CN115057679B - 一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料及其制备方法，本发明的座浆料由水泥、玄武岩砂、磨细玻璃粉、NC‑P1微膨胀剂、微珠、触变剂、塑性膨胀剂、胶粉、纤维素醚、减水剂和消泡剂配制而成，具备高强无收缩的特点，具有优异的和易性，在保障粘聚性、保水性的同时具备良好的可塑性以满足流动性的要求，实现了流动性、保水性及粘聚性三个方面的统筹优化。

Description

一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于风电塔筒建设用水泥基座浆料技术领域，具体地，涉及一种风电钢混塔架工程预制混凝土塔节拼装接缝专用100MPa无收缩水泥基座浆料及其制备方法。

背景技术

风能作为一种清洁能源，近年来得到了长足的发展。钢混塔架作为一种相对成熟的结构形式广泛应用于陆地风能结构设施中，但在建筑施工过程中尚有一系列关键问题亟待解决，其中连接钢架与预制混凝土塔段、预制混凝土塔段之间、预制混凝土塔段与基础的座浆连接是薄弱环节之一。

作为传统的连接方法，高强度、无收缩、高抗渗是座浆料的必备性能，配合各种外加剂的使用可以实现早强、耐腐蚀等特点。特别的，优异的和易性是衡量座浆料性能的重要指标之一。但是目前市面流行的座浆料大都只具备优异的粘聚性和保水性，很难同时兼具流动性的要求；或者在具备优异流动性的同时很难兼具优异的粘聚性和保水性，施工过程中垂直流动过大，造成材料的浪费。

风电钢混塔架，座浆料塔筒需要浇筑座浆料的断截面一般在30cm左右，座浆料的浇筑厚度在3cm~5cm，薄了不容易坐实，厚了容易被挤压掉造成浪费。

座浆料的施工性能特点：

（1）浇注方式是，将搅拌好的座浆料卸入吊斗，用塔吊将吊斗提至浇注地点，然后均匀布料。

（2）每一节塔筒连接需要浇筑的座浆料大多在1吨~1.5吨，风塔一般在野外或山地，实际施工时搅拌机每次搅拌的量相对较少，一般要经过2次搅拌，2次浇注才能完成。正常情况下，每次从搅拌开始到浇注完成需要30分钟以上，如果分2次浇注，整段座浆连接需要1小时以上。

（3）从施工性能来讲，遇到的问题，也是需要解决的难题，主要有：第一，座浆料工作性能不能随时间经时变化太大，不能太黏，因为座浆料使用吊斗浇注，要容易从吊斗中卸料；第二，由于座浆料不能太过于流淌，座浆要有足够的粘度，具有好的抗流挂能力；座浆料表面不能失水太快，表面不能形成一层硬壳，要具有良好可塑性，便于座浆挤压；第三，浇注座浆料的整个截面的布料要均匀，座浆料的强度发展要一致，才能保证塔筒的座浆连接质量。

座浆料硬化要求：（1）早期强度要高，硬化浆体抗压强度，1d大于30MPa，3d大于60MPa，确保下一道施工工序正常进行，如预应力张拉等。后期强度持续增长，要求28d抗压强度达到80~100MPa；（2）微膨胀，填充密实，耐久性要好，防止雨水渗入，影响结构性能。

因此，亟需开发一种具有高强、无收缩，优异的和易性，在保障粘聚性、保水性的同时具备良好的可塑性以满足流动性的要求的座浆料。

CN114573308A公开了一种风电钢混塔架安装施工用座浆料，由水泥、掺合料、骨料、复合膨胀剂、减水剂、调凝剂、保水剂、硬脂酸盐、可再分散乳胶粉、消泡剂、激发调节剂、阻锈剂和防冻剂配制而成。该座浆料可适应常温及冬季低温施工的风电钢混塔架安装施工，确保座浆表面与塔筒面最大程度的紧密接触，保证风电机组长期安全稳定运行，但是它的其他性能尤其是强度和可塑性方面有待提高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料及其制备方法。本发明的座浆料由水泥、玄武岩砂、磨细玻璃粉、NC-P1微膨胀剂、微珠、触变剂、塑性膨胀剂、胶粉、纤维素醚、减水剂和消泡剂配制而成，具备高强无收缩的特点，具有优异的和易性，在保障粘聚性、保水性的同时具备良好的可塑性以满足流动性的要求，实现了流动性、保水性及粘聚性三个方面的统筹优化。

