CN112745093A - 一种早强型耐高温套筒灌浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种早强型耐高温套筒灌浆材料及其制备方法，按质量份计，该灌浆材料的原材料包含复合水泥600～900份，无水磷石膏120～180份，超细矿粉72～108份，石英砂720～1080份，减水剂5～7份，消泡剂1～3份，膨胀剂1～3份，水220～330份；复合水泥由硅酸盐水泥和高铝水泥按1:(2～2.5)质量比混合；石英砂包括粒径在0.2mm～2mm范围的石英砂和粒径不大于0.2mm的石英砂，两种粒径石英砂质量比为1:1。本发明灌浆材料具有良好的早强性、流动性、强度高，且具有优良的耐高温型，在高温下不产生干缩微裂缝，也无明显后期强度倒缩的问题，800℃后残余强度比仍可达到接近0.8。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种早强型耐高温套筒灌浆材料及其制备方法。
背景技术
装配式建筑节能环保，减少污染。其循环经济特征显著，由于采用的钢模板可循环使用，节省了大量脚手架和模板作业，节约了木材资源。此外，由于构件在工厂生产，现场湿作业少，大大减少了噪音；已经成为国家强制实施的建筑建造方式，而装配式混凝土结构预制构件受力筋的可靠连接是保证装配式混凝土结构安全性能的关键。
如今水泥基灌浆料作为常用的修补加固材料已得到广泛研究和应用；套筒灌浆连接钢筋需要达到快硬、早强的性能。套筒灌浆连接作为预制构件受力筋的主要连接方式已在工程中得到应用。然而这种连接在火灾或者高温条件下存在一定的危险，由于套筒中的灌浆料在高温条件下，内部失水严重，水分蒸发产生裂纹，使得连接性能下降，对钢筋的连接失效，从而导致整个结构失去平衡。尤其是在火灾当中，建筑一旦倒塌会产生非常严重的事故。
公开号为CN110436833A的中国专利提供了一种高粘结性耐高温灌浆料的制备方法。该方法通过粉碎高岭土、提取芦苇秸秆中的有机纤维以及铜粉置换反应，来提高灌浆料的高粘结性和耐高温性。粉碎后的芦苇秸秆要经过碱液浸泡和高温高压水解，来使有机纤维成分分离。该制备方法工艺太过复杂，需要提前制备改性固体产物和酸性反应液。对于套筒灌浆来说，现实施工中都是由干粉直接加水制成，该制备方法造成了施工过程的繁琐，且废弃的碱液会污染环境，并且需要高温高压条件，这都不符合现今的绿色环保理念。
公开号为CN112110704A的中国专利提供了一种钢筋连接用耐高温套筒灌浆料及其制备方法，该灌浆料中加入S95矿粉、硅灰、粉煤灰、石英砂磨细粉、膨胀剂、镁砂细集料、高温蒸压处理后的高炉钢渣细集料、共聚甲醛纤维、陶瓷纤维，二水石膏、氧化石墨烯、聚羧酸减水剂母液、聚羧酸保坍母液、引气剂、消泡剂等。套筒灌浆料中加入太多的外加剂，导致水化颗粒分散不均，流动度下降。同时该体系以普硅水泥为主，普硅主要是C-S-H凝胶和钙钒石水化产物，然而钙矾石、Ca(OH)2以及C-S-H凝胶的不断失水以及分解，会破坏内部结构，在500℃下耐高温效果不是很好。
发明内容
为了解决背景技术中提出的问题，本发明提供了一种早强型耐高温套筒灌浆材料及其制备方法，该套筒灌浆材料具有早强性，且能防止高温下套筒连接失效。
本发明提供的一种早强型耐高温套筒灌浆材料，按质量份计，包含复合水泥600～900份，无水磷石膏120～180份，超细矿粉72～108份，石英砂720～1080份，减水剂5～7份，消泡剂1～3份，膨胀剂1～3份，水220～330份；
所述复合水泥由硅酸盐水泥和高铝水泥按1:(2～2.5)质量比混合；
所述石英砂包括粒径在0.2mm～2mm范围的石英砂和粒径不大于0.2mm的石英砂，两种粒径石英砂质量比为1:1。
优选地，复合水泥中硅酸盐水泥和高铝水泥分别采用PO52.5硅酸盐水泥、625#高铝水泥。
优选地，无水磷石膏中值粒径为5μm～10μm，采用磷石膏于500℃～600℃温度下煅烧4h～5h所得。
超细矿粉为磨细水淬高炉矿渣粉，又称矿渣微粉。优选地，超细矿粉的比表面积不小于800m2/kg，活性指数不小于120％，细度D50不大于20μm。
优选地，减水剂为磺化三聚氰胺树脂粉体。
优选地，消泡剂为硅聚醚类复合型消泡剂。
优选地，膨胀剂为塑性膨胀剂。
本发明提供的一种早强型耐高温套筒灌浆材料的制备方法为：
