CN115819049B - 一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料及其制备方法，属于水泥基建筑材料领域，由水和混合料按照质量比0.08‑0.09：1组成；所述混合料包括以下重量份的原料：水泥36‑43份、矿物掺合料6‑10.5份、骨料45‑52份、复合功能材料2.5‑3.5份、纤维组合0‑5份；本发明提供的风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，绿色环保，相比于现有的灌浆料而言，矿物掺合料占胶凝材料比例较大，不仅减少水泥的使用量，减少工业尾料，又间接减少水泥生产中的二氧化碳，符合绿色风电基础安装水泥基灌浆料的要求，并且满足不同大小功率和不同自身重力载荷的风机工作要求。

Description

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于水泥基建筑材料领域，具体涉及了一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料以及该水泥基灌浆料的制备方法。

背景技术

随着我国风电建设的发展，风机单机功率越来越大，矗立高度也在不断增高，地形复杂，设备基础承载稳定要求的提高对灌浆料连接技术提出更大的挑战。灌浆技术作为风机基础安装的重要关键技术，其灌浆质量将直接影响到塔筒底座的整体稳定性能和安全性。灌浆料连接部位在结构上起到承上启下的作用，施工上起到承前启后的作用。通过灌浆连接，可降低风机安装误差，减少疲劳损伤。由于灌浆连接特殊的服役环境及施工工艺，要求灌浆料具有大流态性、超高强、高弹性模量、超早强、抗疲劳性等性能。大流态有利于灌浆料施工灌注，确保灌浆施工的连续通畅，而灌浆料的抗压强度与灌浆料连接法兰盘承载力密切相关，灌浆料抗压强度越高，相应灌浆连接段极限黏结强度越高，两者呈正比相关。

目前针对灌浆料的研究，主要是针对抗压强度进行的，但这些虽然达到了较大的28d抗压强度，却还有其他方面的弊端，具体表现在，标养28d抗压强度可以达到100MPa，但早期强度偏低，1d抗压强度只有30MPa，不利于早期吊装施工和下一道安装工序的高效进行。再有，虽然有的灌浆料其抗压强度可以达到160MPa，但材料流动性差，不仅无法实现自流施工，而且需要特殊的热养护制作工艺，不具备现场应用的条件。再有，市场上出现的Ⅲ类灌浆料抗压强度可以达到110MPa，但现场施工环境恶劣、强风吹、日晒，Ⅲ类灌浆料已不能满足现场施工要求。还有，该110MPaⅢ类灌浆料未加纤维类增强材料，不仅抗折强度低，而且抗疲劳性能、耐久性能和开裂性能会大幅度降低。因此，在满足流动度的前提下，使水泥基灌浆料兼顾超早强、高韧性、抗疲劳、耐久性、防开裂、高强的特点是本领域技术人员研究的重点。

为满足不同大小的风机功率和风机自身重力载荷的不同，除了满足灌浆料50448-2015标准中Ⅱ类的各项性能指标要求外，应该设计一种与风机大小相匹配的力学强度和施工性能可调的水泥基灌浆料，从材料的角度为实现风机连接一体化提供了技术保障和可选择性，而且降低了材料使用成本。

发明内容

本发明提供了一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料及其制备方法。该水泥基灌浆料通过连续级配、紧密堆积原理的骨料搭配设计和纤维组合体积率的控制，胶凝材料的匹配协同以及微集料的填充效应以及界面改善作用，实现了施工性能和材料物理性能可调的目的，能够保证该水泥基灌浆料静态弹性模量介于45Gpa-65Gpa之间，浆液容重在2350kg/m³-2850kg/m³之间，保证用水量0.08-0.09的同时水胶比在0.16-0.2之间，得到强度在（80-100）MPa、（100-120）MPa、（120-140）MPa、（140-160）MPa之间变化的不同规格品种的灌浆料，以解决上述技术背景中所提出的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，由水和混合料按照质量比0.08-0.09：1组成；所述混合料包括以下重量份的原料：水泥36-43份、矿物掺合料6-10.5份、骨料45-52份、复合功能材料2.5-3.5份、纤维组合0-5份。

