿渣砂固废资源化利用。
在一些实施例中，所述FA为GB/T 1596-2017标准中规定的烧失量≤5％的I级FA，以获得较优的滚珠润滑效应。
在一些实施例中，所述PVA为平均聚合度为500～600、醇解度为88％的PVA水溶液；将GO分散在PVA水溶液，形成稳定的GO-PVA预聚体液。
在一些实施例中，所述PVA氧化剂、PVA催化剂分别为中国专利CN103450489或CN105885064A中所提及的高碘酸钠、高锰酸钾或氯酸钾，浓盐酸、稀硫酸、稀硝酸或硼酸中的一种，以通过原位聚合插层工艺，在GO片层结构插层PVA预聚体。
在一些实施例中，所述GO为单层率≥90％、含氧量35～45％的GO粉料或浓度0.05～10mg/mL的水分散液；其中用GO水分散液时，按浓度比例计算水分散液中的GO质量，相应水分散液中的水分计算到灌浆料所用水总量中。
本申请中对减水剂的具体类型并不作特殊的限定，在一些实施例中，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂、萘系磺酸钠高效减水剂或密胺树脂类高效减水剂其中的一种或几种的优化组合；所述调凝剂为葡萄糖酸盐类缓凝剂、柠檬酸、酒石酸及其盐类缓凝剂或木质磺酸盐类减水缓凝剂其中的一种；所述消泡剂为有机硅类、聚醚类、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂其中的一种。减水剂、调凝剂等外加剂在灌浆料双电层吸附效应将有效保障灌浆料可灌流变性能实现。
本申请中对矿物掺合料的具体来源并不作特殊的限定，在一些实施例中，所述矿物掺合料为磨细矿渣、粉煤灰、火山灰、硅粉或沸石粉其中的一种或几种的组合；所述矿物掺合料与膨胀性复配水泥、矿渣砂机械混合，形成灌浆料干混料。
在一些实施例中，所述水为蒸馏水或去离子水或自来水其中的一种，本领域技术人员可根据具体的工况进行选择。
本发明还提供了一种上述防腐型纳米混凝土灌浆料在滨海结构工程连接应用。具体将上述防腐型纳米混凝土灌浆料，通过重力灌浆法或压力灌浆法灌入钢筋套筒，然后嵌入滨海预制构件连接处，快速成型，获得所述基于防腐型纳米混凝土灌浆料套筒应用于滨海结构，实现其快速连接。
在一些实施例中，防腐型纳米混凝土灌浆料应用中所述滨海预制构件可为蜂窝梁、装配叠合板、预制柱、预制支座等。
在一些实施例中，防腐型纳米混凝土灌浆料应用中所述钢筋套筒可为带有注浆口、排浆口的半灌浆套筒、全灌浆套筒等。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
本实施例的防腐型纳米混凝土灌浆料的制备工艺具体步骤如下：
S1：将所述0.25kgPVA溶于5L、温度为70℃的热水中配制浓度为5％、平均聚合度为500～600、醇解度为88％的PVA水溶液；在含有0.02kg的高碘酸钠(PVA氧化剂)的条件下，将0.025kg GO粉料混入上述PVA水溶液，采用原位聚合插层工艺，在GO片层结构插层PVA预聚体，得到GO-PVA预聚体液；
S2：将1.0kg的FA、0.1kg聚羧酸类高效减水剂、0.01kg浓盐酸(PVA催化剂)加入上述GO-PVA预聚体液，进一步采用油浴锅热超声分散工艺(油温100℃、频率10kHz、功率50W、超声时间30min)，在所述FA颗粒表面外裹GO-PVA水凝胶(GO-PVAH)，得到GO-PVAH@FA并密封备用；
