一種高性能預應力孔道壓漿劑及其製備方法
2023-06-09 00:05:01 2
專利名稱：一種高性能預應力孔道壓漿劑及其製備方法
技術領域：
本發明屬於建築材料領域，涉及一種預應力孔道壓漿外加劑，具體說是一種用於預應力鋼筋混凝土孔道的高性能預應力壓漿劑及其製備方法。
背景技術：
後張預應力混凝土技術，由於減輕結構自重、改善結構受力等諸多性能方面的優點，在大跨度空間與高聳塔桅結構中的得到廣泛的應用。但是這些優點都是要建立在後張預應力鋼筋與混凝土結構良好粘結的基礎上。今後諸如建築結構、地下建築構造物、水壩、海洋工程結構等大量採用預應力的工程將會越來越多，對壓漿材料的需求量將會有突飛猛進的增長。孔道壓漿質量的好壞將直接影響到結構的安全性和可靠性。因此，各個國家都開始關注壓楽■材料的品質。目前灌漿產品的發展趨勢有三種，一是現場全組分調配，此方法各原材料之間存在適應性不良的缺點；二是採用工廠預拌的商品灌漿料，組分均勻適應性好，但成本較高;三是採用外加劑包的方法進行現場雙組份調配，適應性較好而且成本較低。比較國內外的壓漿現狀可以發現國外在壓漿劑方面研究較多，已經有相對成熟的產品，大多數採用雙組份調配的方法，施工工藝也比較成熟。而國內預應力孔道灌漿材料在施工中還存在較多的問題，其中最明顯的就是拌製漿體流動性不好、壓漿不足、孔道灌漿不密實，造成質量缺陷，由此多次引發橋梁坍塌事件。其次漿體泌水過多，硬化後水分蒸發，孔道頂部有較大的月牙形空洞，使得預應力筋粘結不實，甚至暴露在漿體外面，外界水和腐蝕介質進入，導致預應力鋼筋受到鏽蝕，造成耐久性不良，工程質量無法保證。隨著建築結構趨於複雜，質量低下的灌漿材料在孔道較長的長距離輸送過程中很容易導致沉降，會進一步的加深泌水程度。現在國內市場普遍缺乏功能齊全，性能優異的灌漿產品，很多重要的工程為了得到良好的灌漿效果都會從國外進口產品，耗費大量的財力。因此，孔道灌漿材料的研究開發是必要的。研製並生產出功能先進、效果優異的灌漿產品將積極推動我國的基礎設施建設，把我國管道壓漿技術提升到更高的層次，並且對我國橋梁建設水平有重要的意義。本發明的高性能預應力孔道壓漿劑屬於外加劑包法，可解決上述多種灌漿問題，性能高效。對以往的專利文獻查得，中國專利CN1559960A《後張有粘結預應力混凝土高性能壓漿外加劑》，中國專利CN101462861A《後張法預應力混凝土孔道用壓漿材料及其製備方法》中均採用了鋁粉發氣來補償塑性階段的收縮，但是鋁粉作為膨脹源發氣量不穩定，速度過快難以控制，而且容造成氫脆。中國專利CN101602589A《後張法預應力管道真空灌漿或壓漿預製材料及其製備方法》中的流動度在If 25s之間，遠遠不滿足新橋標中的規定，並且專利中沒有對壓漿材料可達到的抗壓抗折強度進行具體說明。中國專利CN101157529A《一種高性能水泥基無收縮防腐蝕壓漿劑》中水灰比採用O. 34，遠高出於行業標準JTG/TF50 - 2011中規定的水灰比範圍O. 27±0. 01，並且在高水灰比下，製備出的漿體流動度並不理想。本發明對以上不足之處均做了相應的改進。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供一種易於施工，功能齊全和性能優異的高性能預應力孔道壓漿劑及其製備方法。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是一種高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於其組分包括有減水組分、保水組分、保塑穩定組分、增粘組分、緩凝組分、塑性膨脹組分和後期體積膨脹組分，所述的各組分按重量百分比的配方如下
