CN102603238A - 一种低水胶比孔道压浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种后张法预应力混凝土梁孔道压浆料，施工现场只需按比例与水搅拌均匀后即可用于孔道压浆。本发明的孔道压浆料包括胶凝材料、塑化剂、膨胀剂、保水剂、稳定剂、缓凝剂、钢筋阻锈剂和早强剂。本发明的孔道压浆料优点在于：水胶比小(0.26～0.32)，流动性好10～22秒，早期强度高(3小时可达20MPa)，浆料不分层不泌水，微膨胀，充盈度和体积稳定性好，现场施工方便，特别适用于冬季施工及需在较短时间内完成的工程。

Description

一种低水胶比孔道压浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种孔道压浆料及其制备方法，该孔道压浆料主要用于后张法预应力混凝土梁的孔道压浆，尤其适合用于冬季施工。

背景技术

随着我国经济的快速发展，基础建设进入了一个迅猛发展的时期，高速公路几乎普及到每一个行政县市。工程质量直接关系到人民的生命财产安全。管道压浆的主要作用是保护预应力钢筋不外露免遭锈蚀，使预应力钢筋与混凝土梁体有良好的粘结性，保证预应力的有效传递，消除或缓解预应力混凝土结构在反复荷载作用下应力变化对锚具造成的疲劳破坏。为了保证公路建设的质量，交通运输部于2011年8月1日发布实施了新的《公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011》，对预应力混凝土梁孔道压浆做了新的规定。新标准实施后，很多传统的压浆剂与现场的水泥复配很难达到标准要求，水泥的不稳定性严重影响了工程质量。另外有些现浇梁工程因各方面原因造成工期紧，而普通压浆料因达到设计强度几乎都需要七天，冬天甚至更长，影响了工期。本发明结合新发布的标准，低水胶比、高流动度、无泌水、早期强度高、方便现场施工是本发明的技术攻关点。

发明内容

为新标准实施后有些适应性不好的水泥与传统的压浆剂复配达不到标准要求的问题，本发明的目的是提供一种能够满足新的《公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011》标准要求的孔道压浆材料。

因此，在第一个方面，本发明提供了一种孔道压浆料，所述压浆料的原料包括胶凝材料、塑化剂、膨胀剂、保水剂、稳定剂、缓凝剂和钢筋阻锈剂，上述组分的配比如下：

在本发明的孔道压浆料的另一个实施方案中，其原料还包含2～3重量份的早强剂，特别优选甲酸钙、硫酸铁或晶胚为主要成分的无碱高效早强剂(HL-10C早强防冻剂)。

在第二个方面，本发明提供了孔道压浆料的制备方法，所述方法包括以下步骤：采用逐步稀释法先将上述组分中除胶凝材料外的含量较小的原料投入小型胶体粉磨机中，再加入含量较高的原料，混磨5～10分钟，过筛，控制粒度小于60μm，再投入大型混合机与胶凝材料进行混合，混合10～15分钟，即得到所述压浆料，其中对于液态的塑化剂，则在进行上述步骤前先将该液态塑化剂喷雾成分布均匀的粉末状，用60目筛筛余量小于1％，然后再按照上述步骤中的方法制备压浆料。

本发明的有益效果：

1.水胶比小(0.26～0.32)，流动性好10～22秒，早期强度高(3小时可达20MPa)。

2.浆料不分层不泌水，微膨胀，充盈度和体积稳定性好，现场施工方便。不仅使浆体的流动性能大大提高，解决了灌浆不密实的通病，强度保证率也有所提高。含碱(钾钠离子)早强剂存在盐析、激发碱骨料反应及水泥适应性差等缺陷，本发明克服了上述缺陷，特别适用于冬季施工及需在较短时间内完成的工程。节约了场地，降低了人工费用，节约了能源。

