CN113277790A - 矿渣基公路压浆料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供了一种矿渣基公路压浆料及制备方法，浆体稳定，不会出现沉淀离析现象，各龄期抗压强度、不同时间流动度、膨胀率都满足标准要求。矿渣基公路压浆料，包括胶凝材料和外加剂；胶凝材料包含矿渣粉、脱硫石膏、矿渣专用碱性激发剂、粉煤灰，外加剂包含高酸醚比两性聚羧酸减水剂、缓凝剂、膨胀剂、消泡剂。矿渣基公路压浆料制备方法，包括以下步骤：脱硫石膏烘干，配制胶凝材料，将混匀的料和水加入压浆料搅拌锅，测量压浆料流动度，将搅拌均匀的压浆料装入标准三联试模，拆模，放入标准恒温养护箱养护，按照标准试验方法测试标准试块的膨胀率。

Description

矿渣基公路压浆料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种公路压浆料及制备方法，具体涉及一种矿渣基公路压浆料及制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

在公路铁路桥梁施工过程中，预应力施工技术得到广泛应用。孔道压浆料填充预应力施工套筒是施工过程中的重要环节。质量优异的压浆料能够保证预应力钢筋不受侵蚀，保证钢筋预应力荷载在钢筋和混凝土之间传递，同时可以消除反复荷载对模具的破坏。

专利1（公开号：CN103613356A）中公布了一种地聚物高强灌浆料的制备方法，使用粉煤灰、矿渣、氢氧化钙、细骨料，并且在水玻璃的激发作用下制备灌浆料。出机流动度为297-340mm，28d强度在60-85MPa左右。

专利2（公开号：CN106846521A）中公布了一种预应力孔道压浆料的制备方法，使用85-95份的普通硅酸盐水泥，并添加工业废渣、矿物掺合料、塑性膨胀剂、瓦克胶粉、膨胀剂、减水剂、引气剂、消泡剂等材料。制备的预应力压浆料力学性能、工作性都符合工程要求。

上述技术的不足之处在于：对比文件一制备的灌浆料中使用了细砂，强度更高，公路压浆料中只有胶凝材料和活性掺合料，强度更难控制，并且容易沉缩。激发剂只使用了水玻璃，碱性较强，容易出现泛碱现象。对比文件二中制备的公路压浆料以水泥为胶凝材料，通过水泥水化为压浆料提供强度支持。但是水泥生产过程中耗费大量资源和能源，每生产一吨水泥需要消耗80度电，需要100kg煤，同时排放大量二氧化碳，对环境造成巨大影响。由于水泥生产工艺复杂，需要添加粘土、石灰石等组分，容易造成水泥与外加剂适应性不良，兼容性差等问题。使得压浆料在施工过程中，稳定性差、流动度损失明显、泌水率高、浆体不密实等问题，造成一些潜在的安全隐患。

发明内容

本发明目的是提供了一种矿渣基公路压浆料及制备方法，浆体稳定，不会出现沉淀离析现象，各龄期抗压强度、不同时间流动度、膨胀率都满足标准要求。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种矿渣基公路压浆料，包括胶凝材料和外加剂；

胶凝材料包含以下重量份数原料：

矿渣粉：50-70；

脱硫石膏：6-10；

矿渣专用碱性激发剂：5-9；

粉煤灰：20-30；

外加剂包含以下重量份数原料：

高酸醚比两性聚羧酸减水剂：0.3-0.4；

缓凝剂：0.1-0.2；

膨胀剂：0.5-0.6；

消泡剂：0.04-0.06；

矿渣专用碱性激发剂包括甲基硅酸钠、甲基三甲氧硅烷、氢氧化钠，三种材料的质量比为1：0.5：8.5。

上述矿渣基公路压浆料优选方案减水剂：高酸醚比两性聚羧酸减水剂；缓凝剂：主要为葡萄糖酸钠：柠檬酸：白糖的比例为1：0.5：0.5。膨胀剂、消泡剂为市售混凝土外加剂。

