CN112707666B - 水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂及其制备与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂及其制备与使用方法。专用外加剂由以下按重量份组分组成：增稠组分20～23份，速凝组分26～35份，增强组分34～40份，增韧组分5～7.5份，减水组分2.5～5份，将上述组分投料于粉料混合机中混合5～10min后制得专用外加剂，上述制得的专用外加剂使用方法，是将其与普通硅酸盐水泥、细骨料和水，按下述重量份比例，在混合机中混合搅拌5～10min后，制备而成：普通硅酸盐水泥10～14份，细骨料76.5～82份，专用外加剂1.5～2份，水6～8份。本发明能够防止护坦勾缝砂浆脱落和结构损伤，保证勾缝砂浆材料的凝结时间满足速凝要求。

Description

水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂及其制备与使用方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂及其制备与使用方法，属于土木与水利工程材料生产与应用技术领域。

(二)背景技术

钱塘江老海塘是著名的古代水利工程，但因工程地处强潮河口，潮高流急，特别是冲击力特强的钱塘江涌潮，加之无论是明清修建的鱼鳞石塘，或是近期新建的斜坡式海塘，塘基均普遍偏高，抗冲结构薄弱，海塘屡有损毁，成为长期以来工程技术的难题。由于海塘施工环境恶劣，一天二潮，无一般性河流可利用枯水季节的条件，而修筑围堰则工程量浩大,只能趁低潮位时短短几小时抢潮作业。

护坦是水闸、溢流坝下游消能防冲的主要设施之一，用以保护河床免受水流冲刷或其他侵蚀破坏的刚性结构设施。护坦的安全与稳定对整个消能防冲体系的正常运行起着至关重要的作用。在上游水位较高时，渗流沿渗径对护坦底板将产生铅直向上的渗流压力，对护坦的抗浮稳定造成不利的影响。

为有效解决渗流压力造成护坦松散地基出现空洞的破坏现象，从安全、经济、技术等角度出发，如何对现有已建护坦设置的排水孔进行改造，达到防止护坦松散地基出现空洞的现象，从而保证护坦的安全以及水闸、溢流坝下游消能防冲体系的正常运行，已成为急需解决的一项重要课题。

对于护坦结构，目前普遍采用不透水的普通砂浆进行勾缝处理，由于勾缝不透水，而勾缝砂浆与块石之间的粘结力较差，在堤岸内部水压力较高，如潮水涌入或下暴雨的时候，内部较高的水压力易导致勾缝砂浆脱落，从而导致护坦结构损伤。

目前透水砂浆通常由单粒径细骨料与水泥、增强剂等配制并通过压力成型后经养护而成，其透水原理是利用单粒径骨料形成孔隙结构，低水灰比水泥浆体在细骨料表面形成水泥浆体层，硬化后的水泥浆体将细骨料颗粒粘结在一起形成硬化透水砂浆，但该砂浆无法作为勾缝砂浆使用，其原因是由于该类透水砂浆所用水灰比很小，拌制得到的水泥浆流动性与粘性均很差，无法将细骨料颗粒有效的粘结在一起，其施工性能明显较差。在采用这类透水砂浆制备透水路面砖或建造透水路面时，均需通过压砖机或压路机对其进行压力成型，才能形成良好的粘结作用，产生一定的强度。

为提高透水路面砖或透水路面的强度，发明专利《一种无机透水混凝土的添加剂》(CN107840635B)公开了一种无机透水混凝土的添加剂，其制备原料包含水泥、硅灰、减水剂、可再分散乳胶粉、纤维素醚、甲酸钙、聚乙烯醇、颜料，该发明提供一种无机透水混凝土的添加剂，保留原本混凝土透水率的同时，提高其强度和承载力，同时具备一定的顺滑性，可减少后期的维护和使用周期，其中硅灰具有良好的增强作用，减水剂具有良好的减水作用，可再分散乳胶粉具有良好的增韧作用，纤维素醚具有良好的增稠作用，甲酸钙具有一定的早强作用。然而，该专利提供的添加剂中所含增稠剂纤维素醚对水泥具有明显的缓凝作用，而钱塘江每天两次的潮水之间的时间间隔较短，要使勾缝砂浆在勾缝施工后不会被潮水冲走，必要保证勾缝砂浆材料的凝结时间满足速凝要求。

