专利名称：无机多元复合超早强灌浆材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种灌浆材料，特别是涉及一种用于工程抢险、工程修补、老旧建筑加固、铁路支座砂浆等领域，也可作为普通灌浆材料使用的无机多元复合环保型超早强灌浆材料，其优越的超早强性能，可有望进入国防、核工业等领域。
背景技术：
随着社会的进步和科学技术的发展 ，环保节能成为当今世界发展的两大主题。而化学灌浆材料的毒性及环境污染问题和传统无机灌浆材料不能满足工程需求一直捆饶工程技术人员和研究人员；铁路支座砂浆(超早强灌浆料)这一新的需求领域的出现，巨额的利润驱使许多研究单位投入其中，随着国家加大基础设施建设的投入，出现了更多要求工期短、早期强度高等工程以及工程抢险、工程修补等领域，市场对高性能灌浆材料的需求越来越大，而且对其性能和环保要求也越来越高。目前，国内外研究系列高强无收缩灌浆材料的单位很多，其研究内容主要集中在特种水泥与硅酸盐水泥石膏的复合方面，其性能也没有突破性进展，而且国内外这方面的的研究信息比较少，研究结果也颇有争议。存在的主要问题是复合体系配比设计比较随意，没有太多科学根据，其次是体系的凝结时间不易控制，最为根本的问题是对复合体系水化机理尚未进行深入的研究，仅仅将兴趣放在宏观性能方面，导致了对复合体系的设计缺乏科学性和理论性的指导。而对硫铝酸盐水泥-铝酸盐水泥-石膏三元复合体系的研究报道还没有发现。有关超早强灌浆材料国内外虽有较多的研究，国外超早强灌浆材料初始流动性能较好，但是小时抗压强度和抗折强度不能得到较好的发展，或者是抗压强度高时抗折强度较低；国内超早强灌浆材料特点是初始流动度值较大时，小时强度较低，或者是小时强度较高时，流动度损失较大，两者不能很好地统一。因此，如果能将超早强促凝调控技术、缓凝技术和微膨胀技术实现有机结合，来进行系统的研究硫铝酸盐水泥-铝酸盐水泥-石膏三元复合体系，以实现高小时强度和低流动度损失的矛盾统一。该体系的研发对工程抢险、工程修补提供了技术保障，并可尝试开拓该体系新的应用领域，比如国防、核工业、甚至航空等领域。该项研究填补了国内外硫铝酸盐水泥一招酸盐水泥一石膏三元复合体系研究的空白。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的缺点，提供了一种抗压强度高、流动度经时损失小、生产过程简单、无毒无污染的无机多元复合超早强灌浆材料。为达上述目的，本发明一种无机多元复合超早强灌浆材料，含有50-65重量份的胶凝材料、30-46重量份的石英砂和助剂；所述胶凝材料由62-68重量份的硫铝酸盐水泥、18-25重量份的铝酸盐水泥和8-15重量份的石膏组成；所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 029Γ0. 06%,硫酸钠O. 99Γ1. 4%，硼砂O. 3°/Γθ. 6%，三聚磷酸钠O. 05% O. 09%,葡萄糖酸钠O. 01% O. 03%,硫酸亚铁O. 4% 0· 7%，消泡剂O. 15% O. 2%，聚丙烯纤维O. 29Π). 4%，萘系高效减水剂(即萘系减水剂)I. 49Γ1. 8%。本发明无机多元复合超早强灌浆材料，优选含有56重量份的胶凝材料、42重量份的石英砂和助剂；所述胶凝材料由62重量份的硫铝酸盐水泥、18重量份的铝酸盐水泥和8重量份的石膏组成；所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 02%，硫酸钠I. 0%，硼砂O. 3%，三聚磷酸钠O. 05%,葡萄糖酸钠O. 01%,硫酸亚铁O. 4%，消泡剂O. 15%，聚丙烯纤维O. 2%，萘系高效减水剂I. 4%。本发明无机多元复合超早强灌浆材料，优选含有58重量份的胶凝材料、40重量份的石英砂和助剂；所述胶凝材料由64重量份的硫铝酸盐水泥、20重量份的铝酸盐水泥和9重量份的石膏组成；所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 03%，硫酸钠I. 1%，硼砂O. 4%，三聚磷酸钠O. 06%,葡萄糖酸钠O. 02%,硫酸亚铁O. 5%，消泡剂O. 16%，聚丙烯纤维O. 2%，萘系高效减水剂I. 5%。
