CN102180628A - 一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料及制备方法 - Google Patents

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汤华
吴振君
王水林
袁从华
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Abstract

本发明公开了一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料及制备方法，它由胶凝组分、细集料组分、膨胀组分、活性掺合料、减水组分、抗裂组分、调节组分的一定重量百分的原料比制成，其步骤是：A、将胶凝组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按设计质量比加入球磨机中，共同混合、粉磨而成的均匀粉料；B、在常温常压下，粉磨，至其勃氏比表面积不低于350m2/kg；C、将B步骤获得的粉料与含比例（按比例）配制好的石英砂在常温常压下混合搅拌均匀，即得一种灌浆材料。方法易行，操作简便，早期强度高，微膨胀能有效补偿水泥基材料水化收缩，显著提高锚杆与周围基体的粘接强度，能有效保护锚杆不受侵蚀，延长锚杆使用寿命。

Description

一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料及制备方法
技术领域
本发明属于岩土工程用建筑材料技术领域，更具体涉及一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，同时还涉及一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料的制备方法。该材料主要应用于边坡预应力锚固加固工程，作为灌浆材料，提高锚固段的锚固力，稳定锚固点。
背景技术
预应力锚固技术是在预应力技术及契式锚杆原理基础上发展起来的新的两点式预应力结构。对于高边坡中的破碎岩体或有断层岩体，通过在岩体中钻孔，并对孔中锚固的锚杆或锚索施加预应力，以达到稳定边坡的目的。现正普及到世界各国的露天矿山边坡加固，地下开采洞室支护，铁路隧道支护，水利水电工程中的坝基加固，岩质高边坡稳定加固，土木建筑工程中的深基坑支护等各个领域。
为了提高锚固段的锚固力，人们早已认识到锚固段灌浆材料的重要性。深层锚固所需的灌浆材料包括水泥浆材、化学浆液、纤维浆材等类型。与化学基灌浆材料相比，水泥基灌浆材料具有使用方便、强度高、耐久性好、无公害、成本低、来源广等特点而得到广泛应用，一直是基础灌浆中使用最为广泛的材料。但普通水泥基灌浆材料，浆液的稳定性差、流动性不好而且损失大、硬化使体积会收缩，使锚索容易受到外部腐蚀性物质的侵害。同时，由于普通水泥砂浆的强度增长较缓慢，需要较长的待凝时间，一般都在20-28d左右，最快的也要14d左右，也就是说自锚索(杆)安装进孔半个多月后才能起到锚固作用。在此期间，如果边坡出现严重卸荷松弛或失稳塌滑，其预应力锚固将起不到应有的作用和预期的效果。因此，如何保证锚固体的耐久性和应力锚索(杆)的张拉速度，已成为工程界普遍关注的焦点。
目前，预应力锚固所需的灌浆材料主要是水泥浆材、化学浆液、纤维浆材等类型，这些灌浆材料有各自的优点和缺点，但是国内市场上功能齐全，性能优异的灌浆产品还比较缺乏，许多重点工程不得不花费巨资从国外引进。由于国产水泥性能的限制以及季节性和工程特点，工程人员不得不在现场进行灌浆试验，以寻求灌浆材料的最佳组成。这样的试验耗费大量的人力、物力和财力，更为严重的是，由于缺乏专业的灌浆队伍，往往无法控制灌浆质量，给工程造成严重隐患，给国家和人民财产造成巨大损失。因此，开发一种流动性好、早期强度高、微膨胀、钢筋握裹力和锚固强度高的水泥基灌浆材料对岩土工程安全性有着重要意义。
发明内容
本发明的目的在于解决目前预应力锚固工程中普通水泥基灌浆料性能缺陷和使用过程中存在的问题，是在于提供了一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料。该灌浆材料工作性能好，早期强度高；微膨胀能有效补偿水泥基材料水化收缩，显著提高锚杆与周围基体的粘接强度，增加固化基体的抗渗等级，能有效保护锚杆不受侵蚀，延长锚杆使用寿命。
本发明的另一个目的是在于提供了一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料的制备方法，原材料易得，方法易行，操作简便。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，其特征在于：它由胶凝组分、细集料组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，它由以下按原料重量百分比制成：
原料        重量百分比％     原料          重量百分比％
胶凝组分    35-45％          细集料组分    45-55％
膨胀组分    3-7％            活性掺合料    4-8％
减水组分    0.5-1.5％        抗裂组分      0.3-1％
调节组分    0.1-1％。
所述的胶凝组分为普通硅酸盐水泥。
所述的细集料组分为天然的石英砂，由粒径范围分别为20-40目，40-70目的石英砂按1∶1的比例混合而成。
所述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂。
所述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
所述的矿渣粉是粒化高炉矿渣粉的简称，是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。矿渣粉分为S105、S95、S75三个级别。按国标《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046-2000)规定，对矿渣粉有八项技术要求：密度、比表面积、活性指数、流动度比、含水量、三氧化硫含量、氯离子含量、烧失量。