(三)发明内容：

基于以上技术背景和存在问题，本发明旨在提供一种透水勾缝砂浆专用外加剂及其制备与使用方法，能够防止护坦勾缝砂浆脱落和结构损伤，保证勾缝砂浆材料的凝结时间满足速凝要求。

为此，本发明采取如下的技术方案：一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂，由以下按重量份计算的成分组成：

所述增稠速凝组分为采用废弃加气混凝土和生石灰，经破碎与球磨30～60min加工而成的无机增稠组分，所述破碎机和球磨机无特别要求，其组分按重量比为：

废弃加气混凝土 87～92.5份

生石灰 7.5～13份

所述增强组分为增密硅粉、超细矿渣微粉、偏高岭土中一种、两种或三种的组合，其按重量份计算的组分比例为5～30：70～90：0～15；

所述增韧组分为醋酸乙烯－乙烯共聚聚合物胶粉、丁苯胶粉和丙烯酸胶粉中的一种、两种或三种的组合，其比例没有限制；

所述减水组分为市售萘系、树脂系或聚羧酸系粉状减水剂。

作为优选，所述的废弃加气混凝土来源于建筑拆除工地的加气混凝土砌块；所述生石灰为市售产品，上述的块状废弃加气混凝土和生石灰经破碎和筛分处理得到粒径小于10mm的颗粒状原材料。

本发明还公开了专用外加剂的制备方法为：

(1)按重量份称取增稠组分、速凝组分、增强组分、增韧组分和减水组分；

(2)将称取的增稠组分、速凝组分、增强组分、增韧组分、减水组分投料于粉料混合机中混合5～10min后，即得所述的水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂

上述制得的专用外加剂使用方法，其特征在于将其与普通硅酸盐水泥、细骨料和水，按下述重量份比例，在混合机中混合搅拌5～10min后，制备而成：

作为优选，所述普通硅酸盐水泥为52.5普通硅酸盐水泥；所述细骨料为1.25mm～2.5mm或0.63～1.25mm的单粒级天然砂或经整形处理的单粒级机制砂。

本发明相对于现有技术，具有以下突出的优势：

(1)采用废弃加气混凝土和生石灰制备无机增稠组分，其中废弃加气混凝土中所含托勃莫来石具有片层状特性，经球磨加工制成粉末时，在新拌水泥基材料中掺加时，可调节新拌水泥浆体流变特性，从而可取代纤维素醚，一方面实现增稠作用，降低增稠组分的成本，另一方面实现废弃加气混凝土的高效再生利用；

(2)由于废弃加气混凝土中含有结晶水，该结晶水在球磨过程中发生脱水，导致废弃加气混凝土在球磨过程中发生团聚，很难制成粉末，因此，本发明在无机增稠组分中引入生石灰组分，废弃加气混凝土在球磨过程中脱除的水分被生石灰所吸收，从而可预防废弃加气混凝土颗粒发生团聚，有效制备废弃加气混凝土增稠粉；

(3)在传统增强剂增强组分、增韧组分、减水组分基础上，通过引入上述无机增稠组分和速凝组分，其中增稠组分可调节新拌水泥浆体在细骨料颗粒表面的包裹厚度，使细颗粒之间具有良好的粘结强度，易于进行勾缝施工处理；速凝组分可有效调节水泥浆体的凝结时间，使其具有明显较快的凝结速度，可保证透水勾缝砂浆在施工完成后，潮水涨潮前即可迅速固化。

(4)在制备透水勾缝砂浆时，适当增大了水胶比，并通过引入水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂，调节水泥净浆的流变性能，从而使新拌透水勾缝砂浆具有一定的流动性和粘结性，克服了传统砂浆需通过压力才能实现有效成型的缺点，无需施加压力，即可实现勾缝处理。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明保护范围不仅限于此。

