一种大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料，它包括如下重量百分比的组分：硅酸盐水泥26%?37%，一级粉煤灰4%?8%，硅灰5%?8%，硫铝酸钙膨胀剂8%?13%，石英粉：12%?15%，矿渣超微细粉21%?23%，粉体聚羧酸减水剂0.08%?0.15%，早强剂1%?4%，高分子合成纤维1%?3%。本发明能提高灌浆料的流动性能和强度,硅灰和矿渣超微细粉对水泥浆体的填充与分散效果好,有微膨胀功能,防止开裂效果明显,施工方便。特别适用于高精度设备安装，设备基础二次灌浆，螺栓锚固，裂缝修补，孔道灌浆等。
【专利说明】
一种大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料。
【背景技术】
[0002]水泥灌浆料是一种由水泥、骨料(或不含骨料)、外加剂和矿物掺和料等原材料，经工厂化配制生产而成的具有合理级配的干混料。加水拌合均匀后具有可灌注的流动性、微膨胀、高的早期和后期强度、不泌水等性能。灌浆料的技术发展:1998年3月28日，原冶金工业部发布了针对水泥基灌浆材料的第一部行业标准《水泥基灌浆材料施工技术规程》YB/T9261-98，首次系统地明确了灌浆工艺及要求。2005年4月11日，国家发展和改革委员会发布了建材行业标准《水泥基灌浆材料》JC/T986-20052008年3月31日，中国住房和城乡建设部与国家质量监督检验检疫总局联合发布了国家标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/T50448-2008，系统地对灌浆工程的设计、施工、质量控制与工程验收提出具体要求。水泥基灌浆料分类:(I)主要用于:地脚螺栓锚固、裁埋钢筋，灌浆层厚度30_〈δ〈200_的设备基础二次灌浆。有抗油要求的设备基础二次灌浆称谓普通灌浆料。2)主要用于:灌浆层厚度多150mm的设备基础二次灌浆。建筑物的梁、板、柱、基础和地坪的补强加固(修补厚度多40mm)。有抗油要求的设备基础二次灌浆，称谓加固工程专用灌浆料。(3)主要用于:预应力孔道灌浆，灌浆层厚度10mm〈S〈150mm设备二次灌浆，混凝土梁柱加固角钢与混凝土之间缝隙灌浆，称谓混凝土缝隙修复专用灌浆料。(4)主要用于:精密、大型、复杂设备安装;混凝土结构加固改造，增强，路面快速修复，称谓高强无收缩灌浆料。(5)主要用于:高温环境下专用灌浆料，高温下体积稳定，热震性好，设备长期处于高温辐射温度500 °C环境，灌浆层厚度30_〈δ〈200_的设备基础二次灌浆，称谓耐热型灌浆料。
[0003]混凝土结构的加固一直以来都是一个很热门的话题，随着国民经济的高速发展，人民生活水平的日益提高，人们对建筑的需求也不断发展，许多已有建筑物无论是外观状况还是使用功能，均已无法满足现代生活的要求，急需进行加固和改造。然而，在加固和改造过程中，如何选择适宜的材料，以满足施工要求以及建筑物的使用功能和安全环保要求，是一项十分重要的内容。在以往的工程中，多采用有机高分子材料，如:环氧树脂、不饱和树脂等。使用该类材料在施工过程中存在以下问题，如:环保问题，低温施工问题(在低温条件下，固化很慢，影响工期)，焊接问题(钢筋焊接时需在115m以外，否则，会因温度过高而产生炭化，使材料失去原有的功能)，防火问题(由于该类材料均不耐火，在遇到火灾时会因材料过早失强而产生不良的后果)。灌浆材料的发展却越来越得到重视，各种新型的灌浆材料不断涌现，其应用场合也越来越广泛，如采用高性能钢纤维增强混凝土材料对灾后结构进行修复和翻新、各种土木工程结构裂缝的修补、大型重要设备的固定和安装等都需应用灌浆材料〃国内外对水泥基灌浆材料进行了很多研究，并且取得了不少的成果，为进一步开发更高性能的灌浆材料提供了研究基础，但其效果还有待进一步提高。
【发明内容】
[0004]本发明旨在结合灌浆材料的发展现状，采用本地现有的原材料并结合采用工业副产品如矿渣、硅粉等矿物材料开发一种具有价廉、环境友好特点的大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料，并从工作性、强度、收缩、耐油性以及耐磨性能等方面对该灌浆材料的性能进行较全面研究。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0006]所述大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料包括如下重量百分比的组分:
[0007]硅酸盐水泥26%-37%，一级粉煤灰4%-8%，硅灰5%-8%，硫铝酸钙膨胀剂8%-13%,石英粉:12 % -15 %，矿渣超微细粉21 %-23%,粉体聚羧酸减水剂0.08 % -0.15 %，早强剂1%-4%，高分子合成纤维I %-3%。
[0008]优选地，所述灌浆料包括如下重量百分比的组分:
[0009]硅酸盐水泥35%，一级粉煤灰5%，硅灰7%，硫铝酸钙膨胀剂11.9%，石英粉:14%，矿渣超微细粉22%，粉体聚羧酸减水剂0.1%，早强剂3%，高分子合成纤维2%。
[0010]下面对本发明作进一步说明:
[0011]本发明中:
[0012]一级粉煤灰:45μπι方孔筛筛余量不大于12%。
[0013]石圭灰:由工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。主要成分S12，灰色或灰白色粉末。
[0014]硫铝酸钙膨胀剂:一种在砂浆和混凝土中能通过化学反应产生膨胀的外加剂，由石灰、石膏和矾土经配料煅烧而成，主要成分为无水硫铝酸钙。
[0015]石英粉:一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的矿物，主要矿物成分是石英S12,细度超过120目的白色粉末。
[0016]矿渣超微细粉:一种优质的混凝土掺合料，由符合GB/T203标准的粒化高炉矿渣，经干燥、粉磨，达到相当细度且符合相当活性指数的粉体。
[0017]粉体聚羧酸减水剂:高性能减水剂，聚酯型或聚醚型结构，可以有效减少混凝土水泥用量和混凝土收缩。
[0018]早强剂:能提高混凝土早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂，最常用的有机化合物早强剂为三乙醇胺。
[0019]高分子合成纤维:聚丙稀纤维，抗拉强度>358Mpa;纤维直径18—48μηι;长度9mm。
[0020]相对于现有技术中的混凝土灌浆料，本发明的创新之处在于加入了一级粉煤灰、硅灰、石英粉、矿渣超微细粉等混凝土掺和料、硫铝酸钙膨胀剂、粉体聚羧酸减水剂和早强剂及高分子合成纤维等，使混凝土灌浆料的性能更好。I级粉煤灰是国家标准中用于混凝土的优质粉煤灰品级，其特点是需水量比小于95%，具有固体减水剂的作用。硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，可显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能，具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼栗送阻力的作用。石英粉的加入可形成低水胶比，高水灰比，提高水泥的水化度，增加了水泥的密实度，进而提高混凝土的强度，此外石英粉具有一定的活性，可进行水化，从而填充毛细孔，降低水泥石的孔隙率，改善水泥石的整体性，使之更不容易被破坏。硫铝酸钙膨胀剂加在水泥中，当水泥凝结硬化时，随之体积膨胀，起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用。它具有良好的施工性能，用量为10-12% (以水泥量计)，对于要求更高抗渗、抗裂的砼，可以试验增加掺量。使用粉体聚羧酸减水剂可改善新拌混凝土的工作性能，改善施工条件，提高施工效率，提高硬化混凝土的物理力学性能和耐久性，同时减少混凝土收缩。早强剂可加快水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展，既具有早强功能，又具有一定减水增强功能。此外，高分子合成纤维的加入也可有效的控制混凝土 (砂浆)的固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防止及抑制裂缝的形成及发展，大大改善混凝土的阻裂抗渗性，抗冲击及抗震能力。
