CN113754366A - 一种抗爆抗冲击灌浆料及其制备方法 - Google Patents

一种抗爆抗冲击灌浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗爆抗冲击灌浆料及其制备方法，本发明的抗爆抗冲击灌浆料由以下原料制成：复合胶凝材料、配砂、混掺外加剂和增韧材料，加水拌制后具有初始流动度≥300mm、1d抗压强度≥75MPa，3d抗压强度≥100MPa、28d抗压强度≥140MPa、56d抗压强度≥150MPa、28d竖向膨胀率0.01‑0.20％、28d电通量≤300C、韧性指数I10≥7，破坏冲击耗能≥25000J，具有高流动性、高早强、超高强、高韧性、高抗爆、高抗冲击、无收缩和高耐久等综合性能，能实现灌浆结构的高耐久性和高安全性。

Description

一种抗爆抗冲击灌浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于工程材料技术领域，具体来说涉及一种抗爆抗冲击灌浆料及其制备方法。
背景技术
随着灌浆料朝着高强度、高性能与多功能的方向发展，如何解决灌浆料强度提高而脆性增大易爆裂的问题，已经成为当前灌浆料开发应用关注的热点问题。
现有技术中，高强及超高强灌浆料具有脆性大、抗爆及抗冲击性能差等缺点，制约了灌浆结构的力学性能、耐久性能、抗爆、抗冲击和抗疲劳性能的提升，增强灌浆料的韧性和变形能力对于保证灌浆结构的长期使用和安全性能起着至关重要的作用。
目前国内还没有可以满足抗爆抗冲击性能要求的特种超高性能灌浆料，现有技术中，高强及超高强灌浆料的性能技术指标与抗爆抗冲击型超高性能灌浆料的性能需求存在较大差距。本发明针对一种抗爆抗冲击型超高性能灌浆料的性能需求特点，开发一种具有高流动性、高早强、超高强、高韧性、高抗爆、高抗冲击、无收缩和高耐久等综合性能的灌浆料，其部分性能技术指标超出国内外现有超高强灌浆料产品，有望填补该领域的空白，对推动灌浆料朝着高性能和多功能方向发展具有重要意义。
发明内容
本发明为解决现有技术中，高强及超高强灌浆料的脆性大、达到极限荷载后易发生爆裂破坏而失去承载力的问题，发明了一种抗爆抗冲击型超高性能灌浆料，该灌浆料具有高流动性、自密实性、高早强、超高强、高韧性、高抗爆、高抗冲击、无收缩和高耐久等综合性能，能实现灌浆结构的高耐久性和高安全性。
为实现上述技术目的，本发明提出如下技术方案：
一种抗爆抗冲击灌浆料，由以下原料制成：复合胶凝材料、级配砂、混掺外加剂和增韧材料；
所述原料的重量份配比为：复合胶凝材料40-55份，配砂45-60份、混掺外加剂0.5-2.5份和增韧材料0.3-1.5份。
在上述技术方案中，所述复合胶凝材料由以下原料制成：水泥、粉煤灰微珠、硅灰和硬化膨胀剂；所述原料的重量份配比为：水泥59-80份、粉煤灰微珠10-25份、硅灰4-8份和硬化膨胀剂6-8份。
在上述技术方案中，所述水泥为525级及以上硅酸盐水泥，
在上述技术方案中，所述水泥优选为PI525或PI625硅酸盐水泥。
在上述技术方案中，所述粉煤灰微珠是优质粉煤灰中精选出的一种新型活性超细全球状的粉体，粒径分布为0.1-5μm。
在上述技术方案中，所述硅灰为加密型硅灰。
在上述技术方案中，所述硬化膨胀剂优选为氧化镁膨胀剂。
在上述技术方案中，所述配砂由不同目数的石英砂、水洗河砂或机制砂按比例复配制得。
在上述技术方案中，所述配砂优选为由6-8目、8-10目、10-20目、20-40目、40-70目、70-120目、120-200目的石英砂复配而成，各组分的重量份配比为：6-8目为8-10份，8-10目为7-9份，10-20目为24-28份，20-40目为18-20份，40-70目为16-18份，70-120目为10-13份，120-200目为8-11份。
