本发明涉及水泥基建筑材料
技术领域：
，具体涉及一种负温钢筋套筒灌浆料及其制备方法。
背景技术：
：钢筋套筒灌浆料是一种钢筋套筒粘结材料，套筒灌浆施工一般在5℃以上的环境下进行，国内相关行业标准规范也规定，灌浆施工时环境温度不宜低于5℃。当钢筋连接部位的养护温度低于5℃时，应采取加热保温措施。但在实际施工过程中，受地域、气温及工期进度的影响，套筒灌浆料某些时候需要在5℃以下，甚至气温零下的环境中使用，这就对套筒灌浆料对低温、负温的敏感性提出了需求。现有技术中，专利号为201810230700.8的发明专利“一种低温环境钢筋连接用灌浆料及其制备方法和应用”中提供的在低温环境中使用到的钢筋连接用灌浆料，其需要控制拌和水温度在10℃；力学性能检测时的最低温度为-5℃，当环境温度处于更低的-10℃时，力学性能则难以达到要求；灌浆料在硬化、成型初期水化过快，导致养护后期灌浆料收缩时缺少二次膨胀源，容易导致开裂，影响性能；使用这种灌浆料在套筒中浇筑连接钢筋并养护结束后，在进行接头处拉拔试验时，钢筋容易拔出。技术实现要素：为了保证钢筋套筒灌浆料在-10℃下依然便于施工，经养护后具有良好的力学性能，同时又具有良好的抗拉拔性能，本发明提供了一种负温钢筋套筒灌浆料，具体通过以下技术实现。一种负温钢筋套筒灌浆料，按重量百分比计，包括硅酸盐水泥12～29％、硫铝酸盐水泥14～35％、骨料33～45％、改性纤维ⅰ5～8％、改性纤维ⅱ5～8％、功能成分2～4％；所述骨料为河砂、石英砂、机制砂中至少一种；所述功能成分包括早期膨胀剂、减水剂、早强剂、消泡剂、保水剂；所述改性纤维ⅰ是将聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维中至少一种，表面经3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷接枝改性制得；所述改性纤维ⅱ是将钢纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维中至少一种，表面经化学反应包裹氧化铁外壳，然后在氧化铁外壳表面包裹生物可降解的高分子聚合物制得；所述高分子聚合物为聚原酸酯、聚丙交酯-乙交酯中至少一种。上述钢筋套筒灌浆料中，经过3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷接枝改性的改性纤维ⅰ，能够有效提高改性纤维ⅰ与硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、骨料的接合性能，提高灌浆料的抗压强度；改性纤维ⅱ最外层的高分子聚合物在套筒灌浆料硬化/成型/养护过程中不断被降解，使内部的氧化铁层逐渐露出，在碱性液体作用下生成氢氧化铁，从而为套筒灌浆料提供二次膨胀源，避免了灌浆料在套筒内开裂；改性纤维ⅰ、ⅱ还能够附着缠绕在钢筋周围，提高套筒灌浆料与套筒内钢筋之间的粘结强度，提高了套筒灌浆后钢筋的抗拉拔性能。优选地，按重量百分比计，包括硅酸盐水泥20％、硫铝酸盐水泥24％、骨料40％、改性纤维ⅰ6.5％、改性纤维ⅱ6.5％、功能成分3％。更优选地，所述改性纤维ⅰ的制备方法为：a1、称取第一份聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维或硅酸铝纤维，以及3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、偶氮二异丁腈，且三者的重量比为15:1:1；将3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷全部配制成浓度为6g/l的乙醇溶液；a2、将聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维或硅酸铝纤维加至3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的乙醇溶液中，搅拌1～3h；然后加入偶氮二异丁腈，再搅拌2～4h，静置3～6h，取沉淀物在60℃的烘箱中干燥，得到改性纤维ⅰ。