CN112830745A - 具有微膨胀性的高延性修补砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有微膨胀性的高延性修补砂浆及其制备方法，涉及建筑材料领域。具有微膨胀性的高延性修补砂浆，按照质量份数计，由如下成分组成：水泥200~400份；矿粉200~350份；硅灰20~50份；膨胀剂20~50份；铁尾矿砂200~600份；水200~400份；复合纤维1~30份；复合减水剂4~10份。本发明使用铁尾矿砂和复合纤维代替现有技术中常用的石英砂和聚乙烯醇纤维作为原材料，同时加入了补偿收缩的UEA膨胀剂；降低成本的同时，有效提高和改善基体材料成型后的强度和可延性，达到高强度和高延性的优化特征；减小了开采天然石英砂对生态环境的破坏，同时最大限度的消纳了铁尾矿这种选矿废弃物。

Description

具有微膨胀性的高延性修补砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种具有微膨胀性的高延性修补砂浆及其制备方法。

背景技术

高延性修补砂浆材料，作为一种逐渐被人们所熟识的建筑材料，近些年在一些地区得到一定的推广，主要应用老旧房屋加固、路桥维修、古建筑和文物修缮等领域。其作为纤维水泥基复合材料的一种，是以水泥砂浆作为基材，均匀的加入适量的纤维作为增强材料，通过与水泥基体之间的相互作用，从而改善传统水泥基材料的脆性，优化提高其抗拉、抗弯、抗冲击等力学性质，使建筑物具有更好地耐久性能。

目前高延性修补砂浆的原材料中，较为普遍的主要有水泥、矿物掺合料、石英砂、聚乙烯醇纤维、减水剂等；石英砂作为其主要原材料，来源一般为河沙、湖砂、山砂等，目前存在问题为天然砂的长期开采势必会造成资源短缺、污染环境、破坏生态的问题，同时开采成本也在逐年升高，随着国家环保生态环境修复政策的陆续出台，将来势必会成为稀缺资源。

同时在高延性修复砂浆制备过程中，常用的纤维是聚乙烯醇（PVA）纤维或钢纤维，单独添加这两种纤维时，会出现材料力学性能不高和耐久性能不足的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有微膨胀性的高延性修补砂浆及其制备方法，利用铁尾矿砂100%代替现有技术中的石英砂作为高延性修补砂浆原料，就地取材，从而节省天然砂资源，也有助于降低材料成本；采用改善纤维组成的手段，同步解决因铁尾矿砂替代而产生的伴生质量问题，最终达到节约天然石英砂资源、降低材料成本和最大程度消纳铁尾矿废料的目的。

为实现此技术目的，本发明采用如下方案：具有微膨胀性的高延性修补砂浆，按照质量份数计，由如下成分组成：

水泥 200~400份；

矿粉 200~350份；

硅灰 20~50份；

膨胀剂 20~50份；

铁尾矿砂 200~600份；

水 200~400份；

复合纤维 1~30份；

复合减水剂 4~10份；

水胶比为0.25~0.35，水胶比指的是水的份数与胶体份数的比值，其中胶体份数为水泥、矿粉、硅灰和膨胀剂的份数总和。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明使用铁尾矿砂和复合纤维代替现有技术中常用的石英砂和聚乙烯醇纤维作为原材料，同时加入了补偿收缩的UEA膨胀剂；降低成本同时，有效提高和改善基体材料成型后的强度和可延性，达到高强度和高延性的优化特征；减小了开采天然石英砂对生态环境的破坏，同时最大限度的消纳了铁尾矿这种选矿废弃物；加入硅灰，可减少水泥用量，提高基体材料硬化后抗压、抗折强度和耐久性。

本发明的优选方案为：

尾矿砂的粒径为0.08~1.25mm。

复合纤维由钢纤维和聚乙烯醇纤维复合而成，纤维长度为9~12mm，钢纤维与聚乙烯醇纤维的体积比例为1:10~1:20，采用复合纤维代替单一纤维，提高了基体材料的力学性能和延性。

复合减水剂为引入烷基苯磺酸盐组分的聚羧酸型减水剂，改善新拌砂浆和易性的同时增强了砂浆成型后的抗冻融性，提高了耐久性能。

烷基苯磺酸盐引气剂占复合减水剂的质量比为0.05%~0.1%。

膨胀剂为UEA膨胀剂，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，矿粉为高炉粒化矿渣粉，矿粉强度为S95级，膨胀剂改善了基体材料凝结硬化过程中的塑性收缩，减少了初始裂缝的出现概率。

