CN112811871A - 低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料及制备方法 - Google Patents

低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料及制备方法。该砂浆材料包括以下重量份的原料：水泥30～75份，石英砂混合物20～70份，矿粉1～15份，聚羧酸减水剂0～1份，纤维0～2份，早强组分0～15份，缓凝剂0～5份，触变剂0～6份，消泡剂0～0.5份，可再分散乳胶粉0～5份；其中，按重量份计，每份早强组分由改性纳米二氧化硅1～30份、七铝酸十二钙50～90份、甲酸钙1～15份、防冻剂1～5份复合而成。本发明的砂浆材料具有在低温(‑10℃～5℃)时能够正常凝结、早中后期强度高、粘结性能好、耐久性好、泵送性好等特点，能够对管道进行有效修复。

Description

低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料及制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料及制备方法。
背景技术
目前城市地下基础设计错综复杂，城市交通十分繁忙，地下空间开发朝着纵深发展。在日益重视城市环境和可持续发展的条件下，传统的开挖法新建和维修更新地下管道，造成城市道路开膛破肚现象经常发生，严重影响城市交通和周围居民生活。非开挖管道修复技术可以很好的解决城市管道存在的老化、腐蚀、渗漏、接口脱节、变形等问题，延长管道使用寿命，减少次生灾害的发生。
水泥砂浆喷筑技术广泛应用于水泥管、钢管、铸铁管道、石棉水泥管、陶土管或检查井的内衬层非开挖施工。喷筑后形成的水泥砂浆内衬不但可以修复接头处和细微渗漏，在正常工作压力下，还可以防止大多数由于管壁而产生的渗漏。
目前市面上的普通砂浆综合指标无法满足城市管道修复的喷筑施工要求，或者喷筑后不能达到管道的修复要求。地下工程施工的高峰期通常为冬季少雨期，冬季环境温度低，一般水泥基材料宜在5℃～35℃的环境温度下施工，低于5℃应采取保温措施。采取保温措施对施工提出了更高的要求，且对地下工程实施起来较为困难。因此研制一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料对在低温环境下施工具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，以解决现阶段在冬季低温环境下进行检查井、地下管道老化修复施工存在的问题；本发明还提供了该砂浆材料的制备方法。
本发明提供一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，包括以下重量份的原料：水泥30～75份，石英砂混合物20～70份，矿粉1～15份，聚羧酸减水剂0～1份，纤维0～2份，早强组分0～15份，缓凝剂0～5份，触变剂0～6份，消泡剂0～0.5份，可再分散乳胶粉0～5份。
进一步地，按重量份计，每份早强组分由改性纳米二氧化硅1～30份、七铝酸十二钙50～90份、甲酸钙1～15份、防冻剂1～5份共同磨制10～30min复合而成。早强组分的各原料中，甲酸钙可以改变水泥体系中硅酸三钙的浓度，降低体系的pH值，提高硅酸三钙的水化速度，加速钙离子的溶出，进一步促进硫酸钙、氢氧化钙的形成，具有一定的激发作用。七铝酸十二钙属于一种非晶态物质，无固定几何外形，水化活性高，能够与水泥溶出的硫酸钙、氢氧化钙和水反应，加速钙矾石的生长速度和生长量，促使水泥快速水化，加快浆体的凝结，并能提高材料的早中后期强度。纳米二氧化硅具有较强的火山灰效应，能够促进水泥浆体的二次水化，有利于浆体中后期的强度提高；同时具有晶核作用和填充效应，提高了浆体硬化后的抗渗、抗冻性能。防冻剂能够降低硬化浆体中游离水的冰点，确保液相在低温下不冻结，使水泥在负温环境下仍能进行水化反应。同时防冻剂还有助磨作用，能使粉体更好的分散。这几种物质协同作用，能够保证水泥砂浆在低温环境下的正常凝结及各龄期强度的增长，提高了硬化浆体的抗冻性能，避免浆体在低温环境下冻融破坏。
进一步地，所述防冻剂为三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇中的一种或多种。
进一步地，改性纳米二氧化硅通过以下过程制备：按重量份计，将100份纳米二氧化硅加入无水乙醇和超纯水的混合溶液中，超声分散30min，调节pH至3～4，然后加入100份硅烷偶联剂，在90℃恒温水浴中搅拌2h，搅拌结束后，抽滤、洗涤、置于鼓风干燥箱80℃干燥24小时，即得到改性纳米二氧化硅粉末。
更进一步地，无水乙醇和超纯水的体积比为1:1。
更进一步地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，通过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅具有更高的分散性。
进一步地，水泥选用52.5级普通硅酸盐水泥、52.5级硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、高铝水泥中的任一种或两种的混合。
进一步地，石英砂混合物由20-40目石英砂、40-70目石英砂、70-120目石英砂按照质量比(12-25)：(45-75)：(10-20)混合组成。
进一步地，矿粉选用硅灰、Ⅰ级粉煤灰、微珠、600目或1500目方解石粉中的一种或多种。
进一步地，聚羧酸减水剂为粉体聚羧酸减水剂，选用聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂、酰胺/亚酰胺型聚羧酸聚合物减水剂、聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链型减水剂中的任一种或多种，减水率≥30％。
进一步地，消泡剂选用粉末有机硅、聚醚类消泡剂中的任一种。
进一步地，纤维为聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维等中的任一种或多种的混合物。