更优选地，所述改性纤维ⅱ的制备方法为：b1、称取第二份钢纤维、玄武岩纤维或硅酸铝纤维，以及高分子聚合物、六偏磷酸钠、硅酸钠、氯化铁，且五者的重量比为18:3:1:1:3；将六偏磷酸钠、硅酸钠分别配制成质量分数为5％、5％的乙醇溶液，将氯化铁配制成质量分数为12％的水溶液，将高分子聚合物配制成浓度为10g/l的无水二氯甲烷溶液；b2、将钢纤维、玄武岩纤维或硅酸铝纤维加至六偏磷酸钠、硅酸钠的乙醇溶液中搅匀；然后加入氯化铁的水溶液，加热至沸腾，反应2～3h；最后洗涤、中和、干燥，放入马福炉中焙烧；b3、将步骤b2的产物加至高分子聚合物的无水二氯甲烷溶液中，搅匀，再在60℃下真空除去二氯甲烷溶剂，得到改性纤维ⅱ。上述改性纤维ⅱ的制备方法中，氯化铁经化学反应生成氢氧化铁，随后在马福炉煅烧时，氢氧化铁高温分解生成氧化铁，由于马福炉温度较高，因此只能选用耐高温的钢纤维、玄武岩纤维或硅酸铝纤维作为改性纤维ⅱ的主要原料。而改性纤维ⅰ则可以选用聚丙烯纤维、玻璃纤维等不耐高温的有机分子聚合物纤维。进一步优选地，步骤b2中，放入马福炉中焙烧的方式为：先在1～3h内升温到550～740℃，保温1～3h；最后在氮气保护下在2～4h内逐渐降到室温。进一步优选地，步骤b2中，放入马福炉中焙烧的方式为：先在2h内升温到660℃，保温2h；最后在氮气保护下在3.5h内逐渐降到室温。优选地，所述改性纤维ⅰ、改性纤维ⅱ的长度均为l，所用钢筋的横截面周长为c，l与c的比例为1:1～3。本发明还提供了上述负温钢筋套筒灌浆料的制备方法，首先，称取硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、骨料、改性纤维ⅰ、改性纤维ⅱ、功能成分；然后，将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、功能成分混匀得混合料ⅰ，将骨料、改性纤维ⅰ、改性纤维ⅱ混匀得混合料ⅱ；最后，将混合料ⅰ、混合料ⅱ混匀，得套筒灌浆料成品。与现有技术相比，本发明的有益之处在于：1、经过3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷接枝改性的改性纤维ⅰ，能够有效提高改性纤维ⅰ与硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、骨料的接合性能，提高灌浆料的抗压强度；2、改性纤维ⅱ能够为套筒灌浆料提供二次膨胀源，避免灌浆料在套筒内开裂，提高抗裂性；3、通过选用合适长度的改性纤维ⅰ、ⅱ，能够附着缠绕在钢筋周围，提高套筒灌浆料各组分与套筒内钢筋之间的粘结强度，提高了套筒灌浆后钢筋的抗拉拔性能。具体实施方式下面将对本发明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做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例、比较例制备的负温钢筋套筒灌浆料中：所用硅酸盐水泥的水泥强度等级为52.5，硫铝酸盐水泥的水泥强度等级为42.5；骨料为河砂，粒径不超过1.8mm；高分子聚合物选用聚丙交酯-乙交酯；功能成分中，早期膨胀组分为碱式碳酸锌，减水剂为聚羧酸高效减水剂，早强剂为氢氧化锂，消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂，保水剂为生物多糖胶，且碱式碳酸锌、聚羧酸高效减水剂、氢氧化锂、聚醚改性有机硅消泡剂、生物多糖胶的重量相同；选取玄武岩纤维作为改性纤维ⅰ、ⅱ的主要原料，改性纤维ⅰ、ⅱ的长度为所选用钢筋的横截面周长的1/2。