上述矿渣基公路压浆料优选方案，粉煤灰采用以下方法进行预处理：将粉煤灰中加入月桂酸钠水溶液，将其加入反应釜中，在90-100℃下水热处理2-3h，过滤后烘干，然后加入羧丙基甲基纤维素的磷酸二氢钠水溶液中，搅拌40-50min，过滤后干燥即可。

上述矿渣基公路压浆料优选方案，粉煤灰和月桂酸钠水溶液的料液比为1g：15mL；月桂酸钠水溶液的浓度为0.2mol/L。

上述矿渣基公路压浆料优选方案，粉煤灰和羧丙基甲基纤维素、磷酸二氢钠水溶液的质量比为1：0.6-0.8：5；磷酸二氢钠的质量分数为25%。

一种矿渣基公路压浆料制备方法，包括以下步骤：

（a）将脱硫石膏烘干，碾细装入防潮袋备用；

（b）配制胶凝材料：称量矿渣粉、脱硫石膏、碱性激发剂，将胶凝材料和外加剂混合均匀，准备规定量（材料总量的26%-28%）的水；

（c）将混匀的料和水加入压浆料搅拌锅，用压浆料高速搅拌机先在700r/min转速下，搅拌1min，使材料充分混合均匀，然后调整转速到3000r/min，搅拌3min；

（d）使用压浆料流锥漏斗，测量压浆料初始、30min、60min流动度；

（e）将搅拌均匀的压浆料装入40*40*160均匀涂有黄油的标准三联试模，振捣均匀，并抹平；

（f）在室温下放置24h拆模，放入标准恒温养护箱，分别养护至3d、7d、28d，测试抗折强度和抗压强度；

（g）按照标准试验方法测试标准试块的膨胀率。

本发明的原理如下：矿渣粉是用水淬高炉矿渣，经过破碎、粉磨得到的矿物掺合料。具有较高活性，能通过火山灰作用，提高混凝土的各龄期抗压强度。矿渣粉水化热低，能够抑制碱骨料反应，具有较高的应用前景。脱硫石膏是回收燃煤（油）烟气中的SO2得到的工业副产品，主要成分是CaSO4·2H2O。通过使用脱硫石膏及碱性激发剂激发矿渣粉的活性，促进矿渣粉的水化反应进程，协同粉煤灰的火山灰效应，制备流动性能优异，浆体稳定，充盈度好，凝结时间可调，微膨胀，强度高的公路压浆料。氢氧化钠提供氢氧根，与甲基硅酸钠的复合激发作用下生成更多的CSH凝胶和钙矾石，同时甲基为憎水基团，防止水分及有害离子入侵，甲基三甲氧硅烷为偶联剂，提高不同水化产物之间的粘结力，单纯使用一种碱性激发剂效果不明显，三者复合激发作用下既能提高强度，同时也可以提高压浆料的耐久性。粉煤灰经过改性处理，粉煤灰颗粒表面Si-O断键和Al-O断键活性得到充分激发，反应所需要的活化能更低，更容易生成沸石类矿物质，提高强度。同时羟丙基甲基纤维素的磷酸二氢钠水溶液具有很好的亲水性，粉煤灰极性更强，能够通过氢键作用吸附更多自由水，保水作用更强。减水剂为高酸醚比两性聚羧酸减水剂，酸醚比更高，使得羧基密度提高，减水剂中含有更多的羧基和阳离子官能团，更容易吸附在矿渣表面，降低表面张力，提高流动度。

本发明的优点在于：压浆料制备过程不使用水泥，主要为矿粉、粉煤灰等矿物掺合料和脱硫石膏固体废弃物以及碱性激发剂，制备原料安全环保，生产过程不产生CO2温室气体，不消耗煤炭资源，同时解决固体废弃物的堆存，解放大量土地资源，防止造成二次污染。新型矿渣基压浆料，浆体稳定，不会出现沉淀离析现象，各龄期抗压强度、不同时间流动度、膨胀率都满足标准要求。

