CN112250394A - 一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属建筑材料技术领域，提供了一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法，高性能钢筋连接用套筒灌浆料由硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣、保水剂、减水剂、消泡剂、PEA膨胀剂和级配石英砂组成，制备时将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣、级配石英砂一起混合，再将其余原料一起加入混合。该灌浆料具有优良的物理力学性能，工作性能优异，易灌浆、不泌水，流动性好，且流动性经时损失小，可操作时间长，早期强度发展快，强度高，体积稳定性好，无收缩开裂问题。本发明制备方法简单，适用于装配式建筑用构件的钢筋连接用套筒灌浆工程，能在短期内即具有较高的力学性能，长期使用效能优异，确保工程质量和服役寿命。

Description

一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法。
背景技术
近年来，我国建筑工业化和装配式建筑快速发展，钢筋混凝土构件和部品连接是实现装配式建筑快速建造的关键技术之一，这些构件或部品重要连接方式之一是钢筋套筒灌浆连接。钢筋套筒灌浆连接的基本原理是将带肋钢筋插入钢筋套筒后，再向套筒内灌注专用灌浆料，填充套筒与钢筋的空隙，套筒灌浆料硬化后与钢筋肋以及套筒内壁凹槽或凸肋紧密啮合，实现两端钢筋的连接。在此过程中，主要借助套筒灌浆料受套筒的围束作用以及套筒灌浆料本身的微膨胀特性，增强了钢筋与套筒内侧间的正向作用力，加大钢筋与套筒内表面的摩擦力传递钢筋应力。因此，套筒灌浆料是实现构件和部品有效连接的重要材料，属于结构性材料，其性能优劣对确保装配式建筑体系整体性具有至关重要的作用。但在实际工程中，套筒灌浆料的性能不能很好满足工程应用要求，主要表现在灌注均匀性和密实度差，早期强度发展慢、后期强度增幅小，早期体积稳定性与后期不匹配，早期塑性膨胀率过大，而后期收缩大、易开裂等问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法，制备得到的高性能钢筋连接用套筒灌浆料具有优异工作性能、早强高强、体积稳定性优异，提高了灌浆料的灌注质量以及使用服役中的力学性能和体积稳定性，确保钢筋套筒连接的质量和可靠性，从而有利于提升装配式建筑混凝土构件之间的高效稳定连接。
本发明提供了一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料，具有这样的特征，包括以下重量分数的组分：硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥6-18份、石膏3-9份、提钛尾渣8-25份、保水剂0.012-0.030份、减水剂0.6-1.3份、消泡剂0.1-0.5份、PEA膨胀剂0.03-0.12份以及级配石英砂95-160份。
在本发明提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中，还可以具有这样的特征：其中，硅酸盐水泥的强度等级为PII52.5或者PII52.5R。
在本发明提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中，还可以具有这样的特征：其中，硫铝酸盐水泥为强度等级72.5的快硬早强型硫铝酸盐水泥。
在本发明提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中，还可以具有这样的特征：其中，石膏由脱硫石膏和硬石膏按2:3的质量比组成，脱硫石膏为颗粒粒径≤80μm的脱硫石膏，硬石膏为颗粒粒径≤80μm的天然硬石膏。
在本发明提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中，还可以具有这样的特征：其中，级配石英砂由粒径0.1mm-0.2mm和粒径0.2mm-0.4mm的石英砂按照质量比3:2配制而成。
在本发明提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中，还可以具有这样的特征：其中，保水剂为羟乙基甲基纤维素，在25℃，质量浓度为2％的羟乙基甲基纤维素水溶液的黏度为400mPa.s-1000mPa.s。
在本发明提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中，还可以具有这样的特征：其中，减水剂为粉末状的早强型聚羧酸减水剂，消泡剂为粉末状的聚二甲基硅氧烷消泡剂，PEA膨胀剂为粉末状的偶氮二酰胺膨胀剂。
在本发明提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中，还可以具有这样的特征：其中，硫铝酸盐水泥与石膏的质量比为2：1。
本发明还提供了一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，按重量比例称量各种原材料；步骤2，将称量好的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣、级配石英砂一起加入混合机混合一段时间；步骤3，将称量好的保水剂、减水剂、消泡剂、PEA膨胀剂一起加入到混合机中再混合一段时间，制备得到高性能钢筋连接用套筒灌浆料。
