CN115490496A - 一种高强灌浆料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强灌浆料,其原料包括:膨胀性水泥、普通水泥、石膏、粉煤灰、硅灰、矿粉、短切碳纤维、石英砂、水。本发明还提供了一种所述高强灌浆料的制备方法和应用。本发明所得高强灌浆料具有高流动度、高早强、高后期强度及微膨胀四位一体的特点。
Description
技术领域
本发明涉及灌浆料技术领域,具体是一种高强灌浆料及其制备方法和应用。
背景技术
高架桥作为城市的标志性道路,发展迅猛,如何减少对现有交通的影响,提升作业效率,减少施工成本,又快又好的建设高架桥这一跨线桥梁,成为亟待需要解决的问题,无论是装配式建筑还是智能装配造桥机成功推广应用,都有赖于发展连接关键节点用灌浆料,以实现基于相应灌浆套筒的梁、板、柱、支座各类装配构件快速安全连接,以及相应整体工程施工效率的快速提升、工期的大幅度节约。
传统灌浆料主要用于地脚爆栓错固、设备基础的二次灌浆、路桥工程加固等,但用于装配式建筑连接存在一些问题。市售及工程中应用的水泥基灌浆料常存在如凝结时间太快或缓慢,施工可操作时间太短,后期强度不高,硬化后期收缩,总体成本较高等问题。因此,针对装配式建筑用灌浆料也提出更高要求,不仅要满足较高抗压强度和适量的膨胀要求,还要有良好施工性能以及较长可操作时间。
与此同时,当发展智能装配工程时,存在以下问题:1、部分灌浆料掺入了大量钢纤维增韧,导致施工过程中出现了堵管现象,造成施工不变。钢纤维的大量掺入还会造成后期钢纤维锈蚀,导致灌浆料硬化后开裂,致使其强度降低。2、市售部分超早强灌浆料虽然强度很高,但流动度较差,凝结时间太短,实际应用过程中,灌浆料无法充分填充套筒,各装配构建连接不牢固,延缓工程进度,增大施工成本。
可见,现有灌浆料无法同时具备良好流动度、较高的早期强度和后期强度及微膨胀性能,总体施工效率大幅降低,智能装配工程的优点受到制约。
发明内容
针对上述现有技术,本发明提出一种高强灌浆料及其制备方法和应用,所得高强灌浆料具有高流动度、高早强、高后期强度及微膨胀四位一体的特点。
本发明提供的一种高强灌浆料,其原料包括:膨胀性水泥、普通水泥、石膏、粉煤灰、硅灰、矿粉、短切碳纤维、石英砂、水。
优选地,按重量份计,其原料包括:膨胀性水泥30份、普通水泥10份、粉煤灰7.5份、硅灰5份、矿粉5份、短切碳纤维0.5份、20-40目石英砂13.3份、40-70目石英砂13.3份、70-110目石英砂13.3份、水15份。
优选地,所述膨胀性水泥采用硫铝酸盐水泥,所述普通水泥采用硅酸盐水泥。
优选地,所述矿粉采用S105级超细矿粉。
优选地,所述粉煤灰采用一级粉煤灰。
优选地,所述短切碳纤维的长度为3-8mm、直径为7μm。
优选地,所述水为蒸馏水或去离子水或自来水。
本发明还提供一种所述的高强灌浆料的制备方法,包括下述步骤:
S1、以普通水泥、膨胀性水泥及石膏为原料,形成复合三元水泥体系,将粉煤灰、硅灰、矿粉与所述复合三元水泥体系混合均匀,形成复配胶凝体系;
S2、根据预先确定的灌浆料干混料配合比,将不同粗细度的所述复配胶凝体系、短切碳纤维与石英砂密实混匀,形成灌浆料干混料;
S3、将减水剂、缓释型保水剂与水混合均匀形成外加剂溶液;
S4、将所述外加剂溶液与所述灌浆料干混料、消泡剂混合,制得灌浆料。
优选地,所述减水剂为苏博特工厂生产的PCA-I系列新一代含C-S-H晶核聚羧酸高效减水剂母液。
本发明还提供一种所述的高强灌浆料在智能装配造桥机与装配式建筑结构快速连接中的应用,将所述的高强灌浆料采用普通灌浆法或压力灌浆法灌入全灌浆钢筋套筒或半灌浆钢筋套筒中,进而实现智能装配造桥机与装配式建筑结构快速连接。预制构件在施工现场连接时,其钢筋接头在组件内部,在连接过程中可将所述高强灌浆料通过管道注入组件内部的连通腔及套筒内腔内。