其中，骨料由低密度骨料、中密度骨料和高密度骨料组成，粒径为0.3-2.36mm，其中粒径0.3-0.6mm的集配占比为25-35%，粒径为0.6-1.18mm的集配占比为40-50%，粒径为1.18-2.36mm的集配占比为25%。

进一步地，所述低密度骨料由普通河沙、石英砂、铁尾矿砂和机制砂中的一种或者多种按照任意比例组成，中密度骨料由石灰岩和玄武岩中的一种或两种按照任意比例组成，高密度骨料由金刚砂、碳化硅、金刚玉和白刚玉中的一种或者多种按照任意比例组成。

进一步地，所述骨料的体积密度为2.3-3.6g/cm³，吸水率不超过5%。

本发明骨料由三级粒径连续级配得到，因配置强度不一样，基于最紧密堆积原理，优选各种骨料的最佳比例及粒径以获得最小堆积空隙率和最佳流动性，同时实现弹性模量及浆液容量等其他物理力学指标。

进一步地，水泥为硅酸盐水泥P-Ⅰ52.5、硅酸盐水泥P-Ⅱ52.5、硅酸盐水泥P.O52.5和硫铝酸钙CSA胶结料72.5中的一种或多种按照任意比例组成。

进一步地，矿物掺合料选自硅灰、偏高岭土、超细矿粉和粉煤灰中的至少两种，且所述的矿物掺合料平均粒径为2-10μm；硅灰中活性二氧化硅含量≥90%，比表面积在18000-22000m²/kg，超细矿粉的28d活性指数≥105，比表面积在650-850m²/kg，平均粒径≤10μm；粉煤灰比表面积为400-600m²/kg。

进一步地，复合功能材料通过以下步骤制成：

取以下重量份原料：膨胀剂30-50份、减水剂15-25份、激发剂1.4-2.5份、缓凝剂组合5-7份、消泡剂4-6份、降粘剂46-100份；将上述原料投入搅拌机中搅拌均匀即可。

进一步地，所述膨胀剂由硫铝酸钙、氧化镁和塑性膨胀剂按照质量比15-22.5：20-22.5：1-1.2组成，塑性膨胀剂为偶氮二甲基酰胺或N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺。

进一步地，所述减水剂为减水率大于30%的粉末状聚羧酸减水剂。

进一步地，所述激发剂为上海三瑞高分子材料股份有限公司提供的水化硅酸钙纳米晶核。

进一步地，所述缓凝剂组合为质量比3：1的葡萄糖酸钠与硼酸组成的混合物或质量比1：2的三聚磷酸钠与六偏磷酸钠组成的混合物。

进一步地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂和聚醚类消泡剂中的一种或两种。

进一步地，所述降粘剂为玻璃微珠，该玻璃微珠为粉煤灰提取物，28d活性指数不低于105%，平均粒径≤2μm，比表面积12000-15000m²/kg。

进一步地，纤维组合由钢纤维和聚乙烯醇纤维按照质量比12-40：1组成，所述钢纤维为端钩形镀铜钢纤维，纤维长度为13㎜*φ0.18-0.2mm，抗拉强度不低于2600MPa；所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为6㎜*φ0.1-0.2mm，抗拉强度不低于1400MPa。

本发明风电基础安装用水泥基灌浆料，其新拌浆料截锥流动度为：实验室温度20℃±2，初始流动度≥340mm，30min流动度≥310mm；其3h竖向膨胀率为0.1-3.5%之间，灌浆料硬化后性能指标为：1d抗压强度≥60MPa，20℃水养3d抗压强度≥75MPa，20℃水养7d抗压强度≥95MPa，28d水养抗压强度100-160MPa，28d水养抗折强度16MPa-35MPa，且其在静弹性模量为40GPa-65GPa，浆体容量2350kg/m³-2850kg/m³。

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述配比称取原料，向预混搅拌机中加入水泥、复合功能材料和矿物掺合料，将纤维组合投入无重力混合机上方的专用滚筒纤维分散机中，将纤维组合分散到预混搅拌机中，搅拌分散10-15min后，加入骨料，继续搅拌5min后得到混合料，到工地现场，将水和混合料按照质量比搅拌3min，得到风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，绿色环保，相比于现有的灌浆料而言，矿物掺合料占胶凝材料比例较大，不仅减少水泥的使用量，减少工业尾料，又间接减少水泥生产中的二氧化碳，符合绿色风电基础安装水泥基灌浆料的要求。