发明的作用与效果
根据本发明所提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，以硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣形成多元胶凝体系，胶凝体系各组分起到优势互补效应。硅酸盐水泥赋予灌浆料一定的早期强度，并确保后期强度；硫铝酸盐水泥提高早期强度和体积稳定性；石膏提供的硫酸根离子与硫铝酸盐水泥反应持续生成钙矾石，确保灌浆料在不同龄期的体积稳定性，并与提钛尾渣发生水化反应，进一步提高中后期强度和体积稳定性。提钛尾渣具有非常高的潜在胶凝活性，在早龄期即与硅酸盐水泥水化生成的Ca(OH)2以及石膏释放的硫酸根离子反应发生水化反应，生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，增强密实性，提高早期强度；且随着龄期延长，反应程度逐渐增大，进一步赋予灌浆料良好的中后期强度和体积稳定性，并一定程度上提升新拌灌浆料的保水性，降低泌水性。因此该多元胶凝体系为灌浆料提供了早强、高强、优异体积稳定性等。
进一步地，合适黏度和掺量范围的保水剂确保了灌浆料具有良好的保水性能，同时确保了灌浆料具有合适的粘稠度和优异的灌浆效果。减水剂赋予灌浆料优异的流动性，同时显著降低用水量，提高密实度和强度。消泡剂消减灌浆料中的气泡，显著提高密实度，降低泌水性，进一步提高强度和体积稳定性。三种外加剂协同作用，赋予灌浆料优异的工作性能，并一定程度上提高强度和体积稳定性。
更进一步地，合适掺量范围的PEA膨胀剂在灌浆料拌合后即具有一定膨胀性，且使得早期膨胀率缓慢发展，确保早期体积稳定性，同时能一定程度上弥补硅酸盐水泥水化所致收缩，进一步提高后期体积稳定性。在体系中加入合适比例的级配石英砂，与胶凝体系配合赋予灌浆料良好的工作性、强度和稳定性，改善收缩性能。
本发明所提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中的各组分在本发明中记载的比例范围内协同作用，确保了本产品具有良好的物理力学性能和体积稳定性，切实解决了套筒灌浆料灌注质量不佳、强度发展慢且相对较低、体积稳定性差、早期膨胀和后期收缩不匹配等关键技术难题。该产品适用于装配式建筑混凝土构件的钢筋套筒连接，可进行大规模推广应用。另外，该产品的生产工艺简单，使用便捷；此外，大量应用提钛尾渣和脱硫石膏等工业固体废弃物，经济成本低，具有很高的社会效益、环境效益和经济效益。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例对本发明一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法作具体阐述。
本发明提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料包括以下重量分数的组分：硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥6-18份、石膏3-9份、提钛尾渣8-25份、保水剂0.012-0.030份、减水剂0.6-1.3份、消泡剂0.1-0.5份、PEA膨胀剂0.03-0.12份以及级配石英砂95-160份。
优选质量比为：硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥8-14份、石膏4-7份、提钛尾渣10-18份、保水剂0.015-0.022份、减水剂0.7-1.1份、消泡剂0.2-0.4份、PEA(偶氮二酰胺)膨胀剂0.05-0.09份以及级配石英砂110-140份。
其中，所述硅酸盐水泥的强度等级为PII52.5或者PII52.5R；硫铝酸盐水泥为强度等级72.5的快硬早强型硫铝酸盐水泥；硫铝酸盐水泥与石膏的质量比为2：1。
石膏由脱硫石膏和硬石膏按2:3的质量比组成，脱硫石膏为经烘干干燥的颗粒粒径≤80μm的脱硫石膏，硬石膏为颗粒粒径≤80μm的天然硬石膏。
级配石英砂由粒径0.1mm-0.2mm和粒径0.2mm-0.4mm的石英砂按照质量比3:2配制而成。
保水剂为羟乙基甲基纤维素，在25℃，质量浓度为2％的羟乙基甲基纤维素水溶液的黏度为400mPa.s-1000mPa.s。减水剂为粉末状的早强型聚羧酸减水剂，消泡剂为粉末状的聚二甲基硅氧烷消泡剂，PEA膨胀剂为粉末状的偶氮二酰胺膨胀剂。
除提钛尾渣外，上述原料均通过一般商业途径购买，具体型号及厂家或者CAS号如下：
硅酸盐水泥，购自安徽海螺水泥有限公司，型号为PII52.5或者PII52.5R；
快硬早强型硫铝酸盐水泥，购自唐山北极熊建材有限公司，型号为72.5级快硬早强型硫铝酸盐水泥；
脱硫石膏，购自上海宝田新型建材有限公司，型号为满足国家标准GB/T 37785-2019《烟气脱硫石膏》规定的一级脱硫石膏；
硬石膏，购自安徽恒泰非金属材料科技有限责任公司，符合国家标准GB/T 5483-2008规定的一级硬石膏；
羟乙基甲基纤维素保水剂，购自陶氏化学(上海)有限公司，型号为MT400 PFV；
早强型聚羧酸减水剂，购自上海三瑞高分子材料股份有限公司，型号为：VIVID-S02；
聚二甲基硅氧烷消泡剂，购自上海尚南贸易有限公司，型号为
Figure BDA0002730481640000071
BSPowder A；
偶氮二酰胺膨胀剂，购自上海三瑞高分子材料股份有限公司，型号为REGAL-300；
石英砂，购自凤阳县英武石英砂有限公司，性能符合GB/T 14684的规定。