減水組分 1 10 ； 保水組分 15 40 ； 保塑組分 1 10 ；
增粘組分 O. 03、. 3 ;緩凝組分 (Γ0. 5 ； 塑性膨脹組分O. Γ1 ；
後期體積膨脹組分5(Γ70。按上述方案，所述的減水組分為氨基磺酸鹽系減水劑或聚羧酸系減水劑，所述的減水組分的減水率>25%。按上述方案，所述的保水組分為矽灰或者膨潤土與矽灰的混合物，其中所述的矽灰中SiO2的含量>90%ο按上述方案，所述的保塑組分為醋酸乙烯酯與乙烯二元的共聚可再分散膠粉。按上述方案，所述的增粘組分為溫輪膠或纖維素醚系增粘劑。按上述方案，所述的纖維素醚系增粘劑由甲基纖維素醚或甲基羥乙基纖維素醚，其粘度範圍為2. 5萬I萬。按上述方案，所述的緩凝組分為葡萄糖酸鈉、檸檬酸鈉、酒石酸鈉和蘋果酸鈉中的任意一種。按上述方案，所述的塑性膨脹組分為N，N- 二亞硝基五亞甲基四胺。按上述方案，所述的後期體積膨脹組分為硫鋁酸鈣膨脹劑UEA，其在水中7d限制膨脹率> O. 025%。所述的高性能預應力孔道壓漿外加劑的製備方法，其特徵在於包括有以下步驟:按先加入比例大的物料後加入比例小的物料的順序將減水組分、保水組分、保塑穩定組分、增粘組分、緩凝組分、塑性膨脹組分和後期體積膨脹組分加入到錐形混合機中，混合攪拌l(Tl5min至均勻製得高性能預應力孔道壓漿外加劑，所述的各組分按重量百分比的配方如下
減水組分 1 10 ； 保水組分 15 40 ； 保塑組分 1 10 ；
增粘組分 O. 03、. 3 ;緩凝組分 (Γ0. 5 ； 塑性膨脹組分O. Γ1 ；
後期體積膨脹組分5(Γ70。下面針對本發明各組分的作用進行逐一說明
減水組分為氨基磺酸鹽系減水劑、聚羧酸系高效減水劑中的一種組成。使用減水率較高的減水劑能夠解決低水膠比與高流動性矛盾，有效減少漿體中自由水的比例，減少由於多餘水分蒸發而造成的毛細孔隙，使結構緻密。保水組分為矽灰或矽灰和膨潤土的混合物組成，用於增強漿體的保水能力，其中膨潤土具有強的吸溼性和膨脹性，可吸附8 15倍於自身體積的水量，體積膨脹可達數倍至30倍；少量在水介質中使用便能分散成膠凝狀和懸浮狀，使用後漿體具有一定的黏滯性、能變性和潤滑性。保塑穩定組分為可再分散醋酸乙烯酯/乙烯二元共聚膠粉，用於保持漿體的塑性狀態，保持漿體的流動度，可再分散聚合物膠粉分散後成膜並作為第二種膠粘劑發揮增強作用，增強漿體的內聚力，使漿體的組成更加均勻。增粘組分由甲基纖維素醚、甲基羥乙基纖維素醚、溫輪膠中的一種組成，用於增加漿體粘度，減少漿體離析和沉降現象。緩凝組分為葡萄糖酸鈉、檸檬酸鈉、酒石酸鈉和蘋果酸鈉中的任意一種，適度緩凝，方便夏季高溫下施工使用。塑性膨脹組分為亞硝基化合物N，N- 二亞硝基五亞甲基四胺。以往壓漿材料早期階段的微膨脹都是通過鋁粉或者鐵粉與鹼作用反應產生氫氣而產生的。但是由於發氣量不穩定，並且產生的氫氣會造成氫脆，從而會造成混凝土耐久性不良。本發明通過摻加有機化合物，通過氮氣發氣膨脹，改善了傳統的膨脹方式。具有摻量低，形成泡孔均勻緻密，早期膨脹明顯，生成的主要是氮氣，對混凝土鋼筋無損害的特點。後期體積膨脹組分為硫鋁酸鈣類膨脹劑UEA。硬化後漿體能產生適度膨脹，在預應力混凝土孔道中建立預壓應力，該膨脹應力能夠抵消漿體硬化後期產生的收縮應力，從而有效傳遞預應力，防止結構收縮開裂，提高結構的耐久性能。本發明的有益效果
