一種利用炭化鐵樺樹製備孔道壓漿材料的方法與流程

2023-04-24 09:27:46 1

本發明公開了一種利用炭化鐵樺樹製備孔道壓漿材料的方法，屬於建築材料製備技術領域。

背景技術：

公路交通是人類社會生命線工程的重要組成部分，公路橋梁作為公路交通基礎設施的咽喉工程，在公路運輸系統中發揮著至關重要的作用。由於使用荷載和環境因素等的作用，將導致橋梁使用性能衰退、結構安全與耐久性降低，造成橋梁適應性不足，甚至出現橋毀人亡事故。

預應力混凝土孔道壓漿料是保護預應力鋼筋不鏽蝕，保證其與混凝土構件之間的有效傳遞，使後張預應力鋼材料與整體結構良好連接成一體的關鍵材料，要求具有以下特徵：（1）較好的流動度；（2）泌水率低，不離析，無沉降；（3）具有合適的膨脹度；（4）適宜的凝結時間；（5）具有一定的抗折抗壓強度。

孔道壓漿材料是由高效減水劑、微膨脹劑、礦物摻合料等多種材料組成的混合劑。現今的孔道壓漿材料漿液的質量穩定性和流動性差，流動度損失快，體積穩定性不良，容易造成分層的現象，對孔道壓漿的施工過程及壓漿質量均造成不利的影響，且大部分壓漿材料通過增大水灰比以達到高流動性的效果，但是多餘的水必然泌出，同時在體系中形成泌水通道和水泡，泌水通道和水泡中的水蒸發後形成孔隙，導致結構缺陷，這將大大減少混凝土抵抗荷載的實際有效斷面，影響灌漿料硬化後的後期強度和耐久性，造成安全隱患。

隨著大跨度隨著大、中跨徑的預應力混凝土橋梁的數量急劇增加，預應力孔道長度也變的越來越長。超長預應力孔道更容易出現局部壓漿質量問題，施工過程中特別對壓漿材料的流動性有更高的要求，現有的壓漿材料已無法滿足使用需求。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題：針對現有的孔道壓漿材料質量穩定性和流動性差，流動度損失快，體積穩定性不良，且泌水量大，易造成結構缺陷，影響結構強度及耐久性的問題，提供一種利用炭化鐵樺樹製備孔道壓漿材料的方法，本發明先將鐵樺樹放入壓力罐中進行爆破處理，使鐵樺樹的結構蓬鬆，乾燥後粉碎，將鐵樺樹粉末放入炭化爐中進行炭化，炭化後立即放入水中冷卻並過濾，將含有水的濾渣進行冷凍處理，得冷凍物後加入木質素磺酸鈉溶液中進行煮製，煮製後乾燥、球磨，得改性炭化鐵樺樹粉末，再將粉煤灰、矽灰、高嶺土等物質氣流粉碎得混合礦物摻合料粉末，將其和改性炭化鐵樺樹粉末、減水劑、保塑劑等助劑混合均勻，即可得到孔道壓漿材料，本發明對鐵樺樹進行改性，作為膨脹劑使用，具有微膨脹效果，同時結構穩定，漿料不分層不泌水，充盈度和流動性好，現場施工方便，經久耐用，機械強度高，能夠滿足各項孔道壓漿的施工要求和質量要求，具有廣泛的應用前景。

為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：

（1）稱取500～700g鐵樺樹放入調溫調溼箱中，在相對溼度100%和溫度100～120℃條件下處理1～2h，將處理後鐵樺樹放入壓力罐中，在壓力為2～4MPa和溫度為90～100℃的條件下進行爆破處理30～50s，爆破後在60～80℃烘箱中乾燥5～7h，乾燥後加入粉碎機中粉碎，過80～100目篩，得鐵樺樹粉末；

（2）將鐵樺樹粉末放入炭化爐中，在氮氣氣氛保護下升溫至600～700℃，保溫炭化3～5h，炭化結束後將炭化物趁熱加入到25℃的水中冷卻20～30min，冷卻後過濾，得濾渣；

（3）將上述濾渣放入冰箱中，在-10～-5℃的條件下冷凍30～40h，得冷凍物，將冷凍物按質量比1:10與質量分數5%木質素磺酸鈉溶液中，加熱至120～150℃，煮製1～2h，煮製後過濾，得濾渣，放入真空乾燥箱中，在300～400℃溫度下乾燥5～6h，乾燥後加入球磨機中球磨，過600～620目篩，得改性炭化鐵樺樹粉末，備用；