3.价格相对低廉，经久耐用，结构强度高，对环境无污染，属于“绿色注浆材料”。

具体实施方式

本发明的孔道压浆料的原料包括胶凝材料、塑化剂、膨胀剂、保水剂、稳定剂、早强剂、缓凝剂等。本发明的孔道压浆料可应用于后张法预应力混凝土梁的孔道压浆。所谓“后张法”，是指先浇筑水泥混凝土，待达到设计强度的75％以上后再张拉预应力钢材以形成预应力混凝土构件的施工方法。

胶凝材料是能够在物理、化学作用下，从具有流动性的浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，具有一定机械强度的物质。一般分为无机和有机两大类，其中有机胶凝材料包括沥青和各种树脂等，无机胶凝材料包括水硬性胶凝材料和非水硬性胶凝材料。水硬性胶凝材料通常称为水泥，其在拌水后既能在空气中硬化又能在水中硬化，而非水硬性胶凝材料只能在空气中或其他条件下硬化，如石灰或石膏等。本发明中胶凝材料一般选择无机胶凝材料，优选无机高分子胶凝材料，更优选地选自普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、超细水泥和改性超细水泥中的一种或它们中两种以上的任意组合。其选择不受限制，本领域技术人员可以根据需要选择何种水泥或水泥组合作为胶凝材料用于所需的应用场合。

在水泥工业领域中，塑化剂一般是指混凝土用塑化剂，即减水剂，其可以增加混合物的工作性方便施工，不易产生蜂窝，从而可减少含水比例，增加强度。本发明中的塑化剂优选是聚羧酸(盐)减水剂。聚羧酸(盐)减水剂是由人工设计的分子结构，在主链上也有能使水泥颗粒带电的磺酸盐或其它基团，可以起到传统减水剂的作用，更重要的是一旦主链吸附在水泥颗粒表面后，支链与其它颗粒表面的支链形成立体交叉，阻碍了颗粒相互接近，从而达到分散(即减水)作用。这种空间位阻作用不以时间延长而弱化，因此，聚羧酸(盐)减水剂的分散作用更为持久。聚羧酸(盐)减水剂相比于其他减水剂不仅减水率高，掺量更小，预拌混凝土2h坍落度损失小，混凝土工作性好。此外聚羧酸(盐)减水剂与不同品种水泥和掺合料相容性好，混凝土收缩小，碱含量极低且在低温时无沉淀析出，因此适合于冬季施工。在本发明中，聚羧酸(盐)减水剂的使用不受限制，其实例可以为第三代高性能减水剂HL-8010(其具体内容参见本发明申请人于2011年12月21日申请的另一项中国发明专利申请201110433678.5，该发明的全部内容引入本文中)、HL-8000聚羧酸干粉减水剂、HL-8000保塑型聚羧酸减水剂等。

下面简述第三代高性能减水剂HL-8010及其制备方法：

上述高性能减水剂HL-8010为聚羧酸盐减水剂，其由包括以下各组分的单体共聚而成：

(1)酯类大分子单体，所述酯类大分子单体为甲氧基聚乙二醇单甲醚(甲基)丙烯酸酯(用MPEGMAA或MPEGAA表示，就得到的减水剂的性能而言，优选MPEGMAA)，其占单体总重量的9～30％，优选10～20％；

(2)醚类大分子单体，所述醚类大分子单体为选自烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)或甲基烯基聚氧乙烯、聚氧丙烯醚(TPEG)中的至少一种，其占单体总重量的63～82％，优选70～80％；

(3)小分子单体，所述小分子单体为选自丙烯酸、甲基丙烯酸及其相应的盐中的一种或多种的混合物，所述小分子单体占单体总重量的6～15％，优选9～11％，从价格和获得的减水剂性能两方面考虑，所述小分子单体优选丙烯酸。

在该聚羧酸高性能减水剂中，MPEGMAA或MPEGAA由甲氧基聚乙二醇单甲醚(MPEG)和(甲基)丙烯酸(MA或MAA)以浓硫酸为催化剂、对苯二酚和吩噻嗪为阻聚剂在温度为120±5℃时酯化而成。就获得的减水剂性能而言，优选MPEGMAA。