2、本发明为满足不同大小功率和不同自身重力载荷的风机工作要求，设计一种强度和施工性能与物理力学性能可调的水泥基灌浆材料，从材料的角度，为实现风机连接一体化提供了技术保障和可选择性，而且降低了材料的使用成本；

本发明提供的风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料水料比为0.08-0.09，水胶比为0.16-0.2的灌浆料新拌浆液，其性能指标为截锥圆模初始流动度≥340mm，30min流动度≥310mm，3h竖向膨胀率在0.1-3.5%之间，24h与3h的膨胀值之差在0.02-0.5%之间，可见相比于现有的水泥灌浆料，即实现了低水胶比大流动性的特点，又实现高强度、高韧性、抗开裂、抗疲劳等目的；

本发明提供的风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料静态弹性模量介于45Gpa-65Gpa之间，浆液容重在2350kg/m³-2850kg/m³之间，保证用水量0.08-0.09的同时水胶比在0.16-0.2之间，得到强度在（80-100）MPa、（100-120）MPa、（120-140）MPa、（140-160）MPa之间变化的不同规格品种的灌浆料，真正实现了风电基础用水泥基灌浆料抗压强度，抗折强度，容量，弹性模量，流动性，可调控的目的。

本发明预先将复合膨胀剂、减水剂、激发剂、缓凝剂组合、消泡剂和降粘剂混合得到复合功能材料，相比于在水泥基灌浆料中单独直接加入这些助剂，有利于物料的均匀分散和减少灌浆料的合成搅拌时间，并且本发明采用专用滚筒纤维分散机纤维组合将纤维组合分散在灌浆料中，使纤维不团球分散性更好。

本发明的风电基础塔筒安装水泥基灌浆料根据最紧密堆积理论，采用多种粒径级配合不同密度骨料搭配使用，和胶凝材料的复掺、矿物掺合料的微集料的填充效应，并引入不影响流动性的特制纤维组合，能达到抗开裂、高弹性、抗疲劳、耐久性，超高强，超早强，大流动性，高韧性等优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料的初始流动图测量图；

图2是本发明风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料的30min流动图测量图；

图3是本发明风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料养护成型后的截面图。

实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下将通过具体的实施例来体现本发明的上述强度80-100MPa风电基础安装水泥基灌浆料的组成及制备方法。

实施例1

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，由水和混合料按照质量比0.085：1组成；所述混合料包括以下重量份的原料：水泥40份、矿物掺合料6.3份、骨料51份、复合功能材料2.5份、纤维组合0.2份。

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料的制备方法，步骤如下：

按照上述配比称取原料，向预混搅拌机中加入水泥、复合功能材料和矿物掺合料，将纤维组合投入无重力混合机上方的专用滚筒纤维分散机中，将纤维组合分散到预混搅拌机中，搅拌分散10min后，加入骨料，继续搅拌5min后得到混合料，到工地现场，将水和混合料按照质量比继续搅拌3min，取一部分材料进行流动度测量，测量结果如图1和图2所示，由图1和图2灌浆料的状态和测量数据可以看出，本实施例制备的灌浆料初始流动好，施工便利，待灌浆料施工养护7d后破坏其状态，使其漏出横截面，如图3所示，可以观察到纤维合在灌浆料中不仅分布均匀，且与其他原料紧密结合。

实施例2-4中，风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料采用的原料比例和组成与实施例1略有不同，用水量、制备方法与实施例1相同，具体各原料重量份如表1所示：

表1

上述实施例1-4中的水泥均采用P.O52.5冀东普通硅酸盐水泥与42.5硫铝酸盐水泥按16：1重量比，纤维组合均采用单一配比的聚乙烯醇纤维，纤维长度6mm，直径0.1-0.16mm。矿物掺合料组分由S95矿粉、高活性硅灰和Ⅰ级粉煤灰按3：2：1重量比组成。