（4）分別1～2kg粉煤灰、400～600g矽灰、500～600g高嶺土、200～400g方解石、80～100g沸石粉、250～350g電爐礦渣，混合後加入氣流粉碎機中，粉碎後過680～700目篩，得混合礦物摻合料粉末；

（5）按重量份數計，分別選取55～65份步驟（3）備用的改性炭化鐵樺樹粉末、40～50份上述混合礦物摻合料粉末、0.1～0.3份檸檬酸鈉、0.1～0.3份二異丁基甲醇、3～5份氨基苯磺酸鈉、3～5份羧甲基纖維素鈉、1～3份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，依次加入雙螺旋錐形混合機中，攪拌混合均勻，即可得到孔道壓漿材料。

本發明的應用方法是：首先在準備橋梁壓漿時，按質量比1：15～1：25，將本發明製得的孔道壓漿劑與普通矽酸鹽水泥攪拌混合3～5min，再按質量比1：30～1：32，將水與混合水泥料倒入攪拌罐中拌合均勻，開啟壓漿泵，使漿體從壓漿管中排出，當排出的漿體流動度和攪拌罐中的流動度一致時進行橋梁，控制壓漿的壓力在0.6MPa以下，當壓漿材料從橋梁管道另一端飽滿出漿時，關閉出漿口並在0.5～0.7MPa壓力下保持壓漿動作5～10min，使壓漿孔完全密實，最後待壓漿工序全部完畢後，對橋梁養護3～5天，同時保持壓漿材料漿體溫度在5～30℃之間即可。經檢測，本發明製得的孔道壓漿材料流動性好，漿體初始流動度為14～18s，30min流動度為19～23s，漿液無泌水，7天抗壓強度達35～40MPa，28天抗壓強度達50～60MPa，抗折強度達14～16MPa，強度較普通壓漿材料均提高了55%以上，3h毛泌水率和24h自由泌水率均為0，漿體和易性良好，同時本發明孔道壓降材料具有較好的微膨效果，24h自由膨脹率為0.4～0.8%，且本發明孔道壓漿材料對鋼筋無任何腐蝕作用，可提高橋梁、工程的耐久性，使工程使用壽命延長了5～8年。

本發明的有益效果是：

（1）本發明製得的孔道壓漿材料具有漿體流動性好、強度高的優點，同時漿體的高流動度使得孔道的各個部位都能夠壓漿密實，與混凝土緊密粘結，且不會對預應力鋼筋造成鏽蝕現象，能夠有效保證工程的安全性能和使用壽命；

（2）本發明製得的孔道壓漿材料不離析不泌水，充盈性及漿體和易性較好，可一次性壓漿施工，不易出現分層現象，同時本發明壓漿材料性能穩定，耐久性好，抗壓強度與抗折強度均較高，能夠滿足實際工程中各種長度預應力管道的孔道壓漿的施工要求和質量要求。

具體實施方式

首先稱取500～700g鐵樺樹放入調溫調溼箱中，在相對溼度100%和溫度100～120℃條件下處理1～2h，將處理後鐵樺樹放入壓力罐中，在壓力為2～4MPa和溫度為90～100℃的條件下進行爆破處理30～50s，爆破後在60～80℃烘箱中乾燥5～7h，乾燥後加入粉碎機中粉碎，過80～100目篩，得鐵樺樹粉末；隨後將鐵樺樹粉末放入炭化爐中，在氮氣氣氛保護下升溫至600～700℃，保溫炭化3～5h，炭化結束後將炭化物趁熱加入到25℃的水中冷卻20～30min，冷卻後過濾，得濾渣；再將上述濾渣放入冰箱中，在-10～-5℃的條件下冷凍30～40h，得冷凍物，將冷凍物按質量比1:10與質量分數5%木質素磺酸鈉溶液中，加熱至120～150℃，煮製1～2h，煮製後過濾，得濾渣，放入真空乾燥箱中，在300～400℃溫度下乾燥5～6h，乾燥後加入球磨機中球磨，過600～620目篩，得改性炭化鐵樺樹粉末，備用；再分別1～2kg粉煤灰、400～600g矽灰、500～600g高嶺土、200～400g方解石、80～100g沸石粉、250～350g電爐礦渣，混合後加入氣流粉碎機中，粉碎後過680～700目篩，得混合礦物摻合料粉末；最後按重量份數計，分別選取55～65份上述步驟備用的改性炭化鐵樺樹粉末、40～50份上述混合礦物摻合料粉末、0.1～0.3份檸檬酸鈉、0.1～0.3份二異丁基甲醇、3～5份氨基苯磺酸鈉、3～5份羧甲基纖維素鈉、1～3份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，依次加入雙螺旋錐形混合機中，攪拌混合均勻，即可得到孔道壓漿材料。