在该聚羧酸盐减水剂的一个优选实施方案中，其单体还包括组分(4)增容剂，所述增容剂为选自马来酸、马来酸酐及其相应的盐中的一种或多种的混合物，优选马来酸酐，其中组分(3)小分子单体与组分(4)增容剂的摩尔比为2～4∶0.1～0.5，优选3∶0.2。

在该聚羧酸盐减水剂的一个实施方案中，组分(1)与组分(2)的摩尔比为1∶3～1∶10。在该聚羧酸盐减水剂的另一个实施方案中，组分(1)和组分(2)两者的总和与组分(3)的摩尔比为1∶2.5～1∶3.5。

根据CN201110433678.5，该高性能减水剂HL-8010的制备方法包括以下步骤：

(1)向反应釜加入去离子水，再加入63～82重量份，优选70～80重量份的醚类大分子单体，将其配制成55～65重量％的溶液，升温至50～80℃，优选60～70℃，一般60℃使其完全溶解；

(2)待反应釜内物料全部溶解后，再向反应釜内加入单体总重量的2～10％，优选4～6％的过氧化物水溶液，所述过氧化物水溶液是浓度为2％的双氧水；

(3)将6～15重量份，优选9～11重量份的小分子单体和链转移剂用去离子水配制成20～30重量％的溶液作为A料，其中链转移剂为所述小分子单体重量的3～5％；

(4)将9～30重量份，优选10～20重量份的酯类大分子单体用去离子水配制成60～70重量％的溶液为B料；

(5)同时向反应釜滴加A料和B料，时间为2～4小时，优选3小时，滴加结束后在60℃～70℃，优选60℃～65℃保温2～4小时；

(6)保温结束后，将反应产物降温至40～55℃以下并添加去离子水将反应产物稀释至40％重量，然后用碱溶液将pH值调至6～7，其中

所述酯类大分子单体是甲氧基聚乙二醇单甲醚(甲基)丙烯酸酯(用MPEGMAA或MPEGAA表示)；所述醚类大分子单体为选自烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)或甲基烯基聚氧乙烯、聚氧丙烯醚中的一种；和所述小分子单体为选自丙烯酸、甲基丙烯酸及其相应的盐中的一种或多种的混合物，从价格和获得的减水剂性能两方面考虑，优选丙烯酸。

在上述方法中，MPEGMAA或MPEGAA由甲氧基聚乙二醇单甲醚(MPEG)和(甲基)丙烯酸(MA或MAA)以浓硫酸为催化剂、对苯二酚和吩噻嗪为阻聚剂在温度为120±5℃时酯化而成。就获得的减水剂性能而言，优选MPEGMAA。

在上述制备方法的一个实施方案中，酯类大分子单体与醚类大分子单体的摩尔比为1∶3～1∶10。在上述制备方法的另一个实施方案中，酯类大分子单体与醚类大分子单体两者的总和与小分子单体的摩尔比为1∶2.5～1∶3.5。

在上述制备方法的优选实施方案中，在所述方法的步骤(1)中还包括向反应釜内加入单体总重量的0.08～0.15％的增容剂，所述增容剂为选自马来酸、马来酸酐及其相应的盐中的一种或多种的混合物，优选马来酸酐。

在一个实施方案中，小分子单体与增容剂的摩尔比为2～4∶0.1～0.5，优选3∶0.2。

在上述方法中使用的链转移剂不特别地限制，但一般优选是选自巯基丙酸、巯基乙酸、巯基乙醇或十二硫醇中的一种或多种，优选巯基丙酸，所述链转移剂的用量为全部单体总重量的0.3～0.5％。

此外，在上述制备方法中，双氧水用作氧化剂，其用量为单体总重量的2～10％，优选4～6％，一般使用稀释至2％的双氧水。需注意的是，在该方法中，无需额外添加还原剂。

在上述制备方法中，用于调节pH的碱液不受限制，其可以是本领域中公知的用于调节pH值的碱水溶液，所述碱如NaOH、KOH等，一般用NaOH。

膨胀剂是一种化学外加剂，加在水泥中，当水泥凝结硬化时，随之体积膨胀，起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用。其类型包括明矾石膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂、氧化钙膨胀剂、铁屑膨胀剂和氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂等。在本发明中，膨胀剂可以是适合高强度公路路面或桥梁混凝土面层、涵洞等的任意膨胀剂，其实例是选自UEA膨胀剂、AUA膨胀剂、HEA膨胀剂、CSA混凝土抗裂减缩剂和DenKa20#膨胀剂中的一种或它们的任意组合。

