CN102320793A - 一种快硬自密实抗裂高性能灌浆材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于城市道路检查井抢修工程的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料，制造该灌浆材料所用的原材料按重量百分比为：硅酸盐水泥10％～30％，快硬水泥20％～40％、石英砂40％～60％、促硬组分0.06％～0.25％、缓凝组分0.01％～0.1％、可再分散聚合物胶粉0.5％～1.9％、纤维素醚0.005％～0.2％、消泡剂0.08％～0.2％、高效减水剂0.61％～1％。将上述组分按比例混合均匀后得到快硬高性能灌浆干混料。使用时，将该干混料加水搅拌即可，水与干混料的重量比为0.14～0.18。本发明的灌浆材料具有快硬、自密实、抗裂等特点，同时具有良好的抗冻融性、耐久性、新老界面粘接性和体积稳定性。

Description

一种快硬自密实抗裂高性能灌浆材料

技术领域

本发明涉及一种水泥基快硬高性能灌浆材料，属于城市道路检查井抢修工程或建设工程抢修所用材料领域。

背景技术

由于道路交通荷载较大以及检修方便，城市道路检查井多采用铸铁井盖。原检查井构造中，井盖与承载铸铁框是分离的，造成铸铁井盖经常丢失。用钢筋混凝土井盖代替铸铁井盖虽然可解决丢失的问题，但钢筋混凝土井盖不能承受日益增加的交通流量所带来的重荷，尤其是几十吨重的载重车辆很容易造成井盖的损坏。井盖的丢失和损坏一方面严重威胁行车安全，另一方面也影响市容市貌。

为了一劳永逸地解决井盖的问题，可以采用组合式井盖改造现有分离式井盖。组合式井盖是将分离式井盖以合页固定在承载铸铁框上，开关自如，不易丢失。具体改造可以首先清除原有井盖，在检查井井口安放预埋了高强螺栓的小尺寸圈梁，接着将用合页组合的井盖和承载铸铁框用螺栓固定在圈梁上，并调整高度至设计标高，然后采用大流动性的灌浆材料将井盖和圈梁与周围基体之间的间隙进行充填，最后待材料硬化后在表面摊铺沥青混凝土。改造时也可以首先采用垫块将用合页组合的井盖和承载铸铁框垫高至设计标高，接着以柔性条环向封闭承载铸铁框以下露空井体，然后采用大流动性的灌浆材料充填井盖和圈梁与周围基体之间的间隙，最后待材料硬化后在表面摊铺沥青混凝土。

为了减小施工造成的交通压力，尽快通车，全部工序至少需在1～2小时内完成。由于沥青混凝土的摊铺需在材料硬化后才能进行，因此大流动性灌浆材料必须具备快硬功能，浇筑40～50分钟后能够硬化以满足沥青混凝土摊铺施工的需要，即具备较高的小时强度，并且该材料在2小时内需要达到足够的强度以负荷车辆荷载。由于需要浇筑的是一环形体空间，因此还要求灌浆材料具备良好的抗裂性能。另外，该材料还需具备良好的耐久性、抗冻融性、新老界面粘接性能和体积稳定性。普通的高强无收缩灌浆材料所具备的大流动、无收缩、高强等特点不能满足工程需要。在普通高强无收缩灌浆材料加入快硬水泥也不能满足2小时内快速硬化的要求。

对以往文献查新得，ZL00116214.4《超早强灌浆料》中采用硅酸盐水泥、黄砂、早强剂、Na₂CO₃、柠檬酸和高效减水剂，由于组分设计所限，虽具备一定的早强特点，但不具备良好的抗裂性、新老界面粘接性能和体积稳定性。ZL200610091071.2《一种性能可调节的无收缩灌浆料》中采用硅酸盐水泥、石英砂等，由于无早强、快硬组分和改善粘接性能组分而不具备较高的小时强度和良好的新老界面粘接性能。《超早强聚合物快速修补砂浆材料》(申请号201010183541.4)中所公布砂浆因性能设计所限，其虽具早强特点但不具备大流动灌浆性能，因此仅能用于结构表面缺陷的修补。以往资料中未见同时具备快硬特点以及良好的自密实性、抗裂性、耐久性、抗冻融性、新老界面粘接性能和体积稳定性的快硬高性能灌浆材料。