S3：将上述GO-PVAH@FA加入剩余0.15kgPCA-I型聚羧酸类高效减水剂(购自江苏苏博特新材料股份有限公司)、0.3kgHN-B型葡萄糖酸盐类缓凝剂(购自青岛鼎昌新材料有限公司)形成的外加剂水溶液中，高速搅匀，得到GO-PVAH@FA悬浮液；与此同时，将20kg膨胀性复配水泥(由10kg的425型SAC、9.5kg的P.I型42.5硅酸盐水泥及0.5kg石膏组成)、40kg高炉重矿渣砂(取自表观密度为2560kg/m3的本钢高炉重矿渣，其化学组成SiO2＝32～38％，CaO＝40～42％，MgO＝8～11％,Al2O3＝5～8％)(由8kg粗砂、12kg中砂、10kg细砂及10kg超细砂组成)、0.5kg磨细矿渣粉(同取自表观密度为2560kg/m3的本钢高炉重矿渣，并经球磨而得)，机械混合，形成相应灌浆料干混料；
S4：通过JJ-5型胶砂搅拌机将上述GO-PVAH@FA悬浮液加入相应灌浆料干混料，机械搅匀(转速120rpm、持时4min)，掺加0.005kgACP1266型有机硅类消泡剂(购自道康宁(上海)有限公司)消除可能存在的泡沫，最终得到防腐型纳米混凝土灌浆料。
将上述防腐型纳米混凝土灌浆料，通过压力灌浆法(灌浆压力5MPa)灌入全灌浆钢筋套筒，测试其钢筋电化学参数与力学疲劳行为；并尝试嵌入滨海预制柱连接节点处，快速成型，获得所述基于防腐型纳米混凝土灌浆料套筒预制柱，评价其快速连接与防腐耐久性能。
在步骤S1中，GO-PVA预聚体液中PVA插层效率及GO分散效果，如图1所示。在步骤S2中，GO-PVAH@FA的溶胀率、裹层厚度分别为30％、65μm。在步骤S4中，该防腐型纳米混凝土灌浆料的硬化体微观形貌如图2所示，相关性能如表1所示。
实施例2
本实施例的防腐型纳米混凝土灌浆料的制备工艺具体步骤如下：
S1：将所述0.5kgPVA溶于5L、温度为80℃的热水中配制浓度为10％、平均聚合度为500～600、醇解度为88％的PVA水溶液；在含有0.015kg的高锰酸钾(PVA氧化剂)的条件下，将10mg/mL的2L GO水分散液混入上述PVA水溶液，采用原位聚合插层工艺，在GO片层结构插层PVA预聚体，得到GO-PVA预聚体液；
S2：将1.5kg的FA、0.2kgFDN-O型萘系磺酸钠高效减水剂(购自武汉卓振贸易有限公司)、0.01kg稀硫酸(PVA催化剂)加入上述GO-PVA预聚体液，进一步采用油浴锅热超声分散工艺(油温120℃、频率20kHz、功率50W、超声时间45min)，在所述FA颗粒表面外裹GO-PVA水凝胶(GO-PVAH)，得到GO-PVAH@FA并密封备用；
S3：将上述GO-PVAH@FA加入剩余0.1kg萘系磺酸钠高效减水剂、0.25kg柠檬酸形成的外加剂水溶液中，高速搅匀，得到GO-PVAH@FA悬浮液；与此同时，将25kg膨胀性复配水泥(由12kg的525型SAC、12kg的P.II型52.5硅酸盐水泥及1kg石膏组成)、35kg钢渣砂(取自表观密度为3160kg/m3的本钢钢渣砂，其化学组成CaO＝35～38％，Fe2O3＝20～24％，SiO2＝18～21％，Al2O3＝5～8％，MgO＝5～7％)(由8kg粗砂、12kg中砂、8kg细砂及7kg超细砂组成)、1kg粉煤灰，机械混合形成相应灌浆料干混料；
S4：通过电动高速搅拌器将上述GO-PVAH@FA悬浮液加入相应灌浆料干混料，机械搅匀(转速500rpm、持时3min)，掺加0.008kgRK-1500型聚醚类消泡剂(购自厦门瑞克曼化工科技有限公司)消除可能存在的气泡，最终得到防腐型纳米混凝土灌浆料。
将上述防腐型纳米混凝土灌浆料，通过重力灌浆法灌入半灌浆钢筋套筒，测试其钢筋电化学参数与力学疲劳行为；并尝试嵌入滨海预制莲藕梁连接节点处，快速成型，获得所述基于防腐型纳米混凝土灌浆料套筒莲藕梁的快速连接，评价其快速连接与防腐耐久性能。
在步骤S2中GO-PVAH@FA的溶胀率、裹层厚度分别为40％、50μm。在步骤S4中，该防腐型纳米混凝土灌浆料的相关性能如表1所示。
实施例3
本实施例的防腐型纳米混凝土灌浆料的制备工艺具体步骤如下：
