CN114044666B - 一种公路压浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及道路工程建设技术领域，尤其涉及一种公路压浆料及其制备方法，该公路压浆料的原料包括：铁尾砂50～70份，超微玻珠10～30份，改性磷石膏6～10份，激发剂5～9份，减水剂0.3～0.4份，保水剂0.04～0.06份和消泡剂0.04～0.06份。该公路压浆料组成简单且采用铁尾砂作为胶凝材料，在降低成本的同时实现了铁尾砂的回收利用，具有很高的经济性和生态价值，并且压浆料流动性强，力学性能优异且具有微膨胀，凝结时间可调的特性，能满足后张法预应力的施工过程的需要，具有很好地应用前景。

Description

一种公路压浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程建设技术领域，尤其涉及一种公路压浆料及其制备方法。
背景技术
压浆料是铁路，公路的后张法预应力桥梁施工过程中一种常用的混凝土材料，压浆料与预应力筋的粘结能力强，能与预应力筋形成稳定的预应力结构，从而共同抵抗外力的作用，保护预应力筋不受腐蚀，维持预应力结构的稳定，延长锚具的使用寿命。
由于施工的特殊性，后张法预应力施工过程对压浆料的性能要求很高：不仅需要具备很好的流动性，浆体还需要稳定，充盈度好，具有微膨胀且凝结时间可调的特性。现有技术多以水泥为胶凝材料，配合减水剂、保水剂、消泡剂、防沉降剂、阻锈剂、缓凝剂和膨胀剂等外加剂对性能进行调配制备压浆料。种类繁多的原料带来高成本的同时，也会导致生产工艺复杂化，并且由于外加剂的兼容性问题，制备的压浆料流动性、稳定性差，固化后的力学性能也很难满足后张法预应力施工的要求。
发明内容
针对现有技术中制备压浆料的成本高，组分兼容性差且制备的浆料在性能上无法满足后张法预应力施工要求的技术问题，本发明提供一种公路压浆料及其制备方法，该压浆料以铁尾砂作为压浆料的主要胶凝成分，组分少且兼容性好，制备工艺简单且性能优良，能满足后张法预应力施工过程对压浆料性能的要求。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种公路压浆料：该压浆料的原料按重量份数计，包括超细铁尾砂50～70份，超微玻珠10～30份，改性磷石膏6～10份，激发剂5～9份，减水剂0.3～0.4份，保水剂0.04～0.06份和消泡剂0.04～0.06份。
相对于现有技术，本发明提供的公路压浆料以铁尾砂为主要的胶凝材料，借助激发剂的激发作用降低铁尾砂中硅氧四面体和铝氧八面体的聚合度，提高铁尾砂的反应活性，使铁尾砂可以充分水化生成硅铝酸盐凝胶类物质；改性磷石膏不仅可以提供磷酸基团控制铁尾砂的水化过程，调节浆料的凝结时间，还能提供硫酸根与铁尾砂和超微玻珠中的活性硅和活性铝反应生产钙矾石，形成的压浆料体系在不添加膨胀剂和缓凝剂的情况下就能具备微膨胀和凝结时间可调的特性；超微波珠能充分发挥出其润滑的特性，对压浆料体系进行调和，进一步提高压浆料的工作性能和力学性能。该公路压浆料组成简单且未采用水泥作为胶凝材料，在降低成本的同时实现了铁尾砂的回收利用，具有很高的经济性和生态价值，与此同时，制成的压浆料性能优异，能很好地满足后张法预应力的施工过程的需要，具有很好地应用前景。
优选地，激发剂为氧化镁，碳酸钠和二硅酸钠的混合物，其质量比为1～2：1～2：3～5。
二硅酸钠在降低铁尾砂成分聚合度的过程中发挥着巨大的作用，能显著降低铁尾砂中硅氧四面体和铝氧八面体的聚合度，使铁尾砂表面产生大量的活性位点，充分水化生成硅铝酸盐凝胶类物质；氧化镁与水反应生成氢氧化镁，进而与铁尾砂反应生成双层结构的水滑石，生成的水滑石还能与铁尾砂水化后得到凝胶类物质相互交织，提高浆料的密实度，保证浆料的力学性能。碳酸钠可以维持水化过程中的碱性环境。以上特定组成、特定含量的激发剂相互配合，能彻底激发铁尾砂的活性，制备得到性质稳定、力学性能优异的压浆料。
优选地，保水剂为麦芽糊精，秸秆灰和红砖粉末组成的混合物，其质量比为3～5：2～3：2～3。
麦芽糊精是一种高分子聚合物，能通过氢键结合水分子，避免水分流失，多孔结构的秸秆灰和红砖粉末也是能固结自由水的优质保水剂，三种成分相互配合，在进一步保证浆体的流动性的同时能防止浆体泌水，对浆料的固化膨胀率也有一定的保证。
