CN113185242B - 一种装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料及其制备方法 - Google Patents

一种装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料及其制备方法，包括原料普通水泥30‑50wt％、特种水泥1‑15wt％、骨料35‑50wt％、预处理高活性矿物掺合料5‑20wt％、复合膨胀剂1‑7wt％、外加剂0.1‑5wt％；预处理高活性矿物掺合料是取超细微珠10‑35wt％、偏高岭土5‑20wt％、超细矿渣微粉60‑85wt％，混合搅拌6‑10min，过0.315mm方孔筛取筛下物制得。本发明的超高强灌浆料采用特殊原料制备的预处理高活性矿物掺合料，显著提升了超强灌浆料的钢筋握裹性能、力学性能、流动度，使用了低品位金属矿渣作为骨料解决了低品位冶金矿渣活性低、难利用的问题。

Description

一种装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别是装配式桥梁钢筋套筒连接用灌浆料。
背景技术
近年来，全国各地掀起了新一轮的装配式建筑发展高潮。目前国内的装配式建筑已完成从试点示范阶段向全面推广阶段的过渡，并呈现良好的发展趋势，逐步带动建筑业走向提质增效、绿色发展之路。
装配式建筑市场前景良好，但与之相关的套筒灌浆料产品市场却出现了产品种类繁多、质量参差不齐的现象，虽然有些厂商的产品质量也已经达到或接近国际先进水平，但总的来说，国产灌浆料的整体水平与国外还有一定的差距，主要表现在新拌浆体流动性较差、后期强度很难突破130MPa、与钢筋套筒的握裹性能差、无早期塑性膨胀等。
JGJ 355-2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》3.1.1中指出，套筒灌浆连接的钢筋直径不宜小于12mm，且不宜大于40mm。这限制了大尺寸钢筋在装配式领域的应用，特别是在装配式桥梁领域。而研制出一种装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，提高钢筋套筒灌浆连接试件的握裹强度，使大尺寸钢筋套筒灌浆连接试件符合JGJ 355中接头型式检验要求，从而突破这一技术瓶颈显得尤为重要。另一方面，冬季桥梁接触到除冰盐会增加钢筋锈蚀的风险，在装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料中引入阻锈成分能起到良好的阻锈效果，为装配式桥梁的使用寿命提供更好的保证。
现有技术中，中国专利申请CN110540401A提供了一种高温型钢筋连接用套筒灌浆料，其原料为胶凝材料、骨料、稳定剂、有机覆膜剂、温度调节剂和功能外加剂。又例如中国专利申请CN111056807A提供了一种玻璃砂灌浆料，其原料包括水泥、超细硅灰、粉煤灰、玻璃粉料、级配玻璃砂、高性能减水剂、塑性膨胀剂、中后期膨胀剂、消泡剂、早强剂、保水剂、阻锈剂以及水。又例如中国授权专利CN107935517B提供的用于钢筋连接的快速硬化套筒灌浆料，其原料包括硫铝酸盐水泥、硅灰、砂、复合膨胀剂A、复合膨胀剂B、减水剂、消泡剂、稳定剂、复合调凝剂A和复合调凝剂B；复合调凝剂A包括四硼酸钠和葡萄糖酸钠，复合调凝剂B包括甲酸钙和碳酸锂，复合膨胀剂A包括十二烷基苯磺酸钠和三萜皂苷，复合膨胀剂B包括钙矾石和氧化钙。然而，采用上述方法制备的钢筋套筒灌浆料的握裹性能、超早强、超高强性能仍然有上升空间。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料及其制备方法，具体通过以下技术实现。
一种装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，包括以下原料：普通水泥30-50wt％、特种水泥1-15wt％、骨料35-50wt％、预处理高活性矿物掺合料5-20wt％、复合膨胀剂1-7wt％、外加剂0.1-5wt％；
所述预处理高活性矿物掺合料的制备方法为：取超细微珠10-35wt％、偏高岭土5-20wt％、超细矿渣微粉60-85wt％，混合搅拌6-10min，过0.315mm方孔筛取筛下物制得。
上述超高强灌浆料通过加入采用特殊原料制备的预处理高活性矿物掺合料，显著提升了超强灌浆料的钢筋握裹性能，相比于市面上售卖的执行JG/T 408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》这一标准的普通套筒灌浆料相比，钢筋握裹性能提高50％以上。同时，预处理高活性矿物掺合料的加入使灌浆料的其他原料之间产生了更密实的填充效应和火山灰效应，减少了水泥石界面缺陷，使得最终制备的超高强灌浆料具有优异的力学性能，1d抗压强度≥50MPa，3d抗压强度≥90MPa，28d抗压强度≥130MPa。
优选地，超高强灌浆料的原料包括普通水泥40wt％、特种水泥6wt％、骨料40wt％、预处理高活性矿物掺合料10wt％、复合膨胀剂2wt％、外加剂2wt％。
