本发明属于地基基础的微型桩加固技术领域，具体涉及一种微型桩灌注用特种砂浆及其制备方法和应用。
背景技术：
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
微型桩一般是指桩径小于300mm，长细比大于30，采用钻孔、强配筋和压力注浆施工工艺的灌注桩，起源于20世纪50年代的意大利，目的是解决困难条件下桩的施工而提出的。既有房屋基础及桥梁基础的加固中，因施工所需高度限制、操作面限制，施工中所用为小型机械，微型桩因具有施工振动、噪声小，承载力高、沉降小、便于施工及成桩迅速快等特点桩型多为微型桩。
微型桩桩体特点直径小、长细比大，桩身材料强配筋，一般情况下为提高桩顶部位承载能力选择内插钢管，使桩孔狭小，因此桩孔内灌注材料一般为细石混凝土、砂浆、水泥浆等建筑材料。材料是细石混凝土时无法按正常水下混凝土导管法施工，容易造成粗细骨料分层，桩身强度降低、不均匀；材料是砂浆、水泥浆时，一般采用桩端压浆工艺，为增加浆液流动性需要较大水灰比，造成桩身收缩率较大，泌水严重形成桩顶部位空腔，需要多次补浆才能完成，产生的新旧界面在桩身完整性检测时为断桩信号，工程桩无法正常验收。
与微型桩设计施工有关的国家标准规范有《建筑地基处理技术规范》jgj79、《既有建筑地基基础加固技术规范》jgj123，其中jgj79中9.2.4.1条对灌注材料要求“具有较好的和易性、可塑性、黏聚性、流动性和自密实性”。然而，发明人发现，上述规范要求宽泛，没有具体技术标准和技术指标，为增加流动性，具体施工中水胶比0.6左右，甚至更高，易造成砂砾沉底，桩身强度上下部位差异严重。
技术实现要素：
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种微型桩灌注用特种砂浆及其制备方法和应用，本发明制备得到的微型桩灌注用特种砂浆在微型桩浇筑过程中稳定不分层、无泌水，拌合后粘度低、流动性好、易于泵送，含气量较低、强度有保证，初凝、终凝时间在正常范围内。同时本发明所使用原料皆为市售品，容易获得，可广泛应用于建筑物地基基础加固、基坑支护中的微型桩、锚杆灌浆施工等，因此具有良好的实际应用之价值。
本发明的目的之一在于提供一种微型桩灌注用特种砂浆。
本发明的目的之二在于提供上述微型桩灌注用特种砂浆的制备方法。
本发明的目的之三在于提供上述微型桩灌注用特种砂浆的应用。
本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明的第一个方面，提供一种微型桩灌注用特种砂浆，原料包括：
普通硅酸盐水泥、石英砂、矿粉或粉煤灰和外加剂。
所述外加剂包括聚羧酸减水剂、塑性膨胀剂、消泡剂、增粘剂和矿物降粘剂，所述增粘剂为纤维素醚、聚多糖、聚丙烯酰胺及片状硅酸盐中的一种或多种组合，所述矿物降粘剂为一级粉煤灰或微珠超细粉煤灰。
进一步的，所述微型桩灌注用特种砂浆，原料包括(按重量份计)：石英砂200-400份，普通硅酸盐水泥80-120份，矿粉(s95)30-60份，矿物降粘剂20-50份，聚羧酸减水剂0.4-0.8份，早强剂1-5份，增粘剂0.4-1.0份，塑性膨胀剂0.1-0.5份，消泡剂0.4-0.8份。
本发明的第二个方面，提供一种微型桩灌注用特种砂浆的制备方法，包括：
将计量好的普通硅酸盐水泥、石英砂、矿粉或粉煤灰掺加物以及外加剂拌和成均匀粉料；
向计量好的水中逐渐加入上述均匀粉料机械搅拌处理。
进一步的，所述水胶比为0.25～0.45，进一步优选为0.29～0.41；更进一步包括0.3、0.35或0.4。