实施例2-4中，复合功能材料采用的原料比例与实施例1略有不同，具体原料所含重量份如表2所示：

表2

上述实施例1-4膨胀剂由硫铝酸钙、氧化镁和塑性膨胀剂按照质量比15：20：1组成。缓凝剂组合均采用葡萄糖酸钠与硼酸按3：1重量比组成。减水剂采用上海三瑞的SP600-S。消泡剂采用德国明凌化学P803粉末消泡剂。激发剂均采用上海三瑞提供的纳米晶核硅酸钙。塑性膨胀剂采用宁夏电化厂精细化工厂提供的超细偶氮二甲基酰胺。降粘剂采用粉煤灰提取物，玻璃微珠28d活性指数不低于105%，平均粒径≤2um。

实施例2-4中，骨料采用的原料比例与实施例1略有不同，具体原料所含百分比如表3所示：

表3

为了验证实施例1-4所述风电基础用水泥基灌浆料的优异性能，进行了下述对比实验。该对比实验以上述实施例4中风电基础用水泥基灌浆料的组分为基准，分别改变了骨料的组成、缺少矿物掺合料和其他不同直径、不同品种的纤维以及缓凝剂的不同品种。对应获得的对比例1-4的组成及含量如表4所示：

表4

与上述实施例4相比，对比例1中的骨料与实施例4中的骨料的组成的不同之处在于，对比例1中骨料全部为普通河沙，且少加了矿物掺和料；对比例2中少加了矿物掺和料，也少加了缓凝剂，纤维换成了玄武岩纤维；对比例3中骨料全部为机制砂，未做集配处理，少加了激发剂；纤维换成聚丙烯腈纤维，比例4中少加了矿物掺和料，少了减水剂，缓凝剂做了全部替换（缓凝剂1为三聚磷酸钠，缓凝剂2为六偏磷酸钠），除了上述不同外，对比例中其他部分同实施例4。

对上述实施例1-4和对比例1-4获得的风电基础用水泥基灌浆料，分别测试浆液容重，流动度，抗折强度，抗压强度以及静态弹性模量，试验方法和养护措施参照GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规程》，GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》，GB/T17671-2021《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》；测试结果如表5所示：

表5

根据表5中数据可以看出，实施例1-4所提供的风电基础水泥基灌浆料在有纤维增强的情况下，可实现大流动性，打破了加纤维不流动的神话理论，同时可以实现超高强，超早强，高强及容重弹性模量兼顾的性能指标。

将表5中对比例1-4的数据分别与实施例4做对比，对比例1中虽然比实施例4流动性好，28d天抗压强度低，容重低，弹性模量偏低；对比例2与实施例4做对比，由于缓凝剂组分的减少，初始流动性与30分钟流动性偏低；对比例3与实施例4做对比，由于添加了聚丙烯纤维，因纤维太细（1-10um）之间，所以初始流动性与30分钟流动性差；不能满足GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中Ⅱ类灌浆料的技术要求；对比例4与实施例4做对比，其他指标都合格，一天抗压强度偏低，没有膨胀率，且倒缩不合格。

由上述分析可知，本发明的风电基础水泥基灌浆料，通过骨料和集配的合理搭配，并加入高强高模聚乙烯醇粗纤维增强，在不影响水泥基灌浆料的流动性，使水泥基灌浆料的抗折，抗压，韧性，抗疲劳性能得以提高。且发明大量使用了机制砂、石英砂、河砂和冀东P.O52.5普通硅酸盐水泥做风电基础灌浆料，使用成本降低，有利于相关领域的大面积使用。

以下将通过具体的实施例来体现本发明强度（100-120MPa）风电基础安装水泥基灌浆材料的组成。

实施例5

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，由水和混合料按照质量比0.09：1组成；所述混合料包括以下重量份的原料：水泥40份、矿物掺合料7.2份、骨料48.6份、复合功能材料3.0份、纤维组合1.2份。

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述配比称取原料，向预混搅拌机中加入水泥、复合功能材料和矿物掺合料，将纤维组合投入无重力混合机上方的专用滚筒纤维分散机中，将纤维组合分散到预混搅拌机中，搅拌分散15min后，加入骨料，继续搅拌5min后得到混合料，到工地现场，将水和混合料继续搅拌3min，得到风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料。

实施例6-8中，风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料采用的原料比例和组成与实施例5略有不同，用水量和制备方法与实施例5相同，具体原料所含重量份如表6所示：