在上述技术方案中，所述混掺外加剂由减水剂、缓凝剂、消泡剂、聚合物乳胶粉和塑性膨胀剂混掺而成，各组分占复合胶凝材料的质量百分比为：减水剂0.30％-0.70％，缓凝剂0.00％-0.04％，消泡剂0.30％-0.70％，聚合物乳胶粉0.20％-1.00％，塑性膨胀剂0.02％-0.06％。
在上述技术方案中，所述的减水剂为醚类聚羧酸粉体减水剂。
在上述技术方案中，所述缓凝剂为粉末状葡萄糖酸钠。
在上述技术方案中，所述的消泡剂为聚醚类高效能粉体消泡剂。
在上述技术方案中，所述的聚合物乳胶粉为粉末状可再分散性乳胶粉。
在上述技术方案中，所述塑性膨胀剂为黄色粉末状高效塑性膨胀剂。
在上述技术方案中，所述增韧材料为纤维。
在上述技术方案中，所述增韧材料优选为镀铜微丝型钢纤维、镀铜端钩型钢纤维或共聚甲醛纤维，
在上述技术方案中，所述增韧材料优选镀铜微丝型钢纤维和共聚甲醛纤维按体积率比0.5-1.5进行混掺制得，或镀铜端钩型钢纤维和共聚甲醛纤维按体积率比0.5-1.5进行混掺制得。
在上述技术方案中，所述镀铜微丝型钢纤维的直径为0.20mm，长径比为60-120，所述镀铜端钩型钢纤维的直径为0.20mm，长径比为60，所述共聚甲醛纤维直径为0.2mm，长度为4-24mm。
在上述技术方案中，所述一种抗爆抗冲击灌浆料通过加水拌制，水应满足混凝土拌和用水要求，加水量应为0.080-0.084的水料比，拌制时应边搅拌边加水，1min内加完水后应再搅拌5-6min。
一种抗爆抗冲击灌浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)复合胶凝材料的制备：按比例计量水泥、粉煤灰微珠、硅灰、膨胀剂，加入搅拌机充分搅拌3min，使之混合均匀；
2)配砂的制备：按比例计量6-8目、8-10目、10-20目、20-40目、40-70目、70-120目、120-200目的石英砂，加入搅拌机充分搅拌3min，使之混合均匀；
3)混掺外加剂的制备：按比例计量减水剂、缓凝剂、消泡剂、乳胶粉和塑性膨胀剂，加入搅拌机充分搅拌3min，使之混合均匀；
4)按掺量和规格型号计量增韧材料；
5)将复合胶凝材料、配砂、混掺外加剂和增韧纤维，按比例计量混合，再充分搅拌10min，确保各组分均匀分布，制备成抗爆抗冲击灌浆料。
本发明的优点和有益效果为：
本发明解决了现有技术中，高强及超高强灌浆料的脆性大、达到极限荷载后易发生爆裂破坏而失去承载力的问题，本发明的抗爆抗冲击灌浆料加水拌制后具有初始流动度≥300mm、1d抗压强度≥75MPa，3d抗压强度≥100MPa、28d抗压强度≥140MPa、56d抗压强度≥150MPa、28d竖向膨胀率0.01-0.20％、28d电通量≤300C、韧性指数I10≥7，破坏冲击耗能≥25000J，具有高流动性、高早强、超高强、高韧性、高抗爆、高抗冲击、无收缩和高耐久等综合性能，能实现灌浆结构的高耐久性和高安全性。本发明的灌浆料的部分性能技术指标超出国内外现有超高强灌浆料产品，有望填补该领域的相关空白，对推动灌浆料朝着高性能和多功能方向发展具有重要意义。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1一种抗爆抗冲击灌浆料1的制备
一种抗爆抗冲击灌浆料1，该灌浆料的组成和质量百分比为：复合胶凝材料45％、配砂55％、混掺外加剂(占复合胶凝材料的质量百分比)1.45％、增韧材料(体积率)0.80％。其中：
1)复合胶凝材料的组成为：PI525水泥75％、微珠15％、硅灰4％、硬化膨胀剂6％。
2)配砂的组成为：6-8目8％、8-10目10％、10-20目25％、20-40目19％、40-70目17％、70-120目12％、120-200目9％。
3)混掺外加剂的组成(占复合胶凝材料的质量百分比)为减水剂0.50％、缓凝剂0.02％、消泡剂0.40％、聚合物乳胶粉0.50％、塑性膨胀剂0.03％。
4)增韧材料的组成为直径0.20mm且长径比60的镀铜微丝型钢纤维(体积率)0.80％。