所述的硅粉(也叫微硅粉)(学名“硅灰”，Microsilica或Silica Fume)，硅粉又叫硅灰。是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。在逸出的烟尘中，SiO2含量约占烟尘总量的90％，颗粒度非常小，平均粒度几乎是纳米级别，故称为硅粉。
所述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
所述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
所述的FDN减水剂：长沙市芙蓉区鹏广建材有限公司生产。
所述的聚羧酸减水剂为苏州兴邦化学建材有限公司。
所述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚1∶1比例进行混合均匀。
所述的缓凝剂，Retarder，延缓混凝土凝结时间而对后期强度无明显影响的外加剂。主要成分为多羟基化合物、羟基羧酸盐及其衍生物、高糖木质素磺酸盐，因其兼有减水作用，也称缓凝减水剂。此外，一些无机盐如氯化锌、硼酸盐、各种磷酸盐也有缓凝作用，提高耐久性的外加剂：引气剂、防水剂、防锈剂等。掺量为水泥用量的0.1～0.6％。缓凝剂适用于高温条件下连续灌筑混凝土、大体积混凝土、预拌混凝土和泵送混凝土。菱镁胶凝材料水化时会放出大量的热量，当夏天温度高时制品的温度有的都达到80度，当制品温度过高时生产的制品将不再是5.1.8相，而是非常不稳定的9.1.5相，而且强度不高，温度过高时生产的菱镁制品会出现返卤、变形、强度不高等问题。现在解决的办法就是加入缓凝剂，分散水化热量，控制凝固时间。
2005年中华人民共和国物资行业标准WB/T 1023-2005标准出台，对缓凝剂定义：能够延缓菱镁胶凝制品凝结时间的外加剂。在商品混凝土中掺人缓凝剂的目的是为了延长水泥的水化硬化时间，使新拌混凝土能在较长时间内保持塑性，从而调节新拌混凝土的凝结时间。
所述的纤维素醚：英文名cellulose ether由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。纤维素大分子中每个葡萄糖基环含有三个羟基，第六碳原子上的伯羟基、第二、三个碳原子上的仲羟基，羟基中的氢被烃基取代而生成纤维素醚类衍生物。是纤维素高分子中羟基的氢被烃基取代的生成物。纤维素是一种既不溶解也不熔融的多羟基高分子化合物。纤维素经醚化后则能溶于水、稀碱溶液和有机溶剂，并具有热塑性。
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，它由以下按原料重量百分比制成(较好范围)：
原料        重量百分比％     原料          重量百分比％
胶凝组分    38-43％          细集料组分    46-52％
膨胀组分    4-6％            活性掺合料    5-7％
减水组分    0.6-1.4％        抗裂组分      0.4-0.9％
调节组分    0.2-0.9％。
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，它由以下按原料重量百分比制成(好范围)：
原料        重量百分比％     原料          重量百分比％
胶凝组分    39-42％          细集料组分    47-51％
膨胀组分    4-6％            活性掺合料    5-7％
减水组分    0.7-1.3％        抗裂组分      0.5-0.8％
调节组分    0.3-0.8％。
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，它由以下按原料重量百分比制成(最佳好范围)：
原料        重量百分比％     原料          重量百分比％
胶凝组分    39-41％          细集料组分    48-50％
膨胀组分    4-6％            活性掺合料    5-7％
减水组分    0.8-1.2％        抗裂组分      0.5-0.7％
调节组分    0.4-0.7％。
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料的制备方法，其步骤是：
A、将胶凝组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按设计质量比加入球磨机中，共同混合、粉磨而成的均匀粉料；
B、在常温常压下(20-25℃，0.1MPa)，粉磨10-30min，至其勃氏比表面积不低于350m2/kg；
C、将上述B步骤获得的粉料与含比例配制好的石英砂在常温常压下(20-25℃，0.1MPa)混合搅拌均匀，即得一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料(产品)。
高强微膨胀预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将高强微膨胀预应力锚固灌浆材料和水，按水料比为0.28-0.32混合均匀，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
本发明是专门为岩土工程所开发高强微膨胀锚固灌浆材料，利用减水和调节组分的分散和保坍性能，能有效改善水泥浆体的流变性，在保证水泥浆体强度的基础上，能有效提高水泥浆体的流动度，大幅度减少泌水，避免离析和分层。而膨胀和抗裂组分的引入能在塑性和硬化状态下有效补偿收缩，提高了水泥浆体的体积稳定性。在施工过程中使用本发明，采用普通的灌浆工艺就能够有效保障灌浆后浆体基本无泌水，浆体体积微膨胀，并且具有足够的施工保障时间和适宜的施工温度范围，对锚索或锚杆无锈蚀作用。
本发明具有如下优点和效果：
1.该高强微膨胀灌浆材料具有高分散和保塑能力，与普通水泥基灌浆料相比，流变性好，其初始流动度≥260mm，30min流动损失小于15％；泌水率显著降低，泌水率小于1.0％。
2.该高强微膨胀灌浆材料硬化后的早期及后期力学性能优异，灌浆材料1d抗压强度可达25-50MPa，28d抗压强度可达70-90MPa，1d竖向膨胀率大于0.02％。与普通水泥灌浆材料相比，粘结强度、钢筋握裹强度、抗渗性分别提高20％以上，对锚索或锚杆无锈蚀作用。