优选地，所述预处理高活性矿物掺合料的原料为超细微珠20wt％、偏高岭土10wt％、超细矿渣微粉70wt％。
更优选地，所述超细微珠为标准球形颗粒，粒径d10≤0.5μm，d50≤3μm，d95≤10μm，活性指数7d＞80％，28d＞110％；所述偏高岭土是将高岭土经煅烧脱水后制得；所述超细矿渣微粉是将高炉矿渣经干燥粉磨后制得且比表面积≥800m2/kg。
优选地，所述普通水泥为强度等级d≥42.5的硅酸盐水泥和/或普通硅酸盐水泥，所述特种水泥为硫铝酸盐水泥、磷酸镁水泥、高铝水泥中至少一种；所述骨料由连续级配的石英砂和/或低品位钢渣组成。所述低品位钢渣骨料为冶炼钢铁时产生的以硅和铝的氧化物为主要成分，且压蒸安定性小于0.8％，粒径小于2mm的冶金废渣。
更优选地，所述骨料由所述连续级配的石英砂、低品位钢渣组成，所述低品位钢渣占骨料总质量的0-50％。当所述低品位钢渣占骨料总质量的25％时效果最优。
优选地，所述复合膨胀剂包括塑性膨胀剂0.4-5wt％、氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂50-80wt％、氧化镁类膨胀剂15-48wt％。所述塑性膨胀剂为偶氮化合物、动物蛋白发泡剂、磺酰肼类化合物中至少一种。所述氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂采用双膨胀源膨胀剂，其限制膨胀率满足GB/T23439中Ⅱ型膨胀剂的要求；所述氧化镁类膨胀剂活性指数超过140s。
优选地，所述外加剂包括减水剂30-70wt％、阻锈剂10-30wt％、消泡剂5-15wt％、保水剂3-15wt％、调凝剂3-15wt％。
更优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述阻锈剂包括磷酸盐、钼酸盐、氟硅酸盐中至少一种，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水剂为纤维素醚和/或生物胶；所述调凝剂为硼酸、葡萄糖酸钠、酒石酸、酒石酸盐、柠檬酸、柠檬酸盐、偏磷酸盐中至少一种。
本发明还提供了上述装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料的制备方法，其特征在于，先将所述复合膨胀剂和外加剂与部分(一般不低于5kg)所述普通水泥搅拌预混制成预混小样；另外将所述特种水泥、骨料、预处理高活性矿物掺合料以及剩余(即扣除5kg后)的所述普通水泥混合搅拌均匀，再加入所述预混小样，搅拌均匀后制得超高强灌浆料成品。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明的超高强灌浆料采用特殊原料制备的预处理高活性矿物掺合料，显著提升了超强灌浆料的钢筋握裹性能，相比于市面上售卖的执行JG/T 408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》这一标准的普通套筒灌浆料相比，钢筋握裹性能提高65％以上；
2、本发明采用的预处理高活性矿物掺合料还与灌浆料的其他原料之间发挥协同促进作用，使原料之间产生了更密实的填充效应和火山灰效应，减少了水泥石界面缺陷，使得最终制备的超高强灌浆料具有优异的力学性能，1d抗压强度≥50MPa，3d抗压强度≥90MPa，28d抗压强度≥130MPa；
3、本发明采用高性能减水剂、高活性矿物掺合料分别具有高减水率和滚珠效应，在水料比0.11-0.13之间时仍能保证良好的施工性能，初始流动度320～345mm，30min流动度依然保持300～320mm；
4、本发明提供的超高强灌浆料使用了低品位金属矿渣作为骨料，解决了低品位冶金矿渣活性低、难利用的问题。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例所采用的普通水泥均为强度等级为52.5的普通硅酸盐水泥，特种水泥均采用的是强度等级为42.5的硫铝酸盐水泥；所采用的连续级配的石英砂的粒径范围为0-2.36mm，其中各粒径石英砂质量比例为1.18-2.36mm占比12.09％，0.63-1.18mm占比36.45％,0.315-0.63mm占比27.71％，0.15-0.315mm占比20.28％，0.15mm以下占比3.47％，共计100％。；所采用的低品位钢渣均是在冶炼钢铁时产生的以硅和铝的氧化物为主要成分，且压蒸安定性小于0.8％，粒径小于2mm的冶金废渣；所采用的氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂采用双膨胀源膨胀剂，其限制膨胀率满足GB/T23439中Ⅱ型膨胀剂的要求，氧化镁类膨胀剂活性指数超过140s。
外加剂均由减水剂60wt％、阻锈剂12wt％、消泡剂10wt％、保水剂7wt％、调凝剂11wt％组成；减水剂为聚羧酸减水剂，阻锈剂由54wt％六偏磷酸钠、30wt％钼酸铵和16wt％氟硅酸镁复合而成，消泡剂采用有机硅消泡剂，保水剂采用纤维素醚类保水剂，调凝剂为硼酸。