[0021]大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料是以水泥为主要胶凝剂，选择高莫氏硬度的材料为骨料，辅以流化剂、微膨胀、防离析等组份配置而成的高混料。高性能水泥基灌浆料有如下的特点:I)保水性，保水性是指灌浆料有着保持内部水分的能力。保水性好的灌浆料在施工过程中不会产生严重的泌水现象。保水性差的灌浆料中一部分水容易从内部析出至表面，在水渗流之处留下许多毛细管孔道，成为日后灌浆料的内部透水通道，出现这个问题，影响耐久性，冬天容易被冻裂2)流动度，流动度是指新拌灌浆料在自重或机械振捣作用下，能够流动并均匀密实的填充模板的能力。流动度的大小直接影响施工的难易和硬化灌浆料的质量，若灌浆料太干稠，则难以成型与密实，且容易造成内部或表面孔洞等缺陷；若灌浆料过稀，经搅拌后，容易出现水泥浆和水上浮而石英砂等骨料会下沉的分层离析现象，影响灌浆料质量的均匀性、成型的密实性。3)黏聚性，黏聚性是指新拌灌浆料的组成材料之间有一定的黏聚力，确保不发生分层、离析现象，使得灌浆料能够保持整体均匀稳定的性能。黏聚性差的灌浆料，容易导致泥浆与骨料分离，浇注后容易出现蜂窝、空洞等现象。黏聚性过大，又容易导致灌浆料的流动度变差，流动到不到施工的位置，无法跟接触面更好的接触密实，影响浇灌质量。
[0022]在以防渗、堵漏、加固和建筑物纠偏为主要目的的各类地基处理工程中，广泛采用的灌浆法的实质，就是用气压、液压或电动化学原理，把某些能固化的浆液注入天然的和人为的裂缝或孔隙以改善各种介质的物理力学性质，其工艺所依据的理论主要可归纳为下列4种:
[0023](I)渗入性灌浆。在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就越大。这种理论假定，在灌浆过程中地层结构不受扰动和破坏，所用的灌浆压力相对较小。
[0024](2)劈裂灌浆。在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张，或形成新的裂缝或孔隙，从而使低透水性土层的可灌性和浆液扩散距离增大。这种灌浆法所用的灌浆压力相对较高。
[0025](3)压密灌浆。通过钻孔向土层中压入浓浆随着土体的压密和浆液的挤入，将在压浆点周围形成灯泡形空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，从而引起地层局部隆起，许多工程利用这一原理纠正了地面建筑物的不均匀沉降。
[0026](4)电动化学灌浆。当在粘性土中插入金属电极并通以直流电后，就在土中引起电渗、电泳和离子交换等作用，促使在通电区域中的含水量显著降低，从而在土内形成渗浆“通道”。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐浆液，就能在“通道”上形成硅胶，并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。
[0027]本发明以水泥为主要胶凝材料，利用硅灰，微珠，磷渣复合粉三种水化活性不同的矿物掺合料，并辅以与此胶材体系相匹配的化学外加剂及级配合理的骨料体系，使灌浆料具有早期及后期强度高，流动性能好，膨胀性能可调的优点，本发明能提高灌浆料的流动性能和强度，硅灰和矿渣超微细粉对水泥浆体的填充与分散效果好，有微膨胀功能，防止开裂效果明显，施工方便。特别适用于高精度设备安装，设备基础二次灌浆，螺栓锚固，裂缝修补，孔道灌浆等。
【具体实施方式】
[0028]实施例1:
[0029]所述大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料各组分含量为:硅酸盐水泥:3.5kg、一级粉煤灰:0.5kg、硅灰:0.7kg、硫铝酸钙膨胀剂:1.19kg、石英粉:1.4kg、矿渣超微细粉:2.2kg,粉体聚羧酸减水剂:0.0I kg、早强剂:0.3kg、高分子合成纤维:0.2kg。
[0030]试验方法:流动度按GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试;强度试验采用胶砂试件;耐油性能试验采用尺寸为40MMX 40MM X 160MM的胶砂试件，测定不同条件下浸入机油中试件的质量及强度变化;耐磨性能试验采用《混凝土及制品耐磨性试验方法(滚珠轴承法)》进行，记录不同转数条件下磨槽的深度，并以耐磨度(等于磨损转数的平方根除以试件磨槽深度)表示其耐磨性能。所有试件在成型Id后拆模，并置于(20±2)°C水中养护至28d.收缩试验采用尺寸为30MM X 30MM X 280MM的试件，测试条件为(20 ± 2) °C，RH=(65±5)%，成型Id后拆模，并采用千分仪测试件初始值，以后在规定龄期内测试试件的长度，从而确定试件的收缩。