实施例1

一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂，由以下按重量份计算的成分组成：

所述增稠组分为采用废弃加气混凝土和生石灰，经破碎与球磨30min加工而成的无机增稠组分，所述破碎机和球磨机无特别要求，其组分按重量比为：

废弃加气混凝土 90份

生石灰 10份

所述废弃加气混凝土来源于建筑拆除工地的加气混凝土砌块；

所述生石灰为市售产品；

所述速凝组分为市售产品，购自杭州恒世通建材有限公司，型号为HW-D型；

所述增强组分由增密硅粉、超细矿渣微粉、偏高岭土组合而成，其按重量份计算的组分比例为18：74：8；

所述增韧组分为醋酸乙烯－乙烯共聚聚合物胶粉、丁苯胶粉和丙烯酸胶粉三种的组合，其重量比例为60：20：20。

所述减水组分为市售萘系粉状减水剂，由杭州构建新型材料有限公司提供。

所述无机复合增稠组分的制备方法为：

(1)分别对块状废弃加气混凝土、生石灰进行破碎和筛分处理，制备成粒径小于10mm的原材料颗粒；

(2)按重量份分别称取废弃加气混凝土和生石灰，然后在球磨机中球磨30min，得到无机增稠组分，对各组分的投料顺序无特别要求。

所述专用外加剂的制备方法为：

(1)按重量份分别称取增稠、速凝、增强、增韧和减水组分；

(2)将称取的增稠、速凝、增强、增韧和减水组分投料于粉料混合机中混合10min后，即得所述的水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂

所述水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂的使用方法是将专用外加剂与普通硅酸盐水泥、细骨料和水，按下述重量份比例混合与搅拌10min后，制备而成：

所用普通硅酸盐水泥为52.5普通硅酸盐水泥；所用细骨料为0.63～1.25mm的单粒级天然砂。

为对比起见，本发明首先对掺(实施例1)与未掺(对比例1)无机增稠剂的水泥净浆稠度及其对基层材料包裹性能进行对比，所制备的水泥净浆为采用实施例1所用52.5普通硅酸盐水泥、水以及实施例中所用萘系减水剂，按w/c＝0.50，萘系减水剂掺量为1.0％制备而成，掺加无机增稠剂时，增稠剂掺量为水泥质量的5.0％。分别采用一个载玻片浸入制备得到的水泥净浆中，提起后，观察水泥净浆的稠度及其对载玻片玻璃的包裹作用，如附表1所示。由附表1可见，掺所制备无机增稠剂的水泥净浆稠度明显较高，净浆在载玻片表面黏附层的厚度也明显较厚，表明制备的无机增稠组分对水泥净浆具有明显的增稠效果，制备得到的水泥净浆在基层材料表面具有良好的粘附性，适合用于制备透水勾缝砂浆。

为对比起见，本发明同时对在水泥净浆中掺加实施例1制备的专用外加剂和掺市售增强剂(对比例2)制备的标准稠度的水泥净浆的凝结时间进行测定，测定时按GB175进行测定。制备净浆时，专用外加剂和市售增强剂掺量均按其重量比为1：9进行掺加，其中市售增强剂为购自江苏蔚途生态工程有限公司生产的高透Ⅱ型增强剂，其主要成分为粉煤灰、特细砂、二氧化硅、纤维素醚、减水剂等。另对原水泥(不掺减水剂，对比例3)和掺0.5％实施例1所用萘系减水剂的水泥净浆(掺减水剂，对比例4)标准稠度用水量和凝结时间也进行测定，其测定结果见表1所示。

由表1可见，掺加本发明制备的专用外加剂和市售增强剂制备标准稠度的水泥净浆时，其标准稠度用水量与对比例3相比，均略有下降，但与对比例4相比，其标准稠度用水量却有所增大，很明显，这是由于在制备的专用外加剂和市售增强剂中均同时含有一定掺量的减水剂和增稠组分所致。

同时，由表1可见，与原水泥不掺萘系减水剂相比，在原水泥中掺加萘系减水剂(对比例4)，可导致水泥净浆在一定程度上发生缓凝作用，掺加市售增强剂(对比例2)，由于其中含有机增稠剂纤维素醚，导致其凝结时间大幅度延长，很明显，采用市售增强剂制备透水勾缝砂浆时，即使其施工性能可以得到改善，但其凝结时间无法满足施工要求。然而，可以发现，掺加实施例1制备的专用外加剂制备的标准稠度水泥净浆初凝和终凝时间均明显缩短，其初凝和终凝时间仅为55min和125min，用其制备的透水勾缝砂浆能满足工程施工的凝结时间要求。