提钛尾渣来自攀钢集团有限公司，比表面积350-380m2/kg的磨细提钛尾渣微粉，主要化学成分为：CaO 30.5％、MgO 8.5％、Al2O3 15.5％、SiO230.5％、TiO29.0％、Cl1.5％。
高性能钢筋连接用套筒灌浆料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，按重量比例称量各种原材料。
步骤2，将称量好的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣、级配石英砂一起加入犁刀式混合机混合一段时间(30s-60s)。
步骤3，将称量好的保水剂、减水剂、消泡剂、PEA膨胀剂一起加入到该犁刀式混合机中再混合一段时间(90s-150s)，制备得到高性能钢筋连接用套筒灌浆料。
使用时，在高性能钢筋连接用套筒灌浆料中加水，加水量为高性能钢筋连接用套筒灌浆料总重量的22％-26％，具体步骤如下：将称量好的高性能钢筋连接用套筒灌浆料倒入强制式搅拌机，匀速搅拌的同时缓缓加入所需水量，搅拌时间3min以上，搅拌均匀即可施工使用。
在以下实施例中，一份的重量为10kg。
<实施例1>
一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料，按照硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥8份、石膏4份、提钛尾渣18份、保水剂0.018份、减水剂0.9份、消泡剂0.25份、PEA膨胀剂0.09份、级配石英砂117份的重量比配制而成。
先将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣、级配石英砂一起加入犁刀式混合机混合一段时间(30s-60s)；再将保水剂、减水剂、消泡剂、PEA膨胀剂一起加入到该犁刀式混合机中混合一段时间(90s-150s)，得到高性能钢筋连接用套筒灌浆料。
按高性能钢筋连接用套筒灌浆料总重量的23％加入水，按前述使用方法搅拌3min至均匀状态，即可得到可施工使用的浆料。对该浆料进行性能测试，测试结果见表1。
<实施例2>
一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料，按硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥12份、石膏6份、提钛尾渣12份、保水剂0.015份、减水剂1.0份、消泡剂0.2份、PEA膨胀剂0.07份、石英砂110份的重量比配制而成。
先将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣、级配石英砂一起加入犁刀式混合机混合一段时间(30s-60s)；再将保水剂、减水剂、消泡剂、PEA膨胀剂一起加入到该犁刀式混合机中混合一段时间(90s-150s)，即可得到高性能钢筋连接用套筒灌浆料。
按高性能钢筋连接用套筒灌浆料总重量的22％加入水，按前述使用方法搅拌3min-4min至均匀状态得到可施工使用的浆料。对该浆料进行性能测试，测试结果见表1。
<实施例3>
一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料，按硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥14份、石膏7份、提钛尾渣9份、保水剂0.02份、减水剂0.8份、消泡剂0.35份、PEA膨胀剂0.08份、石英砂130份的重量比配制而成。
先将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣、级配石英砂一起加入犁刀式混合机混合一段时间(30s-60s)；再将保水剂、减水剂、消泡剂、PEA膨胀剂一起加入到该犁刀式混合机中混合一段时间(90s-150s)，即可得到高性能钢筋连接用套筒灌浆料。
按高性能钢筋连接用套筒灌浆料总重量的25％加入水，按前述使用方法搅拌搅拌3.5min至均匀状态得到可施工使用的浆料。对该浆料进行性能测试，测试结果见表1。
表1高性能钢筋连接用套筒灌浆料性能测试结果
Figure BDA0002730481640000101
其中，标“*”的性能标准为国家行业标准《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T408中的性能指标。
由表1可知，以上实施例制备的高性能钢筋连接用套筒灌浆料各项性能指标优异，流动性好，且可操作时间长，早期强度发展快、各龄期强度高，早期竖向膨胀率合理，干燥收缩率很小，尤其后期尺寸基本不变，体积稳定性优异，各项指标均远远超过国家标准要求，适用于装配式建筑混凝土构件的钢筋套筒连接灌浆工程。
实施例的作用与效果
根据本发明的实施例所提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，以硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣形成多元胶凝体系，胶凝体系各组分起到优势互补效应。硅酸盐水泥赋予灌浆料一定的早期强度，并确保后期强度；硫铝酸盐水泥提高早期强度和体积稳定性；石膏提供的硫酸根离子与硫铝酸盐水泥反应持续生成钙矾石，确保灌浆料在不同龄期的体积稳定性，并与提钛尾渣发生水化反应，进一步提高中后期强度和体积稳定性。提钛尾渣具有非常高的潜在胶凝活性，在早龄期即与硅酸盐水泥水化生成的Ca(OH)2以及石膏释放的硫酸根离子反应发生水化反应，生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，增强密实性，提高早期强度；且随着龄期延长，反应程度逐渐增大，进一步赋予灌浆料良好的中后期强度和体积稳定性，并一定程度上提升新拌灌浆料的保水性，降低泌水性。因此该多元胶凝体系为灌浆料提供了早强、高强、优异体积稳定性等。