表6

上述实施例5-8中的水泥均采用P.O52.5冀东普通硅酸盐水泥与42.5硫铝酸盐水泥按16：1重量比，纤维组合由钢纤维和聚乙烯醇纤维按照质量比12：1组成，所述钢纤维为0.18-0.2x13mm的端钩形镀铜钢纤维，抗拉强度不低于2600MPa；所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为6㎜*φ0.1-0.2mm，抗拉强度不低于1400MPa。矿物掺合料组分由S95矿粉、高活性白硅灰和Ⅰ级粉煤灰按4：3：1重量比组成。

实施例6-8中，复合功能材料采用的原料比例与实施例5略有不同，具体原料所含重量份如表7所示：

表7

上述实施例5-8膨胀剂由硫铝酸钙、氧化镁和塑性膨胀剂按照质量比22.5：22.5：1.2组成。缓凝剂组合均采用葡萄糖酸钠与硼酸按3：1重量比组成。减水剂采用上海三瑞的SP600-S。消泡剂采用德国明凌化学P803粉末消泡剂。激发剂均采用上海三瑞提供的纳米晶核硅酸钙。塑性膨胀剂采用宁夏电化厂精细化工厂提供的超细偶氮二甲基酰胺。降粘剂采用粉煤灰提取物，玻璃微珠，28d活性指数不低于105%，平均粒径≤2um。

实施例6-8中，骨料采用的原料比例与实施例5略有不同，具体原料所含百分比如表8所示：

表8

表8中的铁矿砂是选铁粉剩下的含铁量≤9%的铁矿石，经过球磨机研磨筛分制成粒径0.3-4.75毫米的细骨料，堆积密度1.9kg/dm³，体积密度为3.1kg/dm³，吸水率不超过4%。

为了验证上述实施例5-8风电基础用水泥基灌浆料的优异性能，进行了下述对比实验。该对比实验以上述实施例6中风电基础用水泥基灌浆料的组分为基准，分别改变了骨料的组成，及缺少矿物掺合料，和其它不同钢纤维与高强高模聚乙烯醇纤维之间的搭配使用，及缓凝剂的不同品种。对应获得的对比例5-8的组成及含量如表9所示：

表9

与上述实施例6相比，对比例5、对比例6中的骨料与实施例8组成相同；对比例5中缓凝剂1为柠檬酸，缓凝剂2为酒石酸；对比例6中，取消纤维组分；对比例7中骨料全部为机制砂，对比例8中骨料全部为河沙；除了上述不同外，对比例中其他部分同实施例6。

对上述实施例5-8和对比例5-8获得的风电基础用水泥基灌浆料，分别测试浆液容重，流动性，抗折强度，抗压强度以及静态弹性模量，试验方法和养护措施参照GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规程》，GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》，GB/T17671-2021《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》；测试结果如表10所示：

表10

根据表10中实施例5-8数据可以看出，本发明所提供的类水泥基灌浆料，在有纤维增强的情况下，可实现大流态，打破了加纤维流动性差的科学理论，可同时实现超早强、高强及容重弹性模量兼顾的性能指标。

表10中对比例5-8的数据分别与实施例6做对比。对比例5中由于缓凝剂的替换，初始流动性和30分钟的流动性偏低，其他数据合格。对比例6由于缺少纤维组合，7d、28d，抗折强度，抗压强度，弹性模量，韧性和抗疲劳性能偏低。对比例7的骨料全部为机制砂集配，除容重和28d力学强度稍微偏低外，其他力学性能全部合格；对比例8的骨料全部采用河沙，28d抗压强度和容重偏低；对比例7与对比例8相比较，用机制砂的28d抗压强度、容重低于河沙的28抗压强度及容重。

以下将通过具体实施例来体现本发明上述120-140MPa风电基础安装水泥基灌浆料的组成。

实施例9

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，由水和混合料按照质量比0.085：1组成；所述混合料包括以下重量份的原料：水泥37.95份、矿物掺合料7.9份、骨料48份、复合功能材料3.15份、纤维组合3.0份。

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述配比称取原料，向预混搅拌机中加入水泥、复合功能材料和矿物掺合料，将纤维组合投入无重力混合机上方的专用滚筒纤维分散机中，将纤维组合分散到预混搅拌机中，搅拌分散15min后，加入骨料，继续搅拌5min后得到混合料，到工地现场，将水和混合料继续搅拌3min，得到风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料。