本发明无机多元复合超早强灌浆材料，优选含有63重量份的胶凝材料、34重量份的石英砂和助剂；所述胶凝材料由66重量份的硫铝酸盐水泥、22重量份的铝酸盐水泥和11重量份的石膏组成；所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 04%，硫酸钠I. 2%，硼砂O. 4%，三聚磷酸钠O. 07%,葡萄糖酸钠O. 03%,硫酸亚铁O. 6%，消泡剂O. 17%，聚丙烯纤维O. 3%，萘系高效减水剂I. 6%。本发明无机多元复合超早强灌浆材料，优选含有65重量份的胶凝材料、31重量份的石英砂和助剂；所述胶凝材料由68重量份的硫铝酸盐水泥、24重量份的铝酸盐水泥和13重量份的石膏组成；所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 05%，硫酸钠I. 3%，硼砂O. 6%，三聚磷酸钠O. 08%,葡萄糖酸钠O. 03%,硫酸亚铁O. 7%，消泡剂O. 18%，聚丙烯纤维O. 4%，萘系高效减水剂I. 7%。上述各组分市场有售，均可通过购买得到。其中，消泡剂可以是本领域常用的各种消泡剂，如有机硅消泡剂或聚醚类消泡剂，优选聚醚类消泡剂，灌注后外观质量好，消泡效果好。碳酸锂作为早强促凝剂组分，有效缩短了复合体系的凝结时间，加快了水化速度，为超早强创造了条件，硫酸钠和硫酸亚铁为超早强起到了促进作用。石膏优选二水石膏，二水石膏溶解度更适合硫铝酸盐水泥一招酸盐水泥一石膏三元复合体系，石膏的加入既起到了调节体系的矿物组成作用，又起到了微膨胀作用和缓凝作用。硼砂、三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠起到了改善和合体系与萘系高效减水剂的适应性，保障了 30min流动度损失降低。萘系闻效减水剂为现有广品，市场有售，减水率达到20%左右的市售蔡系闻效减水剂均可使用。本发明无机多元复合超早强灌浆材料的制备按照上述配比将各原料称好，经犁刀式混料机充分搅拌，即得成品。本发明与现有技术不同之处在于，本发明采用国内外首创的硫铝酸盐水泥一招酸盐水泥-石膏三元复合体系，该三元复合体系对本发明灌浆材料的物理性能起到主要作用。本发明的关键在于十多种组分的合理重量匹配，各组分的添加量是在长期生产经验的基础上得到的，是超早强促凝调控技术与缓凝调控技术的有机结合。加入快硬超早强组分(主要指碳酸锂，硫酸钠和石膏起辅助复合叠加效应)后不仅弥补了缓凝组分硼砂带来的负面影响(负面影响主要是指掺量过大会使凝结时间延长，小时强度达不到要求，甚至2小时几乎没有强度)，而且随着快硬超早强组分掺量的增加，无论是小时强度还是长龄期强度都有很大的提高。但是快硬超早强组分的掺量也不能无限增大，与硼砂的重量配比在本发明的范围内才能达到本发明的效果。本发明根据这一原理建立了三元复合体系又要“快硬而不速凝”的关键技术。“快硬而不速凝”就是既要达到30min浆体流动度损失很小或不损失，还要在2h的抗压强度达到40MPa以上。国外超早强灌浆材料初始流动性能较好，但是小时抗压强度和抗折强度不能得到较好的发展，或者是抗压强度高时抗折强度较低；国内超早强灌浆材料的特点是初始流动度值较大时，小时强度较低，或者是小时强度较高时，流动度损失较大，两者不能很好地统一。本发明采用硫铝酸盐水泥-铝酸盐水泥-石膏三元复合体系配制超早强灌浆材料，解决了上述问题。经实践证明，本发明的硫铝酸盐水泥一铝酸盐水泥一石膏三元复合体系配制的超早强灌浆材料2h抗压强度最高可达40MPa以上，初始流动度340mm，30min流动度损失很小，甚至不损失；24h抗折强度可达14MPa以上，抗压强度可达70MPa以上；28d抗压强度可达90MPa以上，56d、90d抗压强度可达IOOMPa以上，强度不倒缩，耐久性好，外观质量好，抗腐蚀性强，具有微膨胀性能。
具体实施方式