表1实施例1与对比例的标准稠度用水量及其凝结时间测定结果

为对比起见，本发明实施例1最后采用专用外加剂制备透水勾缝砂浆材料，同时采用常规的透水砂浆制备技术，采用市售增强剂配制透水砂浆，所用水泥与实施例1相同，所用增强剂为江苏蔚途生态工程有限公司生产的高透Ⅱ型增强剂。各组成按重量份的比例如表2所示。其中对比例5采用目前生产透水路面砖常用的配合比，其配合比特点是水灰比低，需采用压力成型，才能制备得到强度较高的透水砂浆，其性能测试结果如表2所示，其流动度测试情况如附表2所示。

由附表2可见，制备透水砂浆所用水灰比很小时，制备得到的透水砂浆拌合物(对比例5)粘聚性差，包裹有水泥净浆的细骨料颗粒呈散粒状，采用跳桌流动度测定仪进行流动度测定时，表征其流动度的直径较大，但实际上并非由于其具有良好的流动性导致其流动直径较大，而是由于散粒状颗粒在跳桌作用下散开所致，而实施例1所得透水勾缝砂浆，由于其水灰比较大，虽然所得拌合物流动直径较小，但其粘聚性好，可用于进行勾缝施工。

同时，由表2可见，对比例5采用压力成型时，得到的透水砂浆强度高，透水系数较低，但采用振动成型时，虽然其透水系数明显很高，但其强度明显较低，这是由于其拌合物粘聚性差，颗粒与颗粒之间仅通过简单的振动成型，无法使其相互之间紧密接触所致。而对实施例1采用压实成型时，由于其水灰比较大，与对比例1相比，其压实成型后的试件经养护7d和28d后，其强度较低，但采用振动成型时，其7d和28d强度反而高于对比例1采用振动成型时的强度。

对于透水砂浆材料，目前尚无凝结时间的测试方法。本发明采用简单的方法估计其终凝时间，其测试方法如下：通过搅拌制备透水砂浆时，首先记录开始在混合好的透水勾缝材料混合料中加水的初始时间，然后采用搅拌机进行搅拌，先慢搅60s，中间停90s，再快搅60s，然后采用制备得到的透水砂浆成型100mm正方体试件，通过振动成型后，每隔5min采用人工手握直径为0.4cm的铅笔轻轻按压试件表面，若透水砂浆能被按压进去，表明透水砂浆未终凝；以后每隔5min按压一次，2h后每隔15min按压一次，5h后每隔30min按压一次，至铅笔无法按压进去为止，此时的凝结时间确定为透水砂浆的终凝时间。

两种透水砂浆的终凝时间测定结果亦如表2所示。由表2可见，采用实施例1制备的专用外加剂配制的透水勾缝砂浆材料凝固时间明显缩短，仅为2h30min，其原因是采用废弃加气混凝土粉末取代纤维素醚作为增稠剂，其对水泥水化无缓凝作用，同时由于在专用外加剂中引入速凝组分，其凝固时间大大缩短，可以满足钱塘江护坦等结构的勾缝施工对施工窗口期的时间要求，而对比例1得到的透水砂浆材料的凝固时间却长达14h45min，无法满足钱塘江护坦等结构的勾缝施工对施工窗口期的时间要求。

表2

实施例2～6

一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂，由按表3所示的重量份计算的成分组成，所述增稠组分为采用废弃加气混凝土和生石灰，经破碎与球磨加工而成，其球磨时间分别见表3所示，所述破碎机和球磨机无特别要求，其组分按重量比分别见表3所示。

所述废弃加气混凝土来源于建筑拆除工地的加气混凝土砌块；

所述生石灰为市售产品；

所述速凝组分为市售产品，购自杭州恒世通建材有限公司，型号为HW-D型；

所述增强组分由增密硅粉、超细矿渣微粉、偏高岭土组合而成，其按重量份计算的组分比例如表3所示；

所述增韧组分为醋酸乙烯－乙烯共聚聚合物胶粉、丁苯胶粉和丙烯酸胶粉三种的组合，其重量比例如表3所示。

所述减水组分为市售粉状减水剂，其品种如表3所示，均由杭州构建新型材料有限公司提供。

所述有机-无机复合增稠组分的制备方法为：

(1)分别对块状废弃加气混凝土、生石灰进行破碎和筛分处理，制备成粒径小于10mm的原材料颗粒；

(2)按重量份分别称取废弃加气混凝土和生石灰，然后在球磨机中球磨，得到无机增稠组分，对各组分的投料顺序无特别要求，其球磨时间如表3所示。

所述专用外加剂的制备方法为：

(1)按重量份分别称取增稠、速凝、增强、增韧和减水组分；

(2)将称取的增稠、速凝、增强、增韧和减水组分投料于粉料混合机中混合后，即得所述的水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂，其混合时间如表3所示。

