CN110423072A - 一种可在-10℃负温环境下施工的套筒灌浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可在‑10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料的配制技术。该套筒灌浆料的组成包括:水泥100份,细粉料20‑30份,骨料90‑120份,复合膨胀剂5‑8份,减水剂0.4‑0.7份,消泡剂0.1‑0.3份,缓凝剂0.2‑0.6份,早强剂0.03‑0.1份,降低冰点组份1‑3份,发热组份3‑8份,相变蓄热组份1‑5份。本发明采用降低冰点组份确保浆体不受冰冻危害,采用发热组份提高浆体的温度,并采用相变蓄热组份调节浆体温度变化幅度。采用一定量的硬脂酸与发热组份粉磨,硬脂酸包裹发热组份,形成“微胶囊”,起到缓释热量的作用。该套筒灌浆料,可在‑10℃低温环境下不采取升温措施进行钢筋连接套筒灌浆,解决了广大北方地区冬季施工时需要采取加热的施工技术难题。

Description

一种可在-10℃负温环境下施工的套筒灌浆料
技术领域
本发明涉及一种水泥基灌浆材料,具体来说是涉及一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料。
背景技术
目前我国正大力推广装配式建筑,混凝土预制构件之间的连接大部分是依靠灌浆套筒来实现的,而套筒灌浆料就是实现钢筋与套筒牢固连接的材料。套筒灌浆料一般都是工厂预拌并包装好,在施工现场加水搅拌后使用。目前该产品的执行标准为JG/T 408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》,标准中规定,套筒灌浆料在标准试验条件下,1d抗压强度不低于35MPa、3d抗压强度不低于60MPa、 28d抗压强度不低于85MPa。但是在实际使用过程中,由于水泥的水化反应与环境温度关系很大,当环境温度较低时,套筒灌浆料的抗压强度会有不同程度的降低,尤其是我国北方地区,冬季气温很低,套筒灌浆料的强度增长非常缓慢,当气温降低到零下时,还有被冻坏的可能。行业标准JGJ355-2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》中规定,套筒灌浆料施工时,现场同条件养护的试件抗压强度达到35MPa以后,可以进行下一层构件的吊装,此时既可以满足结构的受力要求,灌浆料也不存在受冻的风险。
我国北方地区的装配式建筑工程,冬季为了能够实现低温下进行套筒灌浆施工,采取的措施是在预制构件吊装完成后,将门窗和顶板都封闭,然后采用电加热或者油加热的办法,将环境温度升到5℃以上,套筒灌浆施工完成后继续维持保温和加热措施,直到现场同条件养护的灌浆料抗压强度达到35MPa。采用这种施工工艺,施工效率较低、成本高、还存在一定的安全风险。
部分材料厂家,通过采用快硬硫铝酸盐水泥、早强剂等办法,制备可以在低温环境下施工的套筒灌浆料。例如,CN201810230700.8“一种低温环境钢筋连接用灌浆料及其制备方法和应用”、CN201811382692.5“一种负温钢筋套筒灌浆料及其制备方法”等。
发明内容
本发明提供了一种无需保温措施也可在-10℃~0℃环境下施工的套筒灌浆料,是由水泥、细粉料、骨料、复合膨胀剂、减水剂、消泡剂、缓凝剂、降低冰点组份、发热组份、相变蓄热组份组成,其各组分按重量份数的含量为:
水泥:100份,
细粉料:20-30份,
骨料:90-120份,
复合膨胀剂:5-8份,
减水剂:0.4-0.7份,
消泡剂:0.1-0.3份,
缓凝剂:0.2-0.6份,
早强剂:0.03-0.1份,
降低冰点组份0-3份,
发热组份:3-8份,
相变蓄热组份:1-5份。
其中水泥为42.5级、52.5级或更高强度的快硬硫铝酸盐水泥;细粉料为硅灰、矿粉、偏高岭土复合而成;骨料为水洗烘干的河砂、机制砂或石英砂;复合膨胀剂为早期膨胀剂和后期膨胀剂复合而成,其中早期膨胀剂为偶氮二甲酰胺,后期膨胀剂为市售硫铝酸钙类混凝土膨胀剂;减水剂为干粉状聚羧酸减水剂;消泡剂为干粉状有机硅消泡剂;缓凝剂为酒石酸、硼砂、柠檬酸、葡萄糖酸钠等快硬硫铝酸盐用缓凝剂;早强剂为碳酸锂或硫酸锂;降低冰点组份为硝酸钠、亚硝酸钠或亚硝酸钙的一种或其复合而成;发热组份为表面经过处理的氧化钙;相变蓄热组份为相变温度在5-50℃之间的相变材料,如相变石蜡微球、十水合硫酸钠、十二水合磷酸氢二钠等。
将上述各种材料按照配比称量后投入砂浆搅拌机中,搅拌5-10分钟即得成品。施工时,在不低于-10℃环境下,不需采取加热升温措施,将灌浆料与水一起搅拌均匀后即可进行灌浆施工。