[0031]对上述大流态无收缩抗裂混凝土灌楽料的性能试验和分析如下:
[0032](I)流动性和强度性能
[0033]试验灌浆材料的流动性和强度测试结果可以看出，在原材料组成比例合适时，灌浆材料试样无论在早期还是28d:龄期都具有很好的抗折、抗压强度，试样28d龄期的抗压强度大多超过I 1MPa，而抗折强度超过15MPa，且各试样具有良好的流动性。矿渣、硅粉的掺量对灌浆材料的早期(2d)强度影响很大，采用合适的硅粉和矿渣含量，试样Id的抗压强度可达35MPa以上，但当硅粉和矿渣的总掺量超过一定值后，试样Id的抗压强度小于30MPa。在本实验掺量范围内，硅粉和矿渣的掺量变化，对试样28d的强度影响并不明显。同时还可看出，试样的砂胶比和膨胀剂含量都对试样的强度有一定影响，合适的砂胶比可使试样获得最佳的强度；当膨胀剂掺量为8%，灌浆材料组成合适时，试样Id的抗压强度可达40MPa以上。掺入6%膨胀剂的试样也具有较好的抗压强度。
[0034]以上试验说明，采用矿渣、硅粉复合掺入水泥体系中(总取代量为30%)，可配制出抗压强度超过lOOMPa、工作性满足要求的大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料，并减少了水泥的使用量，增加了灌浆材料的环境协调性。
[0035](2)干缩性能
[0036]从灌浆材料与基准试样在28d龄期内的收缩变化情况可看出基准试样的收缩明显大于掺有膨胀剂的试样，掺有膨胀剂的灌浆材料的收缩，在所测龄期内的变化趋势及收缩大小都基本相似;28d龄期的收缩值为500Hm/m左右；同时还可看到，各试样在7d龄期内收缩增长较快，以后逐渐减小。
[0037](3)耐磨性能
[0038]增加硅粉掺量有利于提高灌浆材料的耐磨性能，而掺膨胀剂更有利于增强灌浆材料的耐磨性能。同时，还可发现磨机转数的增加，灌浆材料的耐磨度有稍微的增大，这可能与试样表面的性能不均匀以及试验方法本身的特点有关。
[0039](4)耐油性能
[0040]用于设备固定的灌浆材料，其耐油渗性能也是一个重要指标，在浸油条件下的质量增加很小，均不超过2 浸油试件的抗折强度都大于相应标养7d的试件强度;而其抗压强度则可与标养28d龄期的试件相媲美。这表明，该灌浆材料的耐油性能非常好。
[0041 ]通过试验数据分析得出本发明的大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料有如下优点:
[0042]I)早强、高强:一天强度最高可达58MPa以上，设备安装完毕一天后即可运行生产。
[0043]2)自流态:现场只需加水搅拌后，直接灌入设备基础，不需震捣便可填充设备基础的全部空隙。
[0044]3)微膨胀:以保证设备与基础之间紧密接触。
[0045]4)无锈蚀作用:对钢筋、钢板等无锈蚀危害。
[0046]5)抗油渗:在机油中浸泡60天后其强度比浸油前提高10%以上。
[0047]6)耐久性:30次疲劳实验，200次冻融循环实验强度无明显变化。
[0048]7)耐候性好，-40 0C?600 V长期安全使用。
【主权项】
1.一种大流态无收缩抗裂混凝土灌浆料，其特征在于，所述灌浆料包括如下重量百分比的组分: 硅酸盐水泥26%-37%，一级粉煤灰4%-8%，硅灰5%-8%，硫铝酸钙膨胀剂8%-13%，石英粉:12%-15%，矿渣超微细粉21%-23%，粉体聚羧酸减水剂0.08%-0.15%，早强剂1%_4%，高分子合成纤维1%-3%;各组分之和为100%。2.如权利要求1所述的灌浆料，其特征在于，所述灌浆料包括如下重量百分比的组分: 硅酸盐水泥35%，一级粉煤灰5%，硅灰7%，硫铝酸钙膨胀剂11.9%，石英粉:14%，矿渣超微细粉22%，粉体聚羧酸减水剂0.1%，早强剂3%，高分子合成纤维2%。3.如权利要求1或2所述的灌浆料，其特征在于，所述早强剂为三乙醇胺，所述高分子合成纤维为聚丙烯纤维。
【文档编号】C04B111/20GK106007550SQ201610047549
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】肖燎, 陈维超, 张鑫, 刘维, 杨利平
【申请人】湖南省建筑工程集团总公司, 湖南省建筑施工技术研究所