具体实施方式

实施例1

一种矿渣基公路压浆料制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表1配比准确称量规定量的胶凝材料和外加剂，碱性激发剂甲基硅酸钠：甲基三甲氧硅烷：氢氧化钠的比例为1：0.5：8.5，缓凝剂葡萄糖酸钠：柠檬酸：白糖的比例为1：0.5：0.5，减水剂为高酸醚比两性聚羧酸减水剂;

(2)将材料混合均匀与水一起加入压浆料搅拌锅，调整压浆料搅拌机在700r/min转速下，搅拌1min，然后调整转速到3000r/min，搅拌3min。

(3)使用压浆料流锥漏斗，测量压浆料初始、30min、60min流动度，将搅拌均匀的压浆料装入40*40*160均匀涂有黄油的标准三联试模，振捣均匀，并抹平;

(4)室温下放置24h拆模，放入标准恒温养护箱，分别养护至3d、7d、28d，测试抗折强度和抗压强度。压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果如表2。

表1 压浆料试验配比

矿渣粉	脱硫石膏	碱性激发剂	粉煤灰	减水剂	缓凝剂	膨胀剂	消泡剂
								60	8	5	20	0.3	0.1	0.55	0.05

如表2 压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果。

实施例2

一种矿渣基公路压浆料制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表3配比准确称量规定量的胶凝材料和外加剂，碱性激发剂甲基硅酸钠：甲基三甲氧硅烷：氢氧化钠的比例为1：0.5：8.5，缓凝剂葡萄糖酸钠：柠檬酸：白糖的比例为1：0.5：0.5，减水剂为高酸醚比两性聚羧酸减水剂;

(2)将材料混合均匀与水一起加入压浆料搅拌锅，调整压浆料搅拌机在700r/min转速下，搅拌1min，然后调整转速到3000r/min，搅拌3min。

(3)使用压浆料流锥漏斗，测量压浆料初始、30min、60min流动度，将搅拌均匀的压浆料装入40*40*160均匀涂有黄油的标准三联试模，振捣均匀，并抹平;

(4)室温下放置24h拆模，放入标准恒温养护箱，分别养护至3d、7d、28d，测试抗折强度和抗压强度。压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果如表4。

表3 压浆料试验配比

矿渣粉	脱硫石膏	碱性激发剂	粉煤灰	减水剂	缓凝剂	膨胀剂	消泡剂
								60	8	5	20	0.4	0.1	0.55	0.05

如表4 压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果。

实施例3

一种矿渣基公路压浆料制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表5配比准确称量规定量的胶凝材料和外加剂，碱性激发剂甲基硅酸钠：甲基三甲氧硅烷：氢氧化钠的比例为1：0.5：8.5，缓凝剂葡萄糖酸钠：柠檬酸：白糖的比例为1：0.5：0.5，减水剂为高酸醚比两性聚羧酸减水剂;

(2)将材料混合均匀与水一起加入压浆料搅拌锅，调整压浆料搅拌机在700r/min转速下，搅拌1min，然后调整转速到3000r/min，搅拌3min。

(3)使用压浆料流锥漏斗，测量压浆料初始、30min、60min流动度，将搅拌均匀的压浆料装入40*40*160均匀涂有黄油的标准三联试模，振捣均匀，并抹平;

(4)室温下放置24h拆模，放入标准恒温养护箱，分别养护至3d、7d、28d，测试抗折强度和抗压强度。压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果如表6。

表5 压浆料试验配比

矿渣粉	脱硫石膏	碱性激发剂	粉煤灰	减水剂	缓凝剂	膨胀剂	消泡剂
								60	8	5	30	0.4	0.1	0.55	0.05

如表6 压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果。

粉煤灰采用以下方法进行预处理：将粉煤灰中加入月桂酸钠水溶液，将其加入反应釜中，在90-100℃下水热处理2-3h，过滤后烘干，然后加入羧丙基甲基纤维素的磷酸二氢钠水溶液中，搅拌40-50min，过滤后干燥即可。

粉煤灰和月桂酸钠水溶液的料液比为1g：15mL；月桂酸钠水溶液的浓度为0.2mol/L；粉煤灰和羧丙基甲基纤维素、磷酸二氢钠水溶液的质量比为1：0.6-0.8：5；磷酸二氢钠的质量分数为25%。