为实现此技术目的，本发明方法采用如下方案：

具有微膨胀性的高延性修补砂浆的制备方法，按如下步骤进行：

（1）按比例称取水泥、矿粉、硅灰、膨胀剂和铁尾矿砂加入至搅拌机中，搅拌均匀得到初级混合料；

（2）将聚羧酸减水剂中掺入烷基苯磺酸盐引气剂，加水稀释搅拌均匀，得到复合减水剂稀释液；

（3）将复合减水剂稀释液与初级混合料混合，搅拌均匀，得到中级混合料；

（4）将聚乙烯醇纤维与钢纤维混合均匀，加入中级混合料中，搅拌均匀，得到具有微膨胀性的高延性修补砂浆。

与现有技术相比，本发明方法的有益效果在于：砂浆制作过程分多次添加药剂，加入引气型减水剂改善砂浆和易性的同时增强了成型后的抗冻融性，提高了基体材料的耐久性；利用复合纤维提高基体材料的强度和延性。

优选的，聚乙烯醇纤维与钢纤维混合搅拌时间大于等于120s。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有微膨胀性的高延性修补砂浆的制备方法的流程图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

实施例1

水泥300份，矿粉270份，硅灰30份，UEA膨胀剂30份，铁尾矿砂300份，水220份，水胶比为0.35，复合纤维（PVA纤维：钢纤维的体积比为10:1，复合纤维长度为9mm）体积掺量（相对于砂浆的体积掺量）为1.5%，复合减水剂（引入0.05%的烷基苯磺酸盐的聚羧酸型减水剂）4.8份。水泥为冀东金隅P.O42.5硅酸盐水泥，矿粉为采购的唐山建龙S95级矿粉。将配料按照如图1所示的工艺流程制备得到具有微膨胀性的高延性修补砂浆。

实施例2

水泥250份，矿粉320份，硅灰40份，UEA膨胀剂20份，铁尾矿砂280份，水220份，水胶比为0.35，复合纤维（PVA纤维：钢纤维的体积比为15:1，复合纤维长度为9mm）体积掺量为1.5%，复合减水剂（引入0.05%的烷基苯磺酸盐的聚羧酸型减水剂）4份。水泥为冀东金隅P.O42.5硅酸盐水泥，矿粉为唐山建龙S95级矿粉。将配料按照如图1所示的工艺流程制备得到具有微膨胀性的高延性修补砂浆。

实施例3

水泥350份，矿粉220份，硅灰20份，UEA膨胀剂50份，铁尾矿砂350份，水224份，水胶比为0.35，复合纤维（PVA纤维：钢纤维的体积比为20:1，复合纤维长度为9mm）体积掺量为1.5%，复合减水剂（引入0.05%的烷基苯磺酸盐的聚羧酸型减水剂）8份。水泥为冀东金隅P.O42.5硅酸盐水泥，矿粉为唐山建龙S95级矿粉。将配料按照如图1所示的工艺流程制备得到具有微膨胀性的高延性修补砂浆。

对比例1

水泥300份，矿粉270份，硅灰30份，UEA膨胀剂30份，铁尾矿砂300份，水220份，聚羧酸型减水剂4.8份，PVA纤维体积掺量1.5%，PVA纤维长度为9mm。水泥为冀东金隅P.O42.5硅酸盐水泥，矿粉为唐山建龙S95级矿粉。将配料按照如实施例1的工艺流程制备得到普通砂浆。

对比例2

水泥300份，矿粉270份，硅灰30份，UEA膨胀剂30份，天然石英砂300份，水220份，聚羧酸型减水剂4.8份，水胶比为0.35，PVA纤维体积掺量1.5%，PVA纤维长度为9mm。水泥为冀东金隅P.O42.5硅酸盐水泥，矿粉为唐山建龙S95级矿粉。将配料按照实施例1的工艺流程制备得到普通砂浆。

将制备好的砂浆放入三种不同规格（100×100×100mm的模具、40×40×160mm的模具、100×100×300mm的模具）的模具中，振动模具至表面光滑无气泡输出，抹平模具表面。在20±2℃温度下静置24h达到拆模强度后进行拆模，拆模后进行对其进行养护，养护湿度≥95%，养护时间分别3天、28天和60天，得到具有微膨胀性的高延性修补砂浆试件，对试件进行性能检测。性能检测结果如表1所示。

表1 不同配方的砂浆性能对比

	砂浆扩展度/cm	压力泌水率/%	200次冻融循环质量损失率/%	60天弯曲强度/N·mm<sup>-2</sup>	60天弯曲韧性/KJ·m<sup>-3</sup>	60天抗折强度/N·mm<sup>-2</sup>	60天抗压强度/N·mm<sup>-2</sup>
								实施例1	40	16	4.5	6.4	45	12.5	56
实施例2	37	19	4.9	6.1	42	12.2	52
								实施例3	38	18	4.7	6.3	41	12.1	56
对比例1	35	20	5	6	42	12	53
								对比例2	40	15	4.8	6.5	43	12.4	55