保水剂是能够控制水泥混凝土泌水性能的外加剂，其原理是加入水泥混凝土中调节水泥颗粒分布结构，阻碍水泥泌水通道。在本发明中使用的保水剂优选为微硅粉、甲基纤维素的一种或两种复合组成。

在本发明中使用的混凝土稳定剂为聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，用于压浆料中能有效抑制浆体分层的现象。

缓凝剂是延缓水泥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。在本发明中可以任选地使用缓凝剂，可以在本发明中使用的缓凝剂由葡萄糖酸钠、柠檬酸和三聚磷酸钠中的一种或它们中两种以上的任意组合配合组成，其作用是延长水泥的水化硬化时间，使新拌浆液能在较长时间内保持塑性，从而调节新拌浆液的凝结时间。当两种以上的缓凝剂配合使用时，优选在组合中各种缓凝剂按相等的比例配合。

钢筋阻锈剂是掺入混凝土中以阻止或减缓钢筋锈蚀的外加剂，其按使用方式可以分为掺入型和渗透型。本发明采用掺入型钢筋阻锈剂，特别是氨基醇阻锈剂，如MuCis mia 200、MuCis ad 19L/D等。

早强剂是指能提高水泥早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进水泥早期强度的发展，多用于气温在0℃以下及需要早期强度高的施工中。可以用于本发明中的早强剂实例是选自碳酸锂、甲酸钙、硫酸铁及以晶胚为主要成分的无碱高效早强剂(HL-10C早强防冻剂)中的一种，其中HL-10C早强防冻剂不仅可作为早强剂使用，还可用作防冻剂。通过采用本发明的添加早强剂的压浆料可以获得较高的早期强度(3小时可达20Mpa)。

本发明中减水剂的种类、用量和粒度分布非常重要。在相同用水量的情况下性能优良的减水剂能大幅度提高浆液的流动度，其次，合适份量的减水剂才能有效解决浆液流动性问题：用量过小，过少则流动性太稠达不到施工要求，超量则会引起流动度过大导致浆体泌水分层。减水剂颗粒大小要保证60目筛筛余量小于1％，而且最终压浆料的颗粒要＜60μm。颗粒太大会出现难以混合均匀的现象，导致终产品在应用时初始流动度的误差超过5％，不能保证质量的稳定性。

下面结合具体实施例说明本发明，要说明的是下面的实施例仅用于给出本发明的优选实施方式，而非限制本发明的范围。

根据本发明的教导和公开内容，本发明的孔道压浆料可以根据各种需求，在本发明的范围内选择不同的胶凝材料、塑化剂等原料组成具有不同特点的不同类型的孔道压浆料，下面是非限制性实施例：

实施例1(普通型孔道压浆料)

各组份重量份数如下：

实施例2(保塑型孔道压浆料)

各组份重量份数如下：

实施例3(早强型孔道压浆料)

各组份重量比如下：

实施例4(早强型孔道压浆料)

各组份重量比如下：

实施例5(普通型孔道压浆料)

制备方法：

(1)HL-8010聚羧酸减水剂为液态产品，先采用自行改造的电动高速离心雾化器喷雾得到分布均匀的粉末状减水剂，用60目筛筛余量小于1％；

(2)然后再采用逐步稀释法混合。先将上述组分中除胶凝材料外的其他材料中微量的原料投入小型胶体粉磨机中，再加入含量较高的成分，开动机器各种组分按比例投入小型胶体粉磨机混磨5～10分钟，过筛，并控制粒度小于60μm；