优选地，减水剂为阳离子聚羧酸减水剂，该阳离子聚羧酸减水剂为以二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚为原料，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移发生自由基聚合反应生成的聚合物。
由上述特定原料制备的阳离子聚羧酸减水剂能够吸附在铁尾砂表面的阴离子活性位点，充分提高压浆料的流动性，对其力学性能的稳定也有一定的促进作用，更加适用于铁尾砂体系。
优选地，阳离子聚羧酸减水剂的原料中二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚的物质的量之比为1.5～2.5：1.5～2.5：2.5～3.5：0.5～1.5。
优选地，改性磷石膏为中性半水磷石膏，其制备方法为：将半水磷石膏在水中溶解后，用碱溶液中和pH至6.8～7.1，烘干后即得该中性半水磷石膏。
优选地，超微玻珠的比表面积为800～100㎡/kg。
特定比表面积的超微波珠可以与铁尾砂相互配合，起到润滑的效果，进一步改善公路压浆料的工作性能和力学性能。
优选地，消泡剂为乳化硅油类消泡剂。
另一方面，本发明还提供上述公路压浆料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并准备相当于原料质量总和25％～27％的水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合后研磨至比表面积460～560㎡/kg，在600～700℃的环境中活化1～2h后得到高活性铁尾砂；
S3：将S2得到的高活性铁尾砂与其余原料混合，并加入S1中所准备水的80％～90％，第一次搅拌使原料混合均匀后加入剩余的水，第二次搅拌即得该公路压浆料。
优选地，S3中第一次加水后的搅拌速度为400～600r/min，搅拌时间为40～80s，第二次搅拌速度为2800～3200r/min，搅拌时间为120～240s。
本发明提供的粉公路压浆料的制备方法，在加水混合之前对铁尾砂进行研磨和高温活化，在激发剂、研磨和高温的作用下，使化学活化、机械活化和高温活化相结合，使铁尾砂表面产生大量的活性位点，充分激发铁尾砂的水化活性，从而完全代替水泥作为胶凝物质，特定量的水可以起到调和减水剂和保水剂的作用，使压浆料在流动性优良的同时还稳定，不沉降泌水；并且水的分次加入可以使原料更快地拌和均匀，缩短制备时间。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面分为多个实施例对本发明进行进一步的说明。
以下各实施例中所用的消泡剂为乳化硅油类消泡剂，改性磷石膏的制备方法为：取半水磷石膏粉末于10倍体积的水中溶解，加入氢氧化钠调节溶液pH至6.8～7.1后，蒸发溶剂即得该改性磷石膏。
实施例1
本实施例提供一种公路压浆料，其原料按质量份数计，包括铁尾砂50份，超微玻珠10份，改性磷石膏6份，激发剂5份，减水剂0.3份，保水剂0.04份和消泡剂0.04份；
其中：超波微珠的比表面积为843㎡/kg；激发剂为氧化镁，碳酸钠和二硅酸钠以1：1：3的质量比混合得到的混合物；保水剂为麦芽糊精，秸秆灰和红砖粉末按3：2：2的质量比混合得到的混合物；减水剂为摩尔比为2：2：3：1的二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移发生自由基聚合反应生成的阳离子聚羧酸减水剂，具体制备方法为：按配方称取各原料和相当于原料总质量的2.5倍的水；将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵与2/5的水加入四口烧瓶，搅拌均匀，将亚硫酸氢钠、甲酸钠和1/10的水混合作为物料A，二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸1/10的水混合作为物料B，将物料A和物料B通过蠕动泵缓慢加入四口烧瓶中进行反应，控制反应2.5～3.5h后，添加剩余的水稀释至40％浓度，即得该阳离子聚羧酸减水剂。