通过对比例1和对比例2的对比可知，对比例1砂浆性能数值普遍偏低，但是非常接近，且满足DBJ61T112-2016《高延性混凝土应用技术规程》对于Ⅰ类高延性混凝土的相关要求，用铁尾矿砂替代石英砂配制高延性修补砂浆的方法是完全可行的。

但是铁尾矿砂与石英砂相比，由于开采技术和手段的限制，其颗粒存在质地坚硬，多棱角，微裂隙的特性，使得新拌砂浆流动性差、粘聚性差、泌水等缺点，可能会导致砂浆在凝结硬化后的耐久性不高。为此在实施例1~3中加入了复合纤维和复合减水剂，对砂浆性能进行改善。

通过实施例和对比例1、对比例2的对比可知，纤维和减水剂优化后的铁尾矿砂配制的高延性修补砂浆，其相关性能均比单纯铁尾矿砂配制的砂浆（对比例1）有所提升，有效的改善了铁尾矿砂替代天然砂后伴生的质量问题。并且实施例得到的砂浆与天然石英砂得到的砂浆（对比例2）的弯曲强度、弯曲韧性、抗折强度和抗压强度性能非常接近，甚至实施例1制得砂浆性能略高于对比例的砂浆性能。

本发明与现有技术相比，其突出的特点是：

①用铁尾矿砂100%替代石英砂，降低了成本，减小了生态环境破坏，最大程度的消纳了铁尾矿砂这种既污染环境又破坏生态的废料，达到经济效益和社会效益双赢的局面。

② 用聚乙烯醇纤维（PVA）和钢纤维混合的复合纤维，替代了单一使用PVA纤维，提高改善了基体材料的强度和延性。

③ 加入了一定量的UEA膨胀剂，改善了基体材料凝结硬化过程中的干缩和裂缝。

④ 减水剂中加入烷基苯磺酸盐类引气组分，改善新拌砂浆和易性的同时，增强了成型后的抗冻融性，提高了耐久性能。

⑤ 胶凝材料中加入硅灰，减少水泥用量，提高基体材料硬化后抗压、抗折强度和耐久性。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有微膨胀性的高延性修补砂浆，其特征在于，按照质量份数计，由如下成分组成：

水泥 200~400份

矿粉 200~350份；

硅灰 20~50份；

膨胀剂 20~50份；

铁尾矿砂 200~600份；

水200~400份；

复合纤维1~30份；

复合减水剂4~10份。

2.根据权利要求1所述的具有微膨胀性的高延性修补砂浆，其特征在于，尾矿砂的粒径为0.08~1.25mm。

3.根据权利要求1所述的具有微膨胀性的高延性修补砂浆，其特征在于，复合纤维由钢纤维和聚乙烯醇纤维复合而成，纤维长度为9~12mm，钢纤维与聚乙烯醇纤维的体积比例为1:10~1:20。

4.根据权利要求1所述的具有微膨胀性的高延性修补砂浆，其特征在于，复合减水剂为引入烷基苯磺酸盐组分的聚羧酸型减水剂。

5.根据权利要求4所述的具有微膨胀性的高延性修补砂浆，其特征在于，烷基苯磺酸盐引气剂占复合减水剂的质量比为0.05%~0.1%。

6.根据权利要求1所述的具有微膨胀性的高延性修补砂浆，其特征在于，膨胀剂为UEA膨胀剂，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，矿粉为高炉粒化矿渣粉，矿粉强度为S95级。

7.一种权利要求1-6任一项所述的具有微膨胀性的高延性修补砂浆的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：

（1）先开启搅拌机，将搅拌机内表面润湿，按比例称取水泥、矿粉、硅灰、膨胀剂和铁尾矿砂加入至搅拌机中，干拌均匀得到初级混合料；

（2）将聚羧酸减水剂中掺入烷基苯磺酸盐引气剂，加水稀释搅拌均匀，得到复合减水剂稀释液；

（3）将复合减水剂稀释液缓慢加入初级混合料中混合，搅拌均匀，得到中级混合料；

（4）将聚乙烯醇纤维与钢纤维混合均匀，加入中级混合料中，搅拌均匀，得到具有微膨胀性的高延性修补砂浆。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，聚乙烯醇纤维与钢纤维混合搅拌时间大于等于120s。

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