实施例10-12中，风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料采用的原料比例和组成与实施例9略有不同，用水量和制备方法与实施例9相同，具体原料重量份如表11所示：

表11

上述实施例9-12中的水泥均采用硅酸盐水泥P-Ⅱ52.5和42.5硫铝酸盐水泥按16:1重量比组成。纤维组合由钢纤维和聚乙烯醇纤维按照质量比30：1组成，所述钢纤维为0.18-0.2x13mm的端钩形镀铜钢纤维，抗拉强度不低于2600MPa；所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为6㎜*φ0.1-0.2mm，抗拉强度不低于1400MPa，矿物掺合料组分由高活性白硅灰、偏高岭土和S105矿粉按4：3：1重量比组成。

实施例10-12中，复合功能材料采用的原料比例与实施例9略有不同，具体原料所含重量份如表12所示：

表12

上述实施例9-12膨胀剂由硫铝酸钙、氧化镁和塑性膨胀剂按照质量比15：20：1组成。缓凝剂组合均采用葡萄糖酸钠与硼酸按3：1重量比组成。减水剂采用上海三瑞的SP-600-S。消泡剂采用德国明凌化学8850粉末消泡剂。激发剂均采用上海三瑞提供的纳米晶核硅酸钙。塑性膨胀剂采用上海恒运生物科技有限公司提供的超细偶氮二甲基酰胺。降粘剂采用粉煤灰提取物，玻璃微珠28d活性指数不低于105%，平均粒径≤2um。

实施例10-12中，骨料采用的原料比例与实施例9略有不同，具体原料所含重量份如表13所示：

表13

为了验证本实施9-12风电基础用水泥基灌浆料的优异性能，进行了下述对比试验。该对比试验以上述实施例10中风电基础用水泥基灌浆料的组分为基准，分别改变了沙子的组成，及缺少矿物掺合料和其他不同钢纤维与高模高强聚乙烯醇纤维之间的搭配使用，膨胀剂的品种不同。对应获得的对比例9-12的组成及含量如表14所示：

表14

与上述实施例10相比，对比例9、对比例10中的骨料，分别全部是河砂和石英砂，对比例11全部是机制砂，对比例12不加纤维组合，骨料搭配采用1：2：1，具体为：（一级石灰岩0.3-0.6mm）：（二级金刚砂0.6-1.18mm）：（三级棕刚玉1.18-2.36mm），除了上述不同外，对比例中其他部分同实施例10。

对上述实施例9-12和对比例9-12获得的风电基础用水泥基灌浆料，分别测试浆液容重，流动性，抗折强度，抗压强度以及静态弹性模量，试验方法和养护措施参照GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规程》，GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》，GB/T17671-2021《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》；测试结果如表15所示：

表15

根据表15数据可以看出，本发明提供的（120mp-140MPa）II类水泥基灌浆料全部符合GB/T50448-2015水泥基灌浆料标准要求。由于对比例9、对比例10，分别使用了单一品种连续集配的河沙、石英砂，在缺少部分纤维增加的情况下，7d、28d，抗折强度，抗压强度，容重弹性模量等试验数据偏低。对比例11与基准实施例10做对比，除了对比例11中使用单品种连续级配的机制砂，其他配比和基准实施例10完全一样。通过上述实验数据可以看出，通过不同密度的骨料搭配使用，对最终获得的水泥基灌浆料的力学性能影响很大。对比例12中采用了，不同品种和不同密度的骨料搭配，在缺少纤维组分的情况下也能得到与单一品种石英砂或河沙再有纤维组分增强的情况下，得到同样的水泥基灌浆料相通的力学性能。对于大流动性灌浆料，由于骨料密度高，易产生浆体均匀性性差，骨料下沉，表面有浮浆，易开裂。不同密度的骨料搭配使用，辅助钢纤维与高强高模聚乙烯醇纤维的组合使用。从而在保证流动度和超高强度的前提下，进一步兼顾了耐久性，抗疲劳性以及弹性模量，韧性可调的效果。这些成分在搭配上相互影响，而并非单独存在。

