超细微纳米尺度活性掺合料及链接灌浆材料制备方法

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种超细微纳米尺度活性掺合料及链接灌浆材料制备方法。

背景技术：

1、水泥基灌浆材料因其来源广、价格低，使用方便，在灌浆工程中成为主体材料。但普通水泥灌浆材料是脆性的，具有抗拉强度低、抗裂性能差、没有延性而呈脆性破坏的特点，低水胶比时流动性差，不能满足某些特殊灌浆的要求。随着社会的进步，外加剂产业的迅猛发展，人们对灌浆料的需求也提出更高要求，例如一些钢结构连接段、钢混结构过渡连接段就需要高强抗疲劳荷载连接，而且要求拌和物具有超高的流动性以满足施工需要，硬化后要有微膨胀性以达到最佳连接效果，所以配制难度较大国内尚无成熟产品。

技术实现思路

1、本发明提供了一种超细微纳米尺度活性掺合料及链接灌浆材料制备方法，该掺合料中使用了钢渣、粉煤灰、矿渣、大理石粉和花岗岩粉等工业固废，解决了工业固废掺合料能够有效提升工业固废的附加值，降低超高性能混凝土的制备成本，同时对超高性能混凝土的性能有增益效果。

2、实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

3、一种超细微纳米尺度活性掺合料，按重量份计，所述超细微纳米尺度活性掺合料，包括30-50份矿渣，20-50份钢渣，10-50份粉煤灰，1-10份大理石粉、2-10份花岗岩粉，2-8份纳米碳酸钙，2-8份纳米氧化硅，1-10份激发剂。

4、进一步地，所述超细微纳米尺度活性掺合料，包括40-50份矿渣，40-50份钢渣，20-50份粉煤灰，1-5份大理石粉、2-5份花岗岩粉，2-5份纳米碳酸钙，2-5份纳米氧化硅，2-6份激发剂。

5、进一步地，所述超细微纳米尺度活性掺合料，包括40份矿渣，40份钢渣，20份粉煤灰，3份大理石粉、3份花岗岩粉，6份纳米碳酸钙，6份纳米氧化硅，5份激发剂。

6、进一步地，所述的大理石粉和花岗岩粉为石材厂切割大理石和花岗岩时产生的废弃粉末，比表面积均大于680m2/kg，平均粒径均小于35μm；大理石粉和花岗岩粉来可减少水泥用量又能综合利用资源；所述激发剂由工业石膏和碳酸氢钙按照重量比为1：1组成。

7、进一步地，所述钢渣为不锈钢渣，碱度为1.2～2.0，晶粒尺寸为0.5～10μm，化学成分：二氧化硅20-30wt％，三氧化铝5-10wt％，三氧化二铁10-15wt％，氧化钙42-50wt％，氧化镁4-6wt％，氧化钾0-0.02wt％，氧化钠0.1-0.3wt％，剩余为其他杂质。

8、进一步地，所述粉煤灰为电厂燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物，其中sio2质量百分含量比＞50wt％，al2o3质量百分含量比＞30wt％，45μm方孔筛筛余＜20％。

9、粉煤灰常用的激发剂是单一的盐类激发剂，仅能单纯激发粉煤灰的活性，对混凝土的耐久性能起不到改善作用。本发明采用的激发剂由工业石膏和碳酸氢钙按照重量比为1：1组成，激发效果好，且掺量小，成本低廉。

10、本发明还提供了一种上述超细微纳米尺度活性掺合料的制备方法，包括以下步骤：

11、步骤1：按所需重量份计，将矿渣、粉煤灰、钢渣加入球磨机进行粉磨；球磨机球磨时间30～60min，得到工业固废粉料；

12、步骤2：向步骤1所得工业固废粉料中加入大理石粉、花岗岩粉、纳米碳酸钙、纳米氧化硅，继续开动球磨机进行粉磨；球磨机粉磨时间20～40min，得到纳米改性的工业固废粉料，即超细微纳米尺度活性掺合料。

13、本发明还提供了一种含有上述超细微纳米尺度活性掺合料的灌浆材料，所述灌浆材料包括以下组分，按质量百分比：水泥25％～38％，玻璃微珠5％～14％，硅灰2-5％，超细微纳米尺度活性掺合料5％-20％，高强纤维2-5％，增韧纤维0.1-1％，聚羧酸减水剂0.2％～0.4％，消泡剂0％～0.02％，发泡剂0％～0.04％，河砂28％～42％，磨细河砂12％～18％。

14、进一步地，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5级；所述的聚羧酸减水剂和消泡剂均为粉剂，聚羧酸减水剂减水率不小于25％，消泡剂为有机硅类。