(1)本發明是專門為預應力孔道壓漿配製的專用外加劑，摻入水泥後在較低水灰比能產生高流動度，初始流動度在12 17s之間，2小時內流動度基本無損失，能夠解決壓漿不足的問題，高流動度使得孔道的各個部位都能夠壓漿密實無空隙；
(2)壓漿劑由於使用了有機、無機等多種材料進行複合配製，解決了漿體塑性穩定性不良的問題。摻入本品後無需復配其他材料，就能有效改善漿體流變性能。在保持高流動度的前提下，不出現分層離析，在長距離孔道壓漿中漿體未有沉降現象。材料組成穩定均勻，自由泌水和壓力泌水率為零；
(3)壓漿劑採用塑性膨脹劑與硬化階段膨脹劑的複合，解決全程體積穩定性問題，在塑性階段和硬化後期均能夠產生適度膨脹，能夠補償水泥在塑性階段的塑性收縮以及在水化硬化過程中產生的化學收縮、早期自收縮和後期乾燥收縮等。使得預應力筋被漿體充分包裹，確保使預應力鋼筋與混凝土良好結合，保證預應力的有效傳遞，使預應力鋼筋與混凝土共同荷載；
(4)由本壓漿劑配製的漿體，由於水灰比低，用水量少，漿體具有早強、高強的力學性能，耐久性能優異，28d氯離子擴散係數< 1.5X10_12m2/s，對鋼筋無鏽蝕。能夠有效保證工程的安全性能和使用壽命；
(5)本發明製備工藝簡單，各組分按一定比例混合攪拌均勻即可，易於實現產業化。採用袋裝外加劑包的形式，方便施工，現場只需與水、水泥嚴格按比例混合均勻即可配製出高性能的壓漿材料。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。實施例I
按照重量百分比，該預應力孔道壓漿專用外加劑的配方為FOX Talon 101聚羧酸減水劑(屬於聚羧酸減水劑)3. 5%，其減水率>30%，下同；
矽灰30%，其中所述的矽灰中SiO2的含量>90%，下同；
溫輪膠0. 1% ；
醋酸乙烯酯與乙烯二元的共聚可再分散膠粉5% ；
N, N- 二亞硝基五亞甲基四胺0. 5% ；
硫鋁酸鈣膨脹劑UEA 60. 9%，其在水中7d限制膨脹率彡O. 025%，下同；
生產工藝為按照本發明上述的配方稱量，按先加入比例大的物料、後加入比例小的物料投料順序依次加入一個VSH-3m3型雙螺旋錐形混合機中進行混合攪拌，混合IOmin即可得到均勻的產品。使用方法為施工現場按照壓漿外加劑、42. 5級普通矽酸鹽水泥、拌合水的重量比例為10 90 :27稱量，稱量精度應準確到1%。拌合時，採用轉速不低於1000r/min的高速攪拌機攪拌。攪拌前潤溼攪拌鍋及葉片，將拌合用水加入攪拌鍋，低速攪拌並緩緩加入壓漿劑，之後按比例加入水泥，形成均勻的漿體後，再一同高速攪拌5min。低速攪拌時攪拌葉片圓周切線速度不低於2. 5m/s，高速攪拌是攪拌葉片圓周速度不得低於10. Om/s。本實施例製得的壓漿料用於一般孔道壓漿，性能良好。
實施例2
按照重量百分比，該預應力孔道壓漿專用外加劑的配方為
FOX Talon 101聚羧酸減水劑4% ；
娃灰25% ；
溫輪膠0. 1% ；
醋酸乙烯酯與乙烯二元的共聚可再分散膠粉10% ；
N, N- 二亞硝基五亞甲基四胺0. 5% ；
硫鋁酸鈣膨脹劑UEA 60. 4% ；
生產工藝為按照本發明上述的配方稱量，按先加入比例大的物料、後加入比例小的物料投料順序依次加入一個VSH-3m3型雙螺旋錐形混合機中進行混合攪拌，混合12min即可得到均勻的產品。使用方法為施工現場按照壓漿外加劑、52. 5級普通矽酸鹽水泥、拌合水的比例為10 90 27稱量，其他的按照實施例I操作即可。本實施例製得的壓漿料相對於實施例I採用更高強度等級的水泥，漿體硬化後強度更高。