进一步地，合适黏度和掺量范围的保水剂确保了灌浆料具有良好的保水性能，同时确保了灌浆料具有合适的粘稠度和优异的灌浆效果。减水剂赋予灌浆料优异的流动性，同时显著降低用水量，提高密实度和强度。消泡剂消减灌浆料中的气泡，显著提高密实度，降低泌水性，进一步提高强度和体积稳定性。三种外加剂协同作用，赋予灌浆料优异的工作性能，并一定程度上提高强度和体积稳定性。
更进一步地，合适掺量范围的PEA膨胀剂在灌浆料拌合后即具有一定膨胀性，且使得早期膨胀率缓慢发展，确保早期体积稳定性，同时能一定程度上弥补硅酸盐水泥水化所致收缩，进一步提高后期体积稳定性。在体系中加入合适比例的级配石英砂，与胶凝体系配合赋予灌浆料良好的工作性、强度和稳定性，改善收缩性能。
更进一步地，硫铝酸盐水泥和石膏二者掺量之比控制为2:1，确保硫铝酸盐水泥水化产物钙矾石生成量和生成速率处于最佳范围；石膏由脱硫石膏和硬石膏按2:3的质量比组成，脱硫石膏主要在早龄期提供硫酸根离子，硬石膏主要在中后期提供硫酸根离子，与硫铝酸盐水泥反应持续生成钙矾石，确保灌浆料在不同龄期的体积稳定性，并与提钛尾渣发生水化反应，进一步提高中后期强度和体积稳定性。
本发明的实施例所提供的高性能钢筋连接用套筒灌浆料中的各组分在本发明中记载的比例范围内协同作用，确保了本产品具有良好的物理力学性能和体积稳定性，切实解决了套筒灌浆料灌注质量不佳、强度发展慢且相对较低、体积稳定性差、早期膨胀和后期收缩不匹配等关键技术难题。该产品适用于装配式建筑混凝土构件的钢筋套筒连接，可进行大规模推广应用。另外，该产品的生产工艺简单，使用便捷；此外，大量应用提钛尾渣和脱硫石膏等工业固体废弃物，经济成本低，具有很高的社会效益、环境效益和经济效益。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于，包括以下重量分数的组分：
硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥6-18份、石膏3-9份、提钛尾渣8-25份、保水剂0.012-0.030份、减水剂0.6-1.3份、消泡剂0.1-0.5份、PEA膨胀剂0.03-0.12份以及级配石英砂95-160份。
2.根据权利要求1所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于：
其中，所述硫铝酸盐水泥与所述石膏的质量比为2：1。
3.根据权利要求1所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于：
其中，所述硅酸盐水泥的强度等级为PII52.5或者PII52.5R。
4.根据权利要求1所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于：
其中，所述硫铝酸盐水泥为强度等级72.5的快硬早强型硫铝酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于：
其中，所述石膏由脱硫石膏和硬石膏按2:3的质量比组成，所述脱硫石膏为颗粒粒径≤80μm的脱硫石膏，所述硬石膏为颗粒粒径≤80μm的天然硬石膏。
6.根据权利要求1所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于：
其中，所述级配石英砂由粒径0.1mm-0.2mm和粒径0.2mm-0.4mm的石英砂按照质量比3:2配制而成。
7.根据权利要求1所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于：
其中，所述保水剂为羟乙基甲基纤维素，
在25℃，质量浓度为2％的所述羟乙基甲基纤维素水溶液的黏度为400mPa.s-1000mPa.s。
8.根据权利要求1所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于：
其中，所述减水剂为粉末状的早强型聚羧酸减水剂，所述消泡剂为粉末状的聚二甲基硅氧烷消泡剂，所述PEA膨胀剂为粉末状的偶氮二酰胺膨胀剂。
9.根据权利要求1所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料，其特征在于：
其中，所述提钛尾渣为比表面积350-380m2/kg的磨细提钛尾渣微粉。
10.一种高性能钢筋连接用套筒灌浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按重量比例称量各种原材料；
步骤2，将称量好的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、提钛尾渣、级配石英砂一起加入混合机混合一段时间；
步骤3，将称量好的保水剂、减水剂、消泡剂、PEA膨胀剂一起加入到所述混合机中再混合一段时间，制备得到高性能钢筋连接用套筒灌浆料，
其中，所述高性能钢筋连接用套筒灌浆料为权利要求1-9中任一项所述的高性能钢筋连接用套筒灌浆料。
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