(3)再投入大型混合机与胶凝材料进行混合，混合10～15分钟，即得到所述压浆料产品。

按照上述配比经混合均匀后即得到压浆料，按照《公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011》对两方案(实施例1和3)结果进行检测，其结果如下：

实施例6工程应用实例

本管道压浆料自研制成功以来，已应用在众多的后张预应力灌浆工程中，取得良好的效果，保证了预应力灌浆的质量。

1、福银高速九江长江公路大桥

福银高速九江长江公路大桥是2004年7月国家***规划确定的70座跨长江公路通道之一，是“7918”国家高速公路网规划中福州至银川主线的重要组成部分，也是江西省建设的第一座具有世界领先水平的跨长江高速公路桥梁。

中交二航局承建的B2合同段为大桥北主桥，全长2064米，大桥的预应力灌浆中采用了HL-P管道压浆料(实施例1压浆料)，压浆料水料比为0.27，经现场配比试验，水泥初始流动度15秒，30分钟流动度17秒，浆液无泌水，28天试块抗折强度14.8MPa，抗压强度86.6MPa，灌浆至2011年9月开始，至目前观测，灌浆密实，无异常现象。

2、湖北江南高速公路

江南高速公路位于湖北省荆州市长江以南，是湖北省骨架公路网规划“6纵5横1环”的第5横一段。老河口至石首高速公路长江以南的一部分(湖北省编号为S63)，也是岳阳至宜昌高速公路的一部分。

中铁二十三局承建的江南高速一标预应力梁孔道压浆采用的HL-P管道压浆料(实施例3压浆料)，该灌浆工程至2011年11月开始，现场施工水料比0.28，流动度良好，施工顺畅，后期观察灌浆密实，效果显著。

3、南水北调引江济汉工程

南水北调引江济汉工程位于湖北省的荆州市、沙洋县、潜江市，引江济汉通航工程按限制性Ⅲ级航道标准建设，通行1000吨级船舶。设计代表船型为1000吨级单列一顶二驳船队兼顾1000吨级货船，通航保证率为97％。引江济汉通航工程航道里程长约66.31公里。工程主要建设项目有新建长江、汉江进、出口船闸，新开挖5公里连接河航道，对与航线交叉的37处公路，1处铁路桥梁及35座人行桥进行改建，使其达到通航标准。中铁十一局承建的一标工程，预应力混凝土梁孔道压浆采用了HL-P管道压浆料(实施例5压浆料)，在施工过程中，我们实测了现场浆液性能，施工水料比0.28，初始流动度14.6秒，半小时后测得流动度17.2秒，压浆顺畅，灌浆密实，7天抗压强度达55.6MPa，完全满足规范及施工要求。

为便于理解，下面给出了高性能减水剂HL-8010的制备实施例，这些实施例均记载在中国专利申请CN201110433678.5中：

制备实施例1

将MPEG(分子量为1200)2200g加入3000ml烧瓶升温到70℃，待其完全溶解后加入阻聚剂吩噻嗪0.40g、对苯二酚2g，搅拌2～3分钟后再加入甲基丙烯酸438g，搅拌2～3分钟后再加入浓硫酸41g，升温到120±5℃保温6小时，保温1.5小时后开始充氮气3小时脱水提高酯化率，降温至70℃以下生成MPEGMAA。

将APEG1600g和去离子水1000g加入5000ml烧瓶，升温到60℃，待APEG完全溶解后加入稀释成2％双氧水110g，将A料(水580g+AA200g+SA9.8g)B料(MPEGMAA180g+水120g)3h均匀滴加完，在60℃～65℃保温2h，降温至45℃，加入30％NaOH调节pH值＝6.5左右，最后加入水将产品调节到40％储存备用。

制备实施例2

与制备实施例1中相同的方式制备MPEGMAA。

将APEG1500g、MA15g和去离子水950g加入5000ml烧瓶，升温到60℃，待APEG完全溶解后加入稀释成2％双氧水110g，将A料(水580g+AA190g+SA9.3g)B料(MPEGMAA300g+水200g)3h均匀滴加完，在60℃～65℃保温2h，降温至45℃，加入30％NaOH调节pH值＝6.5左右，最后加入水将产品调节到40％储存备用。