本发明的技术方案是：一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料，其特征是，其组分及重量份为：水泥30-50份、玄武岩砂40-60份、磨细玻璃粉3-6份、NC-P1微膨胀剂4-6份、微珠1-3份、触变剂0.1-0.15份、塑性膨胀剂0.01-0.03份、胶粉0.1-0.3份、纤维素醚0.05-0.1份、减水剂0.15-0.3份、消泡剂0.05-0.15份。

制备方法：按重量份取上述粉料，使用时加水拌合均匀即可，粉料与水的质量比为1：0.10~0.12。

优选配比：水泥47份、玄武岩砂40份、磨细玻璃粉4份、NC-P1微膨胀剂6份、微珠3份、触变剂0.15份、塑性膨胀剂0.01份、胶粉0.3份、纤维素醚0.1份、减水剂0.30份、消泡剂0.1份。

优选的，所述水泥为P.O.52.5普通硅酸盐水泥。

优选的，所述玄武岩砂为细度模数1.6-2.2，平均粒径0.30mm-0.60mm的细砂。

优选的，所述磨细玻璃粉为城市固体废弃物废玻璃磨细加工制成，粒径不超过45µm。

优选的，所述NC-P1微膨胀剂为：超细硫铝酸盐水泥熟料（D₅₀为5μm~6μm，D₉₀不超过20μm，比表面积为800~900m²/kg）、焦宝石和氟石膏复合而成的钙矾石系混合材，超细硫铝酸盐熟料、焦宝石和氟石膏的质量比为1:1.8-2.2: 1.8-2.2，优选1:2:2。

优选的，所述微珠为铝硅酸盐物质，平均粒径为1.5µm的完美球形粉体材料。

优选的，所述触变剂为采用二乙醇胺改性硅酸镁铝的硅酸镁铝有机改性粉末，其制备方法包括以下步骤：（1）硅酸镁铝粉末加水制得悬浊液；（2）于悬浊液中加入二乙醇胺，在70-90℃下反应6-10h后，过滤，洗涤；（3）将洗涤后的产物烘烤、粉碎，过100目筛网，即得硅酸镁铝有机改性粉末。其微观结构是由一种厚约1纳米、直径约100纳米的硅酸盐小片构成。

优选的，所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺（黄色粉末）。

优选的，所述胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉，或乙烯与氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚胶粉，或醋酸乙烯酯与乙烯及脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉，具有高粘结能力，可以改善座浆料的可塑性和施工性，提高座浆料的柔韧性。

优选的，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素，粘度为10000mPa.s-16000mPa.s。可以改善座浆料的可塑性和施工性，提高座浆料的柔韧性。

优选的，所述减水剂为减缩型聚羧酸高性能减水剂。

优选的，所述消泡剂为有机硅粉末消泡剂。消泡剂可减少有害大泡，使硬化座浆料具有更高的强度。

各原料及作用：

磨细玻璃粉：玻璃粉的掺入降低了水泥的用量，从而降低经济及环境成本；玻璃粉的掺入可以降低用水量减小水化热的同时提高流动性。

NC-P1微膨胀剂：超细硫铝酸盐水泥熟料、焦宝石和氟石膏复合而成的钙矾石系混合材。其中，超细硫铝酸盐水泥熟料是以石灰石、矾土、石膏为原料，经低温（1300~1350℃）煅烧而成的无水硫铝酸钙（C₄A₃S）和硅酸二钙（C₂S）为主要矿物组成的熟料，经过粉磨后使其比表面积在800~900m²/kg。焦宝石中Al₂O₃含量为40%~45%，优选采用焦宝石为活性Al₂O₃在9%~10%的高活性铝焦宝石。氟石膏是指用硫酸与氟石制取氟化氢的副产品（工业废料），但硫酸钙含量较高，一般在90%以上，即三氧化硫含量至少在53%左右。但由于是一种工业废料，有一定杂质和残硫酸，经过处理后使用，且变废为宝，改善生态环境，社会效益巨大。NC-P1微膨胀剂加入水泥中，可以生成体积增大的水化产物钙矾石，在不同时期、不同量值、不同晶体矿物的不同作用机理下，这些水化产物能填充、堵塞硬化体的毛细孔、改变了孔结构和孔级配，提高了硬化体的密实度。宏观表现为硬化浆体产生体积膨胀，约束条件下膨胀能转化成0.5~1.0MPa的预压应力，可在硬化体中形成适宜的应力状态，将持续补偿或削减硬化体的收缩，保证了硬化后浆体的填充粘结性能和抗渗性能。

