CN112919869A - 一种低密度灌浆材料及制备方法 - Google Patents

一种低密度灌浆材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种低密度灌浆材料及制备方法，该低密度灌浆材料包括：水泥10‑85份，掺合料5‑70份，轻骨料1‑30份，增稠剂0.1‑5份，减水剂0.01‑1份，膨胀剂0.01‑1份，水50‑100份。该制备方法包括：将上述各组分按照一定比例拌和均匀，形成干混料后加入一定量的水拌和均匀，即制得该低密度灌浆材料。本申请通过选用轻骨料，同时加大用水量，所制备的低密度灌浆材料，其密度约1100‑1600kg/m3，略低于淤泥的密度，避免在灌浆施工过程中将负压筒底部的淤泥翻起以保证施工质量；为保证在使用轻骨料和大水料比条件下灌浆材料的抗水分散性，避免轻骨料离析、浮出水面，通过掺加增稠剂，增加灌浆材料的粘度，克服了灌浆材料在大水胶比下的分层、离析问题，提高了灌浆材料的水下抗分散性。

Description

一种低密度灌浆材料及制备方法
技术领域
本申请属于涉及基础施工技术领域，尤其是涉及一种低密度灌浆材料及制备方法。
背景技术
海上风电因其具有资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地、靠近负荷中心和适宜大规模开发等特点，是目前国内新能源领域的主要发展方向。海上风电的基础结构形式主要包括重力式基础、单桩基础、导管架基础、负压筒型基础和浮式基础等。负压筒型基础是一种用于近海平台结构的新型基础，与其他基础相比，具有投资少、安装就位方便、结构形式简单等诸多优点。
通常，负压筒与海床淤泥层之间的空腔区域主要依靠灌浆材料填充、连接。为保证填充效果，灌入的灌浆材料密度最好大于海水密度的同时小于淤泥密度，而目前市场上的水泥基灌浆材料密度较大，约2000-2500kg/m3，远高于淤泥的密度(1200-1800kg/m3)。另一方面负压筒的直径一般10m左右，截面面积较大，灌浆口的数量一般控制在3个左右，这就要求灌入的材料具有超大的流动度以填充10m的截面，同时灌浆时间一般较长，连续灌浆时间最长可达24h，这就要求材料在长时间后仍要保持一定的流动性，以保证灌浆连续施工。同时，负压筒空腔区域的位置一般在海底-10m以下，灌浆材料须需具备较好的抗水分散性以保证灌入的浆体在水下有较小的损失率。另外，在相同灌浆方量的条件下，低密度灌浆材料在很大程度上可节约成本。鉴于目前市面上灌浆材料常规性能，其在此类工程中并不适用。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种低密度灌浆材料及制备方法，其具有密度低、流动性大、抗水分散性好、流动性保持好等特性且其制备工艺简单、应用技术便捷、经济，具有非常广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请一方面提出了一种低密度灌浆材料，包括以下重量份的组分：水泥10-85份，掺合料5-70份，轻骨料1-30份，增稠剂0.1-5份，减水剂0.01-1份，膨胀剂0.01-1份，水50-100份。
进一步地，上述的低密度灌浆材料，其中，所述水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或几种。
进一步地，上述的低密度灌浆材料，其中，所述掺合料采用硅灰、粉煤灰或矿粉中的一种或几种。
进一步地，上述的低密度灌浆材料，其中，所述轻骨料采用膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、聚苯颗粒或陶粒中的一种或几种。
进一步地，上述的低密度灌浆材料，其中，所述轻骨料的粒径不大于4.75mm，堆积密度小于1200kg/m3。
进一步地，上述的低密度灌浆材料，其中，所述增稠剂采用纤维素醚、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素或水溶性淀粉中的一种或几种。
进一步地，上述的低密度灌浆材料，其中，所述减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂、萘系减水剂或木质素磺酸钠型减水剂中的一种或几种。
进一步地，上述的低密度灌浆材料，其中，所述膨胀剂为塑性膨胀剂。具体地，所述膨胀剂主要是以铝矾土矿物为主要材料在氮气气氛下，在炭和氧化钙存在的条件下，经1700℃高温烧结后产品经表面处理磨细而成。