该公路压浆料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并准备18.5份水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合并在球磨机中粉磨至比表面积497㎡/kg，然后转移至马弗炉中，在620℃的温度下活化1.5h，得到高活性铁尾砂；
S3：将所得高活性铁尾砂与其余原料混合均匀，加入16份水后转移至压浆料搅拌锅中，以500r/min的转速搅拌60s后加入剩余的2.5份水，高转速至3000r/min后搅拌3min，即得该公路压浆料。
实施例2
本实施例提供一种公路压浆料，其原料按质量份数计，包括铁尾砂70份，超微玻珠20份，改性磷石膏6份，激发剂7份，减水剂0.3份，保水剂0.05份和消泡剂0.04份；
其中：超波微珠的比表面积为883㎡/kg；激发剂为氧化镁，碳酸钠和二硅酸钠以1.5：1.5：5的质量比混合得到的混合物；保水剂为麦芽糊精，秸秆灰和红砖粉末按3：2：2的质量比混合得到的混合物；减水剂为摩尔比为1.5：2：3.5：1的二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移发生自由基聚合反应生成的阳离子聚羧酸减水剂，该阳离子聚羧酸减水剂除原料用量不同外，制备方法与实施例1保持一致。
该公路压浆料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并准备26份水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合并在球磨机中粉磨至比表面积553㎡/kg，然后转移至马弗炉中，在650℃的温度下活化1h，得到高活性铁尾砂；
S3：将所得高活性铁尾砂与其余原料混合均匀，加入22份水后转移至压浆料搅拌锅中，以600r/min的转速搅拌60s后加入剩余的4份水，高转速至2800r/min后搅拌3min，即得该公路压浆料。
实施例3
本实施例提供一种公路压浆料，其原料按质量份数计，包括铁尾砂70份，超微玻珠20份，改性磷石膏9份，激发剂7份，减水剂0.4份，保水剂0.05份和消泡剂0.04份；
其中：超波微珠的比表面积为883㎡/kg；激发剂为氧化镁，碳酸钠和二硅酸钠以1.5：1.5：5的质量比混合得到的混合物；保水剂为麦芽糊精，秸秆灰和红砖粉末按5：2：2的质量比混合得到的混合物；减水剂为摩尔比为1.5：2：2.5：1.5的二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移发生自由基聚合反应生成的阳离子聚羧酸减水剂，该阳离子聚羧酸减水剂除原料用量不同外，制备方法与实施例1保持一致。
该公路压浆料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并准备26份水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合并在球磨机中粉磨至比表面积553㎡/kg，然后转移至马弗炉中，在650℃的温度下活化1.5h，得到高活性铁尾砂；
S3：将所得高活性铁尾砂与其余原料混合均匀，加入22份水后转移至压浆料搅拌锅中，以400r/min的转速搅拌60s后加入剩余的4份水，高转速至3200r/min后搅拌3min，即得该公路压浆料。
对比例1
本对比例提供一种公路压浆料，其原料按质量份数计，包括：水泥71份，减水剂0.3份，保水剂0.04份，消泡剂0.04份，缓凝剂0.04份，膨胀剂0.5份，其中，水泥为市场中常见的硅酸盐水泥，减水剂为市场中常见的聚羧酸减水剂，保水剂为10w分子量的羟丙基甲基纤维素醚，缓凝剂为白糖，膨胀剂为市场销售的塑性膨胀剂；
该公路压浆料的制备方法为：
S1：按配方量称取各原料并准备18.5份水；
S2：将各原料混合均匀，加入16份水后转移至压浆料搅拌锅中，以500r/min的转速搅拌60s后加入剩余的2.5份水，提高转速至3000r/min后搅拌3min，即得该公路压浆料。
对比例2
本对比例提供一种公路压浆料，其原料按质量份数计，包括铁尾砂50份，超微玻珠10份，改性磷石膏9份，激发剂7份，减水剂0.3份，保水剂0.04份和消泡剂0.04份；