进一步地，缓凝剂为六偏磷酸钠、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、硼酸等中的任一种或多种的混合物。
进一步地，触变剂为硫酸铝、钙膨润土、海泡石、偏高岭土、温伦胶、矿物胶等中的任一种或多种的混合物。
进一步地，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯均聚胶粉、二元共聚胶粉或三元共聚胶粉，其中二元共聚胶粉包括：醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、苯乙烯与丁二烯共聚胶粉；三元共聚胶粉包括：乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉。
本发明还提供了上述低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料的制备方法：包括以下步骤：
步骤S1，将聚羧酸减水剂、早强组分、缓凝剂、触变剂、消泡剂、可再分散乳胶粉加入小料混合机中进行预混，得到第一混合物；
步骤S2，将水泥、矿粉及第一混合物加入犁刀式混合机中，混合2-5min后加入纤维，再次混合1-3min，得到第二混合物；
步骤S3，将石英砂混合物加入犁刀式混合机中与第二混合物混合搅拌3-8min，即得到砂浆材料。
与现有技术相比，本发明的非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料具有以下技术优点：
(1)利用本发明提供的砂浆材料制得的浆体易泵送，抗流挂性强，喷抹性能好，在潮湿的基面亦有很强的附着力；
(2)本发明提供的砂浆材料可在低温环境-10-5℃下进行施工，能保证材料正常凝结，确保施工质量，提高了施工的可操作性；
(3)本发明提供的砂浆材料制得的浆体硬化后具有早强、高强、粘结强度高、抗渗等级高、耐久性好等特点；
(4)本发明提供的砂浆材料现场直接加水搅拌即可使用，操作简单，质量稳定。
附图说明
图1是本发明实施例1一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例1:
参考图1，本发明的实施例1提供了一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，按重量份计，称取聚醚型聚羧酸减水剂0.3份、早强组分6份、酒石酸0.5份、钙膨润土1.5份、粉末有机硅0.1份和可再分散乳胶粉1.5份加入小料混合机中进行预混，得到第一混合物；其中，按重量份计，每份早强组分由改性纳米二氧化硅10份、七铝酸十二钙70份、甲酸钙10份、三乙醇胺5份组成；改性纳米二氧化硅通过以下过程制备：按重量份计，将100份纳米二氧化硅加入体积比为1:1的无水乙醇和超纯水的混合溶液中，超声分散30min，调节pH至3～4，然后加入100份γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，在90℃恒温水浴中搅拌2h，搅拌结束后，抽滤、洗涤、置于鼓风干燥箱80℃干燥24小时，即得到改性纳米二氧化硅粉末；可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉；
步骤S2，按重量份计，将52.5普通硅酸盐水泥30份、快硬硫铝酸盐水泥15份、微珠3份及第一混合物加入犁刀式混合机中，混合2-5min后加入聚乙烯纤维0.1份，再次混合1-3min，得到第二混合物；
步骤S3，按重量份计，将石英砂混合物42份加入犁刀式混合机中与第二混合物混合搅拌3-8min，即得到砂浆材料；按重量份计，42份石英砂混合物由20-40目石英砂8份、40-70目石英砂28份、70-120目石英砂6份混合构成。
砂浆制备：
称取实施例1制得的砂浆材料2kg，加水320g，采用行星式水泥胶砂搅拌机搅拌，先慢搅1min，之后快搅4min，制得浆体。然后在-5℃环境条件下养护7天后，再标准养护21天。
实施例2:
实施例2提供了一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料的制备方法,包括以下步骤：
步骤S1，按重量份计，称取聚酯型聚羧酸减水剂0.25份、早强组分5份、硼酸0.4份、偏高岭土1份、聚醚类消泡剂0.1份、可再分散乳胶粉2份加入小料混合机中进行预混，得到第一混合物；其中，按重量份计，每份早强组分由改性纳米二氧化硅10份、七铝酸十二钙65份、甲酸钙2.5份、三异丙醇胺6.5份组成；改性纳米二氧化硅通过以下过程制备：按重量份计，将100份纳米二氧化硅加入体积比为1:1的无水乙醇和超纯水的混合溶液中，超声分散30min，调节pH至3～4，然后加入100份γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，在90℃恒温水浴中搅拌2h，搅拌结束后，抽滤、洗涤、置于鼓风干燥箱80℃干燥24小时，即得到改性纳米二氧化硅粉末；可再分散乳胶粉为丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉；
步骤S2，按重量份计，称取52.5普通硅酸盐水泥44份、硅灰3份及第一混合物加入犁刀式混合机中，混合2-5min，然后投入玄武岩纤维0.25份，再次混合1-3min，得到第二混合物；
步骤S3，按重量份计，称取石英砂混合物44份投入犁刀式混合机中与第二混合物混合，搅拌3-8min即得砂浆材料；其中，44份石英砂混合物由20-40目石英砂10份、40-70目石英砂28份、70-120目石英砂6份混合组成。
砂浆制备：
称取实施例2制得的砂浆材料2kg，加水310g，采用行星式水泥胶砂搅拌机搅拌，先慢搅1min，之后快搅4min，制得浆体。然后在0℃环境条件下养护7天后，再标准养护21天。
实施例3:
实施例3提供一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，按重量份计，称取聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链型减水剂0.2份、早强组分4.5份、葡萄糖酸钠0.15份、海泡石1.5份、粉末有机硅0.15份、可再分散乳胶粉1.8份加入小料混合机中进行预混，得到第一混合物；其中，按重量份计，每份早强组分由改性纳米二氧化硅25份、七铝酸十二钙70份、甲酸钙12份、乙二醇8份组成；改性纳米二氧化硅通过以下过程制备：按重量份计，将100份纳米二氧化硅加入体积比为1:1的无水乙醇和超纯水的混合溶液中，超声分散30min，调节pH至3～4，然后加入100份γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，在90℃恒温水浴中搅拌2h，搅拌结束后，抽滤、洗涤、置于鼓风干燥箱80℃干燥24小时，即得到改性纳米二氧化硅粉末；可再分散乳胶粉为乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉；
步骤S2，按重量份计，将52.5硅酸盐水泥43.5份、粉煤灰3份及预混好的第一混合物投入犁刀式混合机中，混合2-5min，然后投入聚丙烯纤维0.2份，再次混合1-3min，得到第二混合物；
步骤S3，按重量份计，称取石英砂混合物45份投入犁刀式混合机中与第二混合物混合，搅拌3-8min，即得砂浆材料；其中，45份石英砂混合物由20-40目石英砂15份、40-70目石英砂25份、70-100目石英砂5份混合组成。
砂浆制备：
称取实施例3制备的砂浆材料2kg，加水315g，采用行星式水泥胶砂搅拌机搅拌，先慢搅1min，之后快搅4min，制得浆体。然后在4℃环境条件下养护7天后，再标准养护21天。
对利用实施例1～3的砂浆材料制得的浆体进行性能测试，结果如表1所示：
表1：实施例1～3的砂浆材料制得的浆体的性能测试结果
Figure BDA0002908080000000081
由表1可以看出，实施例1-3的砂浆材料在低温环境下砂浆正常凝结，各龄期均有较高的强度；抗渗性能好；粘结强度高；施工时防流挂性能好。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥30～75份，石英砂混合物20～70份，矿粉1～15份，聚羧酸减水剂0～1份，纤维0～2份，早强组分0～15份，缓凝剂0～5份，触变剂0～6份，消泡剂0～0.5份，可再分散乳胶粉0～5份；其中，按重量份计，每份早强组分由改性纳米二氧化硅1～30份、七铝酸十二钙50～90份、甲酸钙1～15份、防冻剂1～5份复合而成。
2.根据权利要求1所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，改性纳米二氧化硅通过以下过程制备：将纳米二氧化硅加入无水乙醇和超纯水的混合溶液中，超声分散，调节pH至呈弱酸性，然后加入硅烷偶联剂，在恒温水浴中搅拌，抽滤、洗涤、干燥，即得到改性纳米二氧化硅粉末。
3.根据权利要求1所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，水泥选用52.5级普通硅酸盐水泥、52.5级硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、高铝水泥中的任一种或两种的混合。
4.根据权利要求1所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，石英砂混合物由20-40目石英砂、40-70目石英砂、70-120目石英砂按照质量比12-25：45-75：10-20混合组成。
5.根据权利要求1所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，矿粉选用硅灰、Ⅰ级粉煤灰、微珠、方解石粉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，所述聚羧酸减水剂选用聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂、酰胺/亚酰胺型聚羧酸聚合物减水剂、聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链型减水剂中的任一种或多种；所述消泡剂选用粉末有机硅、聚醚类消泡剂中的任一种。
7.根据权利要求1所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，纤维为聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的任一种或多种的混合物。
8.根据权利要求1所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，缓凝剂为六偏磷酸钠、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、硼酸中的任一种或多种的混合物；触变剂为硫酸铝、钙膨润土、海泡石、偏高岭土、温伦胶、矿物胶中的任一种或多种的混合物。
9.根据权利要求1所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料，其特征在于，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯均聚胶粉、二元共聚胶粉或三元共聚胶粉，其中，二元共聚胶粉包括：醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、苯乙烯与丁二烯共聚胶粉；三元共聚胶粉包括：乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉。
10.权利要求1-9任一项所述的低温型非开挖管道修复用喷筑水泥基砂浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将聚羧酸减水剂、早强组分、缓凝剂、触变剂、消泡剂、可再分散乳胶粉加入小料混合机中进行预混，得到第一混合物；
S2，将水泥、矿粉及第一混合物加入犁刀式混合机中，混合2-5min后加入纤维，再次混合1-3min，得到第二混合物；
S3，将石英砂混合物加入犁刀式混合机中与第二混合物混合搅拌3-8min，即得到砂浆材料。
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