对比例1

一种矿渣基公路压浆料制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表7配比准确称量规定量的胶凝材料和外加剂，碱性激发剂使用水玻璃，缓凝剂使用三聚磷酸钠，减水剂使用市售聚羧酸减水剂;

(2)将材料混合均匀与水一起加入压浆料搅拌锅，调整压浆料搅拌机在700r/min转速下，搅拌1min，然后调整转速到3000r/min，搅拌3min。

(3)使用压浆料流锥漏斗，测量压浆料初始、30min、60min流动度，将搅拌均匀的压浆料装入40*40*160均匀涂有黄油的标准三联试模，振捣均匀，并抹平;

(4)室温下放置24h拆模，放入标准恒温养护箱，分别养护至3d、7d、28d，测试抗折强度和抗压强度。压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果如表8。

表7 压浆料试验配比

如表8 压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果。

对比例2

一种矿渣基公路压浆料制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表9配比准确称量规定量的胶凝材料和外加剂，碱性激发剂使用氢氧化钠，缓凝剂使用葡萄糖酸钠，减水剂使用市售聚羧酸减水剂;

(2)将材料混合均匀与水一起加入压浆料搅拌锅，调整压浆料搅拌机在700r/min转速下，搅拌1min，然后调整转速到3000r/min，搅拌3min。

(3)使用压浆料流锥漏斗，测量压浆料初始、30min、60min流动度，将搅拌均匀的压浆料装入40*40*160均匀涂有黄油的标准三联试模，振捣均匀，并抹平;

(4)室温下放置24h拆模，放入标准恒温养护箱，分别养护至3d、7d、28d，测试抗折强度和抗压强度。压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果如表10。

表9 压浆料试验配比

矿渣粉	脱硫石膏	碱性激发剂	粉煤灰	减水剂	缓凝剂	膨胀剂	消泡剂
								60	8	5	20	0.3	0.1	0.55	0.05

如表10压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果。

对比例3

一种水泥基公路压浆料制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表11配比准确称量规定量的胶凝材料和外加剂，胶凝材料使用P·O42.5硅酸盐水泥，缓凝剂使用三聚磷酸钠，使用市售聚羧酸减水剂;

(2)将材料混合均匀与水一起加入压浆料搅拌锅，调整压浆料搅拌机在700r/min转速下，搅拌1min，然后调整转速到3000r/min，搅拌3min。

(3)使用压浆料流锥漏斗，测量压浆料初始、30min、60min流动度，将搅拌均匀的压浆料装入40*40*160均匀涂有黄油的标准三联试模，振捣均匀，并抹平;

(4)室温下放置24h拆模，放入标准恒温养护箱，分别养护至3d、7d、28d，测试抗折强度和抗压强度。压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果如表12。使用普通硅酸盐水泥和市售聚羧酸减水剂的压浆料，出机流动度较差，30min及60min流动度损失明显，早期抗折强度和抗压强度较差不能满足规范要求。

表11 压浆料试验配比

普通硅酸酸盐水泥	粉煤灰	减水剂	缓凝剂	膨胀剂	消泡剂
						80	19	0.35	0.17	0.65	0.1

如表12 压浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率，试验结果。

对比例1中没有添加脱硫石膏，使用水玻璃做激发剂，使用三聚磷酸钠做缓凝剂，导致公路压浆料初凝和终凝中间时间较短，可操作性差，各龄期强度较低，使用市售聚羧酸减水剂不适用矿渣体系，导致流动性较差；对比例2中加入脱硫石膏，使用单一组分的缓凝剂和碱性激发剂，早期抗压强度较低，强度仍然不能满足标准要求；对比例3中使用普通硅酸盐水泥、常规粉煤灰，生产的压浆料流动性差，抗压强度和抗折强度低，不能满足实际工程要求。