相对于现有技术,本发明的有益效果为:
1、本发明中粉煤灰、硅灰、矿粉作为矿物渗合料取代部分水泥作为胶凝材料,也参与了拌合物的水化反应,对灌浆料各龄期强度有一定影响。掺入矿物渗合料后浆体具有早强高强机理。其主要原因是在水泥石中的钙矾石与凝胶、水化硅酸钙凝胶相互搭接,随着龄期发展,结构变得较为致密。本发明采用硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配来达到早强髙强目的,再利用活性二氧化硅的火山灰性与混合水泥体系反应生成C-S-H凝胶,达到超早强的目的。掺入粉煤灰可以减缓硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥熟料水化反应,增加灌浆料早期的流动性。硅灰、矿粉的掺入可以填充水泥、粉煤灰之间的空隙,实现材料的最紧密堆积,能够提高灌浆后期强度。
2、为解决灌浆料堵管问题以及钢纤维锈蚀问题,本发明选择采用3-8mm长、7μm直径的短切碳纤维来替代钢纤维,以提升高强灌浆料的力学韧性与自感知性能,增强灌浆料的抗裂能力。为了让流动度、早期强度、后期强度同时得到满足,本发明采用苏博特工厂生产的PCA-I系列新一代聚羧酸高效减水剂母液,增加了灌浆料的流动度,同时能够将水灰比控制在0.25以下,有效地保证了灌浆料的后期强度,新一代减水剂能够与硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成的水泥混合体系产生良好的相容性,极大地提高本发明的早期强度。
3、采用本发明灌浆料能够实现智能装配造桥机与装配式建筑结构的快速连接,并且能够形成较高的早期强度,12h抗压强度≥60Mpa,28d抗压强度≥100Mpa,本发明还满足灌浆料初始流动度≥300mm、30min后流动度保留值≥260mm。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例
一种高强灌浆料,其原料包括:膨胀性水泥30份、普通水泥10份、粉煤灰7.5份、硅灰5份、矿粉5份、短切碳纤维0.5份、20-40目石英砂13.3份、40-70目石英砂13.3份、70-110目石英砂13.3份、去离子水15份。
其中,所述膨胀性水泥采用北极熊硫铝酸盐525水泥,所述普通水泥采用硅酸盐525水泥,所述矿粉采用S105级超细矿粉,所述粉煤灰采用一级粉煤灰,所述短切碳纤维的长度为3-8mm、直径为7μm。
在制备前,利用套筛法、负压筛法激光粒度分析仪对水泥、石英砂、石膏、硅灰、粉煤灰和超细矿粉进行测试,得到各微粒的粒径分布,利用最紧密堆积理论、共振法、研配法算出不同粒径区间段的微粒含量,使得各粉体达到最密实状态,得到灌浆料的砂胶比、细骨料级配、矿物掺和料掺比。
所述高强灌浆料的制备方法,包括下述步骤:
S1、以普通水泥、膨胀性水泥及石膏为原料,形成复合三元水泥体系,将粉煤灰、硅灰、矿粉与所述复合三元水泥体系混合均匀,形成复配胶凝体系;
S2、根据确定的灌浆料干混料配合比,将不同粗细度的所述复配胶凝体系、短切碳纤维与石英砂投入真空搅拌机中,以150r/min干混搅拌3min,形成灌浆料干混料;
S3、将减水剂、缓释型保水剂与去离子水采用玻璃棒搅拌10min混合均匀形成外加剂溶液;所述减水剂为含C-S-H晶核聚羧酸高效减水剂;
S4、将所述外加剂溶液加入真空搅拌机中,与所述灌浆料干混料、消泡剂以300r/min继续搅拌3min,制得灌浆料;该搅拌过程中使用真空搅拌机的真空系统进行抽真空,真空率不大于-0.098Mpa。