本发明的第三个方面，提供上述微型桩灌注用特种砂浆在微型桩桩体浇筑、大长细比构件灌浆施工和/或破损混凝土构件的结构补强中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)该特种砂浆浇筑过程中稳定不分层、无泌水，拌合后粘度低、流动性好、易于泵送，含气量较低、强度有保证，固化后收缩量小，适合微型桩浇筑，一次灌浆不补浆，桩身完整性得到保障。
(2)本申请的配制方法简单、对低收缩、高强度要求的构件具有普适性，粉料易于规模化生产，现场施工工艺简单，因此具有良好的实际应用之价值。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
正如背景技术所介绍的，微型桩灌注砂浆要求的高流动性、线性低收缩、高强度，本发明采用普通硅酸盐水泥、石英砂、矿粉或粉煤灰掺加物以及外加剂的的混合粉料制成的特种砂浆加以解决，不仅适用于微型桩灌注，也适用于锚杆、土钉等大长细比构件灌浆施工、破损混凝土构件的结构补强。
本发明的一个典型实施方式中，提供一种微型桩灌注用特种砂浆，原料包括：普通硅酸盐水泥、石英砂、矿粉或粉煤灰和外加剂。
所述外加剂包括聚羧酸减水剂、塑性膨胀剂、消泡剂、增粘剂和矿物降粘剂，所述增粘剂为纤维素醚、聚多糖、聚丙烯酰胺及片状硅酸盐中的一种或多种组合。所述矿物降粘剂为一级粉煤灰或微珠超细粉煤灰。
本发明的又一具体实施方式中，所述微型桩灌注用特种砂浆，原料包括(按重量份计)：石英砂200-400份，普通硅酸盐水泥80-120份，矿粉(s95)30-60份，矿物降粘剂20-50份，聚羧酸减水剂0.4-0.8份，早强剂1-5份，增粘剂0.4-1.0份，塑性膨胀剂0.1-0.5份，消泡剂0.4-0.8份。
本发明研究发现：通过加入一定比例的聚羧酸减水剂以满足提高砂浆高流动性、加入一定比例的增粘剂以满足提高砂浆稳定性、加入一定比例的塑性膨胀剂以满足提高砂浆低收缩的要求，浆料固化前流动度、凝胶时间满足灌注要求，固化后砂浆28d强度高、体积收缩率低，所浇筑微型桩无需二次补浆。
需要说明的是，上述原料配比用量对于本发明最终制备的高性能微型桩灌注特种砂浆的性能影响甚大，如果羧酸减水剂用量过多，砂浆宜分层，用量过少，流动性差；如果增粘剂用量过多，砂浆黏度大，流动性降低。在水泥水化过程中，塑性膨胀剂能够在碱金属催化下，不断分解产生氮气来达到膨胀效果，满足3h及24h阶段的膨胀要求，掺量过大，影响砂浆强度。
本发明的又一具体实施方式中，提供一种微型桩灌注用特种砂浆的制备方法，包括：
将计量好的普通硅酸盐水泥、石英砂、矿粉或粉煤灰掺加物以及外加剂拌和成均匀粉料；
向计量好的水中逐渐加入上述均匀粉料机械搅拌处理。
本发明的又一具体实施方式中，所述水胶比为0.25～0.45，进一步优选为0.29～0.41；更进一步包括0.3、0.35或0.4。
本发明的又一具体实施方式中，机械搅拌中，叶轮线速度0.5-1m/s，逐渐加入砂浆粉料，加料时间宜控制在1.0-1.5min，加料完毕后调至搅拌叶轮线速度10m/s，开始计时，搅拌5min即可。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述微型桩灌注用特种砂浆在微型桩桩体浇筑、大长细比构件灌浆施工和/或破损混凝土构件的结构补强中的应用。
以下通过具体的实施例对本申请的方案进行描述。微型桩砂浆技术指标应满足《建筑地基处理技术规范》jgj79、《既有建筑地基基础加固技术规范》jgj123微型桩施工的要求：