實例1

首先稱取500g鐵樺樹放入調溫調溼箱中，在相對溼度100%和溫度100℃條件下處理1h，將處理後鐵樺樹放入壓力罐中，在壓力為2MPa和溫度為90℃的條件下進行爆破處理30s，爆破後在60℃烘箱中乾燥5h，乾燥後加入粉碎機中粉碎，過80目篩，得鐵樺樹粉末；隨後將鐵樺樹粉末放入炭化爐中，在氮氣氣氛保護下升溫至600℃，保溫炭化3h，炭化結束後將炭化物趁熱加入到25℃的水中冷卻20min，冷卻後過濾，得濾渣；再將上述濾渣放入冰箱中，在-10℃的條件下冷凍30h，得冷凍物，將冷凍物按質量比1:10與質量分數5%木質素磺酸鈉溶液中，加熱至120℃，煮製1h，煮製後過濾，得濾渣，放入真空乾燥箱中，在300℃溫度下乾燥5h，乾燥後加入球磨機中球磨，過600目篩，得改性炭化鐵樺樹粉末，備用；再分別1kg粉煤灰、400g矽灰、500g高嶺土、200g方解石、80g沸石粉、250g電爐礦渣，混合後加入氣流粉碎機中，粉碎後過680目篩，得混合礦物摻合料粉末；最後按重量份數計，分別選取55份上述步驟備用的改性炭化鐵樺樹粉末、40份上述混合礦物摻合料粉末、0.1份檸檬酸鈉、0.1份二異丁基甲醇、3份氨基苯磺酸鈉、3份羧甲基纖維素鈉、1份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，依次加入雙螺旋錐形混合機中，攪拌混合均勻，即可得到孔道壓漿材料。

本實例操作簡便，使用時，首先在準備橋梁壓漿時，按質量比1：15，將本發明製得的孔道壓漿劑與普通矽酸鹽水泥攪拌混合3min，再按質量比1：30，將水與混合水泥料倒入攪拌罐中拌合均勻，開啟壓漿泵，使漿體從壓漿管中排出，當排出的漿體流動度和攪拌罐中的流動度一致時進行橋梁，控制壓漿的壓力為0.5MPa，當壓漿材料從橋梁管道另一端飽滿出漿時，關閉出漿口並在0.5MPa壓力下保持壓漿動作5min，使壓漿孔完全密實，最後待壓漿工序全部完畢後，對橋梁養護3天，同時保持壓漿材料漿體溫度在5℃之間即可。經檢測，本發明製得的孔道壓漿材料流動性好，漿體初始流動度為14s，30min流動度為19s，漿液無泌水，7天抗壓強度達35MPa，28天抗壓強度達50MPa，抗折強度達14MPa，強度較普通壓漿材料均提高了56%，3h毛泌水率和24h自由泌水率均為0，漿體和易性良好，同時本發明孔道壓降材料具有較好的微膨效果，24h自由膨脹率為0.4%，且本發明孔道壓漿材料對鋼筋無任何腐蝕作用，可提高橋梁、工程的耐久性，使工程使用壽命延長了5年。

實例2

首先稱取600g鐵樺樹放入調溫調溼箱中，在相對溼度100%和溫度110℃條件下處理1h，將處理後鐵樺樹放入壓力罐中，在壓力為3MPa和溫度為95℃的條件下進行爆破處理40s，爆破後在70℃烘箱中乾燥6h，乾燥後加入粉碎機中粉碎，過90目篩，得鐵樺樹粉末；隨後將鐵樺樹粉末放入炭化爐中，在氮氣氣氛保護下升溫至650℃，保溫炭化4h，炭化結束後將炭化物趁熱加入到25℃的水中冷卻25min，冷卻後過濾，得濾渣；再將上述濾渣放入冰箱中，在-8℃的條件下冷凍35h，得冷凍物，將冷凍物按質量比1:10與質量分數5%木質素磺酸鈉溶液中，加熱至135℃，煮製1h，煮製後過濾，得濾渣，放入真空乾燥箱中，在350℃溫度下乾燥5h，乾燥後加入球磨機中球磨，過610目篩，得改性炭化鐵樺樹粉末，備用；再分別1kg粉煤灰、500g矽灰、550g高嶺土、300g方解石、90g沸石粉、300g電爐礦渣，混合後加入氣流粉碎機中，粉碎後過690目篩，得混合礦物摻合料粉末；最後按重量份數計，分別選取60份上述步驟備用的改性炭化鐵樺樹粉末、45份上述混合礦物摻合料粉末、0.2份檸檬酸鈉、0.2份二異丁基甲醇、4份氨基苯磺酸鈉、4份羧甲基纖維素鈉、2份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，依次加入雙螺旋錐形混合機中，攪拌混合均勻，即可得到孔道壓漿材料。