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以下结合实施例和试验数据，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例I胶凝材料由62重量份的硫铝酸盐水泥、18重量份的铝酸盐水泥和8重量份的石膏组成；助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 02%，硫酸钠1.0%，硼砂O. 3%，三聚磷酸钠O. 05%,葡萄糖酸钠O. 01%,硫酸亚铁O. 4%，消泡剂O. 15%，聚丙烯纤维O. 2%，萘系高效减水剂(如购自山西黄腾化工有限公司，山西康克尔精细化工有限责任公司)I. 4% ；取56重量份的上述胶凝材料、42重量份的石英砂和上述得到的助剂，用犁刀式混料机(上海双龙混合设备制造有限公司)充分搅拌，即得本发明的无机多元复合超早强灌浆材料。实施例2胶凝材料由64重量份的硫铝酸盐水泥、20重量份的铝酸盐水泥和9重量份的石膏组成；助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 03%，硫酸钠I. 1%，硼砂O. 4%，三聚磷酸钠O. 06%,葡萄糖酸钠O. 02%,硫酸亚铁O. 5%，消泡剂O. 16%，聚丙烯纤维O. 2%，萘系高效减水剂I. 5% ；取58重量份的上述胶凝材料、40重量份的石英砂和上述得到的助剂，用犁刀式带飞刀混料机充分搅拌，即得本发明的无机多元复合超早强灌浆材料。实施例3胶凝材料由66重量份的硫铝酸盐水泥、22重量份的铝酸盐水泥和11重量份的石膏组成；助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 04%，硫酸钠I. 2%，硼砂O. 4%，三聚磷酸钠O. 07%,葡萄糖酸钠O. 03%,硫酸亚铁O. 6%，消泡剂O. 17%，聚丙烯纤维O. 3%，萘系高效减水剂I. 6% ；取63重量份的上述胶凝材料、34重量份的石英砂和上述助剂，用犁刀式带飞刀混料机充分搅拌，即得本发明的无机多元复合超早强灌浆材料。实施例4胶凝材料由68重量份的硫铝酸盐水泥、24重量份的铝酸盐水泥和13重量份的石膏组成；助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 05%，硫酸钠I. 3%，硼砂O. 6%，三聚磷酸钠O. 08%,葡萄糖酸钠O. 03%,硫酸亚铁O. 7%，消泡剂O. 18%，聚丙烯纤维O. 4%，萘系高效减水剂I. 7% ；取65重量份的上述胶凝材料、31重量份的石英砂和助剂，用犁刀式带飞刀混料机 充分搅拌，即得本发明的无机多元复合超早强灌浆材料。试验例以现有的灌浆材料作对比现有的灌浆材料的组成(I)采用硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和二水石膏复合胶凝体系配制灌浆料，可利用铝酸盐水泥对硅酸盐水泥的促凝和促硬作用来改善硅酸盐水泥早期力学性能，利用硅酸盐水泥弥补铝酸盐水泥后期强度差的缺陷。(2)采用硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏三元系统制备的灌浆料强度能够得到显著的提高，而且通过三者之间不同比例的调整可制备出高强高性能微膨胀灌浆材料和超早强高性能修补材料。(3)采用单一品种的水泥进行物理和化学改性，制备高性能胶凝材料和高强灌浆材料。虽然国内生产高速铁路用支座砂浆的厂家较多，在国内高速铁路建设过程中得到了大量的应用。将上述三种组成的现有灌浆材料依据《客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件》2005101号文件(该标准里面有试验方法)检验如下物理性能(如下表I所示)。表I现有三种组成的灌浆材料的检测试验数据
权利要求