3.本发明适用于岩土工程、建筑工程和矿业工程边坡的治理，同时还适用于设备基础、预应力混凝土孔道的灌浆。
4、本发明具有制备工艺简单，使用操作容易和易于推广等优点。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料由胶凝组分、细集料组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，它由以下按原料重量百分比制成：
原料        重量百分比％   原料          重量百分比％
胶凝组分    38％           细集料组分    50％
膨胀组分    5％            活性掺合料    5％
减水组分    0.9％          抗裂组分      0.7％
调节组分    0.4％。
所述的胶凝组分为普通硅酸盐水泥。
所述的细集料组分为天然的石英砂，由粒径范围分别为20-40目，40-70目的石英砂按3∶7的比例混合而成。
所述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
所述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
所述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
所述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
所述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚1∶0比例进行混合均匀。
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料的制备方法，其步骤是：
A、将胶凝组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按设计质量比加入球磨机中，共同混合、粉磨而成的均匀粉料；
B、在常温常压下(20或22或24或25℃，0.1MPa)，粉磨10-30min，至其勃氏比表面积不低于350m2/kg；
C、将上述B步骤获得的粉料与含比例配制好的石英砂在常温常压下(20或21或23或25℃，0.1MPa)混合搅拌均匀，即得一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料(产品)。
高强微膨胀预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将高强微膨胀预应力锚固灌浆材料和水按水料比为0.28混合，采用砂浆搅拌机进行搅拌， 搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
实施例2：
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料由胶凝组分、细集料组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，它由以下按原料重量百分比制成：
原料            重量百分比％   原料            重量百分比％
胶凝组分        40％           细集料组分      48％
膨胀组分        4％            活性掺合料      6％
减水组分        1.2％          抗裂组分        0.5％
调节组分        0.3％。
所述的胶凝组分为普通硅酸盐水泥。
所述的细集料组分为天然的石英砂，由粒径范围分别为20-40目，40-70目的石英砂按1∶1的比例混合而成。
所述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
所述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
所述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
所述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
所述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚1∶1比例进行混合均匀。
其制备步骤与实施例1相同。
高强微膨胀预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将高强微膨胀预应力锚固灌浆材料和水按水料比为0.28混合，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
实施例3：
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料由胶凝组分、细集料组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，它由以下按原料重量百分比制成：
原料        重量百分比％    原料          重量百分比％
胶凝组分    37％            细集料组分    51％
膨胀组分    5％      活性掺合料  5％
减水组分    1.2％    抗裂组分    0.6％
调节组分    0.2％。
所述的胶凝组分为普通硅酸盐水泥。
所述的细集料组分为天然的石英砂，由粒径范围分别为20-40目，40-70目的石英砂按1∶1的比例混合而成。
所述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
所述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按3∶7的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
所述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
所述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
所述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚1∶0比例进行混合均匀。
