CN107602009A - 一种水泥基灌浆料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥基灌浆料，属于建筑材料技术领域。本发明将沥青粉末熔融后，高压静电纺丝，得沥青原丝，再将沥青原丝与高锰酸钾溶液浸泡氧化，得氧化沥青纤维，随后将纳米氧化镁，硅烷偶联剂和乙醇溶液混合，超声分散，再加入氧化沥青纤维搅拌混合，随后滴加正硅酸乙酯，搅拌混合后，过滤，洗涤，干燥，炭化，即得改性沥青纤维；将铝粉和甘油搅拌混合，再加入谷朊粉搅拌混合，再加水溶胀，静置，超声分散，即得改性铝粉分散液；再将水泥，石英砂，水，减水剂，粉煤灰，矿粉，矿渣，消泡剂，保水剂，改性沥青纤维和改性铝粉混合搅拌，即得水泥基灌浆料。本发明技术方案所得的水泥基灌浆料具有良好的流动性，早期强度和膨胀性能的优点。

Description

一种水泥基灌浆料

技术领域

本发明公开了一种水泥基灌浆料，属于建筑材料技术领域。

背景技术

随着经济的高速发展，人们对建筑的需求也不断发展，许多已有建筑物无论是外观状况还是使用功能，均已无法满足现代生活的要求，急需进行加固和改造。水泥基灌浆材料是一种应用最多的材料，它具有耐久性好、强度高、无毒、无污染、价格便宜等优点。目前学者对水泥基灌浆材料进行了很多研究，并且取得了不少的成果，为进一步开发更高性能的灌浆材料提供了研究基础。

水泥基灌浆材料是由水泥为基本材料，适量的细骨料及加人少量的混凝土外加剂及其他材料组成的干混材料，加水拌合而成。长期以来，灌浆料在建筑工程中是一类应用量大、使用面广的建筑材料。特别是自流平材料，先后开发了石膏系、水泥系及聚合物水泥自流平砂浆，普遍应用于机械设备安装和加固修补工程中。目前在使用水泥基灌浆料时，由于普通水泥体积收缩时膨胀性能差，容易产生微裂纹；另外，早起强度低，强度发展慢，耐久性差，影响结构稳定性和使用寿命。因此，开发新型高性能水泥基灌浆料已成为当务之急，自流平砂浆作为薄层材料，应满足在数小时内硬化，1天强度可允许在上面行走，最终硬化的砂浆应具有均匀、坚硬、平整和光滑的表面的要求。

目前，市场上水泥基灌浆材料产品很多，各种灌浆材料的性能参差不齐，较好的工作性是高性能灌浆料的基础和前提，影响灌浆材料工作性的因素有很多，其中流动性能是评价灌浆料性能的标准之一。传统水泥基灌浆料通过添加水胶来改善其流动性，水胶比越大，流动度越大，但同时强度也就越低。适量高效减水剂的加入是改善灌浆料工作性不可缺少的重要措施之一，但影响减水剂发挥效果的因素有很多，如减水剂本身的性质以及减水剂与水泥的适应性问题等。在实际工程中运用能达到初始流动度较高的效果，不过经过30min后其流动度显著下降。

因此，解决水泥基灌浆料流动性差，不能满足自流平、自密实要求，早期强度低，后期施工被延迟以及材料没有膨胀性能，导致收缩开裂的问题，才能促进水泥基灌浆料在更广泛的领域使用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对传统水泥基灌浆料流动性差，膨胀性差及早期强度低的问题，提供了一种水泥基灌浆料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种水泥基灌浆料，是由以下重量份数的原料组成：30～40份水泥、50～60份石英砂、30～40份水、5～6份减水剂、10～20份粉煤灰、10～20份矿粉、10～20份矿渣、8～10份消泡剂、8～10份保水剂、10～20份改性沥青纤维、10～20份改性铝粉；