上表可以看出，实施例1中使用单组分的碱性激发剂和缓凝剂各项指标可以满足工程标准要求。实施例1与对比例2相比，优化了碱性激发剂和缓凝剂的配比，更换了高酸醚比两性聚羧酸减水剂，添加量没变的情况下，缓凝剂和减水剂的复合作用下，凝结时间和流动度都得到优化，可施工性提高，碱性激发剂的复合作用下，甲基硅酸钠和氢氧化钠相互激发，生成更多的CSH凝胶，同时在甲基三甲氧硅烷交联作用下，密实度提高，各龄期的抗压强度和抗折强度都得到明显提高。实施例2和实施例1相比，提高了高酸醚比两性聚羧酸减水剂用量，流动度明显改善，实施例3与实施例2相比，提高了粉煤灰的掺量，粉煤灰经过改性处理后，降低材料的吸水率，压浆料的流动度更好，改性后材料的活性更高，28d强度明显提高。本发明的矿渣公路压浆料能提高浆液性能指标，从而保证工程施工质量。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)

1.一种矿渣基公路压浆料，其特征在于：包括胶凝材料和外加剂；

胶凝材料包含以下重量份数原料：

矿渣粉：50-70；

脱硫石膏：6-10；

矿渣专用碱性激发剂：5-9；

粉煤灰：20-30；

外加剂包含以下重量份数原料：

高酸醚比两性聚羧酸减水剂：0.3-0.4；

缓凝剂：0.1-0.2；

膨胀剂：0.5-0.6；

消泡剂：0.04-0.06；

矿渣专用碱性激发剂包括甲基硅酸钠、甲基三甲氧硅烷和氢氧化钠，甲基硅酸钠、甲基三甲氧硅烷和氢氧化钠质量比为1：0.5：8.5。

2.根据权利要求1矿渣基公路压浆料，其特征在于：缓凝剂包括葡萄糖酸钠、柠檬酸和白糖，葡萄糖酸钠：柠檬酸：白糖的质量比为1：0.5：0.5。

3.根据权利要求1矿渣基公路压浆料，其特征在于：高酸醚比两性聚羧酸减水剂为丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵和二乙二醇单乙烯基醚通过本体聚合反应合成，三种材料的分子数量比为9：1：1，合成温度为75℃，引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯，用量为材料总量的 0.5%，合成的聚羧酸分子量为30000。

4.根据权利要求1矿渣基公路压浆料，其特征在于：粉煤灰采用以下方法进行预处理：将粉煤灰中加入月桂酸钠水溶液，将其加入反应釜中，在90-100℃下水热处理2-3h，过滤后烘干，然后加入羧丙基甲基纤维素的磷酸二氢钠水溶液中，搅拌40-50min，过滤后干燥即可。

5.根据权利要求4矿渣基公路压浆料，其特征在于：粉煤灰和月桂酸钠水溶液的料液比为1g：15mL；月桂酸钠水溶液的浓度为0.2mol/L。

6.根据权利要求4矿渣基公路压浆料，其特征在于：粉煤灰和羧丙基甲基纤维素、磷酸二氢钠水溶液的质量比为1：0.6-0.8：5；磷酸二氢钠的质量分数为25%。

7.一种矿渣基公路压浆料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（a）将脱硫石膏烘干，碾细装入防潮袋备用；

（b）配制胶凝材料：称量矿渣粉、脱硫石膏、碱性激发剂，将胶凝材料和外加剂混合均匀，准备规定量水，水占混合材料总量的26%-28%；

（c）将混匀的料和水加入压浆料搅拌锅，用压浆料高速搅拌机先在700r/min转速下，搅拌1min，使材料充分混合均匀，然后调整转速到3000r/min，使材料达到15m/s的线速度，搅拌3min；

（d）使用压浆料流锥漏斗，测量压浆料初始、30min、60min流动度；

（e）将搅拌均匀的压浆料装入40*40*160均匀涂有黄油的标准三联试模，振捣均匀，并抹平；

（f）在室温下放置24h拆模，放入标准恒温养护箱，分别养护至3d、7d、28d，测试抗折强度和抗压强度；

（g）按照标准试验方法测试标准试块的膨胀率。