将600～900份复合水泥、120～180份无水磷石膏、72～108份超细矿粉混合，加入5～7份减水剂、1～3份消泡剂、1～3份膨胀剂、720～1080份石英砂搅拌，并加入220～330份水搅拌；
其中，复合水泥由硅酸盐水泥和高铝水泥按1:(2～2.5)质量比混合；石英砂包括粒径在0.2mm～2mm范围的石英砂和粒径不大于0.2mm的石英砂，两种粒径石英砂质量比为1:1。
目前已有的灌浆料大多存在水化后游离水多、后期毛细孔较多，在高温下，游离水的快速蒸发产生一定蒸汽压，使灌浆料内部体积发生变化，从而产生干缩微裂缝；并且随着温度提升，灌浆料后期还可能产生强度倒缩。本发明早强型耐高温套筒灌浆材料可解决这些问题。
本发明套筒灌浆材料，其中高铝水泥中铝相CA的水化产物主要为CAH10、亚稳定相的C2AH8和C3AH6，而水化C3AH6具有较好的耐高温性，通过掺入普通硅酸盐水泥等可提高C3AH6，从而提高灌浆材料的耐高温性能。该反应机理见图1。硅酸盐水泥中硅相C2S的水化产物为水化硅酸钙(即C-S-H凝胶)，比起C-S-H，C3AH6更具耐高温性，比起主要水化产物为C-S-H的单一普硅水泥，复合水泥水化产物更具耐高温性能。加入无水磷石膏，一方面，无水磷石膏可促进水化，生成钙矾石；另一方面，可避免钙矾石在水化中转化成不稳定的单硫型水化硫铝酸钙。
本发明套筒灌浆材料中，水化产生的钙矾石增加复合体系的强度；结合超细矿粉的二次水化效应(主要生产水化钙黄长石C2ASH8)和紧密堆积效应，解决了单一高铝水泥后期强度倒缩的问题；未完全水化的无水磷石膏起到填充作用，减少体系中空隙。
本发明套筒灌浆材料中，由于加入无水磷石膏实现了灌浆材料微膨胀，所以只需掺入塑性膨胀剂就可满足套筒灌浆材料的膨胀性能要求，避免过量膨胀剂带来的力学强度降低和灌浆材料后期收缩的问题。
和现有技术相比，本发明的主要优点和有益效果如下：
(1)具有良好的早强性、流动性，初始和30min的流动度分别达到370mm和330mm。
(2)强度高，其抗压强度3d、28d分别达到85Mpa、96Mpa。
(3)实现了微膨胀，3h和24h膨胀率分别达到0.32％、0.45％，从而使得高温下不产生干缩微裂缝，也无明显后期强度倒缩的问题；
(4)具有优良的耐高温性，800℃后残余强度比仍可达到接近0.8。
附图说明
图1为本发明灌浆材料的反应机理示意图。
具体实施方式
为使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，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，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
实施例1～3中，复合水泥中硅酸盐水泥和高铝水泥分别采用PO52.5硅酸盐水泥、625#高铝水泥。
实施例1～3和对比例1～3中，所采用无水磷石膏中可溶性杂质不大于1％。所采用石英砂包括粒径在0.2mm～2mm范围的石英砂和粒径不大于0.2mm的石英砂，两种粒径石英砂质量比为1:1，石英砂含泥量均不大于1％。减水剂均采用磺化三聚氰胺树脂粉体，其最大减水率20％～30％，含水率≤4％。消泡剂为硅聚醚类复合型消泡剂。膨胀剂均采用塑性膨胀剂，其中，(K2O+Na2O)含量为0.3％～0.4％，3h的竖向膨胀率达1％，24h的竖向膨胀率达2％，竖向膨胀为0.5％时强度损失≤10％。
实施例1
取600份复合水泥，120份无水磷石膏，72份超细矿粉，720份石英砂，5份减水剂，1份消泡剂，1份膨胀剂，220份水；将复合水泥、无水磷石膏、超细矿粉混合，加入减水剂、消泡剂、膨胀剂、石英砂搅拌，并加入水搅拌。本实施例中，复合水泥中硅酸盐水泥和高铝水泥的质量比为1:2。
实施例2
取750份复合水泥，150份无水磷石膏，90份超细矿粉，900份石英砂，6份减水剂，2份消泡剂，2份膨胀剂，270份水；将复合水泥、无水磷石膏、超细矿粉混合，加入减水剂、消泡剂、膨胀剂、石英砂搅拌，并加入水搅拌。本实施例中，复合水泥中硅酸盐水泥和高铝水泥的质量比为1:2.5。
实施例3
取900份复合水泥，180份无水磷石膏，108份超细矿粉，1080份石英砂，7份减水剂，3份消泡剂，3份膨胀剂，330份水；将复合水泥、无水磷石膏、超细矿粉混合，加入减水剂、消泡剂、膨胀剂、石英砂搅拌，并加入水搅拌。本实施例中，复合水泥中硅酸盐水泥和高铝水泥的质量比为1:2。