所采用的预处理高活性矿物掺合料的原料中，超细微珠为标准球形颗粒，粒径d10≤0.5μm，d50≤3μm，d95≤10μm，活性指数7d＞80％，28d＞110％；偏高岭土为高岭土经600℃煅烧脱水后形成的具有高火山灰活性的偏高岭土；超细矿渣微粉是将高炉矿渣经干燥粉磨工艺制成的高细度、高活性材料，比表面积≥800m2/kg。
实施例1
本实施例提供的超高强灌浆料，其原料为普通水泥40wt％、特种水泥6wt％、骨料40wt％、预处理高活性矿物掺合料10wt％、复合膨胀剂2wt％、外加剂2wt％；
上述预处理高活性矿物掺合料的制备方法是取超细微珠20wt％、偏高岭土10wt％、超细矿渣微粉70wt％，混合搅拌8min，过0.315mm方孔筛取筛下物制得。
本实施例的超高强灌浆料的制备方法是：先将复合膨胀剂、外加剂与5kg普通水泥搅拌预混制成预混小样；另外依次向搅拌机中加入特种水泥、骨料、预处理高活性矿物掺合料以及剩余(扣除掉5kg)的普通水泥进行混合搅拌，同时向搅拌机中缓慢加入制备好的预混小样，搅拌均匀后制得超高强灌浆料成品。
实施例2
本实施例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，其原料为普通水泥50wt％、特种水泥1wt％、骨料35wt％、预处理高活性矿物掺合料5wt％、复合膨胀剂7wt％、外加剂2wt％。
实施例3
本实施例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，其原料为普通水泥30wt％、特种水泥15wt％、骨料35wt％、预处理高活性矿物掺合料17wt％、复合膨胀剂1wt％、外加剂2wt％。
实施例4
本实施例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，预处理高活性矿物掺合料的原料为超细微珠35wt％、偏高岭土5wt％、超细矿渣微粉60wt％。
实施例5
本实施例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，预处理高活性矿物掺合料的原料为超细微珠10wt％、偏高岭土20wt％、超细矿渣微粉70wt％。
对比例1
本对比例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，其原料为普通水泥20wt％、特种水泥60wt％、骨料15wt％、预处理高活性矿物掺合料2wt％、复合膨胀剂1wt％、外加剂2wt％。
对比例2
本对比例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，其原料为普通水泥60wt％、骨料10wt％、预处理高活性矿物掺合料25wt％、复合膨胀剂3wt％、外加剂2wt％，不含特种水泥。
本对比例的超高强灌浆料的制备方法是：先将复合膨胀剂、外加剂与5kg普通水泥搅拌预混制成预混小样；另外依次向搅拌机中加入骨料、预处理高活性矿物掺合料以及剩余(扣除掉5kg)的普通水泥进行混合搅拌，同时向搅拌机中缓慢加入制备好的预混小样，搅拌均匀后制得超高强灌浆料成品。
对比例3
本对比例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，预处理高活性矿物掺合料的原料为超细微珠45wt％、偏高岭土1wt％、超细矿渣微粉54wt％。
对比例4
本对比例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，预处理高活性矿物掺合料的原料为超细微珠5wt％、偏高岭土30wt％、超细矿渣微粉65wt％。
对比例5
本对比例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，预处理高活性矿物掺合料的原料为石粉20wt％、偏高岭土10wt％、超细矿渣微粉70wt％。石粉替换了原料超细微珠，且不起到超细微珠的功能。
对比例6
本对比例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，预处理高活性矿物掺合料的原料为超细微珠20wt％、石粉10wt％、超细矿渣微粉70wt％。石粉替换了原料偏高岭土，且不起到偏高岭土的功能。
对比例7
本对比例提供的超高强灌浆料，采用的原料和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，预处理高活性矿物掺合料的原料为超细微珠20wt％、偏高岭土10wt％、石粉70wt％。石粉替换了原料超细矿渣微粉，且不起到超细矿渣微粉的功能。
对比例8
市面上售卖的执行JG/T 408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》这一标准的普通套筒灌浆料。
对比例9