以下将通过具体实施例来体现本发明上述（140MPa-160MPa）风电基础安装用水泥基灌浆料的组成。

实施例13

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，由水和混合料按照质量比0.085：1组成；所述混合料包括以下重量份的原料：水泥37.1份、矿物掺合料8.6份、骨料47份、复合功能材料3.3份、纤维组合4.0份。

一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述配比称取原料，向预混搅拌机中加入水泥、复合功能材料和矿物掺合料，将纤维组合投入无重力混合机上方的专用滚筒纤维分散机中，将纤维组合分散到预混搅拌机中，搅拌分散15min后，加入骨料，继续搅拌5min后得到混合料，到工地现场，将水和混合料继续搅拌3min，得到风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料。

实施例14-16中，风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料采用的原料比例和组成与实施例13略有不同，用水量和制备方法与实施例13相同，具体原料所含重量份如表16所示：

表16

上述实施例13-16中的水泥均采用硅酸盐水泥P-Ⅱ52.5和硫铝酸钙CSA胶结料72.5按16:1重量比组成，纤维组合由钢纤维和聚乙烯醇纤维按照质量比40：1组成，所述钢纤维为0.18-0.2x13mm的端钩形镀铜钢纤维，抗拉强度不低于2600MPa；所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为6㎜*φ0.1-0.2mm，抗拉强度不低于1400MPa，矿物掺合料组分由高活性白硅灰、偏高岭土和S105矿粉按4：3：1重量比组成。

实施例14-16中，复合功能材料采用的原料比例与实施例13略有不同，具体原料所含重量份如表17所示：

表17

表17中膨胀剂由硫铝酸钙、氧化镁和塑性膨胀剂按照质量比15：20：1组成，缓凝剂组合均采用葡萄糖酸钠与硼酸按3：1的重量比组成。减水剂采用上海三瑞提供的SP-600-S。消泡剂采用德国明凌化学提供的8850粉末消泡剂。激发剂采用上海三瑞提供的纳米晶核硅酸钙。塑性膨胀剂采用上海恒运生物科技有限公司提供的超细偶氮二甲基酰胺。降粘剂采用粉煤灰提取物，玻璃微珠28d活性指数不低于105%，平均粒径≤2um。

实施例14-16中，骨料采用的原料比例与实施例13略有不同，具体原料所含重量份如表18所示：

表18

为了验证实施例13-16风电基础用水泥基灌浆料的优异性能，进行了下述对比实验。该对比实验以上述实施例14中风电基础用水泥基灌浆料的组分为基准。分别改变了沙子的组成，及缺少矿物掺合料和其他不同钢纤维与高强高模聚乙烯醇纤维之间的搭配使用与膨胀剂的品种不同搭配使用。并将缺少的质量补充至水泥的含量中。对应获得的对比例13-16的，组成及含量如表19所示：

表19

与上述实施例14相比，对比例13中采用的是河沙，且少加了部分矿物掺合料；对比例14中采用的是河沙，单加高强高模聚乙烯醇粗纤维长6mm，直径（0.1-0.15）mm；对比例15和对比例16单加不同体积率的端钩型镀铜钢纤维，纤维长度13mm，直径（0.16-0.20）mm，其中对比例15，对比例16，除钢纤维组分以外，其他配比原料与实施例15、实施例16配比一样，除了上述不同外，对比例中其他部分同实施例14。

对上述实施例13-16和对比例13-16获得的风电基础用水泥基灌浆料，分别测试浆液容重，流动性，抗折强度，抗压强度以及静态弹性模量，试验方法和养护措施参照GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规程》，GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》，GB/T17671-2021《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》；测试结果如表20所示：