其制备步骤与实施例1相同。
一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，它由以下按原料重量百分比制成：
其制备步骤与实施例1相同。
高强微膨胀预应力锚固灌浆材料的使用方法：
将高强微膨胀预应力锚固灌浆材料和水按水料比为0.30混合，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
本发明的胶凝组分、细集料组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分各原料的上限、下限及区间值都能实现本发明，在此就不一一举例。

Claims (8)

1.一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，它由以下按原料重量百分比制成：
原料        重量百分比％  原料              重量百分比％
胶凝组分    35-45％       细集料组分        45-55％
膨胀组分    3-7％         活性掺合料        4-8％
减水组分    0.5-1.5％     抗裂组分          0.3-1％
调节组分    0.1-1％；
所述的胶凝组分为硅酸盐水泥；
所述的细集料组分为天然的石英砂，由粒径范围分别为20-40目，40-70目的石英砂按1∶1的比例混合；
所述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂；
所述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g；
所述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维；
所述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂；
所述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合，其中缓凝剂和纤维素醚1∶1比例进行混合均匀。
2.根据权利要求1所述的一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，其特征在于：
原料        重量百分比％     原料          重量百分比％
胶凝组分    38-43％          细集料组分    46-52％
膨胀组分    4-6％            活性掺合料    5-7％
减水组分    0.6-1.4％        抗裂组分      0.4-0.9％
调节组分    0.2-0.9％。
3.根据权利要求1所述的一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，其特征在于：
原料        重量百分比％     原料          重量百分比％
胶凝组分    39-42％          细集料组分    47-51％
膨胀组分    4-6％            活性掺合料    5-7％
减水组分    0.7-1.3％        抗裂组分      0.5-0.8％
调节组分    0.3-0.8％。
4.根据权利要求1所述的一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，其特征在于：
原料        重量百分比％    原料          重量百分比％
胶凝组分    39-41％         细集料组分    48-50％
膨胀组分    4-6％           活性掺合料    5-7％
减水组分    0.8-1.2％       抗裂组分      0.5-0.7％
调节组分    0.4-0.7％。
5.根据权利要求1所述的一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，其特征在于：
原料        重量百分比％    原料          重量百分比％
胶凝组分    38％            细集料组分    50％
膨胀组分    5％             活性掺合料    5％
减水组分    0.9％           抗裂组分      0.7％
调节组分    0.4％。
6.根据权利要求1所述的一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，其特征在于：
原料        重量百分比％    原料          重量百分比％
胶凝组分    40％            细集料组分    48％
膨胀组分    4％             活性掺合料    6％
减水组分    1.2％           抗裂组分      0.5％
调节组分    0.3％。
7.根据权利要求1所述的一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料，其特征在于：
原料        重量百分比％    原料          重量百分比％
胶凝组分    37％            细集料组分    51％
膨胀组分    5％             活性掺合料    5％
减水组分    1.2％           抗裂组分      0.6％
调节组分    0.2％。
8.一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料的制备方法，其步骤是：
A、将胶凝组分、膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按设计质量比加入球磨机中，共同混合、粉磨而成的均匀粉料；
B、在常温常压下，粉磨10-30min，至其勃氏比表面积不低于350m2/kg；
C、将上述B步骤获得的粉料与含比例配制好的石英砂在常温常压下混合搅拌均匀，即得一种高强微膨胀预应力锚固灌浆材料。
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