所述改性沥青纤维改性过程为：按重量份数计，依次取10～20份沥青粉末，50～60份高锰酸钾溶液，20～30份硅烷偶联剂，20～30份乙醇溶液，10～20份正硅酸乙酯，10～20份纳米氧化镁，先将沥青粉末熔融后，高压静电纺丝，得沥青原丝，再将沥青原丝与高锰酸钾溶液浸泡氧化，得氧化沥青纤维，随后将纳米氧化镁，硅烷偶联剂和乙醇溶液混合，超声分散，得分散液，再向分散液中加入氧化沥青纤维搅拌混合，随后滴加正硅酸乙酯，搅拌混合后，过滤，洗涤，干燥，炭化，即得改性沥青纤维；

所述改性铝粉改性过程为：按重量份数计，依次取10～20份铝粉，10～20份甘油，10～20份谷朊粉，100～120份水，先将铝粉和甘油搅拌混合，再加入谷朊粉搅拌混合，再加水溶胀，静置，超声分散，即得改性铝粉分散液。

所述水泥为普通硅酸盐水泥，铝酸盐水泥或硫酸盐水泥中的任意一种。

所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，萘系高效减水剂或氨基磺酸系减水剂中的任意一种。

所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。

所述消泡剂为乳化硅油，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或聚二甲基硅氧烷中的任意一种。

所述保水剂为甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素中的任意一种。

所述沥青原丝直径为20～40μm。

所述改性铝粉分散液中还可以添加铝粉质量0.02～0.03倍硫代硫酸钠。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过添加改性沥青纤维，在改性过程中，先用高锰酸钾溶液氧化沥青纤维，增加了沥青纤维表面的活性基团，增强了沥青纤维对纳米氧化镁的吸附力，在沥青纤维表面吸附一层纳米氧化镁，同时也可有效提高沥青纤维对正硅酸乙酯水解产生的二氧化硅的吸附性能，在沥青纤维表面再形成一层二氧化硅，一方面，二氧化硅促进水泥基灌浆料的水化，水化后形成坚硬的硅酸盐，提升了水泥基灌浆料早期强度，另一方面，氧化镁水化过程中可调节水泥基灌浆料调节膨胀系数，有效解决了水泥基灌浆料固化后易开裂的问题；

（2）本发明通过添加改性铝粉，在改性过程中将铝粉和甘油分散于谷朊粉凝胶体系中，一方面，甘油在体系中，起到一定润滑作用，增强了体系流动性能，谷朊粉凝胶具有保水作用，为水泥基灌浆料充分水化，提供有利条件，另一方面，随着水泥的硬化，改性铝粉被水携带在体系中扩散，铝粉可于碱性体系下与水反应生成气体，使混凝土内部孔隙率得到有效提高，再者，铝粉反应后产物为对应偏铝酸盐，可进一步参加水泥的水化反应过程，有利于水泥基灌浆料早期强度进一步提升；通过在改性铝粉中加入硫代硫酸钠，还原性的硫代硫酸钠可以有效防止铝粉在混合分散过程中被氧化。