1.一种无机多元复合超早强灌浆材料，其特征在于， 含有50-65重量份的胶凝材料、30-46重量份的石英砂和助剂； 所述胶凝材料由62-68重量份的硫铝酸盐水泥、18-25重量份的铝酸盐水泥和8_15重量份的石膏组成； 所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 029Γ0. 06%，硫酸钠O. 9% 1. 4%，硼砂O. 3% 0. 6%，三聚磷酸钠O. 05% 0. 09%，葡萄糖酸钠O. 01% 0. 03%，硫酸亚铁O. 4% 0· 7%，消泡剂O. 15% O. 2%，聚丙烯纤维O. 2% 0· 4%，萘系高效减水剂I. 4% 1· 8%。
2.根据权利要求I所述的无机多元复合超早强灌浆材料，其特征在于， 含有56重量份的胶凝材料、42重量份的石英砂和助剂； 所述胶凝材料由62重量份的硫铝酸盐水泥、18重量份的铝酸盐水泥和8重量份的石膏组成； 所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 02%，硫酸钠1.0%，硼砂O. 3%，三聚磷酸钠O. 05%,葡萄糖酸钠O. 01%,硫酸亚铁O. 4%，消泡剂O. 15%，聚丙烯纤维O. 2%，萘系高效减水剂I. 4%。
3.根据权利要求I所述的无机多元复合超早强灌浆材料，其特征在于， 含有58重量份的胶凝材料、40重量份的石英砂和助剂； 所述胶凝材料由64重量份的硫铝酸盐水泥、20重量份的铝酸盐水泥和9重量份的石膏组成； 所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 03%，硫酸钠I. 1%，硼砂O. 4%，三聚磷酸钠O. 06%,葡萄糖酸钠O. 02%,硫酸亚铁O. 5%，消泡剂O. 16%，聚丙烯纤维O. 2%，萘系高效减水剂I. 5%。
4.根据权利要求I所述的无机多元复合超早强灌浆材料，其特征在于， 含有63重量份的胶凝材料、34重量份的石英砂和助剂； 所述胶凝材料由66重量份的硫铝酸盐水泥、22重量份的铝酸盐水泥和11重量份的石膏组成； 所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 04%，硫酸钠1.2%，硼砂O. 4%，三聚磷酸钠O. 07%,葡萄糖酸钠O. 03%,硫酸亚铁O. 6%，消泡剂O. 17%，聚丙烯纤维O. 3%，萘系高效减水剂I. 6%。
5.根据权利要求I所述的无机多元复合超早强灌浆材料，其特征在于， 含有65重量份的胶凝材料、31重量份的石英砂和助剂； 所述胶凝材料由68重量份的硫铝酸盐水泥、24重量份的铝酸盐水泥和13重量份的石膏组成； 所述助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂O. 05%，硫酸钠1.3%，硼砂O. 6%，三聚磷酸钠O. 08%,葡萄糖酸钠O. 03%,硫酸亚铁O. 7%，消泡剂O. 18%，聚丙烯纤维O. 4%，萘系高效减水剂I. 7%。
6.根据权利要求1-5任一项所述的灌浆材料，其特征在于所述石膏为二水石膏。
7.根据权利要求1-5任一项所述的灌浆材料，其特征在于所述消泡剂为有机硅消泡剂或聚醚类消泡剂，优选聚醚类消泡剂。
8.制备权利要求1-5任一项所述的灌浆材料的方法，其特征在于按所述配比称取各原料，混 合充分搅拌，即得。
全文摘要
本发明涉及一种无机多元复合超早强灌浆材料，其含有50-65重量份胶凝材料、30-46重量份石英砂和助剂；胶凝材料由62-68重量份硫铝酸盐水泥、18-25重量份铝酸盐水泥和8-15重量份石膏组成；助剂由占胶凝材料重量百分数的下列组分组成碳酸锂0.02%~0.06%，硫酸钠0.9%~1.4％，硼砂0.3%~0.6%，三聚磷酸钠0.05%~0.09%，葡萄糖酸钠0.01%~0.03%，硫酸亚铁0.4%~0.7%，消泡剂0.15%~0.2%，聚丙烯纤维0.2%~0.4%，萘系高效减水剂1.4%~1.8%。本发明无机多元复合超早强灌浆材料具有抗压强度高、流动度经时损失小、生产过程简单、无毒无污染的特点。
文档编号C04B28/06GK102898105SQ20121038438
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者李宪军, 王芳芳, 毕兴锁, 李建国, 郝建英 申请人:山西省建筑科学研究院