CN115872719A - 一种钢筋连接用低温套筒灌浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢筋连接用低温套筒灌浆料及其制备方法。该套筒灌浆料，按重量份计，包含水泥800～1000份，改性硅灰10‑50份，石膏10‑100份，细骨料900～1100份，早强剂0.1～0.5份，缓凝剂1～3份，减水剂2～5份，消泡剂0.2～0.6份，膨胀剂0.1～0.5份，防冻剂1～5份，相变材料1～5份，水料比为0.11‑0.15；其中：水泥包括普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和高铝水泥；改性硅灰为硅灰表面接枝有机组分得到。本发明可实现‑5℃条件下，灌浆料具有高流态、微膨胀、早期强度发展快、后期强度高的特点，解决低温环境下常规套筒灌浆料水化受限导致难以满足施工要求的难题。
Description
技术领域
本发明属于套筒灌浆料技术领域，具体涉及一种钢筋连接用低温套筒灌浆料及其制备方法。
背景技术
目前在装配式建筑中构件连接技术普遍采用钢筋套筒连接技术，此种连接技术具有性能优异、成本低廉、降低自重、施工方便、减少垃圾、降低污染等优点。套筒灌浆料是钢筋套筒连接技术中的关键，其性能优劣对结构安全性以及耐久性等都起着至关重要作用。但普通套筒灌浆料性能受施工环境温度制约较大，需要在5℃以上时施工，低温条件下，水泥水化受限，早期强度发展较慢，严重影响施工进度，对于我国北方地区，低温季节较长，受施工进度影响，低温施工不可避免。因此，研制可在负温环境使用的套筒灌浆料，对促进装配式建筑的发展具有重大意义。
CN201910357884.9公开了一种可在-10℃负温环境下施工的套筒灌浆料，在水泥、细粉料、粗骨料、复合膨胀剂、减水剂、消泡剂、缓凝剂、早强剂常规灌浆料组分的基础上，添加降低冰点组份、发热组份、相变蓄热组分制备套筒灌浆料，生产得到的灌浆料能够在-10℃环境下的满足各项施工性能。其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，但生产过程采用生石灰、硬脂酸，成分复杂增加体系的不稳定性，需要材料之间共同粉磨，生产工艺复杂。
CN201711273212.7公开了一种低温套筒灌浆料及其制作工艺，在常规高强无收缩套筒灌浆的基础上添加抗冻组分、早强掺合料、调凝组分、低温塑性膨胀催化剂，最低可实现-5℃环境下，具有高流态、微膨胀、早期强度高的特点。解决低温环境(最低为-5℃)下，套筒灌浆料性能受温度影响，早期强度偏低或无强度、膨胀率无法满足要求甚至倒缩等问题。但采用多元醇及氢氧化锂作为原料，多元醇类一般为液体，施工时需要单独计量，且计量精度要求极高，另外氢氧化锂易潮解，且具有腐蚀性，为施工及储存带来诸多不便。
CN202010259183.4公开了一种低温型钢筋连接用套筒灌浆料及其使用方法，主要以快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、超高强硫铝酸盐水泥、石膏、掺合料、骨料、纳米晶核、抗冻剂、粉体聚羧酸高性能减水剂、聚醚类消泡剂、膨胀剂、纤维素醚、降粘剂作为原料。克服了现有技术的不足，特提供一种在负温条件下，尤其是低于
10℃时，工作性、力学性能及膨胀率都满足要求的套筒灌浆料，但原料中使用的快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥、超高强硫铝酸盐水泥价格昂贵，且纳米晶核的制备复杂，大大增加了生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种钢筋连接用低温套筒灌浆料及其制备方法，该钢筋连接用低温套筒灌浆料可实现-5℃条件下，具有高流态、微膨胀、早期强度发展快、后期强度高的特点，解决低温环境下常规套筒灌浆料水化受限导致难以满足施工要求的难题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
提供一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，按重量份数计，包括以下各组分：水泥800～1000份，改性硅灰10-50份，石膏10-100份，细骨料900～1100份，早强剂0.1～0.5份，缓凝剂1～3份，减水剂2～5份，消泡剂0.2～0.6份，膨胀剂0.1～0.5份，防冻剂1～5份，相变材料1～5份，水料比为0.11-0.15；其中：
所述水泥包括普通硅酸盐水泥300-600份、硫铝酸盐水泥100-400份和高铝水泥50-200份；其中普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥强度等级均为42.5；
所述改性硅灰由硅烷偶联剂对硅灰进行表面修饰后再在表面接枝有机组分得到；所述硅烷偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，所述有机组分为异戊烯醇聚氧乙烯醚；
所述膨胀剂包括早期膨胀剂和后期膨胀剂。
按上述方案，所述改性硅灰的制备包括以下步骤：将硅灰浸泡在稀盐酸中进行活化，2-4h后取出烘干，然后在50-60℃水浴下将其加入乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷乙醇溶液中，随后升温至70-90℃反应4-6h，然后在氮气环境下，加入异戊烯醇聚氧乙烯醚、双氧水、去离子水进行接枝反应1-3h，最后过滤分离得到改性硅灰。
优选地，稀盐酸浓度为10％-15％。