S1：将所述0.3kgPVA溶于5L、温度为65℃的热水中配制浓度为6％、平均聚合度为500～600、醇解度为88％的PVA水溶液；在含有0.02kg的氯酸钾(PVA氧化剂)的条件下，将浓度为4mg/mL、5L的GO水分散液混入上述PVA水溶液，采用原位聚合插层工艺，在GO片层结构插层PVA预聚体，得到GO-PVA预聚体液；
S2：将1.2kg的FA、0.15kg的SBTJM-9型聚羧酸类与密胺树脂类组合高效减水剂(购自江苏苏博特新材料股份有限公司)、0.01kg硼酸(PVA催化剂)加入上述GO-PVA预聚体液，进一步采用油浴锅热超声分散工艺(油温100℃、频率20kHz、功率50W、超声时间60min)，在所述FA颗粒表面外裹GO-PVA水凝胶(GO-PVAH)，得到GO-PVAH@FA，其溶胀率、裹层厚度分别为50％、100μm，并密封备用；
S3：将上述GO-PVAH@FA加入剩余0.15kg的SBTJM-9型聚羧酸类与密胺树脂类组合高效减水剂、0.3kg酒石酸形成的外加剂水溶液中，高速搅匀，得到GO-PVAH@FA悬浮液；与此同时，将25kg膨胀性复配水泥(由12kg的625型高贝利特SAC、12kg的P.I型62.5硅酸盐水泥及1kg石膏组成)、40kg铜镍渣砂(取自表观密度为2870kg/m3、以SiO2、MgO为主的金川集团股份有限公司铜镍渣砂)(由10kg粗砂、10kg中砂、10kg细砂及10kg超细砂组成)、1kg火山灰机械混合，形成相应灌浆料干混料；
S4：通过DE-500型剪切乳化机将上述GO-PVAH@FA悬浮液加入相应灌浆料干混料，机械搅匀(转速2500rpm、持时2min)，掺加0.004kgRK-1805S型聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂(购自厦门瑞克曼化工科技有限公司)消除可能存在的气泡，并尝试通过抽真空进一步消除高速搅拌带来的气泡，最终得到防腐型纳米混凝土灌浆料。
将上述防腐型纳米混凝土灌浆料，通过压力灌浆法灌入全灌浆钢筋套筒，测试其钢筋电化学参数与力学疲劳行为；并尝试嵌入滨海预制柱支座连接节点处，快速成型，获得所述基于防腐型纳米混凝土灌浆料套筒支座的快速连接，评价其快速连接与防腐耐久性能。
在步骤S2中GO-PVAH@FA溶胀率、裹层厚度分别为40％、50μm。在步骤S4中，该防腐型纳米混凝土灌浆料的相关性能如表1所示。
实施例4
本实施例的制备方法同实施例1，不同之处在于，S3步骤中20kg膨胀性复配水泥由10kg的425型SAC、10kg的P.I型42.5硅酸盐水泥两部分组成，未含有石膏，相应矿物掺合料掺量为0kg。
在步骤S2中，GO-PVAH@FA的溶胀率、裹层厚度分别为30％、65μm。在步骤S4中，该防腐型纳米混凝土灌浆料的相关性能如表1所示。
表1各实施例中防腐型纳米混凝土灌浆料性能测试对比结果
Figure BDA0002579496470000151
Figure BDA0002579496470000161
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：膨胀性复配水泥1份、矿渣砂1-2份、粉煤灰0.05-0.2份、聚乙烯醇0.005-0.05份、氧化石墨烯0.0002-0.002份、减水剂0.005-0.01份、调凝剂0.005-0.01份、消泡剂0.0001-0.001份、矿物掺合料0-0.05份和水0.25-0.55份。
2.如权利要求1所述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，其特征在于，所述聚乙烯醇与氧化石墨烯采用原位聚合插层法制成GO-PVA预聚体液。
3.如权利要求2所述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，其特征在于，所述粉煤灰外裹GO-PVA预聚体液，得到GO-PVAH@FA。