所述水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂的使用方法是将专用外加剂与普通硅酸盐水泥、细骨料和水，按表3所述重量份比例进行混合与搅拌制备而成，其混合时间如表3所示。

所用普通硅酸盐水泥为52.5普通硅酸盐水泥；所用细骨料为单粒级天然砂或单粒级人工砂，其粒径和品种如表3所示。

表3实施例2～6的原材料组成、配比与制备过程中的球磨与混合时间

对制备得到的专用外加剂和透水勾缝砂浆进行性能检测，其中采用制备的专用外加剂与水泥制备标准稠度的水泥净浆时，专用外加剂的掺量与水泥用量均按1：9的重量比进行等量取代。其性能检测结果如表4和表5所示。由表4可见，按重量比为1：9掺加专用外加剂后，其标准稠度用水量均与原水泥掺加0.5％萘系减水剂时有所增大，表明该外加剂具有良好的增稠效果；同时，对制备的标准稠度水泥净浆进行凝结时间测定后，发现其初凝和终凝时间均有明显缩短，即实施例2～实施例6制备的专用外加剂均可用于制备透水勾缝砂浆，可满足钱塘江护坦结构的勾缝施工要求。

由表5可见，采用实施例2～实施例6制备的专用外加剂，可制备得到满足勾缝施工要求的透水勾缝砂浆材料，制备得到的透水勾缝砂浆粘聚性好，终凝时间在2.5h以内，无需采用压力成型，仅通过振动成型制备得到的透水砂浆试件具有较高的抗压强度和透水系数，能够满足勾缝砂浆的强度和透水要求。

表4实施例2～6的标准稠度用水量及其凝结时间测定结果

表5实施例2～6制备的透水勾缝砂浆性能

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性地劳动。因此，本发明不仅仅限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明作出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂，其特征在于由以下按重量份计算的成分组成：

所述增稠组分为采用废弃加气混凝土和生石灰，经破碎与球磨30～60min加工而成的无机增稠组分，其组分按重量比为：

废弃加气混凝土 87～92.5份

生石灰 7.5～13份

所述速凝组分为市售速凝剂；

所述增强组分为增密硅粉、超细矿渣微粉、偏高岭土中一种、两种或三种的组合，其按重量份计算的组分比例为5～30：70～90：0～15；

所述增韧组分为醋酸乙烯－乙烯共聚聚合物胶粉、丁苯胶粉和丙烯酸胶粉中的一种、两种或三种的组合，其比例没有限制；

所述减水组分为市售萘系、树脂系或聚羧酸系粉状减水剂。

2.如权利要求1所述的一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂，其特征在于，所述的废弃加气混凝土来源于建筑拆除工地的加气混凝土砌块；所述生石灰为市售产品，上述的块状废弃加气混凝土和生石灰经破碎和筛分处理得到粒径小于10mm的颗粒状原材料。

3.一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂的制备方法，其特征在于：

(1)按权利要求1所述的外加剂组分，分别按重量称取增稠组分、速凝组分、增强组分、增韧组分、减水组分；

(2)将称取的增稠组分、速凝组分、增强组分、增韧组分、减水组分投料于粉料混合机中混合均匀后，即得所述的水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂。

4.一种水工结构透水勾缝砂浆专用外加剂的使用方法，其特征在于，将权利要求1所述的外加剂与普通硅酸盐水泥、细骨料和水，按下述重量份比例进行混合与搅拌制备而成：

5.如权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥为52.5普通硅酸盐水泥；所述细骨料为1.25mm～2.5mm或0.63～1.25mm的单粒级天然砂或经整形处理的单粒级机制砂。