微珠：微珠具有致密表层，在水泥水化前期不与座浆料中的碱性物质发生反应，从而降低座浆料前期水化热达到无干缩的目的，前期通过自身填充效应对座浆料强度进行增强；微珠致密表层在水化后期破坏后，与座浆料中的碱性物质发生反应，使得水化反应持续进行，从而增加座浆料密实度，提高后期强度。此外，微珠的掺入在降低用水量、减小水化热以及干缩的同时，还可以有效改善座浆料的流变性及触变性。

触变剂：触变剂的掺入使得座浆料具有极好的抗垂流特性，可以提高座浆料的稳定性，克服在施工时座浆料下垂等负面作用，提高座浆料的触变性和抗流挂性。普通的硅酸镁铝颗粒一般为带负电荷的层状无机材料，其在水泥分散体系中，与带正电荷的水泥颗粒产生静电吸附，易在水泥水化过程中丧失作用。硅酸镁铝有机改性粉末为二乙醇胺插层改性的硅酸镁铝，其电位由负转变为正。在水泥分散体系中，与游离的硅酸盐、硫酸盐等相互作用，间接吸附在水泥颗粒表面，使座浆料的抗垂流特性保持时间更长，稳定性更高。同时引入的二乙醇胺，能提高座浆料的抗压强度。

塑性膨胀剂（偶氮二甲酰胺）：在碱性条件下与水发生反应产生均匀密集分布的细小气泡，使得水泥拌合物产生塑性膨胀，确保3h膨胀率。

减缩型聚羧酸高性能减水剂：引入具有减缩作用的一缩二乙二醇单丁醚类基团，可以降低座浆料孔溶液表面张力，减小由于孔溶液水分散失而造成的附加压应力，有效降低座浆料收缩。减缩型聚羧酸减水剂结构（示意）如下所示。

a=20-30，b=5-10，c=5-10，n=40-60。

本发明的技术效果是：

1、硬化座浆料高度致密化，具有更高的强度和抗渗等耐久性能

本发明利用钙矾石系混合材和超细微粉DSP技术的原理，使硬化座浆料高度致密化。微珠和磨细玻璃粉属于超细微粉，具有“火山灰效应”、“微集料效应”“减水效应”及“比重效应”等综合作用。将具有不同颗粒粒径的钙矾石系混合材、微珠和磨细玻璃粉进行复配，与水泥形成“黄金搭挡”的效果，达到最紧密堆积的超叠加效应。超细微粉由于其巨大的表面积，在磨细过程中会储存很大的表面能，和钙矾石系混合材的复合作用十分显著。

钙矾石系混合材能生成大量的钙矾石，超细微粉能够使水泥水化产物中的不利成分氢氧化钙减少，生成更多有利的水化硅酸钙。增加了微细的结晶体（水化后形成的C-S-H凝胶微晶）构成的网络交织，并有一定量的钙矾石填充了微孔隙，能改善硬化体的孔结构，同时具有良好的孔级配，有害孔减少，少害、无害孔增多，总孔隙率降低，改善硬化体的界面结构，使硬化体结构达到最紧密填充、最致密化，使座浆料具有更高的强度和抗渗等耐久性能。

2、柔和不流淌，施工性能好

触变剂使浆体在力的作用下具有很好的变形能力和抗流淌能力，塑性膨胀剂加入到水泥中引气同时也起到使浆体柔软的作用，与胶粉和纤维素醚一起到增稠、增粘和保水的作用。同时掺加触变剂、塑性膨胀剂和胶粉，起到性能互补的作用，可使座浆料加水拌和后具有相对完美的施工性能。使拌合料初始柔和不流淌，可很好地控制浇筑厚度，可塑性能好，黏而不粘吊桶壁，保水而使浇筑后的表面不易形成硬壳，具有良好的可挤压性能。减缩型聚羧酸高性能减水剂的加入，可以降低座浆料孔溶液表面张力，减小由于孔溶液水分散失而造成的附加压应力，有效降低座浆料收缩。