发明内容

本发明是为城市道路检查井抢修工程及其它建设工程的抢修工况提供一种具备快硬、自密实、抗裂特点及兼具良好的抗冻融性、耐久性、新老界面粘接性能和体积稳定性的高性能灌浆材料及其制备方法。

本发明提供的是一种快硬自密实抗裂高性能灌浆材料的组合物，该组合物中各组分重量百分比为：硅酸盐水泥10％～30％、快硬水泥20％～40％、石英砂40％～60％、促硬组分0.06％～0.25％、缓凝组分0.01％～0.1％、可再分散聚合物胶粉0.5％～1.9％、甲基纤维素醚0.005％～0.2％、消泡剂0.08％～0.2％、高效减水剂0.61％～1％。

各组分按上述比例配合的组合物，能使本发明的灌浆材料具有快硬、自密实、抗裂等特点并兼具良好的抗冻融性、耐久性、新老界面粘接性能和体积稳定性。

这种高性能灌浆材料是一种干混料，在使用现场加水搅拌1～2分钟即可使用，水与本发明所述灌浆干混料的重量比为0.14～0.18。

在本发明中，以碱金属碳酸盐或氢氧化物作为水泥的促硬组分，能够加速水泥快速硬化，尤其对快硬硫铝酸盐水泥作用比较明显，能显著提高浆体的早期强度。这里所说的碱金属为锂、钠或钾。本发明中促硬组分的用量为0.06％～0.25％。

本发明中所用的水泥为硅酸盐水泥和快硬水泥，其中快硬水泥为快硬硫铝酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥中的一种，而普通硅酸盐水泥为符合GB175《通用硅酸盐水泥》的硅酸盐水泥。快硬水泥可使浆体具有较高的早期强度，在快硬水泥和促硬组份的共同作用下，浆体可快速硬化。而普通硅酸盐水泥的使用，可以保证浆体的后期强度稳定发展。本发明的灌浆材料加水搅拌施工50分钟后，抗压强度可达8MPa以上，1.5小时后抗压强度可达12MPa以上，且弯拉强度可达1.8MPa以上；28天后抗压强度可达45MPa以上。因此，将硅酸盐水泥与快硬水泥组合使用，并配合使用促硬组分，可以使灌浆材料施工后达到快硬、早强、后期强度发展稳定的效果。

本发明中所用的石英砂由20～40目石英砂和40～70目石英砂共同组成，二者比例大于3∶2。石英砂化学性质稳定、强度高，主要作为骨架材料使用。

本发明中，减水剂与可再分散聚合物的用量对浆体流动性影响较大。为保证浆体的大流动性从而实现其自密实性及抗裂性能，本发明所用的减水剂为萘磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂、密胺减水剂或聚羧酸减水剂中的一种，减水剂的用量为0.61％～1％，可使灌浆材料在加水搅拌后流动度达到340mm以上，这种大流动性可以保证灌浆材料浇注后在自重作用下自动、密实地填充空间，从而提高产品的密实性与抗裂性能。减水剂的用量少于总重量的0.61％，则灌浆材料流动性不佳；减水剂的用量大于1％，则容易产生分层、离析、泌水等问题。

本发明中的可再分散聚合物胶粉起增粘作用，可以提高浆体与浇筑空间周围界面的粘接力，同时还因聚合物胶粉具有一定的弹性而起到抗裂作用。本发明中，可再分散聚合物胶粉用量为0.5％～2％，产品加水搅拌施工1.5小时后，粘接强度可达2MPa以上。可再分散聚合物胶粉用量如果少于0.5％，则粘接效果较差；如果用量大于2％，则会降低灌浆材料的流动性而影响浇灌时填充的密实性，从而影响施工质量，并且会降低材料硬化后的抗压强度。