优选地，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷和硅灰重量比为(2-6):100。
优选地，异戊烯醇聚氧乙烯醚和硅灰的重量比为(5-20):100。
按上述方案，所述石膏为硬石膏。
按上述方案，所述细骨料为水洗烘干的河砂、石英砂、机制砂、金刚砂中至少一种。优选地，按重量百分比计，粒径1-3mm占45％-55％，粒径0-1mm占45％-55％。
按上述方案，所述早强剂为碳酸锂、硫酸锂、氟化锂、氢氧化锂、氟化锂中至少一种；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、酒石酸、柠檬酸、硼酸中至少一种。
按上述方案，所述减水剂为干粉状聚羧酸系减水剂；所述消泡剂为干粉状有机硅消泡剂。
按上述方案，所述膨胀剂中，早期膨胀剂和后期膨胀剂质量比为(1-3):1。
按上述方案，所述早期膨胀剂为偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物中至少一种；所述后期膨胀剂为氧化钙类、硫铝酸钙类、氧化镁类中至少一种。
按上述方案，所述防冻剂为硝酸钠、亚硝酸钠、亚硝酸钙、碳酸钾、氯化钙中至少一种。
按上述方案，所述相变材料为高导热纳米级微胶囊相变材料，颗粒尺寸为20-60μm，相变温度为5-30℃。
本发明还提供了一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，包括以下步骤：按照配方称取水泥、改性硅灰、石膏、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.11-0.15的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
本发明提供了一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，首先采用普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、高铝水泥三者通过合理配比复合使用，其中，普通硅酸盐水泥中的石膏及硅酸三钙水化产生的Ca(OH)2使得高铝水泥水化产生的CAH10、C2AH8以及AH3凝胶立即转变成C3AH6，同时石膏还能使得硫铝酸盐水泥中C4A3S快速反应生成大量钙矾石，大量钙矾石来不及包裹水泥颗粒从而表现出明显的诱导期，另外氢氧化钙和石膏的消耗又会加速C3S的水化，从而促成复合体系协同水化作用。同时改性硅灰中，硅灰通过硅烷偶联剂修饰后实现了表面接枝异戊烯醇聚氧乙烯醚；借助有机组分异戊烯醇聚氧乙烯醚产生的空间位阻斥力克服硅灰粒子间的范德华引力，实现硅灰在水泥基材料中的良好分散，一方面可以置换出水泥颗粒间的自由水，另一方面因为静电斥力增大了水泥分散程度，有利于提高整体密实度及流动性，另外改性硅灰不仅能够提供成核位点促进水泥水化，还具有火山灰效应，直接参与到水泥得水化中，提升强度。石膏的使用可以进一步促进钙矾石的生成，提升灌浆料各龄期强度。早强剂、缓凝剂、减水剂的合理搭配使得灌浆料具有较好初始流动度以及较小的30min流动度损失，同时能促进30min以后强度的快速发展，保证早期强度。早期膨胀剂和后期膨胀剂的搭配使用使得该复合膨胀组分在水化早期、后期都能发生反应产生膨胀，更好的补偿混凝土各时期的收缩。防冻剂的使用可以降低浆体孔溶液的冰点，使得胶凝材料在负温时仍可发生水化反应。相变材料的使用在水化升温初期可以吸收并储存部分热量，降低浆体温峰，降低散热速率；在降温阶段，其可以释放热量，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，促进水泥完全水化。
本发明的有益效果如下：
1.本发明提供一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，采用合理配比的普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、高铝水泥复合并辅以改性硅灰、石膏，再配合防冻剂、相变材料、早强剂、缓凝剂、减水剂、早期膨胀剂和后期膨胀剂，提高了灌浆材料在低温环境条件下的强度发展速度，确保灌浆料尽快达到临界受冻强度，同时还确保了该灌浆材料具有良好的工作性能及足够的操作时间，低负温条件下具有早期不收缩后期微膨胀的特性；此外还提升了负温水化硬化特性，在不采取加热、保温措施的情况下，适用于-5-10℃环境的套筒灌浆施工，解决现有常规灌浆料低温条件下水化受限导致强度不足而无法使用的难题。
2.本发明提供一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，原料来源广泛，制备方法简单，施工便捷，在现场直接加入水搅拌均匀后即可灌浆，且普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥均采用42.5级，成本较低。
具体实施方式
为更好理解本发明内容，下面结合实例进一步阐述，但本发明内容并不局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述普通硅酸盐水泥为洋房P.O 42.5、硫酸盐水泥为宜城安达42.5级R.SAC、高铝水泥为郑州菁华CA50-Ⅱ，石膏为天然硬石膏，细骨料为石英砂(粒径1-3mm占55％，粒径0-1mm占45％)，早强剂为市售碳酸锂，缓凝剂为市售硼酸，消泡剂为德国AGITAN牌粉末消泡剂P803，减水剂为兴邦建材PC-1030，膨胀剂为偶氮二甲酰胺和硫铝酸钙1:1复合，防冻剂为市售亚硝酸钠，相变材料为德国Rubitherm公司生产的