制备实施例3

与制备实施例1中相同的方式制备MPEGMAA。

将APEG1400g、MA25g和去离子水950g加入5000ml烧瓶，升温到60℃，待APEG完全溶解后加入稀释成2％双氧水110g，将A料(水580g+AA180g+SA8.8g)B料(MPEGMAA400g+水266g)3h均匀滴加完，在60℃～65℃保温2h，降温至45℃，加入30％NaOH调节pH值＝6.5左右，最后加入水将产品调节到40％储存备用。

制备实施例4

与制备实施例1中类似的方式采用MPEG和AA制备MPEGAA。

将TPEG1400g、马来酸20g和去离子水950g加入5000ml烧瓶，升温到60℃，待TPEG完全溶解后加入稀释成2％双氧水110g，将A料(水580g+AA180g+SA8.8g)B料(MPEGAA400g+水266g)4h均匀滴加完，在60℃～65℃-保温2h，降温至40℃，加入30％NaOH调节pH值＝7左右，最后加入水将产品调节到40％储存备用。

制备实施例5

与制备实施例1中类似的方式采用MPEG和AA制备MPEGAA。将TPEG1500g、马来酸15g和去离子水950g加入5000ml烧瓶，升温到60℃，待TPEG完全溶解后加入稀释成2％双氧水110g，将A料(水580g+MAA180g+SA8.8g)B料(MPEGAA300g+水200g)2h均匀滴加完，在60℃～65℃保温2h，降温至55℃，加入30％NaOH调节pH值＝6左右，最后加入水将产品调节到40％储存备用。

Claims (10)

1.一种孔道压浆料，其特征在于所述压浆料的原料包括胶凝材料、塑化剂、膨胀剂、保水剂、稳定剂、缓凝剂和钢筋阻锈剂，上述组分的配比如下：

2.根据权利要求1所述的孔道压浆料，其特征在于所述胶凝材料为无机胶凝材料，优选无机高分子胶凝材料，更优选地选自普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、超细水泥和改性超细水泥中的一种或它们的任意组合。

3.根据权利要求1所述的孔道压浆料，其特征在于所述塑化剂选自HL-8010聚羧酸减水剂、HL-8000聚羧酸减水剂、或HL-8000保塑型聚羧酸减水剂。

4.根据权利要求1所述的孔道压浆料，其特征在于所述膨胀剂选自UEA膨胀剂、AUA膨胀剂、HEA膨胀剂、CSA混凝土抗裂减缩剂和DenKa20#膨胀剂中的一种或它们的任意组合。

5.根据权利要求1所述的孔道压浆料，其特征在于所述保水剂为微硅粉、甲基纤维素的一种或两种复合组成。

6.根据权利要求书1所述的孔道压浆料，其特征在于所述稳定剂是聚丙烯酰胺。

7.根据权利要求1所述的孔道压浆料，其特征在于所述缓凝剂由葡萄糖酸钠、柠檬酸和三聚磷酸钠中的一种或它们的任意组合配合组成。

8.根据权利要求1所述的孔道压浆料，其特征在于所述钢筋阻锈剂为掺入型钢筋阻锈剂，特别是氨基醇阻锈剂。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的孔道压浆料，其特征在于所述原料还包含2～3重量份的早强剂，特别是甲酸钙、硫酸铁或以晶胚为主要成分的无碱高效早强剂。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的孔道压浆料的制备方法，所述方法包括：

采用逐步稀释法先将上述组分中除胶凝材料外的含量较小的原料投入小型胶体粉磨机中，再加入含量较高的原料，混磨5～10分钟，过筛，控制粒度小于60μm，再投入大型混合机与胶凝材料进行混合，混合10～15分钟，即得到所述压浆料，其中若塑化剂为液态，则在进行上述步骤前先将该液态塑化剂喷雾成分布均匀的粉末状，用60目筛筛余量小于1％，然后再按照上述步骤中的方法制备压浆料。