专利名称：一种钢筋连接用高强水泥砂浆及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种特种工程材料，具体涉及一种具有高流动性、早强、高强、微膨胀性能的钢筋灌浆连接用水泥砂浆。本发明的钢筋灌浆连接用水泥砂浆可以用于钢筋灌浆连接。
背景技术：
在混凝土结构建筑施工中，钢筋连接是其中最重要的技术之一。现浇混凝土结构的钢筋主要采用绑扎、焊接或机械连接方法连接，其中机械连接已在现代混凝土建筑中得到非常广泛的应用，但这些连接方法均无法用于装配式混凝土结构的钢筋连接。装配式混凝土的结构主要采用预制构件，以大量减少施工现场的作业量，构件与构件相连接时，钢筋连接方法和接头的性能对结构施工成本和安全影响巨大。装配式结构建筑在国外发达国家已经发展了数十年，其预制构件的钢筋连接主要采用套筒灌浆连接方法。灌浆连接方法就是将构件的带肋连接钢筋插入一个内壁带有凹、凸结构(例如大螺距的螺纹)的连接套筒，将一种无收缩(或微膨胀)的高强度水泥砂浆从连接套筒侧壁上的灌浆孔注入，将钢筋和连接套筒之间的间隙充满，待水泥砂浆硬化后，连接套筒和两根钢筋即连接在一起，其中硬化的水泥砂浆在钢筋和连接套筒之间起到传递力的作用。虽然国外发达国家已应用钢筋灌浆连接技术数十年，但目前在我国尚未见有关技术和产品实际应用的工程实例或报道。已有国内企业进口了国外的灌浆连接套筒和水泥砂浆材料产品，进行连接国产钢筋的研究试验，但结果并不理想，并且进口产品的价格十分昂贵，难以在未来的国内建筑市场推广应用。具有无收缩或微膨胀的灌浆用水泥基材料在国内已有多种产品，但是这些产品主要应用于设备基础和建筑结构改造加固部位的填充和加固，均无法用于钢筋灌浆连接，国外钢筋灌浆连接所用水泥砂浆也无公开成分和组成的技术资料。本发明旨在提出一种钢筋灌浆连接接头用高强水泥砂浆，该砂浆材料全部采用国产材料，加适量的水搅拌均勻后，能在连接套筒与钢筋的微小间隙之间快速流动，并充满间隙，同时具有适当的膨胀性和高强度特性，用于装配式结构钢筋连接，可使钢筋套筒灌浆接头在外形尺寸优于国外同类型产品的条件下，接头的性能达到国家行业标准《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107规定的最高级接头I级接头的性能指标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，从而弥补现有钢筋机械连接方法无法用于装配式混凝土结构的钢筋连接的不足。本发明是通过以下技术方案来解决这些问题的一种钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，包括以下重量份的组分水泥35 70份，级配砂30 65份，减水剂0. 3 1份，膨胀剂0. 5 2份，早强剂0. 1 0. 5份，缓凝剂0 0.5份，消泡剂0. 05 0. 1份。优选，所述钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆包括以下重量份的组分水泥40 50 份，级配砂40 60份，减水剂0. 5 0. 8份，膨胀剂0. 75 1. 25份，早强剂0. 2 0. 4份， 缓凝剂0 0. 3份，消泡剂0. 06 0. 08份。其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥。所述级配砂为人工砂或天然砂。所述级配砂的细度模数为1. 6 2. 5。所述减水剂为聚羧酸减水剂或聚羧酸减水剂与mighty-100减水剂或SM减水剂复配而成的减水剂。所述聚羧酸减水剂是F0X-8聚羧酸高效减水剂或PC1030聚羧酸高效减水剂。所述早强剂为碱式硫酸铜或碳酸锂。所述缓凝剂为柠檬酸或硼酸。所述膨胀剂为氧化钙或钙矾石类膨胀剂。其中，所述钙矾石类膨胀剂为ZY混凝土膨胀剂或UEA混凝土膨胀剂。所述消泡剂为P803消泡剂或DF6352消泡剂。本发明还提供了所述钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆的制备方法，包括如下步骤1)按配比将级配砂、水泥、减水剂、膨胀剂、早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌设备内搅拌均勻，得到备用砂浆；2)加入以所述备用砂浆的重量为基础计12-18%的水，采用人工或机械拌和均勻即可。本发明还提供了本发明钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆在建筑中的应用。本发明的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆的初始流动度大于300mm，40分钟流动度大于MOmm，1天抗压强度大于50MPa，28天抗压强度大于85MPa，且凝固过程中产生微小膨胀，既具有良好的施工性能，又具有优异的力学性能，可有效减小连接套筒的尺寸。