对比例1
取400份硅酸盐水泥，100份高铝水泥，120份无水磷石膏，30份超细矿粉，250份石英砂，7份减水剂，3份消泡剂，3份膨胀剂，120份水；将硅酸盐水泥、高铝水泥、无水磷石膏、超细矿粉、减水剂、消泡剂、膨胀剂混合，加入石英砂搅拌，再加入水搅拌。本对比例中所用石英砂与本发明中石英砂相同，相对本发明配方，本对比例的主要区别是复合水泥以硅酸盐水泥为主。
对比例2
取400份高铝水泥，200份硅酸盐水泥，72份超细矿粉，720份石英砂，5份减水剂，1份消泡剂，1份膨胀剂，220份水；将硅酸盐水泥、高铝水泥、超细矿粉混合，加入减水剂、消泡剂、膨胀剂、石英砂搅拌，并加入水搅拌。相对本发明配方，本对比例的主要区别是未掺入无水磷石膏。
对比例1～2中，石英砂均包括粒径在0.2mm～2mm范围的石英砂和粒径不大于0.2mm的石英砂，两种粒径石英砂质量比为1:1。
对比例3
取400份高铝水泥，200份硅酸盐水泥，120份无水磷石膏，72份超细矿粉，720份河沙，5份减水剂，1份消泡剂，1份膨胀剂，220份水；将硅酸盐水泥、高铝水泥、无水磷石膏、超细矿粉混合，加入减水剂、消泡剂、膨胀剂、河沙搅拌，并加入水搅拌。相对本发明配方，本对比例的主要区别是采用河沙代替石英砂，本对比例中所用河沙粒径为0.2mm～1.5mm。
分别对实施例1～3及对比例1～3所得灌浆材料进行性能检测，检测结果见表1所示，其中，流动度参照GB/T2419-2005的标准进行检测，膨胀率参照GB/T50123的标准进行检测，抗压强度参照GB50204-2015的标准进行检测，残余强度比参照YB/T5203-1993的标准进行检测。
表1实施例1～3及对比例1～3所得灌浆料的性能检测数据
通过表1能够看出，在高温的条件下，实施例1～3灌浆料内部体积变化较小，在800℃条件下不会产生干缩微裂缝；同时具有早强和耐高温的性能。随着温度的提升，后期强度倒缩也会减少；在火灾的情况下，能够一定程度上保持稳定的状态，为救援赢得时间。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，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。
Claims (8)
1.一种早强型耐高温套筒灌浆材料，其特征是：
按质量份计，该灌浆材料的原材料包含复合水泥600～900份，无水磷石膏120～180份，超细矿粉72～108份，石英砂720～1080份，减水剂5～7份，消泡剂1～3份，膨胀剂1～3份，水220～330份；
所述复合水泥由硅酸盐水泥和高铝水泥按1:(2～2.5)质量比混合；
所述石英砂包括粒径在0.2mm～2mm范围的石英砂和粒径不大于0.2mm的石英砂，两种粒径石英砂质量比为1:1。
2.如权利要求1所述的早强型耐高温套筒灌浆材料，其特征是：
所述硅酸盐水泥和所述高铝水泥分别采用PO52.5硅酸盐水泥、625#高铝水泥。
3.如权利要求1所述的早强型耐高温套筒灌浆材料，其特征是：
所述无水磷石膏中值粒径为5μm～10μm，采用磷石膏于500℃～600℃温度下煅烧4h～5h所得。
4.如权利要求1所述的早强型耐高温套筒灌浆材料，其特征是：
所述超细矿粉的比表面积不小于800m2/kg，活性指数不小于120％，中值粒径不大于20μm。
5.如权利要求1所述的早强型耐高温套筒灌浆材料，其特征是：
所述减水剂为磺化三聚氰胺树脂粉体。
6.如权利要求1所述的早强型耐高温套筒灌浆材料，其特征是：
所述消泡剂为硅聚醚类复合型消泡剂。
7.如权利要求1所述的早强型耐高温套筒灌浆材料，其特征是：
所述膨胀剂为塑性膨胀剂。
8.一种早强型耐高温套筒灌浆材料的制备方法，其特征是：
将600～900份复合水泥、120～180份无水磷石膏、72～108份超细矿粉混合，加入5～7份减水剂、1～3份消泡剂、1～3份膨胀剂、720～1080份石英砂搅拌，并加入220～330份水搅拌；
其中，复合水泥由硅酸盐水泥和高铝水泥按1:(2～2.5)质量比混合；石英砂包括粒径在0.2mm～2mm范围的石英砂和粒径不大于0.2mm的石英砂，两种粒径石英砂质量比为1:1。
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