本實例操作簡便，使用時，首先在準備橋梁壓漿時，按質量比1：20，將本發明製得的孔道壓漿劑與普通矽酸鹽水泥攪拌混合4min，再按質量比1：31，將水與混合水泥料倒入攪拌罐中拌合均勻，開啟壓漿泵，使漿體從壓漿管中排出，當排出的漿體流動度和攪拌罐中的流動度一致時進行橋梁，控制壓漿的壓力為0.4MPa，當壓漿材料從橋梁管道另一端飽滿出漿時，關閉出漿口並在0.6MPa壓力下保持壓漿動作8min，使壓漿孔完全密實，最後待壓漿工序全部完畢後，對橋梁養護4天，同時保持壓漿材料漿體溫度在18℃之間即可。經檢測，本發明製得的孔道壓漿材料流動性好，漿體初始流動度為16s，30min流動度為21s，漿液無泌水，7天抗壓強度達38MPa，28天抗壓強度達55MPa，抗折強度達15MPa，強度較普通壓漿材料均提高了57%，3h毛泌水率和24h自由泌水率均為0，漿體和易性良好，同時本發明孔道壓降材料具有較好的微膨效果，24h自由膨脹率為0.6%，且本發明孔道壓漿材料對鋼筋無任何腐蝕作用，可提高橋梁、工程的耐久性，使工程使用壽命延長了6年。

實例3

首先稱取700g鐵樺樹放入調溫調溼箱中，在相對溼度100%和溫度120℃條件下處理2h，將處理後鐵樺樹放入壓力罐中，在壓力為4MPa和溫度為100℃的條件下進行爆破處理50s，爆破後在80℃烘箱中乾燥7h，乾燥後加入粉碎機中粉碎，過100目篩，得鐵樺樹粉末；隨後將鐵樺樹粉末放入炭化爐中，在氮氣氣氛保護下升溫至700℃，保溫炭化5h，炭化結束後將炭化物趁熱加入到25℃的水中冷卻30min，冷卻後過濾，得濾渣；再將上述濾渣放入冰箱中，在-5℃的條件下冷凍40h，得冷凍物，將冷凍物按質量比1:10與質量分數5%木質素磺酸鈉溶液中，加熱至150℃，煮製2h，煮製後過濾，得濾渣，放入真空乾燥箱中，在400℃溫度下乾燥6h，乾燥後加入球磨機中球磨，過620目篩，得改性炭化鐵樺樹粉末，備用；再分別2kg粉煤灰、600g矽灰、600g高嶺土、400g方解石、100g沸石粉、350g電爐礦渣，混合後加入氣流粉碎機中，粉碎後過700目篩，得混合礦物摻合料粉末；最後按重量份數計，分別選取65份上述步驟備用的改性炭化鐵樺樹粉末、50份上述混合礦物摻合料粉末、0.3份檸檬酸鈉、0.3份二異丁基甲醇、5份氨基苯磺酸鈉、5份羧甲基纖維素鈉、3份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，依次加入雙螺旋錐形混合機中，攪拌混合均勻，即可得到孔道壓漿材料。

本實例操作簡便，使用時，首先在準備橋梁壓漿時，按質量比1：25，將本發明製得的孔道壓漿劑與普通矽酸鹽水泥攪拌混合5min，再按質量比 1：32，將水與混合水泥料倒入攪拌罐中拌合均勻，開啟壓漿泵，使漿體從壓漿管中排出，當排出的漿體流動度和攪拌罐中的流動度一致時進行橋梁，控制壓漿的壓力為0.3MPa，當壓漿材料從橋梁管道另一端飽滿出漿時，關閉出漿口並在0.7MPa壓力下保持壓漿動作10min，使壓漿孔完全密實，最後待壓漿工序全部完畢後，對橋梁養護5天，同時保持壓漿材料漿體溫度在30℃之間即可。經檢測，本發明製得的孔道壓漿材料流動性好，漿體初始流動度為18s，30min流動度為23s，漿液無泌水，7天抗壓強度達40MPa，28天抗壓強度達60MPa，抗折強度達16MPa，強度較普通壓漿材料均提高了58%，3h毛泌水率和24h自由泌水率均為0，漿體和易性良好，同時本發明孔道壓降材料具有較好的微膨效果，24h自由膨脹率為0.8%，且本發明孔道壓漿材料對鋼筋無任何腐蝕作用，可提高橋梁、工程的耐久性，使工程使用壽命延長了8年。