一种抗爆抗冲击灌浆料1的上述各组分经精确计量后混掺，均匀搅拌10min、制得灌浆料1的干粉料。
一种抗爆抗冲击型超高性能灌浆料1的干粉料，按照水料比(拌合水与干粉料的质量比)0.082，使用搅拌机加水搅拌6min后，检测灌浆料的流动性能并成型试件。参考《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)测定灌浆料的流动度、抗压强度、竖向膨胀率；参考《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)测定灌浆料的电通量；参考《纤维混凝土应用技术规程》(JGJ/T 221-2010)和《纤维混凝土试验方法标准》(CECS:13-2009)测定灌浆料的弯曲韧性指数I10；参考《纤维混凝土试验方法标准》(CECS:13-2009)测定灌浆料的抗破坏冲击耗能。测得其初始流动度310mm、1d抗压强度79.3MPa，3d抗压强度110.8MPa、28d抗压强度146.3MPa、56d抗压强度156.1MPa、28d竖向膨胀率0.04％、28d电通量240C、韧性指数I10＝7.5，破坏冲击耗能26500J。
实施例2一种抗爆抗冲击灌浆料2的制备
一种抗爆抗冲击灌浆料2，该灌浆料的组成和质量百分比为：复合胶凝材料50％、配砂50％、混掺外加剂(占复合胶凝材料的质量百分比)1.65％、增韧材料(体积率)1.20％。其中：
1)复合胶凝材料的组成为：PI625水泥70％、微珠18％、硅灰6％、硬化膨胀剂6％。
2)配砂的组成为：6-8目8％、8-10目10％、10-20目25％、20-40目19％、40-70目17％、70-120目12％、120-200目9％。
3)混掺外加剂的组成(占复合胶凝材料的质量百分比)为减水剂0.70％、缓凝剂0.01％、消泡剂0.50％、聚合物乳胶粉0.50％、塑性膨胀剂0.04％。
4)增韧材料为混掺纤维，其组成为直径0.20mm且长径比60的镀铜微丝型钢纤维(体积率)0.70％和POM纤维(体积率)0.50％。
一种抗爆抗冲击灌浆料2的上述各组分经精确计量后混掺，均匀搅拌10min、制得灌浆料2的干粉料。
一种抗爆抗冲击灌浆料2的干粉料，按照水料比(拌合水与干粉料的质量比)0.082，使用搅拌机加水搅拌6min后，检测灌浆料的流动性能并成型试件。参考《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)测定灌浆料的流动度、抗压强度、竖向膨胀率；参考《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)测定灌浆料的电通量；参考《纤维混凝土应用技术规程》(JGJ/T 221-2010)和《纤维混凝土试验方法标准》(CECS:13-2009)测定灌浆料的弯曲韧性指数I10；参考《纤维混凝土试验方法标准》(CECS:13-2009)测定灌浆料的抗破坏冲击耗能。测得其初始流动度306mm、1d抗压强度85.5MPa，3d抗压强度119.2MPa、28d抗压强度153.7MPa、56d抗压强度164.3MPa、28d竖向膨胀率0.06％、28d电通量215C、韧性指数I10＝8.0，破坏冲击耗能29000J。
本发明的灌浆料与国内外超高强灌浆料的性能对比见表1。本发明的灌浆料的部分性能技术指标超出国内外现有超高强灌浆料产品，有望填补该领域的相关空白，对推动灌浆料朝着高性能和多功能方向发展具有重要意义。
表1本发明的灌浆料与国内外超高强灌浆料的性能对比
Figure BDA0003189572220000051
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：由以下原料制成：复合胶凝材料、配砂、混掺外加剂和增韧材料；