本对比例提供的超高强灌浆料所采用的原料与实施例完全相同，不同之处在于，直接将所有原料采用简单的机械混合制备而成，即将所有原料一次性全部倒入搅拌机中搅拌制成。
应用例：实施例和对比例的灌浆料物理性能测定
将实施例1-5，对比例1-9制备的套筒灌浆料按照水料比0.11加水混合制成液态灌浆料，对比例7的普通套筒灌浆料按照包装袋上的推荐水料比混合制成液态灌浆料。各实施例或对比例的液态灌浆料按照JG/T 408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》的要求，测试初始流动度，30min流动度，1d、3d、28d抗压强度；按照上述标准的附录A(也可以参考“《大掺量矿渣套筒灌浆料的力学性能研究》，邹伟等，新型建筑材料，2020,47(07):16-19”中公开的方法)的方法测试28d握裹强度。测试结果如下表1所示。
表1实施例和对比例的灌浆料物理性能测定结果
Figure BDA0003018682400000071
从上表1可以看出，当改变灌浆料的原料时，对灌浆料的物理性能会产生一定影响，当预处理高活性矿物掺合料的三种原料缺少任意一种时，也会对灌浆料的物理性能会产生较大影响。采用本发明的方法制备的灌浆料，(实施例5的)钢筋握裹性能比对比例7的符合JG/T 408-2013要求的普通灌浆料提升了65％，对钢筋握裹性能具有显著提升。
上述实施例和对比例仅例示性说明本发明的原理及其功效，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，其特征在于，包括以下原料：普通水泥40wt％、特种水泥6wt％、骨料40wt％、预处理高活性矿物掺合料10wt％、复合膨胀剂2wt％、外加剂2wt％；
所述预处理高活性矿物掺合料的制备方法为：取超细微珠20wt％、偏高岭土10wt％、超细矿渣微粉70wt％，混合搅拌6-10min，过0.315mm方孔筛取筛下物制得。
2.根据权利要求1所述的装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，其特征在于，其原料包括：普通水泥40wt％、特种水泥6wt％、骨料40wt％、预处理高活性矿物掺合料10wt％、复合膨胀剂2wt％、外加剂2wt％。
3.根据权利要求1所述的装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，其特征在于，所述超细微珠为标准球形颗粒，粒径d10≤0.5μm，d50≤3μm，d95≤10μm，活性指数7d＞80％，28d＞110％；所述偏高岭土是将高岭土经煅烧脱水后制得；所述超细矿渣微粉是将高炉矿渣经干燥粉磨后制得且比表面积≥800m2/kg。
4.根据权利要求1或2所述的装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，其特征在于，所述普通水泥为强度等级d≥42.5的硅酸盐水泥和/或普通硅酸盐水泥，所述特种水泥为硫铝酸盐水泥、磷酸镁水泥、高铝水泥中至少一种；所述骨料由连续级配的石英砂和/或低品位钢渣组成。
5.根据权利要求4所述的装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，其特征在于，所述骨料由所述连续级配的石英砂、低品位钢渣组成，所述低品位钢渣占骨料总质量的0-50％。
6.根据权利要求1或2所述的装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，其特征在于，所述复合膨胀剂包括塑性膨胀剂0.4-5wt％、氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂50-80wt％、氧化镁类膨胀剂15-48wt％。
7.根据权利要求1或2所述的装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，其特征在于，所述外加剂包括减水剂30-70wt％、阻锈剂10-30wt％、消泡剂5-15wt％、保水剂3-15wt％、调凝剂3-15wt％。
8.根据权利要求7所述的装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述阻锈剂包括磷酸盐、钼酸盐、氟硅酸盐中至少一种，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水剂为纤维素醚和/或生物胶；所述调凝剂为硼酸、葡萄糖酸钠、酒石酸、酒石酸盐、柠檬酸、柠檬酸盐、偏磷酸盐中至少一种。
9.权利要求1或2所述的装配式桥梁钢筋套筒连接用超高强灌浆料的制备方法，其特征在于，先将所述复合膨胀剂和外加剂与部分所述普通水泥搅拌预混制成预混小样；另外将所述特种水泥、骨料、预处理高活性矿物掺合料以及剩余的所述普通水泥混合搅拌均匀，再加入所述预混小样，搅拌均匀后制得超高强灌浆料成品。
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