图1为本发明高强水泥砂浆用于钢筋灌浆接头的示意图；图2为本发明高强水泥砂浆用于钢筋灌浆-螺纹连接接头的示意图；图3为本发明高强水泥砂浆用于无连接套筒的钢筋灌浆连接接头的示意图；图4为本发明高强水泥砂浆用于植筋的示意图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。本发明的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，包括以下重量份的组分水泥35 70 份，级配砂30 65份，减水剂0. 3 1份，膨胀剂0. 5 2份，早强剂0. 1 0. 5份，缓凝剂O 0. 5份，消泡剂0. 05 0. 1份。优选，所述钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆包括以下重量份的组分水泥40 50 份，级配砂40 60份，减水剂0. 5 0. 8份，膨胀剂0. 75 1. 25份，早强剂0. 2 0. 4份， 缓凝剂O 0. 3份，消泡剂0. 06 0. 08份。
其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥。所述级配砂为人工砂或天然砂。所述级配砂的细度模数为1. 6 2. 5。所述减水剂为聚羧酸减水剂或聚羧酸减水剂与mighty-100减水剂或SM减水剂复配而成的减水剂。所述聚羧酸减水剂是F0X-8聚羧酸高效减水剂或PC1030聚羧酸高效减水剂。所述早强剂为碱式硫酸铜或碳酸锂。所述缓凝剂为柠檬酸或硼酸。所述膨胀剂为氧化钙或钙矾石类膨胀剂。其中，所述钙矾石类膨胀剂为ZY混凝土膨胀剂或UEA混凝土膨胀剂。所述消泡剂为P803消泡剂或DF6352消泡剂。本发明所有原材料均可方便地从市场获得。本发明钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆是通过常规方法进行制作，具体包括以下步骤1)按配比将级配砂、水泥、减水剂、膨胀剂、早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌设备内搅拌均勻，得到备用砂浆以备用。2)加入按备用砂浆的重量为基础计12-18%的水，采用人工或机械拌和均勻即可使用。在使用时，用专用机具灌注到预留的灌浆孔中即可。实施例1选择强度等级为52. 5的快硬硫铝酸盐水泥35公斤，细度模数为2. 5的人工砂65 公斤，PC1030聚羧酸减水剂0. 3公斤，氧化钙1公斤，碳酸锂0. 4公斤，柠檬酸0. 1公斤， DF6352消泡剂0. 05公斤。先将其中的砂、水泥投入搅拌机中搅拌，再将膨胀剂、早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌机中，搅拌3-5分钟，加入水11公斤，搅拌2-3分钟，再加入水1. 5公斤，继续搅拌2-3分钟，随后即可实施灌浆。图1为对钢筋套筒灌浆-直螺纹复合接头进行灌浆的示意图，如图1所示，连接竖直方向的构件(柱或墙)中的钢筋套筒灌浆-直螺纹复合接头时，将搅拌好的砂浆用专用机具从钢筋接头下方的灌浆孔注入(下方箭头位置)，使砂浆从连接套筒下部向上流动，充满钢筋与连接套筒的间隙，同时将连接套筒内的空气顶出，至砂浆从连接套筒上端的排浆孔口溢出(上方箭头位置)，立即堵住灌浆口和排浆口，一个接头的灌浆工作即结束。接着再开始构件其它钢筋接头的灌浆作业，重复以上工作，直至构件的全部钢筋接头灌浆完毕。 灌浆作业必须自砂浆搅拌好后即开始计时，快速完成灌浆，确保每个接头使用的砂浆在初凝前，即完成接头灌注，防止在灌注过程中砂浆发生凝固，造成连接失败。连接构件通过支撑装置保证其相对静止、稳定，接头内灌注的砂浆达到允许拆除支撑装置的强度时，才可拆除支撑件，拆除支撑装置后，构件的连接工作即告完成。本发明的砂浆具有良好的流动度和较长的初凝时间，使用专用机具进行压力灌浆时，如1个接头的灌浆作业全程时间为1分钟，预留10分钟安全储备时间，使用本发明砂浆可连续灌注30个接头，灌浆作业生产效率高。在接头灌浆后1天，砂浆强度即可达到50MPa， 可明显缩短构件的支撑时间，加快工程作业进度。