具体实施方式

按重量份数计，依次取10～20份沥青粉末，50～60份质量分数为10～20%高锰酸钾溶液，20～30份硅烷偶联剂，20～30份质量分数为40～50%乙醇溶液，10～20份正硅酸乙酯，10～20份纳米氧化镁，先将沥青粉末装入熔纺管内，于温度条件为450～480℃条件下熔融后，得熔体，再将熔体于纺丝电压为20～30kV，接受距离为8～10cm条件下，进行纺丝，得沥青原丝，再将所得沥青原丝与质量分数为10～20%高锰酸钾溶液加入烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度30～40℃，转速为400～500r/min条件下，加热搅拌混合30～40min后，过滤，得滤饼，随后将滤饼用去离子水洗涤3～5次，再将洗涤后的滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥20～30min，得干燥滤饼，即为氧化沥青纤维；随后将纳米氧化镁，硅烷偶联剂和质量分数为40～50%乙醇溶液加入三口烧瓶中，然后将三口烧瓶移至超声分散仪，于温度为40～50℃，超声频率为60～75kHz条件下，恒温超声分散35～50min，再向三口烧瓶中加入氧化沥青纤维，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度30～40℃，转速为400～500r/min条件下，加热搅拌混合30～40min，随后通过滴液漏斗以3～5mL/min速率逐滴滴加正硅酸乙酯至三口烧瓶中，待正硅酸乙酯滴加完毕，于温度40～50℃，转速500～600r/min条件下继续搅拌混合20～30min，得混合液，随后将所得混合液过滤，得滤渣，再将所得滤渣用去离子水洗涤3～5次，并将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥30～40min，得干燥滤渣，再将所得干燥滤渣将转入炭化炉，以100～200mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5～6℃/min速率程序升温至900～1000℃，保温炭化2～3h后，随炉冷却至室温，出料，即得改性沥青纤维；按重量份数计，依次取10～20份铝粉，10～20份甘油，10～20份谷朊粉，100～120份水，先将铝粉，甘油和铝粉质量0.02～0.03倍硫代硫酸钠加入单口烧瓶，于转速为500～600r/min搅拌混合20～30min，再向单口烧瓶加入谷朊粉和水，于转速为600～800r/min搅拌混合30～40min后，静置溶胀3～4h，再将单口烧瓶置于超声分散仪，超声分散20～30min，即得改性铝粉分散液；再按重量份数计，依次取30～40份水泥、50～60份石英砂、30～40份水、5～6份减水剂、10～20份粉煤灰、10～20份矿粉、10～20份矿渣、8～10份消泡剂、8～10份保水剂、10～20份改性沥青纤维、10～20份改性铝粉，将水泥，石英砂，水，减水剂，粉煤灰，矿粉，矿渣，消泡剂，保水剂，改性沥青纤维和改性铝粉加入混料机中，于转速为1200～1400r/min条件下高速搅拌40～50min，即得水泥基灌浆料。所述水泥为普通硅酸盐水泥，铝酸盐水泥或硫酸盐水泥中的任意一种。所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，萘系高效减水剂或氨基磺酸系减水剂中的任意一种。所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。所述消泡剂为乳化硅油，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或聚二甲基硅氧烷中的任意一种。所述保水剂为甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素中的任意一种。所述沥青原丝直径为20～40μm。

实例1

按重量份数计，依次取20份沥青粉末，60份质量分数为20%高锰酸钾溶液，30份硅烷偶联剂，30份质量分数为50%乙醇溶液，20份正硅酸乙酯，20份纳米氧化镁，先将沥青粉末装入熔纺管内，于温度条件为480℃条件下熔融后，得熔体，再将熔体于纺丝电压为30kV，接受距离为10cm条件下，进行纺丝，得沥青原丝，再将所得沥青原丝与质量分数为20%高锰酸钾溶液加入烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，随后将滤饼用去离子水洗涤5次，再将洗涤后的滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥30min，得干燥滤饼，即为氧化沥青纤维；随后将纳米氧化镁，硅烷偶联剂和质量分数为50%乙醇溶液加入三口烧瓶中，然后将三口烧瓶移至超声分散仪，于温度为50℃，超声频率为75kHz条件下，恒温超声分散50min，再向三口烧瓶中加入氧化沥青纤维，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合40min，随后通过滴液漏斗以5mL/min速率逐滴滴加正硅酸乙酯至三口烧瓶中，待正硅酸乙酯滴加完毕，于温度50℃，转速600r/min条件下继续搅拌混合30min，得混合液，随后将所得混合液过滤，得滤渣，再将所得滤渣用去离子水洗涤5次，并将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥40min，得干燥滤渣，再将所得干燥滤渣将转入炭化炉，以200mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以6℃/min速率程序升温至1000℃，保温炭化3h后，随炉冷却至室温，出料，即得改性沥青纤维；按重量份数计，依次取20份铝粉，20份甘油，20份谷朊粉，120份水，先将铝粉，甘油和铝粉质量0.03倍硫代硫酸钠加入单口烧瓶，于转速为600r/min搅拌混合30min，再向单口烧瓶加入谷朊粉和水，于转速为800r/min搅拌混合40min后，静置溶胀4h，再将单口烧瓶置于超声分散仪，超声分散30min，即得改性铝粉分散液；再按重量份数计，依次取40份水泥、60份石英砂、40份水、6份减水剂、20份粉煤灰、20份矿粉、20份矿渣、10份消泡剂、10份保水剂、20份改性沥青纤维、20份改性铝粉，将水泥，石英砂，水，减水剂，粉煤灰，矿粉，矿渣，消泡剂，保水剂，改性沥青纤维和改性铝粉加入混料机中，于转速为1400r/min条件下高速搅拌50min，即得水泥基灌浆料。所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。所述矿渣为高炉矿渣。所述消泡剂为乳化硅油。所述保水剂为甲基纤维素。所述沥青原丝直径为40μm。