对本实施例得到的高强灌浆料进行性能测试,结果如下:硬化12h(龄期)抗压强度≥60MPa;硬化28d(龄期)抗压强度≥100MPa;流动度初始值≥300mm;30min流动度保留值≥260mm;竖向膨胀率3h为0.02~2%;24h与3h差值范围为0.02~0.4%;初凝时间、终凝时间根据现场施工需要分别在30min~1h、1.5h~6.5h区间内进行调整;氯离子含量≤0.03%;不泌水,泌水率0%,耐水性能佳;28d自干燥收缩率≤0.045%。
其中,抗压强度试验、流动度实验、竖向膨胀率实验:试验参考规范JG/T408-2019《钢筋连接用套筒灌浆料》,对不同龄期(12h、3d、7d、28 d)的灌浆料试块的抗压强度、竖向膨胀率进行测试。
凝结时间测定实验:装配快速连接用灌浆料凝结时间测试,按照 GB/T 50080-2016 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行,对灌浆料的初凝和终凝试件进行测试。
自干燥收缩试验:装配快速连接用灌浆料自干燥收缩试验参考规范JG/T408-2019《钢筋连接用套筒灌浆料》,对不同龄期(12h、3d、7d、28 d)的灌浆料试块的干燥收缩率进行测试。
自由泌水实验:自由泌水试验参考规范JG/T408-2019《钢筋连接用套筒灌浆料》规定,对灌浆料测其泌水率。
以上仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构,直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理在本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种高强灌浆料,其特征在于,其原料包括:膨胀性水泥、普通水泥、石膏、粉煤灰、硅灰、矿粉、短切碳纤维、石英砂、水。
2.如权利要求1所述的高强灌浆料,其特征在于,按重量份计,其原料包括:膨胀性水泥30份、普通水泥10份、粉煤灰7.5份、硅灰5份、矿粉5份、短切碳纤维0.5份、20-40目石英砂13.3份、40-70目石英砂13.3份、70-110目石英砂13.3份、水15份。
3.如权利要求1或2所述的高强灌浆料,其特征在于,所述膨胀性水泥采用硫铝酸盐水泥,所述普通水泥采用硅酸盐水泥。
4.如权利要求1或2所述的高强灌浆料,其特征在于,所述矿粉采用S105级超细矿粉。
5.如权利要求1或2所述的高强灌浆料,其特征在于,所述粉煤灰采用一级粉煤灰。
6.如权利要求1或2所述的高强灌浆料,其特征在于,所述短切碳纤维的长度为3-8mm、直径为7μm。
7.如权利要求1或2所述的高强灌浆料,其特征在于,所述水为蒸馏水或去离子水或自来水。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的高强灌浆料的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
S1、以普通水泥、膨胀性水泥及石膏为原料,形成复合三元水泥体系,将粉煤灰、硅灰、矿粉与所述复合三元水泥体系混合均匀,形成复配胶凝体系;
S2、根据预先确定的灌浆料干混料配合比,将不同粗细度的所述复配胶凝体系、短切碳纤维与石英砂密实混匀,形成灌浆料干混料;
S3、将减水剂、缓释型保水剂与水混合均匀形成外加剂溶液;
S4、将所述外加剂溶液与所述灌浆料干混料、消泡剂混合,制得灌浆料。
9.如权利要求8所述的高强灌浆料的制备方法,其特征在于,所述减水剂为含C-S-H晶核聚羧酸高效减水剂。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的高强灌浆料在智能装配造桥机与装配式建筑结构快速连接中的应用,其特征在于,将所述的高强灌浆料采用普通灌浆法或压力灌浆法灌入全灌浆钢筋套筒或半灌浆钢筋套筒中,实现智能装配造桥机与装配式建筑结构快速连接。
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