本发明与现有技术相比具有如下优势：本发明的座浆料具备高强无收缩的特点，具有优异的和易性，在保障粘聚性、保水性的同时具备良好的可塑性以满足流动性的要求，实现了流动性、保水性及粘聚性三个方面的统筹优化；利用城市固体垃圾废玻璃磨细加工制成的磨细玻璃粉等量替代部分水泥从而降低了水泥的用量，磨细玻璃粉的掺入还可以提高座浆料的流动性、减少水的用量。

具体实施方式

以下是本发明的实施例，其目的是更加直观、清楚的描述本发明的技术方案，以方便熟悉此项技术的人士更好的理解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于这些实施例。

本实施例1-4使用的水泥为P.O.52.5普通硅酸盐水泥；玄武岩砂为细度模数1.6-2.2，平均粒径0.30mm-0.60mm的细砂；磨细玻璃粉粒径不超过45µm；所述NC-P1微膨胀剂为超细硫铝酸盐熟料、焦宝石和氟石膏复合而成的钙矾石系混合材，超细硫铝酸盐熟料、焦宝石和氟石膏的质量比为1:2:2；所述微珠为超微活性粉体铝硅酸盐物质，平均粒径为1.5µm的完美球形粉体材料；所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺（黄色粉末）；胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉；减水剂为减缩型聚羧酸高性能减水剂；消泡剂为有机硅粉末消泡剂。

实施例1-4的触变剂硅酸镁铝有机改性粉末的制备方法为：（1）取50质量份的硅酸镁铝粉末于容器中，加入40质量份的水，制得悬浊液；（2）于悬浊液中加入10质量份的二乙醇胺，在80℃下反应8h后，过滤，洗涤；（3）将洗涤后的产物在105℃下烘烤2h，将烘烤后的产物粉碎，过100目筛网，即得硅酸镁铝有机改性粉末。其微观结构是由厚约1纳米、直径约100纳米的硅酸盐小片构成。

实施例1

原料（重量份）：水泥47份、玄武岩砂40份、磨细玻璃粉4份、NC-P1微膨胀剂6份、微珠3份、触变剂0.1份、塑性膨胀剂0.02份、胶粉0.2份、纤维素醚0.08份、减水剂0.30份、消泡剂0.1份。

制备方法：按重量份取上述粉料，使用时加水拌合均匀即可，粉料与水的质量比为1：0.11。

实施例2

原料（重量份）：水泥40份、玄武岩砂48份、磨细玻璃粉4份、NC-P1微膨胀剂5份、微珠3份、触变剂0.1份、塑性膨胀剂0.02份、胶粉0.2份、纤维素醚0.08份、减水剂0.25份、消泡剂0.1份。

制备方法：按重量份取上述粉料，使用时加水拌合均匀即可，粉料与水的质量比为1：0.11。

实施例3

原料（重量份）：水泥35份、玄武岩砂55份、磨细玻璃粉3份、NC-P1微膨胀剂4份、微珠3份、触变剂0.1份、塑性膨胀剂0.025份、胶粉0.2份、纤维素醚0.08份、减水剂0 .2份、消泡剂0.1份。

制备方法：按重量份取上述粉料，使用时加水拌合均匀即可，粉料与水的质量比为1：0.12。

实施例4

原料（重量份）：水泥47份、玄武岩砂40份、磨细玻璃粉4份、NC-P1微膨胀剂6份、微珠3份、触变剂0.15份、塑性膨胀剂0.01份、胶粉0.3份、纤维素醚0.1份、减水剂0.30份、消泡剂0.1份。

制备方法：按重量份取上述粉料，使用时加水拌合均匀即可，粉料与水的质量比为1：0.11。

对比例1

原料（重量份）：水泥47份、玄武岩砂40份、磨细玻璃粉4份、NC-P1微膨胀剂6份、微珠3份、触变剂0.1份、塑性膨胀剂0.02份、胶粉0.2份、纤维素醚0.08份、减水剂0.30份、消泡剂0.1份。所使用的触变剂为硅酸镁铝粉末，未经过有机改性过。其余材料同实施例1。