实例2

按重量份数计，依次取20份铝粉，20份甘油，20份谷朊粉，120份水，先将铝粉，甘油和铝粉质量0.03倍硫代硫酸钠加入单口烧瓶，于转速为600r/min搅拌混合30min，再向单口烧瓶加入谷朊粉和水，于转速为800r/min搅拌混合40min后，静置溶胀4h，再将单口烧瓶置于超声分散仪，超声分散30min，即得改性铝粉分散液；再按重量份数计，依次取40份水泥、60份石英砂、40份水、6份减水剂、20份粉煤灰、20份矿粉、20份矿渣、10份消泡剂、10份保水剂、20份改性铝粉，将水泥，石英砂，水，减水剂，粉煤灰，矿粉，矿渣，消泡剂，保水剂和改性铝粉加入混料机中，于转速为1400r/min条件下高速搅拌50min，即得水泥基灌浆料。所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。所述矿渣为高炉矿渣。所述消泡剂为乳化硅油。所述保水剂为甲基纤维素。所述沥青原丝直径为40μm。

实例3

按重量份数计，依次取20份沥青粉末，60份质量分数为20%高锰酸钾溶液，30份硅烷偶联剂，30份质量分数为50%乙醇溶液，20份正硅酸乙酯，20份纳米氧化镁，先将沥青粉末装入熔纺管内，于温度条件为480℃条件下熔融后，得熔体，再将熔体于纺丝电压为30kV，接受距离为10cm条件下，进行纺丝，得沥青原丝，再将所得沥青原丝与质量分数为20%高锰酸钾溶液加入烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，随后将滤饼用去离子水洗涤5次，再将洗涤后的滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥30min，得干燥滤饼，即为氧化沥青纤维；随后将纳米氧化镁，硅烷偶联剂和质量分数为50%乙醇溶液加入三口烧瓶中，然后将三口烧瓶移至超声分散仪，于温度为50℃，超声频率为75kHz条件下，恒温超声分散50min，再向三口烧瓶中加入氧化沥青纤维，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合40min，随后通过滴液漏斗以5mL/min速率逐滴滴加正硅酸乙酯至三口烧瓶中，待正硅酸乙酯滴加完毕，于温度50℃，转速600r/min条件下继续搅拌混合30min，得混合液，随后将所得混合液过滤，得滤渣，再将所得滤渣用去离子水洗涤5次，并将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥40min，得干燥滤渣，再将所得干燥滤渣将转入炭化炉，以200mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以6℃/min速率程序升温至1000℃，保温炭化3h后，随炉冷却至室温，出料，即得改性沥青纤维；再按重量份数计，依次取40份水泥、60份石英砂、40份水、6份减水剂、20份粉煤灰、20份矿粉、20份矿渣、10份消泡剂、10份保水剂、20份改性沥青纤维，将水泥，石英砂，水，减水剂，粉煤灰，矿粉，矿渣，消泡剂，保水剂和改性沥青纤维加入混料机中，于转速为1400r/min条件下高速搅拌50min，即得水泥基灌浆料。所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。所述矿渣为高炉矿渣。所述消泡剂为乳化硅油。所述保水剂为甲基纤维素。所述沥青原丝直径为40μm。