實施例3
按照重量百分比，該預應力孔道壓漿專用外加劑的配方為
MNC-AS型氨基系減水劑(屬於氨基磺酸鹽減水劑)4% ；
娃灰25% ；
溫輪膠0. 1% ；
醋酸乙烯酯與乙烯二元的共聚可再分散膠粉4% ；
N, N- 二亞硝基五亞甲基四胺0. 3% ；
硫鋁酸鈣膨脹劑UEA 66. 2% ；葡萄糖酸鈉0. 4% ；
生產工藝為按照本發明上述的配方稱量，按先加入比例大的物料、後加入比例小的物料投料順序依次加入一個VSH-3m3型雙螺旋錐形混合機中進行混合攪拌，混合14min即可得到均勻的產品。使用方法為施工現場按照壓漿外加劑、42. 5級普通矽酸鹽水泥、拌合水的比例為12 88 29稱量，其他的按照實施例I操作即可。本實施例製得的壓漿料相對於實施例I流動性更高，在水灰比較高的情況下，強度未受影響，漿體均勻，更能彌補實際施工現場出現的操作上的誤差。實施例4
按照重量百分比，該預應力孔道壓漿專用外加劑的配方為
FOX Talon 101聚羧酸減水劑3% ；
矽灰24% ；
膨潤土 5% ；
CULMINAL C9155甲基羥乙基纖維素醚0. 24%，其粘度範圍為2. 5萬 4萬；
醋酸乙烯酯與乙烯二元的共聚可再分散膠粉10% ；
N, N- 二亞硝基五亞甲基四胺0. 5% ；
硫鋁酸鈣膨脹劑UEA 57. 06% ；
葡萄糖酸鈉0. 2% ；
生產工藝為按照本發明上述的配方稱量，按先加入比例大的物料、後加入比例小的物料投料順序依次加入一個VSH-3m3型雙螺旋錐形混合機中進行混合攪拌，混合15min即可得到均勻的產品。使用方法為施工現場按照壓漿外加劑、I級粉煤灰或S95級磨細礦渣粉等礦物摻和料、42. 5級普通矽酸鹽水泥、拌合水的比例為10 10 80 :26稱量，其他的按照實施例I操作即可。本實施例中配製的壓漿料外加劑可與水泥和部分礦物摻合料混合，可減少水泥用量，提高礦物摻和料的利用率，並且改善配製出的壓漿料的性能。
FOX Talon 101聚羧酸減水劑為弗克科技(蘇州)有限公司的產品，專門用於乾粉砂漿的聚羧酸增強減水劑。該產品與水泥及其它外加劑具有較好的適應性，被廣泛應用於水泥無收縮灌漿/機械灌漿料、修補砂漿、水泥基地坪砂漿、防水砂漿、勾縫劑和聚苯顆粒保溫砂漿等水泥基幹粉材料中，對於改善砂漿的流動性、提高砂漿早後期強度、以及減少砂漿固化後期收縮開裂有很大的幫助。另外該產品還可應用於石膏基幹粉材料，耐火材料和陶瓷產品中。MNC-AS型氨基系減水劑主要成分為芳香族氨基磺酸鹽縮合物，是一種非引氣高增強、低摻量、坍落度經時損失小，大大降低混凝土塑性粘度等優點的產品。常規材料和常規生產工藝，無需摻增強劑等活性摻合料即可製備C6(TC80大流動性商品混凝土。
按上述四種配方配製製得的壓漿料性能良好，實施例中壓漿料性能見下表，試驗執行標準依照JTG/T F50 - 2011《公路橋涵施工技術規範》。
權利要求
1.一種高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於其組分包括有減水組分、保水組分、保塑穩定組分、增粘組分、緩凝組分、塑性膨脹組分和後期體積膨脹組分，所述的各組分按重量百分比的配方如下減水組分 1 10 ； 保水組分 15 40 ； 保塑組分 1 10 ；增粘組分 O. 03、. 3 ;緩凝組分 (Γ0. 5 ； 塑性膨脹組分O. Γ1 ；後期體積膨脹組分5(Γ70。