其中：超波微珠的比表面积为843㎡/kg；激发剂为水玻璃；保水剂为麦芽糊精，秸秆灰和红砖粉末按3：2：2的质量比混合得到的混合物；减水剂为摩尔比为2：2：3：1的二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移发生自由基聚合反应生成的阳离子聚羧酸减水剂；该阳离子聚羧酸减水剂除原料用量不同外，制备方法与实施例1保持一致。
该公路压浆料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并准备18.5份水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合并在球磨机中粉磨至比表面积497㎡/kg，然后转移至马弗炉中，在620℃的温度下活化1.5h，得到高活性铁尾砂；
S3：将所得高活性铁尾砂与其余原料混合均匀，加入22份水后转移至压浆料搅拌锅中，以500r/min的转速搅拌60s后加入剩余的4份水，高转速至3000r/min后搅拌3min，即得该公路压浆料。
对比例3
本对比例提供一种公路压浆料，其原料按质量份数计，包括铁尾砂50份，超微玻珠10份，改性磷石膏6份，激发剂7份，减水剂0.3份，保水剂0.04份和消泡剂0.04份；
其中：超波微珠的比表面积为843㎡/kg；激发剂为氧化镁，碳酸钠和二硅酸钠以1：1：3的质量比混合得到的混合物；保水剂为10w分子量的羟丙基甲基纤维素醚；减水剂为摩尔比为2：2：3：1的二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移发生自由基聚合反应生成的阳离子聚羧酸减水剂；该阳离子聚羧酸减水剂除原料用量不同外，制备方法与实施例1保持一致。
该公路压浆料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并准备18.5份水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合并在球磨机中粉磨至比表面积497㎡/kg，然后转移至马弗炉中，在620℃的温度下活化1.5h，得到高活性铁尾砂；
S3：将所得高活性铁尾砂与其余原料混合均匀，加入22份水后转移至压浆料搅拌锅中，以500r/min的转速搅拌60s后加入剩余的4份水，高转速至3000r/min后搅拌3min，即得该公路压浆料。
对比例4
本对比例提供一种公路压浆料，其原料按质量份数计，包括铁尾砂50份，超微玻珠10份，改性磷石膏6份，激发剂7份，减水剂0.3份，保水剂0.04份和消泡剂0.04份；
其中：超波微珠的比表面积为843㎡/kg；激发剂为氧化镁；保水剂为麦芽糊精；减水剂为摩尔比为2：2：3：1的二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移发生自由基聚合反应生成的阳离子聚羧酸减水剂，该阳离子聚羧酸减水剂除原料用量不同外，制备方法与实施例1保持一致。
该公路压浆料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并准备18.5份水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合并在球磨机中粉磨至比表面积497㎡/kg，然后转移至马弗炉中，在620℃的温度下活化1.5h，得到高活性铁尾砂；
S3：将所得高活性铁尾砂与其余原料混合均匀，加入22份水后转移至压浆料搅拌锅中，以500r/min的转速搅拌60s后加入剩余的4份水，高转速至3000r/min后搅拌3min，即得该公路压浆料。
对比例5
本对比例提供一种公路压浆料，其原料按质量份数计，包括铁尾砂50份，超微玻珠10份，改性磷石膏6份，激发剂10份，减水剂0.3份，保水剂0.07份和消泡剂0.04份；
其中：超波微珠的比表面积为843㎡/kg；激发剂为氧化镁，碳酸钠和二硅酸钠以1：1：3的质量比混合得到的混合物，保水剂为麦芽糊精，秸秆灰和红砖粉末按3：2：2的质量比混合得到的混合物；摩尔比为2：2：3：1的二甲基二烯丙基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移发生自由基聚合反应生成的阳离子聚羧酸减水剂；该阳离子聚羧酸减水剂除原料用量不同外，制备方法与实施例1保持一致。