对比例：南京某特种建材有限公司生产的水泥基灌浆料。

将实例1至实例3所得的水泥基灌浆料及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下所示：

1.流动性：采用截锥圆模法测试流动度，具体参照GB/T50448-2015测试新拌水泥基灌浆材料在自重下的最大自由扩展直径；采用流锥法测试流出时间，具体参照ASTMC939测试一定体积的新拌水泥基灌浆材料在规定锥体内的流出时间；

2.膨胀性能：JC/T986-2005标准规定的技术要求应当满足水泥基灌浆材料的ld竖向膨胀率≥0.02%。竖向膨胀率按GB50119-2003附录C进行。将水泥基灌浆材料倒人试模后24h盖玻璃板安装千分表读初始值；

3.力学性能：按照GB/T50448-2015进行测试。JC/T986-2005标准规定的技术要求应当满足水泥基灌浆材料的抗压强度：1d≥22MPa；3d≥40MPa；28d≥70MPa。

具体检测结果如表1所示：

表1

由表1检测结果可知，本发明方案制备的水泥基灌浆料具有较好的流动性和膨胀性及早期强度较高的特点，能够促进水泥基灌浆料在更广泛的领域使用。

Claims (8)

1.一种水泥基灌浆料，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：30～40份水泥、50～60份石英砂、30～40份水、5～6份减水剂、10～20份粉煤灰、10～20份矿粉、10～20份矿渣、8～10份消泡剂、8～10份保水剂、10～20份改性沥青纤维、10～20份改性铝粉；

所述改性沥青纤维改性过程为：按重量份数计，依次取10～20份沥青粉末，50～60份高锰酸钾溶液，20～30份硅烷偶联剂，20～30份乙醇溶液，10～20份正硅酸乙酯，10～20份纳米氧化镁，先将沥青粉末熔融后，高压静电纺丝，得沥青原丝，再将沥青原丝与高锰酸钾溶液浸泡氧化，得氧化沥青纤维，随后将纳米氧化镁，硅烷偶联剂和乙醇溶液混合，超声分散，得分散液，再向分散液中加入氧化沥青纤维搅拌混合，随后滴加正硅酸乙酯，搅拌混合后，过滤，洗涤，干燥，炭化，即得改性沥青纤维；

所述改性铝粉改性过程为：按重量份数计，依次取10～20份铝粉，10～20份甘油，10～20份谷朊粉，100～120份水，先将铝粉和甘油搅拌混合，再加入谷朊粉搅拌混合，再加水溶胀，静置，超声分散，即得改性铝粉分散液。

2.根据权利要求1所述一种水泥基灌浆料，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥，铝酸盐水泥或硫酸盐水泥中的任意一种。

3.根据权利要求1所述一种水泥基灌浆料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，萘系高效减水剂或氨基磺酸系减水剂中的任意一种。

4.根据权利要求1所述一种水泥基灌浆料，其特征在于：所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。

5.根据权利要求1所述一种水泥基灌浆料，其特征在于：所述消泡剂为乳化硅油，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或聚二甲基硅氧烷中的任意一种。

6.根据权利要求1所述一种水泥基灌浆料，其特征在于：所述保水剂为甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素中的任意一种。

7.根据权利要求1所述一种水泥基灌浆料，其特征在于：所述沥青原丝直径为20～40μm。

8.根据权利要求1所述一种水泥基灌浆料，其特征在于：所述改性铝粉分散液中还可以添加铝粉质量0.02～0.03倍硫代硫酸钠。