实施例2选择强度等级为42. 5的快硬硫铝酸盐水泥70公斤，细度模数为1. 6的天然砂30 公斤，PC1030聚羧酸减水剂0. 2公斤，SM减水剂0. 6公斤，氧化钙2公斤，碳酸锂0. 5公斤， 硼酸0.5公斤，P803消泡剂0. 1公斤。先将其中的砂、水泥投入搅拌机中搅拌，再将膨胀剂、 早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌机中，搅拌均勻后包装成袋作为备用砂浆。运送到施工现场后加入按备用砂浆重量为基础计18%的水，搅拌成浆后即可实施灌浆。图2为对标准钢筋套筒灌浆接头进行灌浆的示意图。如图2所示，连接水平方向的构件(楼板或梁)中的标准钢筋套筒灌浆接头时，将搅拌好的砂浆用专用机具从钢筋接头的灌浆孔注入(左侧箭头位置)，使砂浆从连接套筒一侧向另一侧流动，充满钢筋与连接套筒的间隙，同时将连接套筒内的空气顶出，至砂浆从连接套筒另一端的排浆孔口溢出(右侧箭头位置)，立即堵住灌浆口和排浆口，一个接头的灌浆工作即结束，再开始构件其它钢筋接头的灌浆作业，重复以上工作，直至构件的全部钢筋接头灌浆完毕。连接构件通过支撑装置保证其相对静止、稳定，接头内灌注的砂浆达到允许拆除支撑装置的强度后，拆除装置，构件的连接工作即告完成。实施例3选择强度等级为42. 5的快硬硫铝酸盐水泥45公斤，细度模数为2. 0的人工砂65 公斤，PC1030聚羧酸减水剂0. 8公斤，氧化钙1. 25公斤，碱式硫酸铜0. 1公斤，柠檬酸0. 3 公斤，DF6352消泡剂0. 05公斤。先将其中的砂、水泥投入搅拌机中搅拌，再将膨胀剂、早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌机中，搅拌均勻后包装成袋作为备用砂浆。将备用砂浆运送到施工现场后加入按备用砂浆重量为基础计14%的水，搅拌成均勻浆液，搅拌成浆后即可实施灌浆。图3为对预留孔灌浆钢筋搭接接头进行灌浆的示意图。如图3所示，连接竖直方向的构件(柱或墙)中的预留孔灌浆钢筋搭接接头时，将搅拌好的砂浆用专用机具从钢筋接头下方的灌浆孔注入(下方箭头位置)，使砂浆从接头预留孔下部向上流动，充满钢筋与构件预留孔之间的间隙，同时将预留孔内的空气顶出，至砂浆从预留孔上端的排浆孔口溢出(上方箭头位置)，立即把灌浆、排浆口堵住好，一个接头的灌浆工作即结束，再开始构件其它钢筋接头的灌浆作业，重复以上工作，直至构件的全部钢筋接头灌浆完毕。连接构件通过支撑装置保证其相对静止、稳定，接头内灌注的砂浆达到允许拆除支撑装置的强度时，才可拆除支撑件，拆除支撑装置后，构件的连接工作即告完成。实施例4选择强度等级为52. 5的快硬硫铝酸盐水泥40公斤，细度模数为2. 2的人工砂60 公斤，PC1030聚羧酸减水剂0. 2公斤，SM减水剂0. 6公斤，氧化钙0. 75公斤，碳酸锂0. 1公斤，柠檬酸0. 3公斤，DF6352消泡剂0. 05公斤。先将其中的砂、水泥投入搅拌机中搅拌，再将膨胀剂、早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌机中，搅拌均勻后包装成袋作为备用砂浆。将备用砂浆运送到施工现场后加入按备用砂浆的重量为基础计13%的水，搅拌成均勻浆液。图 4为进行竖向钢筋植筋的示意图。如图4所示，在构件上做竖向钢筋植筋作业时，将搅拌好的砂浆用专用机具或直接用容器中灌入构件植筋孔内，再把钢筋缓缓插入植筋孔内的砂浆中，多余砂浆被钢筋从孔内挤出(如箭头所示)，其余砂浆密实充满钢筋与构件孔的间隙，钢筋与所植筋构件通过钢筋的支撑装置保证其相对静止、稳定，待孔内灌注的砂浆达到允许拆除支撑装置的强度时，拆除支撑件，钢筋的植筋作业即告完成。实施例5选择强度等级为42. 5的快硬硫铝酸盐水泥50公斤，细度模数为2. 0的人工砂40 公斤，F0X-8聚羧酸减水剂0. 5公斤，mighty-100减水剂0. 5公斤，ZY混凝土膨胀剂0. 5公斤，碱式硫酸铜0. 2公斤，DF6352消泡剂0. 06公斤。先将其中的人工砂、水泥投入搅拌机中搅拌，再将膨胀剂、早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌机中，搅拌均勻后包装成袋作为备用砂浆。将备用砂浆运送到施工现场后加入按备用砂浆重量为基础计14%的水，搅拌成均勻浆液，装入专用灌浆机具中，通过预留的灌浆孔灌入套筒中，待排气孔溢出浆液时堵住排气孔，撤出灌浆机具，堵住灌浆孔，灌浆完成。实施例6选择强度等级为42. 5的快硬硫铝酸盐水泥45公斤，细度模数为2. 3的天然砂50 公斤，F0X-8聚羧酸减水剂0. 5公斤，UEA混凝土膨胀剂2公斤，碱式硫酸铜0. 3公斤，DF6352 消泡剂0. 08公斤。先将其中的天然砂、水泥投入搅拌机中搅拌，再将膨胀剂、早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌机中，搅拌均勻后包装成袋作为备用砂浆。将备用砂浆运送到施工现场后加入按备用砂浆重量为基础计12 %的水，搅拌成均勻浆液，装入专用灌浆机具中，通过预留的灌浆孔灌入套筒中，待排气孔溢出浆液时堵住排气孔，撤出灌浆机具，堵住灌浆孔，灌菜完成。