该公路压浆料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并准备18.5份水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合并在球磨机中粉磨至比表面积497㎡/kg，然后转移至马弗炉中，在620℃的温度下活化1.5h，得到高活性铁尾砂；
S3：将所得高活性铁尾砂与其余原料混合均匀，加入22份水后转移至压浆料搅拌锅中，以500r/min的转速搅拌60s后加入剩余的4份水，高转速至3000r/min后搅拌3min，即得该公路压浆料。
检测例
参照JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、JTG/T3650-2020《公路桥涵施工技术规范》、JTG E30-2018《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》对实施例1～3，对比例1～5制备的公路压浆料进行性能测试，各压浆料的性能检测结果如表1和表2所示。
表1
Figure BDA0003384540180000101
表2
Figure BDA0003384540180000102
Figure BDA0003384540180000111
根据表1中实施例1～3的检测数据中可以看出，本发明提供的公路压浆料流动性能优良且稳定，凝结时间可调，凝固后不同时间段内的抗压性能和抗折性能均满足标准且优秀，无泌水离析现象，在不添加膨胀剂和缓凝剂的情况下24h的自由膨胀率也符合标准，符合后张法预应力施工过程对压浆料的性能要求，具有很好地应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种公路压浆料，其特征在于，按重量份数计，所述压浆料的原料由以下组分组成：铁尾砂50~70份，超微玻珠10~30份，改性磷石膏6~10份，激发剂5~9份，减水剂0.3~0.4份，保水剂0.04~0.06份和消泡剂0.04~0.06份；所述激发剂为氧化镁，碳酸钠和二硅酸钠的混合物，其质量比为1~2：1~2：3~5；所述减水剂为阳离子聚羧酸减水剂，所述阳离子聚羧酸减水剂为以二甲基二烯丙基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚为原料，在过硫酸铵和亚硫酸钠氧化还原体系中以甲酸钠作为链转移剂发生自由基聚合反应生成的聚合物，所述改性磷石膏为中性半水磷石膏；按配方量称取压浆料各原料，并加入压浆料原料质量总和25%~27%的水。
2.如权利要求1所述的公路压浆料，其特征在于，所述保水剂为麦芽糊精、秸秆灰和红砖粉末的混合物，其质量比为3~5：2~3：2~3。
3.如权利要求2所述的公路压浆料，其特征在于，所述阳离子聚羧酸减水剂的原料中二甲基二烯丙基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、丙烯酸和异戊烯醇聚氧乙烯醚的物质的量之比为1.5~2.5：1.5~2.5：2.5~3.5：0.5~1.5。
4.如权利要求1所述的公路压浆料，其特征在于，所述超微玻珠的比表面积为800~1000㎡/kg。
5.如权利要求1所述的公路压浆料，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油类消泡剂。
6.一种权利要求1~5任一项所述的公路压浆料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取压浆料各原料，并准备压浆料原料质量总和25%~27%的水；
S2：将铁尾砂与激发剂混合后研磨至比表面积460~560㎡/kg，在600~700℃的环境中活化1~2h后得到高活性铁尾砂；
S3：将所述高活性铁尾砂与其余压浆料原料混合，并加入S1中所述水的80%~90%，第一次搅拌混合均匀后加入剩余的水，第二次搅拌即得所述公路压浆料。
7.如权利要求6所述的公路压浆料的制备方法，其特征在于，S3中所述第一次搅拌速度为400~600r/min，搅拌时间为40~80s，第二次搅拌速度为2800~3200r/min，搅拌时间为120~240s。
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