本发明中,发热组份采用市售氧化钙,它与拌合水发生化学反应而放出大量的热,从而将灌浆料浆体的温度提高到一个较高的范围内,加快灌浆料的凝结和硬化速度。氧化钙与水反应,理论放热为65.17kJ/mol(1.16kJ/g),而灌浆料浆体的比热容为0.8-1.0kJ/kg·℃。如果套筒灌浆料中含有1%质量比的氧化钙,可使浆体温度提高13℃左右。但在实际使用中,未经处理的氧化钙和氧化钠,与水的反应快,在浆体搅拌过程中就开始放热,导致浆体流动度快速降低,使得灌浆施工时间变短,甚至无法施工。因此,需要对氧化钙进行表面处理,使其逐步缓慢的放热,放出的热量又促进浆体中硫铝酸盐水泥的水化,这样灌浆料浆体既有足够的施工时间,另外即使在-10℃没有保温措施的负温环境中,也能够快速水化,获得满意的强度。
本发明中,氧化钙的表面处理工艺为:取一定量的氧化钙粉体,加入其质量0.1%的硬脂酸,两者共同加入球磨机中粉磨20分钟后取出,得到经表面处理的氧化钙,记为氧化钙A;取一定量的氧化钙粉体,加入其质量0.15%的硬脂酸,两者共同加入球磨机中粉磨20分钟后取出,得到经表面处理的氧化钙,记为氧化钙B;取一定量的氧化钙粉体,加入其质量0.2%的硬脂酸,两者共同加入球磨机中粉磨20分钟后取出,得到经表面处理的氧化钙,记为氧化钙C。
氧化钙表面处理机理为:硬脂酸在其表面形成一层膜,形成“微胶囊”,随着膜的逐渐溶解,氧化钙可以逐步与水发生反应,放出热量,提高灌浆料浆体的温度。调节硬脂酸的添加量,可以控制氧化钙表面膜的厚度,从而控制其溶解和反应速度,控制套筒灌浆料浆体的升温速度。
氧化钙的表面包覆材料除了选用硬脂酸以外,也可以采用硬脂酸锌、水溶性高分子。
本发明中还加入了相变蓄热组份,用以调节浆体的升温和降温速率。在浆体升温阶段,如果浆体温度过高,其向环境中散热的速率就越快,损失的热量就越多,不利于负温环境下浆体的温度保持。并且浆体温度越高,快硬硫铝酸盐的水化速度就越快,而快硬硫铝酸盐水泥的水化也会放出一定的热量,互相影响的结果就是灌浆料浆体的温度快速上升,会对套筒灌浆料的后期强度和温度收缩产生不利影响。而加入相变蓄热组份,在浆体升温阶段通过相变蓄热组份吸收并储存一部分热量,防止浆体的温度过高;在降温阶段,相变蓄热组份又释放出热量,使得浆体温度可以在更长的时间内保持在适合套筒灌浆料水化反应的温度范围内。
本发明采用的相变蓄热组份为相变温度在5-50℃之间的相变材料,例如相变石蜡微球、十水合硫酸钠、十二水合磷酸氢二钠等。相变石蜡微球是采用各种方法对石蜡进行包覆,使其在固液相变的时候不会出现流淌等问题,相变温度可调。十水合硫酸钠的相变温度为32.4℃,十二水合磷酸氢二钠的相变温度 35℃,一般情况下,十水合硫酸钠和十二水合磷酸氢二钠这两种材料在使用过程中,需要进行表面包覆或其它办法进行处理,才能保证长久使用。本发明中,十水合硫酸钠和十二水合磷酸氢二钠这两种材料可以不进行处理,因为本发明中的套筒灌浆料,只需要在灌浆料浆体硬化时利用它们一次的相变蓄热能力即可。
附图说明
图1是施工时对比例1、对比例2、实施例2的温度随时间变化曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明做进一步的说明,下述各实施例仅用于说明本发明而非对本发明的限制。
实施例1:
42.5级快硬硫铝酸盐水泥:100kg
硅灰:5kg
S105级矿粉:15kg
偏高岭土:3kg
0.1-2.0mm河砂:100kg
偶氮二甲酰胺:0.03kg
UEA膨胀剂:6kg
粉末聚羧酸减水剂:0.5kg
粉末消泡剂:0.1kg
酒石酸:0.25kg
硫酸锂:0.05kg
亚硝酸钙:2kg
氧化钙B:6kg
十水合硫酸钠:2kg
将上述配比中的各种材料加入砂浆搅拌机中混合10分钟,装袋即可得到一种可在-10℃~0℃环境下施工的套筒灌浆料。施工时,可采用5-10℃的水搅拌。浆体灌入钢筋套筒中以后,浆体中的氧化钙会与水发生反应,释放出热量,又进一步促进硫铝酸盐水泥的水化。
实施例2:
42.5级快硬硫铝酸盐水泥:100kg
硅灰:3kg
S105级矿粉:20kg
偏高岭土:2kg
0.1-2.0mm河砂:90kg
偶氮二甲酰胺:0.03kg
UEA膨胀剂:5kg
粉末聚羧酸减水剂:0.6kg
粉末消泡剂:0.2kg
硼酸:0.4kg
碳酸锂:0.06kg
亚硝酸钠:1.5kg
氧化钙A:2kg
氧化钙B:5kg
十二水合磷酸氢二钠:4kg
生产过程与实施例1相同。现场采用5℃左右的冷水拌和即可。氧化钙A的表面的硬脂酸包覆膜较薄,在搅拌初期即可与水发生反应,保证灌浆料浆体的初始温度。浆体灌入钢筋套筒中后,浆体中的氧化钙B会逐步与水发生反应,释放出热量,从而把浆体的温度维持在一个合适的范围内。实施例2在-10℃环境下的具体试验数据见附表1。