4.如权利要求1所述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，其特征在于，所述灌浆料由如下重量份的原料组成：膨胀性复配水泥1份、矿渣砂1-1.5份、粉煤灰0.05-0.1份、聚乙烯醇0.005-0.025份、氧化石墨烯0.0002-0.001份、减水剂0.005-0.0075份、调凝剂0.005-0.0075份、消泡剂0.0001-0.0005份、矿物掺合料0-0.025份和水0.25-0.4份；
或所述灌浆料由如下重量份的原料组成：膨胀性复配水泥1份、矿渣砂1.5-2份、粉煤灰0.1-0.2份、聚乙烯醇0.025-0.05份、氧化石墨烯0.001-0.002份、减水剂0.0075-0.01份、调凝剂0.0075-0.01份、消泡剂0.0005-0.001份、矿物掺合料0.025-0.05份和水0.4-0.55份。
5.如权利要求1所述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，其特征在于，所述膨胀性复配水泥由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥1份、硅酸盐水泥0.65-1.25份、石膏0-0.15份。
6.如权利要求1所述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，其特征在于，所述矿渣砂为高炉重矿渣砂、钢渣砂、钛钢渣砂、铜镍渣砂、镍铁渣砂中的一种或几种组合。
7.如权利要求1所述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，其特征在于，所述PVA氧化剂高碘酸钠、高锰酸钾或氯酸钾中的一种；
或所述PVA催化剂为浓盐酸、稀硫酸、稀硝酸或硼酸中的一种。
8.如权利要求1所述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂、萘系磺酸钠高效减水剂或密胺树脂类高效减水剂其中的一种或几种的优化组合；
或所述调凝剂为葡萄糖酸盐类缓凝剂、柠檬酸、酒石酸及其盐类缓凝剂或木质磺酸盐类减水缓凝剂其中的一种；
或所述消泡剂为有机硅类、聚醚类、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂其中的一种；
或所述矿物掺合料为磨细矿渣、粉煤灰、火山灰、硅粉或沸石粉其中的一种或几种的组合；
或所述水为蒸馏水或去离子水或自来水其中的一种。
9.一种滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料的制备方法，其特征在于，包括：
以聚乙烯醇与氧化石墨烯为原料，在氧化剂存在的条件下，原位聚合插层法制成GO-PVA预聚体液；
将粉煤灰、减水剂、催化剂、所述GO-PVA预聚体液混合均匀，形成GO-PVAH@FA；
将GO-PVAH@FA分散在含减水剂、缓凝剂的溶液中，形成GO-PVAH@FA悬浮液；
将膨胀性复配水泥、高炉重矿渣砂、磨细矿渣粉混合均匀，形成灌浆料干混料；
将GO-PVAH@FA悬浮液与灌浆料干混料、消泡剂混合，得到滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料。
10.权利要求1-8任一项所述的滨海结构连接用防腐型混凝土灌浆料在滨海结构工程施工中的应用，其特征在于，所述滨海结构工程包括：近海建筑、桥梁隧道、风能核电站、钻油井平台、海港码头。
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