15、进一步地，所述的硅灰28d活性指数为100～106％、sio2含量不低于95％，平均粒径为0.5～3μm。

16、进一步地，所述的发泡剂为酰胺类有机物粉体，能在碱性环境下分解产生氮气；所述的河砂为含水率小于0.1％的天然河砂经过筛分制得，取粒径为0.15～1.18mm部分；所述的磨细河砂为天然河砂经粉磨制得，平均粒径为0.08～0.15mm。

17、进一步地，所述高强纤维为镀铜微丝钢纤维，平均长度为4～8mm，直径0.1-0.2mm，抗拉强度不低于2850mpa。本发明的镀铜微丝钢纤维不仅力学性能更优，而且耐高温、耐腐蚀，应用在混凝土中可全寿命的抑制混凝土的收缩开裂，提高抗裂性能。同时辅以纳米活性材料以及超细矿物掺合料的晶核作用、填充作用以及高活性，可有效解决混凝土的开裂、提高密实度；镀铜微丝钢纤维可以在混凝土中构成一种三维乱向支撑的搭接体系，有效分散混凝土收缩应力，降低开裂风险。

18、进一步地，所述增韧纤维为玻璃纤维，平均长度为50～100μm，直径5-10μm。混凝土硬化后如果裂纹一旦发生就容易扩展成为贯穿性裂缝，所述玻璃纤维可以减少混凝土的裂纹，并使裂纹部位生成的结晶快速稳定。玻璃纤维在混凝土内形成杂乱的纤维网络，可以有效抑制内部的裂纹的产生，并且阻止外力下裂纹的扩张，能够有效降低裂纹。

19、本发明还提供了一种上述灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

20、(1)按所需质量百分比，分别取水泥25％～38％，玻璃微珠5％～14％，硅灰2-5％，超细微纳米尺度活性掺合料5％-20％，高强纤维2-5％，增韧纤维0.1-1％，聚羧酸减水剂0.2％～0.4％，消泡剂0％～0.02％，发泡剂0％～0.04％，河砂28％～42％，磨细河砂12％～18％，备用；

21、(2)将天然河砂于球磨机中粉磨至平均粒径为0.08～0.15mm，得到磨细河砂；

22、(3)按步骤(1)中所称取的比例将河砂、磨细河砂于干混机中干拌5min，停机；

23、(4)将按步骤(1)中所称取的水泥、玻璃微珠、硅灰、超细微纳米尺度活性掺合料、高强纤维、增韧纤维加入到干混机中再开机，继续干拌5min，停机；

24、(5)再将步骤(1)中所称取的聚羧酸减水剂、消泡剂和发泡剂在干混机开动状态下均匀撒入，继续干拌20min，即可制得所述灌浆材料；

25、(6)将步骤(5)所制得的灌浆材料装入带内膜包装袋，封口存放。

26、进一步地，所述的玻璃微珠为风选超细粉煤灰玻璃微珠，平均粒径为1-5μm；

27、本发明的玻璃微珠能大大降低拌合物粘度，其主要组成为sio2且以玻璃体形态存在，具有很高的火山灰活性,还能填充在水泥颗粒之间提高强度和耐久性。所述纳米碳酸钙的粒径为100-200nm，所述纳米氧化硅的粒径为100-150nm。本发明的纳米二氧化硅、纳米碳酸钙重量比为1：1，纳米二氧化硅、纳米碳酸钙为超细矿物掺合料在混凝土内部填充水化，并提供结晶成核点，使混凝土更加均匀密实，提高力学强度和耐久性。

28、有益效果

29、1、本发明通过加入普通硅酸盐水泥与工业石膏和和碳酸氢钙的复合物一起作为矿物掺合料的活性激发剂与高效减水剂共同作用来激发其的活性，使矿物掺合料中的粉煤灰、矿渣粉的活性成分得到进一步的激发，填充了混凝土硬化过程中形成的各种孔隙，从而增加了混凝土的密实度，降低了混凝土的空隙率，混凝土获得优良的抗侵蚀性和耐久性。

30、2、由于多种不同尺寸矿物掺合料相互复合会产生叠加效应，所以本发明将水泥与硅灰、玻璃微珠、大理石粉、花岗岩粉以一定比例复合形成超高性能胶凝体系，将筛分河砂和磨细河砂以一定比例复合形成灌浆材料集料体系，同时采用聚羧酸减水剂降低体系的需水量，引入消泡剂消除拌合物搅拌过程产生的有害气泡，引入发泡剂在碱性环境下产生氮气来抑制灌浆料塑性阶段的收缩，引入钢纤维增强灌浆料的韧性，最终实现高强抗疲劳荷载钢混连接灌浆材料常温条件下的高流动度、低粘度、低收缩、高韧性、超高强度和超高耐久性。