表20

根据表20中对比例13-16的数据分别与实施例14的数据进行对比可以看出，对比例13中由于缺少了较多的矿物掺合料和使用了河沙做骨料，虽然灌浆料的流动性较好，浆液容重小，但力学性能均明显低于实施例14中的水泥基灌浆料。可见，沙子的具体配制规则与矿物掺合料的缺少，对最终获得的水泥基灌浆料力学性能影响很大。对比例14中缺少了少量体积率的钢纤维和骨料强度的骨架设计，又使用了普通河沙做骨料，又添加过量的高强高模聚乙烯醇粗纤维，出现了流动性不合格和其他力学性能大幅度降低的情况。但在抗裂性能与柔韧性方面均有所提高。对比例15中除了使用与基准实施例14相同的设计外，钢纤维的体积率掺量提高，灌浆料的流动性合格，其他力学性能得到大幅度的提高。对比例16中使用中高密度的骨料骨架设计方案，和添加了合理体积率的钢纤维，缺少了高强高模聚乙烯醇纤维，其他原料配比与基准实施例14做同样的对比设计。由表20的实验数据看出，对比例16中，流动性合格，其他力学性能指标随钢纤维的掺量增加而呈正比例关系。

综上，本发明的风电基础系列水泥基灌浆料，通过设计强度高低的不同，来做不同的骨料骨架设计、胶凝材料匹配；结合最大堆积密度理论，毫米级的颗粒（骨料）堆积间隙由微米级颗粒（水泥、粉煤灰、矿粉）填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒（硅灰）填充；通过合理控制纤维组合、添加量、长径比、等效直径，在保障流动性和超高强，等物理力学性能和施工性能的前提下，进一步兼顾地材的合理使用，使生产和使用成本得到降低，有利于得到市场的大面积推广和认可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，其特征在于，由水和混合料按照质量比0.08-0.09：1组成；所述混合料包括以下重量份的原料：水泥36-43份、矿物掺合料6-10.5份、骨料45-52份、复合功能材料2.5-3.5份、纤维组合0-5份，纤维组合添加量不为零；

其中，骨料由低密度骨料、中密度骨料和高密度骨料组成，粒径为0.3-2.36mm，其中粒径0.3-0.6mm的集配占比为25-35%，粒径为0.6-1.18mm的集配占比为40-50%，粒径为1.18-2.36mm的集配占比为25%；

复合功能材料通过以下步骤制成：

取以下重量份原料：膨胀剂30-50份、减水剂15-25份、激发剂1.4-2.5份、缓凝剂组合5-7份、消泡剂4-6份、降粘剂46-100；将上述原料投入搅拌机中搅拌均匀即可；

纤维组合由钢纤维和聚乙烯醇纤维按照质量比12-40：1组成；

钢纤维为端钩形镀铜钢纤维，抗拉强度不低于2600MPa；聚乙烯醇纤维的抗拉强度不低于1400MPa；

膨胀剂由硫铝酸钙、氧化镁和塑性膨胀剂按照质量比15-22.5：20-22.5：1-1.2组成，塑性膨胀剂为偶氮二甲基酰胺或N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺；

所述缓凝剂组合为质量比3：1的葡萄糖酸钠与硼酸组成的混合物；

所述降粘剂为玻璃微珠，该玻璃微珠为粉煤灰提取物，28d活性指数不低于105%，平均粒径≤2μm，比表面积12000-15000m²/kg。

2.根据权利要求1所述的一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，其特征在于，所述骨料体积密度为2.3-3.6g/cm³，吸水率不超过5%。

3.根据权利要求1所述的一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，其特征在于，低密度骨料由普通河沙、石英砂、铁尾矿砂和机制砂中的一种或多种组成，中密度骨料由石灰岩和玄武岩中的一种或两种组成，高密度骨料由金刚砂、碳化硅、金刚玉和白刚玉中的一种或者多种组成。

4.根据权利要求1所述的一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，其特征在于，水泥为硅酸盐水泥P-Ⅰ52.5、硅酸盐水泥P-Ⅱ52.5、硅酸盐水泥P.O52.5和硫铝酸钙CSA胶结料72.5中的一种或多种组成。

5.根据权利要求1所述的一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料，其特征在于，矿物掺合料选自硅灰、偏高岭土、超细矿粉和粉煤灰中的至少两种。

6.根据权利要求1所述的一种风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照上述配比称取原料，向预混搅拌机中加入水泥、复合功能材料和矿物掺合料，将纤维组合投入无重力混合机上方的专用滚筒纤维分散机中，将纤维组合分散到预混搅拌机中，搅拌分散10-15min后，加入骨料，继续搅拌5min后得到混合料，到工地现场，将水和混合料按照质量比搅拌3min，得到风电基础塔筒底座安装用水泥基灌浆料。

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