制备方法：按重量份取上述粉料，使用时加水拌合均匀即可，粉料与水的质量比为1：0.11。

表1为本发明实施例1～4的各项性能的测试结果，并与对比例1以及市场用的较多的瑞士西卡Sika MonoTop-3180CN（国外品牌）座浆料对比试验，测试依据标准为Q/JW 201-2020山东建科建筑材料有限公司企业标准《高强无收缩座浆料》（企业标准信息公共服务平台2020.10.13公开）。

表1 本发明实施例1～4和对比例的性能比较

由表1测试结果可知，（1）按照实施例1～3所配制的一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料性能指标均满足或优于标准QJW 201-2020的性能指标要求。（2）拌合物状态由于使用瑞士西卡Sika MonoTop-3180CN，流动度过大，不易控制流淌，浇筑时不易保证厚度，同时造成挤压后损失的量过多，造成浪费；（3）实施例1～3硬化后的抗压强度都在100MPa以上，而瑞士西卡Sika MonoTop-3180CN的28d强度只有92.6MPa。（4）由实施例4与实施例1比较，通过调整以改变初始状态为主要作用的触变剂及塑性膨胀剂、胶粉和纤维素醚的掺加量，使座浆料初始状态柔和性更好，抗垂流特性更显著，对硬化浆体的强度略有提高。（5）对比例1与实施例1比较，触变剂发生变化，触变剂为硅酸镁铝粉末，未经过有机改性过的，使座浆料初始状态变差，流动度稍大，达到215mm，不符合要求。不易控制浇筑厚度，抗垂流特性变差，对硬化浆体的强度也略有降低。

上述对本发明实施例的描述，其目的是更加直观、清楚的描述本发明的技术方案，以方便熟悉此项技术的人士更好的理解本发明的内容并据以实施，本实施例是示范性的、非限制性的，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料，其特征是，其组分及重量份为：水泥30-50份、玄武岩砂40-60份、磨细玻璃粉3-6份、NC-P1微膨胀剂4-6份、微珠1-3份、触变剂0.1-0.15份、塑性膨胀剂0.01-0.03份、胶粉0.1-0.3份、纤维素醚0.05-0.1份、减水剂0.15-0.3份、消泡剂0.05-0.15份；

所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素，粘度为10000mPa.s-16000mPa.s；

所述磨细玻璃粉为城市固体废弃物废玻璃磨细加工制成，粒径不超过45µm；

所述NC-P1微膨胀剂为：超细硫铝酸盐水泥熟料、焦宝石和氟石膏复合而成的钙矾石系混合材，超细硫铝酸盐熟料、焦宝石和氟石膏的质量比为1:1.8-2.2: 1.8-2.2；

所述触变剂采用二乙醇胺改性硅酸镁铝的硅酸镁铝有机改性粉末，其制备方法包括以下步骤：（1）硅酸镁铝粉末加水制得悬浊液；（2）于悬浊液中加入二乙醇胺，在70-90℃下反应6-10h后，过滤，洗涤；（3）将洗涤后的产物烘烤、粉碎，过100目筛网，即得。

2.如权利要求1所述的一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料，其特征是，所述水泥为P.O.52.5普通硅酸盐水泥；所述玄武岩砂为细度模数1.6-2.2，平均粒径0.30mm-0.60mm的细砂。

3.如权利要求1所述的一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料，其特征是，所述微珠为铝硅酸盐物质，平均粒径为1.5µm的球形粉体。

4.如权利要求1所述的一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料，其特征是，所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺；所述胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉，或乙烯与氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚胶粉，或醋酸乙烯酯与乙烯及脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉。

5.如权利要求1所述的一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料，其特征是，所述减水剂为减缩型聚羧酸减水剂；所述消泡剂为有机硅粉末消泡剂。

6.如权利要求1-5中任一项所述的一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料的制备方法，其特征是，按重量份取各组分，使用时加水拌合均匀，粉料与水的质量比为1：0.10~0.12。