缓凝剂可以延缓浆体的初凝时间，而促硬组分可加速水化缩短浆体的终凝和硬化时间，使得浆体在十几分钟内即经历初凝、终凝并硬化。本发明中所用的缓凝剂为硼砂、硼酸、酒石酸或葡萄糖酸钠中的一种。

适当的含气量可使浆体在不明显降低强度的前提下具有良好的抗冻融性能，本发明采用适宜掺量的消泡剂调整浆体在搅拌浇筑过程中的气泡量，使浆体硬化后具有良好的抗冻融性能，经检验可经受300次以上冻融循环作用。本发明所用的消泡剂为聚醚类粉体消泡剂。

本发明的产品具有良好的早期抗裂性能，其抗裂性主要是通过添加减水剂来调整浆体的流动性，以提高其硬化后的密实性；同时，可再分散聚合物胶粉具有一定的增粘作用及弹性，并辅以甲基纤维素醚，也使浆体具备良好的早期抗裂性能，本发明经抗裂性试验及现场施工检验无开裂现象发生。

本发明所制备的灌浆材料，其硬化后具有良好的密实性，经测试，其电通量小于800库伦，具有良好的阻碍离子迁移能力，因而具备优异的耐久性。同时由于采用石英砂作为骨架，使得本发明产品具有良好的体积稳定性。

本发明与现有技术相比其优点在于：具有快速硬化和超早强特点，早期抗压强度高、弯拉强度高、粘接强度高，可大大缩短工期，后期强度发展稳定，安全性好；具有良好的抗冻融性和抗离子迁移性，耐久性好；凝结时间可调，使用便捷，所形成干混砂浆产品，现场加水搅拌1～2分钟即可，施工灌注时可自动密实，省时省力，适用性好。本发明适合各种环境下(室外和室内，低温和高温)不同部位的灌浆施工，特别适合城市道路检查井改造工程施工，还可用于其它建设工程的抢修施工。

具体实施方式

下面用实施例进一步对本发明进行说明，所述实施例不是对本发明组分及性能范围的限制。

实施例1

本快硬自密实抗裂高性能灌浆材料的原料组成配比按重量计为：

普通硅酸盐水泥10％，快硬硫铝酸盐水泥38％，20～40目石英砂40％，40～70目石英砂10％，碳酸钾0.24％，酒石酸0.08％，可再分散聚合物胶粉0.7％，甲基纤维素醚0.01％，聚醚类粉体消泡剂0.14％、氨基磺酸盐减水剂0.9％。

上述材料经混合制得干混砂浆，现场将干混砂浆与水按1∶0.14的比例搅拌均匀成浆体即可灌筑。从加水搅拌起计时，14.5分钟后初凝，18分钟后终凝，20分钟即开始硬化，30分钟后即可进行下一施工工序。

流动度和抗压强度的测试参照JC/T986-2005《水泥基灌浆材料》；弯拉强度的测试参照JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》；粘接强度的测试参照JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》；圆环法抗裂性和电通量的测试参照铁建设[2005]157号《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》；刀口法抗裂性和抗冻融性能的测试参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。各项性能的测试结果为：

流动度为360mm；40分钟抗压强度为15.8MPa；1.5小时抗压强度为26.7MPa，弯拉强度为2.8MPa，粘接强度为2.1MPa；28天抗压强度为55.4MPa，抗冻等级为F300，电通量为563库伦；圆环法和刀口法抗裂测试各龄期均未开裂。

实施例2

本快硬自密实抗裂高性能灌浆材料的原料组成配比按重量计为：

普通硅酸盐水泥26％，快硬硫铝酸盐水泥24％，20～40目石英砂37％，40～70目石英砂10％，碳酸锂0.11％，葡萄糖酸钠0.04％，可再分散聚合物胶粉1.7％，甲基纤维素醚0.11％，聚醚类粉体消泡剂0.11％、密胺减水剂0.93％。