改性纤维ⅰ的制备方法为：a1、称取第一份玄武岩纤维，以及3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、偶氮二异丁腈，且三者的重量比为15:1:1；将3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷全部配制成浓度为6g/l的乙醇溶液；a2、将玄武岩纤维加至3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的乙醇溶液中，搅拌2h；然后加入偶氮二异丁腈，再搅拌3h，静置5h，取沉淀物在60℃的烘箱中干燥，得到改性纤维ⅰ。改性纤维ⅱ的制备方法为：b1、称取第二份玄武岩纤维，以及聚丙交酯-乙交酯、六偏磷酸钠、硅酸钠、氯化铁，且五者的重量比为18:3:1:1:3；将六偏磷酸钠、硅酸钠分别配制成质量分数为5％、5％的乙醇溶液，将氯化铁配制成质量分数为12％的水溶液，将聚丙交酯-乙交酯配制成浓度为10g/l的无水二氯甲烷溶液；b2、将钢纤维、玄武岩纤维或硅酸铝纤维加至六偏磷酸钠、硅酸钠的乙醇溶液中搅匀；然后加入氯化铁的水溶液，加热至沸腾，反应3h；洗涤、中和、干燥，最后在2h内升温到660℃，保温2h；最后在氮气保护下在3.5h内逐渐降到室温；b3、将步骤b2的产物加至聚丙交酯-乙交酯的无水二氯甲烷溶液中，搅匀，再在60℃下真空除去二氯甲烷溶剂，得到改性纤维ⅱ。钢筋套筒灌浆料的制备方法为：首先，称取硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、河砂、改性纤维ⅰ、改性纤维ⅱ、功能成分；然后，将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、功能成分混匀得混合料ⅰ，将河砂、改性纤维ⅰ、改性纤维ⅱ混匀得混合料ⅱ；最后，将混合料ⅰ、混合料ⅱ混匀，得套筒灌浆料成品。实施例1～3、比较例1～2实施例1～3、比较例1～2中，按照下表1所示的重量百分比制备钢筋套筒灌浆料。表1实施例1～3、比较例1～2制备的负温钢筋套筒灌浆料的改性掺合料原料表，单位：％组名硅酸盐水泥硫铝酸盐水泥河砂改性纤维ⅰ改性纤维ⅱ功能成分实施例12024406.56.53实施例2123533884实施例3291445552比较例19372910105比较例2311248441应用例将实施例1～3、比较例1～2的负温型钢筋连接用套筒灌浆料的各原料搅拌混匀，与搅拌器具、成型试模等置于-10℃环境下恒温24h，按对应的水料比加入0℃拌合水，使用搅拌机在-10℃环境下搅拌制得负温型钢筋连接用套筒灌浆料。此外，在-10℃环境下使用公称直径为25mm的hrb400e带肋直螺纹钢筋成型钢筋套筒灌浆连接接头并养护至28d后测试接头的抗拉性能。此时，改性纤维ⅰ、ⅱ长度约为12.5mm。另设不含改性纤维ⅰ、ⅱ的空白组，用硫铝酸钙类膨胀剂作为中后期膨胀剂，并按比例调整其他原料的重量百分比，其负温钢筋套筒灌浆料的原料按重量百分比包括硅酸盐水泥22.3％、硫铝酸盐水泥26.8％、河砂44.6％、硫铝酸钙类膨胀剂3％、功能成分分3.3％；功能成分中的具体成分与实施例1～3、比较例1～2的相同。另设对照组，其负温型钢筋连接用套筒灌浆料的原料按重量百分比包括硅酸盐水泥20％、硫铝酸盐水泥24％、河砂40％、玄武岩纤维10％、硫铝酸钙类膨胀剂3％、功能成分3％。对照组所采用的即普通的玄武岩纤维，长度约为12.5mm。功能成分中的具体成分与实施例1～3、比较例1～2的相同。检测实施例1～3、比较例1～2、空白组和对照组的负温钢筋套筒灌浆料的物理性能，如下表3所示。表3实施例1～3、比较例1～2、空白组和对照组的负温钢筋套筒灌浆料的物理性能表注：上表中-1d表示-10℃环境下养护1d，-7d表示-10℃环境下养护7d，-7+28d表示-10℃环境下养护7d转入20℃环境浸水养护28d。由上表可知，实施例1～3制备的负温钢筋套筒灌浆料，经过养护后的物理性能更出众，抗压强度显著提高，且抗拉拔效果好，钢筋不会从套筒中被拉出，实施例1的力学性能和抗拉拔效果最好，说明其各原料比例最优。通过对比实施例1、空白组和对照组可知，在钢筋套筒灌浆料中加入本专利的改性纤维ⅰ、ⅱ，比不加入任何纤维，或者单纯加入普通玄武岩纤维，其力学性能显著提升，抗拉拔效果好。当前第1页12