PX。
以下实施例中，改性硅灰制备包括以下步骤：
将10g硅灰浸泡在100ml浓度为15％的稀盐酸中进行活化，3h后取出烘干，然后在50℃水浴下将其加入200ml乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷乙醇溶液(含乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷0.5g)中，随后升温至80℃反应5h，然后在氮气环境下，加入1g异戊烯醇聚氧乙烯醚、30ml双氧水、100g去离子水进行接枝反应2h，最后过滤分离得到改性硅灰。
实施例1
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，包括以下重量份的各组分：普通硅酸盐570份，硫铝酸盐水泥100份，高铝水泥200份，改性硅灰40份，石膏90份，细骨料1000份，早强剂0.5份，缓凝剂2.5份，消泡剂0.4份，减水剂4.5份，膨胀剂0.2份，防冻剂2份，相变材料2份。
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取水泥、掺合料、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.115的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
实施例2
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，包括以下重量份的各组分：普通硅酸盐520份，硫铝酸盐水泥200份，高铝水泥150份，改性硅灰40份，石膏90份，细骨料1000份，早强剂0.2份，缓凝剂2.1份，消泡剂0.4份，减水剂4.5份，膨胀剂0.2份，防冻剂2份，相变材料2份。
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取水泥、掺合料、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.115的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
实施例3
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，包括以下重量份的各组分：普通硅酸盐470份，硫铝酸盐水泥300份，高铝水泥100份，改性硅灰40份，石膏90份，细骨料1000份，早强剂0.4份，缓凝剂1.9份，消泡剂0.4份，减水剂4.5份，膨胀剂0.2份，防冻剂2份，相变材料2份。
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取水泥、掺合料、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.115的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
实施例4
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，包括以下重量份的各组分：普通硅酸盐420份，硫铝酸盐水泥400份，高铝水泥50份，改性硅灰40份，石膏90份，细骨料1000份，早强剂0.3份，缓凝剂2.3份，消泡剂0.4份，减水剂4.5份，膨胀剂0.2份，防冻剂2份，相变材料2份。
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取水泥、掺合料、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.115的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
实施例5
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，包括以下重量份的各组分：普通硅酸盐320份，硫铝酸盐水泥400份，高铝水泥150份，改性硅灰40份，石膏90份，细骨料1000份，早强剂0.4份，缓凝剂2.5份，消泡剂0.4份，减水剂4.5份，膨胀剂0.2份，防冻剂2份，相变材料2份。
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取水泥、掺合料、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.115的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
对比例1
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，包括以下重量份的各组分：普通硅酸盐160份，硫铝酸盐水泥640份，高铝水泥70份，改性硅灰40份，石膏90份，细骨料1000份，早强剂0.5份，缓凝剂2.5份，消泡剂0.4份，减水剂4.5份，膨胀剂0.2份，防冻剂2份，相变材料2份。
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取水泥、掺合料、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.115的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