本发明钢筋灌浆用高强砂浆的优点为(1)具有极高的流动性能，初始流动度达到300mm以上，能快速填充连接套筒壁与钢筋之间的间隙；(2)采用快硬硫铝酸盐水泥作为主要凝胶材料，并通过早强剂和缓凝剂的复合作用调整凝结时间和水化反应速度，使本发明钢筋灌浆用高强砂浆具有拌和后40分钟流动度大于MOmm，保证足够的可操作时间，同时抗压强度快速增长，1天抗压强度达到50MPa以上；(3)在硬化过程中体积微膨胀，确保密实填充所灌注的空间；(4)本发明钢筋灌浆用高强砂浆最终强度可达到85MPa以上，可有效减小连接套筒尺寸。以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变， 修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，其特征在于，包括以下重量份的组分水泥 35 70份，级配砂30 65份，减水剂0. 3 1份，膨胀剂0. 5 2份，早强剂0. 1 0. 5 份，缓凝剂0 0. 5份，消泡剂0. 05 0. 1份。
2.根据权利要求1所述的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，其特征在于，包括以下重量份的组分水泥40 50份，级配砂40 60份，减水剂0. 5 0. 8份，膨胀剂0. 75 1. 25 份，早强剂0. 2 0. 4份，缓凝剂0 0. 3份，消泡剂0. 06 0. 08份。
3.根据权利要求1或2所述的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，其特征在于，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥；所述级配砂为人工砂或天然砂。
4.根据权利要求3所述的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，其特征在于，所述级配砂的细度模数为1.6 2. 5。
5.根据权利要求1或2所述的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸减水剂或聚羧酸减水剂与mighty-100减水剂或SM减水剂复配而成的减水剂。
6.根据权利要求5所述的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，其特征在于，所述聚羧酸减水剂是F0X-8聚羧酸高效减水剂或PC1030聚羧酸高效减水剂。
7.根据权利要求1或2所述的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，其特征在于，所述早强剂为碱式硫酸铜或碳酸锂；所述缓凝剂为柠檬酸或硼酸；所述膨胀剂为氧化钙或钙矾石类膨胀剂；所述消泡剂为P803消泡剂或DF6352消泡剂。
8.根据权利要求7所述的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆，其特征在于，所述钙矾石类膨胀剂为ZY混凝土膨胀剂或UEA混凝土膨胀剂。
9.一种以上权利要求所述钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1)按配比将级配砂、水泥、减水剂、膨胀剂、早强剂、缓凝剂、消泡剂投入搅拌设备内搅拌均勻，得到备用砂浆；2)加入以所述备用砂浆的重量为基础计12-18%的水，采用人工或机械拌和均勻即可。
10.权利要求1-8所述钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆在建筑中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆及其制备方法。本发明的钢筋灌浆连接用高强水泥砂浆包括下列组分水泥35～70份，级配砂30～65份，减水剂0.3～1份，膨胀剂0.5～2份，早强剂0.5～2.5份，缓凝剂0～0.5份，消泡剂0.05～0.1份。本发明的有益效果在于(1)具有极高的流动性能；(2)拌和后40分钟流动度大于240mm，保证足够的可操作时间，同时抗压强度快速增长，1天抗压强度达到50MPa以上；(3)在硬化过程中体积微膨胀，确保密实填充所灌注的空间；(4)最终强度可达到85MPa以上。
文档编号C04B28/36GK102267809SQ201010196399
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者刘兴亚, 尹松, 王爱军, 郝志强, 钱冠龙 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 北京思达建茂科技发展有限公司