上述材料经混合制得干混砂浆，现场将干混砂浆与水按1∶0.15的比例搅拌均匀成浆体即可灌筑。从加水搅拌起计时，16分钟后初凝，22分钟后终凝，24分钟即开始硬化，38分钟后即可进行下一施工工序。

其性能测试结果为：

流动度为340mm；40分钟抗压强度为10.2MPa；1.5小时抗压强度为14.6MPa，弯拉强度为1.9MPa，粘接强度为2.4MPa；28天抗压强度为48.2MPa，抗冻等级为F375，电通量为891库伦；圆环法和刀口法抗裂测试各龄期均未开裂。

实施例3

本快硬自密实抗裂高性能灌浆材料的原料组成配比按重量计为：

普通硅酸盐水泥20％，快硬硅酸盐水泥30％，20～40目石英砂37％，40～70目石英砂11％，氢氧化钾0.15％，硼砂0.09％，可再分散聚合物胶粉1.0％，甲基纤维素醚0.1％，聚醚类粉体消泡剂0.09％、萘磺酸盐减水剂0.8％。

上述材料经混合制得干混砂浆，现场将干混砂浆与水按1∶0.16的比例搅拌均匀成浆体即可灌筑。从加水搅拌起计时，18分钟后初凝，28分钟后终凝，35分钟即开始硬化，50分钟后可进行下一施工工序。

其性能测试结果为：

流动度为340mm；50分钟抗压强度为8.1MPa；1.5小时抗压强度为12.1MPa，弯拉强度为1.82MPa，粘接强度为2.5MPa；28天抗压强度为60.2MPa，抗冻等级为F450，电通量为632库伦；圆环法和刀口法抗裂测试各龄期均未开裂。

实施例4

本快硬自密实抗裂高性能灌浆材料的原料组成配比按重量计为：

普通硅酸盐水泥16％，快硬硅酸盐水泥32％，20～40目石英砂36.8％，40～70目石英砂12％，氢氧化钠0.20％，硼酸0.06％，可再分散聚合物胶粉1.9％，甲基纤维素醚0.18％，聚醚类粉体消泡剂0.17％、聚羧酸减水剂0.7％。

上述材料经混合制得干混砂浆，现场将干混砂浆与水按1∶0.18的比例搅拌均匀成浆体即可灌筑。从加水搅拌起计时，16分钟后初凝，25分钟后终凝，32分钟即开始硬化，45分钟后可进行下一施工工序。

其性能测试结果为：

流动度为340mm；45分钟抗压强度为8.4MPa；1.5小时抗压强度为13.2MPa，弯拉强度为2.4MPa，粘接强度为2.8MPa；28天抗压强度为50.3MPa，抗冻等级为F300，电通量为812库伦；圆环法和刀口法抗裂测试各龄期均未开裂。

Claims (7)

1.一种用于城市道路检查井抢修工程的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料的组合物，其特征在于该组合物中各组分按重量百分比为：

2.如权利要求1所述的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料，其特征在于所用的快硬水泥为快硬硫铝酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥中的一种。

3.如权利要求1所述的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料，其特征在于所用的促硬组份是一种碱金属碳酸盐或碱金属氢氧化物，其中的碱金属为锂、钠或钾中的一种，促硬组份的用量为0.06％～0.25％。

4.如权利要求1所述的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料，其特征在于所用的石英砂由20～40目石英砂和40～70目石英砂共同组成，二者重量比大于3∶2。

5.如权利要求1所述的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料，其特征在于所用的可再分散聚合物胶粉的用量为0.5％～1.9％，可以是任何可再分散聚合物胶粉。

6.如权利要求1所述的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料，其特征在于所用减水剂为萘磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂、密胺减水剂和聚羧酸减水剂中的一种，其用量为0.61％～1％。

7.如权利要求1所述的快硬自密实抗裂高性能灌浆材料，其特征在于缓凝组分为硼砂、硼酸、酒石酸或葡萄糖酸钠中的一种；消泡剂为聚醚类粉体消泡剂。