对比例2
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，包括以下重量份的各组分：普通硅酸盐570份，硫铝酸盐水泥100份，高铝水泥200份，普通硅灰40份，石膏90份，细骨料1000份，早强剂0.5份，缓凝剂2.5份，消泡剂0.4份，减水剂4.5份，膨胀剂0.2份，防冻剂2份，相变材料2份。
一种钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取水泥、掺合料、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.115的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
各实施例制备得到的钢筋连接用低温套筒灌浆料性能测试结果如下表所示：
表1各实施例性能测试结果
注：上表中-1d表示-5℃环境下养护1d，-3d表示-5℃环境下养护3d，-7+21d表示-5℃环境下养护7d后转入标准养护条件养护21d。
由上述表1可以看出，对比例1中复合水泥比例不在本发明内时，套筒灌浆料强度较低，无法满足使用要求；对比例2中使用未改性硅灰时，套筒灌浆料虽能满足使用要求，但流动度较低，强度整体不高；而本发明提供的低温套筒灌浆料性能良好，各性能指标均满足甚至远优于JG/T408-2019《钢筋连接用套筒灌浆料》标准规定，是一种高流态、微膨胀、早期强度发展快、后期强度高的高性能套筒灌浆料。
以上所述实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，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，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钢筋连接用低温套筒灌浆料，其特征在于，按重量份数计，包括以下各组分：水泥800～1000份，改性硅灰10-50份，石膏10-100份，细骨料900～1100份，早强剂0.1～0.5份，缓凝剂1～3份，减水剂2～5份，消泡剂0.2～0.6份，膨胀剂0.1～0.5份，防冻剂1～5份，相变材料1～5份，水料比为0.11-0.15；其中：
所述水泥包括普通硅酸盐水泥300-600份、硫铝酸盐水泥100-400份和高铝水泥50-200份；其中普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥强度等级均为42.5；
所述改性硅灰由硅烷偶联剂对硅灰进行表面修饰后再在表面接枝有机组分得到；所述硅烷偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，所述有机组分为异戊烯醇聚氧乙烯醚；
所述膨胀剂包括早期膨胀剂和后期膨胀剂。
2.根据权利要求1所述的套筒灌浆料，其特征在于，所述改性硅灰的制备包括以下步骤：将硅灰浸泡在稀盐酸中进行活化，2-4h后取出烘干，然后在50-60℃水浴下将其加入乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷乙醇溶液中，随后升温至70-90℃反应4-6h，然后在氮气环境下，加入异戊烯醇聚氧乙烯醚、双氧水、去离子水进行接枝反应1-3h，最后过滤分离得到改性硅灰。
3.根据权利要求2所述的套筒灌浆料，其特征在于，稀盐酸浓度为10％-15％。
4.根据权利要求2所述的套筒灌浆料，其特征在于，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷和硅灰重量比为(2-6):100；异戊烯醇聚氧乙烯醚和硅灰的重量比为(5-20):100。
5.根据权利要求1所述的套筒灌浆料，其特征在于，所述石膏为硬石膏；所述细骨料为水洗烘干的河砂、石英砂、机制砂、金刚砂中至少一种。
6.根据权利要求1所述的套筒灌浆料，其特征在于，所述早强剂为碳酸锂、硫酸锂、氟化锂、氢氧化锂、氟化锂中至少一种；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、酒石酸、柠檬酸、硼酸中至少一种；所述减水剂为干粉状聚羧酸系减水剂；所述消泡剂为干粉状有机硅消泡剂。
7.根据权利要求1所述的套筒灌浆料，其特征在于，所述膨胀剂中，早期膨胀剂和后期膨胀剂质量比为(1-3):1。
8.根据权利要求1所述的套筒灌浆料，其特征在于，所述早期膨胀剂为偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物中至少一种；所述后期膨胀剂为氧化钙类、硫铝酸钙类、氧化镁类中至少一种。
9.根据权利要求1所述的套筒灌浆料，其特征在于，所述防冻剂为硝酸钠、亚硝酸钠、亚硝酸钙、碳酸钾、氯化钙中至少一种；所述相变材料为高导热纳米级微胶囊相变材料，颗粒尺寸为20-60μm，相变温度为5-30℃。
10.一种权利要求1-9任一项所述的钢筋连接用低温套筒灌浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照配方称取水泥、改性硅灰、石膏、细骨料、早强剂、缓凝剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂、防冻剂和相变材料混合搅拌均匀后，以0.11-0.15的水料比加水搅拌制得钢筋连接用低温套筒灌浆料。
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