2.如權利要求I所述的高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於所述的減水組分為氨基磺酸鹽系減水劑或聚羧酸系減水劑，所述的減水組分的減水率>25%。
3.如權利要求I所述的高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於所述的保水組分為矽灰或者膨潤土與矽灰的混合物，其中所述的矽灰中SiO2的含量>90%。
4.如權利要求I所述的高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於所述的保塑組分為醋酸乙烯酯與乙烯二元的共聚可再分散膠粉。
5.如權利要求I所述的高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於所述的增粘組分為溫輪膠或纖維素醚系增粘劑。
6.如權利要求5所述的高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於所述的纖維素醚系增粘劑由甲基纖維素醚或甲基羥乙基纖維素醚，其粘度範圍為2. 5萬萬。
7.如權利要求I所述的高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於所述的緩凝組分為葡萄糖酸鈉、檸檬酸鈉、酒石酸鈉和蘋果酸鈉中的任意一種。
8.如權利要求I所述的高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於所述的塑性膨脹組分為N，N- 二亞硝基五亞甲基四胺。
9.如權利要求I所述的高性能預應力孔道壓漿劑，其特徵在於所述的後期體積膨脹組分為硫鋁酸鈣膨脹劑UEA，其在水中7d限制膨脹率> O. 025%。
10.權利要求1-9中任一項所述的高性能預應力孔道壓漿劑的製備方法，其特徵在於包括有以下步驟按先加入比例大的物料後加入比例小的物料的順序將減水組分、保水組分、保塑穩定組分、增粘組分、緩凝組分、塑性膨脹組分和後期體積膨脹組分加入到錐形混合機中，混合攪拌l(Tl5min至均勻製得高性能預應力孔道壓漿外加劑，所述的各組分按重量百分比的配方如下減水組分 1 10 ； 保水組分 15 40 ； 保塑組分 1 10 ；增粘組分 O. 03、. 3 ;緩凝組分 (Γ0. 5 ； 塑性膨脹組分O. Γ1 ；後期體積膨脹組分5(Γ70。
全文摘要
本發明公開了一種高性能預應力孔道壓漿劑，由下列組分按下述重量比配製而成減水組分1~10%、保水組分15~40%、保塑組分1~10%、增粘組分0.03~0.3%、緩凝組分0~0.5%、塑性膨脹組分0.1~1%、後期體積膨脹組分50~70%。本發明的高性能預應力孔道壓漿劑，按10%的摻量摻入水泥中即可使漿體獲得高流動度和高塑性穩定性，大幅度減少離析分層現象，無泌水、灌漿飽滿；配製出的漿體全程體積穩定性高，塑性和硬化階段的微膨脹能有效補償各種收縮；並且漿體早強、高強性能突出，耐久性能優異，適用於各種預應力孔道施工。同時，袋裝外加劑包較現場配製組成更為均勻，運輸及綜合成本低，技術經濟效益明顯。
文檔編號C04B24/26GK102936111SQ201210431290
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者李北星, 宋小婧, 周明凱 申請人:武漢理工大學