所述原料的重量份配比为：复合胶凝材料40-55份，配砂45-60份、混掺外加剂0.5-2.5份和增韧材料0.3-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：所述复合胶凝材料由以下原料制成：水泥、粉煤灰微珠、硅灰和硬化膨胀剂；所述原料的重量份配比为：水泥59-80份、粉煤灰微珠10-25份、硅灰4-8份和硬化膨胀剂6-8份。
3.根据权利要求2所述的一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：所述水泥为525级及以上硅酸盐水泥；所述粉煤灰微珠粒径分布为0.1-5μm；所述硅灰为加密型硅灰；所述硬化膨胀剂优选为氧化镁膨胀剂。
4.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：所述配砂由不同目数的石英砂、水洗河砂或机制砂按比例复配制得。
5.根据权利要求4所述的一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：所述配砂由6-8目、8-10目、10-20目、20-40目、40-70目、70-120目、120-200目的石英砂复配而成，各组分的重量份配比为：6-8目为8-10份，8-10目为7-9份，10-20目为24-28份，20-40目为18-20份，40-70目为16-18份，70-120目为10-13份，120-200目为8-11份。
6.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：所述混掺外加剂由减水剂、缓凝剂、消泡剂、聚合物乳胶粉和塑性膨胀剂混掺而成，各组分占复合胶凝材料的质量百分比为：减水剂0.30％-0.70％，缓凝剂0.00％-0.04％，消泡剂0.30％-0.70％，聚合物乳胶粉0.20％-1.00％，塑性膨胀剂0.02％-0.06％。
7.根据权利要求6所述的一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：所述的减水剂为醚类聚羧酸粉体减水剂；所述缓凝剂为粉末状葡萄糖酸钠；所述的消泡剂为聚醚类高效能粉体消泡剂；所述的聚合物乳胶粉为粉末状可再分散性乳胶粉；所述塑性膨胀剂为黄色粉末状高效塑性膨胀剂。
8.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：所述增韧材料为镀铜微丝型钢纤维、镀铜端钩型钢纤维或共聚甲醛纤维、或由镀铜微丝型钢纤维和共聚甲醛纤维按体积率比0.5-1.5进行混掺制得，或由镀铜端钩型钢纤维和共聚甲醛纤维按体积率比0.5-1.5进行混掺制得。
9.根据权利要求8所述的一种抗爆抗冲击灌浆料，其特征在于：所述镀铜微丝型钢纤维的直径为0.20mm，长径比为60-120，所述镀铜端钩型钢纤维的直径为0.20mm，长径比为60，所述共聚甲醛纤维直径为0.2mm，长度为4-24mm。
10.一种抗爆抗冲击灌浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)复合胶凝材料的制备：按比例计量水泥、粉煤灰微珠、硅灰、膨胀剂，加入搅拌机充分搅拌3min，使之混合均匀；
2)配砂的制备：按比例计量6-8目、8-10目、10-20目、20-40目、40-70目、70-120目、120-200目的石英砂，加入搅拌机充分搅拌3min，使之混合均匀；
3)混掺外加剂的制备：按比例计量减水剂、缓凝剂、消泡剂、乳胶粉和塑性膨胀剂，加入搅拌机充分搅拌3min，使之混合均匀；
4)按掺量和规格型号计量增韧材料；
5)将复合胶凝材料、配砂、混掺外加剂和增韧纤维，按比例计量混合，再充分搅拌10min，确保各组分均匀分布，制备成抗爆抗冲击灌浆料。
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