进一步地，上述的低密度灌浆材料，其中，所述水采用淡水或海水。
本申请另一方面还提出了一种低密度灌浆材料的制备方法，将上述各组分按照一定比例拌和均匀，形成干混料后加入一定量的水拌和均匀，即制得该低密度灌浆材料。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请通过选用轻骨料，同时加大用水量，所制备的低密度灌浆材料，其密度约1100-1600kg/m3，略低于淤泥的密度，在灌浆施工过程中，不会将负压筒底部的淤泥翻起，满足施工质量要求。同时，为保证在使用轻骨料和大水料比条件下灌浆材料的抗水分散性，避免轻骨料离析、浮出水面，通过掺加增稠剂，增加灌浆材料的粘度，克服了灌浆材料在大水胶比下的分层、离析问题，显著提高了灌浆材料的水下抗分散性。
本申请为使低密度灌浆材料的流动性和凝结时间满足使用要求，通过掺入减水剂对胶凝材料颗粒的分散作用，以达到调节流动性和流动性保持的效果。此外，掺入塑性膨胀剂可利用其产生的微气泡提高低密度灌浆材料的搅拌效果，并增强低密度灌浆材料所填充空间的充盈度，进一步保障施工质量。最后，为实现低密度灌浆材料的整体性能，在大量试验研究的基础上，本申请发挥了轻骨料用量和用水量对密度的协同作用，增稠剂、用水量和减水剂对水下抗分散性的协同作用，减水剂、用水量和膨胀剂对流动性和流动度保持的协同作用，综合所积累的试验研究结果，得到了本申请中所提供的相关比例参数，并满足了现场灌浆施工的相关性能要求。
本申请解决了普通灌浆料在灌浆施工过程中易将负压筒底部淤泥翻起的问题，具有密度低、流动性大、抗水分散性好、流动性保持好、成本低廉等特性，具有非常广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
某海域海床表层淤泥密度约1200-1400kg/m3，在负压桶风机基础灌浆填充工程中，灌浆材料的密度需小于等于1200kg/m3。
现制定该密度小于等于1200kg/m3的灌浆材料：
将10份P·Ⅱ52.5水泥，30份硅灰，24.89份粉煤灰、30份聚苯颗粒，5份纤维素醚、0.01份聚羧酸减水剂和0.01份塑性膨胀剂混合均匀，形成干混料，再加入100份淡水，搅拌均匀，即制备出该密度小于等于1200kg/m3的灌浆材料。
实施例2
某海域海床表层淤泥密度约1250-1380kg/m3，在负压桶风机基础灌浆填充工程中，灌浆材料的密度需小于等于1250kg/m3。
现制定该密度小于等于1250kg/m3的灌浆材料：
将30份P·O42.5水泥，10份硅灰，30份矿粉，26.67份膨胀珍珠岩，3份聚丙烯酸钠，0.3份木质素磺酸钠减水剂和1份塑性膨胀剂混合均匀，形成干混料，再加入80份淡水，搅拌均匀，即制备出该密度小于等于1250kg/m3的灌浆材料。
实施例3
某海域海床表层淤泥密度约1400-1600kg/m3，在负压桶风机基础灌浆填充工程中，灌浆材料的密度需小于等于1400kg/m3。
现制定该密度小于等于1400kg/m3的灌浆材料：
将13.45份硫铝酸盐水泥，70份硅灰，15份膨胀蛭石，1份纤维素醚，0.5份萘系减水剂和0.05份塑性膨胀剂混合均匀，形成干料，再加入70份淡水，搅拌均匀，即制备出该密度小于等于1400kg/m3的灌浆材料。
实施例4
某海域海床表层淤泥密度约1450-1650kg/m3，在负压桶风机基础灌浆填充工程中，灌浆材料的密度需小于等于1450kg/m3。
现制定该密度小于等于1450kg/m3的灌浆材料：
将83.62份P·Ⅱ52.5水泥，5份硅灰，10份膨胀珍珠岩，0.5份可溶性淀粉，0.8份聚羧酸减水剂和0.08份塑性膨胀剂混合均匀，形成干料，再加入60份海水，搅拌均匀，即制备出该密度小于等于1450kg/m3的灌浆材料。
实施例5
某海域海床表层淤泥密度约1600-1800kg/m3，在负压桶风机基础灌浆填充工程中，灌浆材料的密度需小于1600kg/m3。
现制定该密度小于1600kg/m3的灌浆材料：
将85份P·Ⅱ52.5水泥，12.8份矿粉，1份陶粒，0.1份羧甲基纤维素，1份萘系减水剂和0.1份塑性膨胀剂混合均匀，形成干料，再加入50份海水，搅拌均匀，即制备出该密度小于1600kg/m3的灌浆材料。
下文将对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4以及实施例5制得的低密度灌浆材料，测定其密度、流动度和强度等信息，结果见表1所示。