实施例3:
52.5级快硬硫铝酸盐水泥:100kg
硅灰:2kg
S105级矿粉:15kg
偏高岭土:3kg
0.1-2.0mm河砂:100kg
偶氮二甲酰胺:0.04kg
CSA膨胀剂:5kg
粉末聚羧酸减水剂:0.5kg
粉末消泡剂:0.2kg
酒石酸:0.3kg
硫酸锂:0.08kg
亚硝酸钙:2kg
氧化钙A:2kg
氧化钙C:5kg
相变石蜡(相变温度12-15℃):3kg
生产过程与实施例1相同。此实施例中,由于相变石蜡会导致强度降低,因此采用了强度等级为52.5级的快硬硫铝酸盐水泥。
对比例1:(常规低温型套筒灌浆料配合比)
42.5级快硬硫铝酸盐水泥:100kg
硅灰:5kg
S105级矿粉:15kg
偏高岭土:3kg
0.1-2.0mm河砂:100kg
偶氮二甲酰胺:0.03kg
UEA膨胀剂:6kg
粉末聚羧酸减水剂:0.5kg
粉末消泡剂:0.1kg
酒石酸:0.25kg
硫酸锂:0.05kg
将上述配比中的各种材料加入砂浆搅拌机中混合10分钟,出料并装袋,得到对比例1的套筒灌浆料。与实施例1相比,对比例1未加入降低冰点材料、发热组份、相变蓄热组份。
对比例2:
42.5级快硬硫铝酸盐水泥:100kg
硅灰:3kg
S105级矿粉:20kg
偏高岭土:2kg
0.1-2.0mm河砂:90kg
偶氮二甲酰胺:0.03kg
UEA膨胀剂:5kg
粉末聚羧酸减水剂:0.6kg
粉末消泡剂:0.2kg
硼酸:0.4kg
碳酸锂:0.06kg
亚硝酸钠:1.5kg
氧化钙A:2kg
氧化钙B:4kg
对比例2与实施例2相比,没有添加相变蓄热组份。
将对比例1-2和实施例1-3中所制备的套筒灌浆料,在-10℃环境中放置 24h,采用5℃的水拌和,并在-10℃环境下进行试验,结果如表1所示。
在-10℃环境下,5℃的水拌和,对比例1、对比例2、实施例2的浆体温度变化曲线如图1所示。
表1:实施例及对比例检验数据汇总

Claims (8)

1.一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料,其特征在于,其原料组分按质量份数计量如下:
水泥:100份,
细粉料:20-30份,
骨料:90-120份,
复合膨胀剂:5-8份,
减水剂:0.4-0.7份,
消泡剂:0.1-0.3份,
缓凝剂:0.2-0.6份,
早强剂:0.03-0.1份,
降低冰点组份0-3份,
发热组份:3-8份,
相变蓄热组份:1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料,其特征在于,所述的水泥为市售42.5级、52.5级或更高强度的快硬硫铝酸盐水泥;所述细粉料为硅灰、矿粉、偏高岭土复合而成;所述骨料为水洗烘干的河砂、机制砂或石英砂。
3.根据权利要求1所述的一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料,其特征在于,所述复合膨胀剂为早期膨胀剂和后期膨胀剂复合而成,其中早期膨胀剂为偶氮二甲酰胺,后期膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土膨胀剂。
4.根据权利要求1所述的一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料,其特征在于,所述减水剂为干粉状聚羧酸减水剂;所述消泡剂为干粉状有机硅消泡剂;所述缓凝剂为酒石酸、硼砂、柠檬酸、葡萄糖酸钠等快硬硫铝酸盐用缓凝剂;所述早强剂为碳酸锂或硫酸锂。
5.根据权利要求1所述的一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料,其特征在于,所述降低冰点组份为硝酸钠、亚硝酸钠或亚硝酸钙的一种或其复合而成。
6.根据权利要求1所述的一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料,其特征在于,所述发热组份为氧化钙。
7.根据权利要求1所述的一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料,其特征在于,所述发热组份经添加一定量的硬脂酸共同粉磨,形成“微胶囊”起到缓释热量的作用。
8.根据权利要求1所述的一种可在-10℃负温下施工的钢筋连接用套筒灌浆材料,其特征在于,所述相变蓄热组份为相变温度在5-50℃之间的相变材料,如相变石蜡微球、十水合硫酸钠、十二水合磷酸氢二钠等。
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