(1)流动度：砂浆流动度(流动锥)，初始不大于45s，30min不大于60s，(2)泌水率：0，(3)凝结时间：3-9h，(4)表观密度：不小于1800kg/m3，(5)竖向膨胀率：24h自由膨胀率为0-1％，(6)固化强度：28d大于30mpa。
砂浆用水泥稠度仪(流锥)测定初始30min流动度；砂浆在搅拌桶内静止30min，观察砂浆状态，再搅拌2min；砂浆竖向膨胀率参照《混凝土外加剂应用技术规范》gb50119测定；砂浆凝结时间参照《水泥净浆标准稠度与凝结时间测定方法》jc/t727。砂浆试件成型、强度测试参照标准《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》gb/t17671。砂浆流变性用stsc-1水泥浆稠度仪测定屈服应力、塑性粘度。
实施例1
(1)配制原料
普通硅酸盐水泥100g，矿粉(s95)35g，一级粉煤灰矿物降粘剂20g，聚羧酸减水剂0.8g，早强剂2g，纤维素醚增粘剂0.6g，塑性膨胀剂0.15g，消泡剂0.5g，石英砂200g。
(2)按照上述配方混匀成粉料，向计量好的水中逐渐加入上述均匀粉料机械搅拌处理。机械搅拌中，叶轮线速度1m/s，加料时间控制在1.5min以内，加料完毕后调至搅拌叶轮线速度10m/s，开始计时，搅拌5min即可。
水胶比0.30±0.01，砂浆流动性好，浆体稳定，具有竖向膨胀，竖向膨胀率大于0.2％，28d强度大于60mpa。
实施例2
(1)配制原料
普通硅酸盐水泥100g，矿粉(s95)40g，一级粉煤灰矿物降粘剂25g，聚羧酸减水剂0.7g，早强剂2g，纤维素醚增粘剂0.6g，塑性膨胀剂0.2g，消泡剂0.5g，石英砂(铁尾矿砂)250g。
(2)按照上述配方混匀成粉料，向计量好的水中逐渐加入上述均匀粉料机械搅拌处理。机械搅拌中，叶轮线速度1m/s，加料时间控制在1.5min以内，加料完毕后调至搅拌叶轮线速度10m/s，开始计时，搅拌5min即可。
水胶比0.36±0.01，砂浆流动性好，浆体稳定，具有竖向膨胀，竖向膨胀率大于0.2％，28d强度大于50mpa。
实施例3
(1)配制原料
普通硅酸盐水泥100g，粉煤灰(2级)45g，一级粉煤灰矿物降粘剂25g，聚羧酸减水剂0.5g，早强剂3.5g，纤维素醚增粘剂0.6g，塑性膨胀剂0.2g，消泡剂0.5g，石英砂(铁尾矿砂)350g。
(2)按照上述配方混匀成粉料，向计量好的水中逐渐加入上述均匀粉料机械搅拌处理。机械搅拌中，叶轮线速度1m/s，加料时间控制在1.5min以内，加料完毕后调至搅拌叶轮线速度10m/s，开始计时，搅拌5min即可。
水胶比0.4±0.01，砂浆流动性好，浆体稳定，具有竖向膨胀，竖向膨胀率大于0.2％，强度(28d)大于40mpa。
实验例1
改变实施例1配置原料中的塑性膨胀剂0.5g，其他成分相同，水胶比相同，砂浆24h膨胀率0.613％，28d抗压强度36.2mpa。
实验例2
改变实施例2配置原料中的纤维素醚增粘剂0.17g，其他成分相同，水胶比相同，砂浆初始流动度35s，30min流动度37s，拌合物30min状态：泌水、分层、扒底。
实验例3
改变实施例3配置原料中的聚羧酸减水剂0.8g，其他成分相同，水胶比0.49±0.01，砂浆初始流动度30s，30min流动度34s，拌合物30min状态：泌水、分层严重。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。