表1各实施例低密度灌浆材料的性能测试表
Figure BDA0002999807640000051
Figure BDA0002999807640000061
注：上述的测试方法参照GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》，其中，带*测试项目参照DLT 5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》。
由上述表1可知，本申请所制备的低密度灌浆料具有密度低、流动性大、流动性保持好、粘聚性好、抗水分散性好等特点。并且，上述实施例所制备的低密度灌浆料的密度略低于目标海域海床表层淤泥的密度，可工作时间超过8h，具有较好的抗水分散性，现场施工时搅拌效果好，材料的空间填充性好，提高了灌浆施工的生产效率，并未将负压筒底部的淤泥翻起，保障了施工质量。
本申请另一方面还提出了一种低密度灌浆材料的制备方法，将上述各组分按照一定比例拌和均匀，形成干混料后加入一定量的水拌和均匀，即制得该低密度灌浆材料。上述制备方法简单、应用技术便捷、经济，具有非常广阔的应用前景。其中，涉及的各组分及其添加比例的技术特征，见上文描述，这里不再赘述。
其中，本申请制备的低密度灌浆材料可用于负压桶型基础与海床形成的空腔区域的灌浆作业。
由于负压桶型基础因其具备施工方便、投资少、经济等特性，成为近年来海上风机基础的重要结构形式。负压桶型基础与海床形成的空腔区域主要依靠灌浆材料填充，其灌浆施工工艺主要包括以下几个步骤：1)海上风机负压桶基础下沉至海床面，负压桶内部与海床面形成充满海水的空腔区域；2)在负压桶上口处布置连接空腔区域的灌浆管线；3)将灌浆材料通过压力泵送的方式，由灌浆管线泵送至空腔区域，置换出空腔区域的海水；4)待空腔区域灌满后，结束灌浆；5)进行灌浆养护。
其中，上述涉及的空腔区域的灌浆材料可采用本申请制备的低密度灌浆料，且可根据目标海域河床表层淤泥的密度等不同工况需求，通过调整各组分以制备不同密度的灌浆材料，使其密度低于目标海域海床表层淤泥的密度，避免灌浆施工过程中将负压筒底部的淤泥翻起，从而保证施工质量。因此，本申请所涉及的灌浆材料尤其适用于负压桶风机基础灌浆施工。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种低密度灌浆材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥10-85份，掺合料5-70份，轻骨料1-30份，增稠剂0.1-5份，减水剂0.01-1份，膨胀剂0.01-1份，水50-100份。
2.根据权利要求1所述的低密度灌浆材料，其特征在于，所述水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的低密度灌浆材料，其特征在于，所述掺合料采用硅灰、粉煤灰或矿粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的低密度灌浆材料，其特征在于，所述轻骨料采用膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、聚苯颗粒或陶粒中的一种或几种。
5.根据权利要求1或4所述的低密度灌浆材料，其特征在于，所述轻骨料的粒径不大于4.75mm，堆积密度小于1200kg/m3。
6.根据权利要求1至4任一项所述的低密度灌浆材料，其特征在于，所述增稠剂采用纤维素醚、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素或水溶性淀粉中的一种或几种。
7.根据权利要求1至4任一项所述的低密度灌浆材料，其特征在于，所述减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂、萘系减水剂或木质素磺酸钠型减水剂中的一种或几种。
8.根据权利要求1至4任一项所述的低密度灌浆材料，其特征在于，所述膨胀剂为塑性膨胀剂。
9.根据权利要求1至4任一项所述的低密度灌浆材料，其特征在于，所述水采用淡水或海水。
10.一种如权利要求1至9任一项低密度灌浆材料的制备方法，其特征在于，将上述各组分按照一定比例拌和均匀，形成干混料后加入一定量的水拌和均匀，即制得该低密度灌浆材料。
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