一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料及其制备方法，较适用于海上工程项目。

背景技术

水泥基灌浆材料是由水泥为基本材料，适量的细骨料及加入少量的混凝土外加剂及其他材料组成的干混材料，加水拌合后具有大流动度、早强、高强、微膨胀、致密等性能。

随着我国城市规模的不断扩张及基础设施建设的不断深化、完善，兼且由粗放型转为集约型发展的重工业建设如火如荼，各种大型、异型结构应运而生，而不同的结构和不同的服役条件对材料的性能要求不一，且社会化大生产对生产效率的要求越来越高。建造于恶劣环境下的建筑工程或者特殊部位、有特殊性能要求的施工环境，对材料的性能要求相对较高，常规材料很难满足要求，如海洋的抗氯盐侵蚀环境中的建筑工程、我国的北方抗冻融环境中的建筑工程及长期磨损环境中的路面工程等，又比如大型机器基础底座或者地脚螺栓的灌浆、建筑物或者道路的加固和钢结构与基础之间的二次灌浆等。不同工程施工的难易程度、业主的工期要求以及人为的工程质量控制水准各不相同，这些因素都会增加工程对材料的性能要求。尤其是是随着我国海上事业蓬勃发展，普通建筑材料已经难以胜任海上恶劣环境，适用于海上盐碱腐蚀工况的建筑材料就亟待发展。

领域中所用到的混凝土，大都按照传统工艺用砂子、石子、水、水泥按定量配合加工而成，由于原料存在差异，制成后的混凝土密度大，混凝土的抗离析性能差，水泥的用量大，混凝土的凝结时间短等缺点，从而导致后期施工难度大、施工周期长、成本投入高，实用性能差，可靠性不高，施工质量差等问题，因而常规的混凝土材料难以满足实际生产的要求，故早强、超高强的灌浆材料应运而生。

同时，在工程实践的过程中，需要使用低粘度、高流态、超高强、微膨胀、早强等高性能水泥组份料时，大部分为现场配置。混凝土现配现用，这样一是影响工程进度；二是拌和物的性能不稳定，影响工程质量；三是现场拌和，污染环境。在实际施工工程中，特殊部位、特殊环境需要用的特殊性能的水泥组份的量往往较少，但其作用又极其关键，专门去进行设计、试验、生产，在技术和经济方面不合算，故研发能够满足不同特殊部位的诸多性能的水泥基灌浆材料具有重要现实意义。

现有技术中，能够满足不同特殊部位要求的新型水泥组份料混合料的相关研究成果相对较为丰富，但也存在以下问题：研究成果仅仅集中在某一方面或者几方面，性能相对单一；目前超高强水泥基预混料的研究虽然较多，但是仍然存在缺陷，如收缩较大等；市场上常用的超高性能灌浆材料往往是有机预混料，成本较高，而且对环境污染较大，不能满足环保的要求。

因而，研发一种能够满足特许施工环境的要求，具有低粘度、高流动性、早强、超高强、高韧性、超高耐久性、微膨胀、高致密性等多样性能，兼具抵御收缩、低成本、环保等特性的灌浆材料具有现实意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，其兼具有低粘度、高流动性、早强、超高强、高韧性、超高耐久性、微膨胀、高致密性、抵御收缩等多种特性，而且成本低廉、能够满足环保要求。

本发明的目的之二在于提供本发明目的之一的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的制备方法，该制备方法简易、操作简便、制备条件容易控制，对生产设备要求较低，是一种容易实现工业化生产的方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：

水10-30份、胶凝材料50-150份、石英砂60-100份、减水剂1-5份、促凝剂0.1-3份和膨胀剂0.01-0.1份。

进一步地，所述胶凝材料包括以下组分：

P·I 52.5普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、超细矿粉、超细粉煤灰、石膏和石英粉，其百分比例为：P·I 52.5普通硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：硅灰：超细矿粉：超细粉煤灰：石膏：石英粉＝50～55：5：10～15:10～12:5:10：5。

进一步地，所述石英砂的表观密度为2500kg/m

进一步地，所述减水剂包括聚羧酸减水剂。

进一步地，所述膨胀剂为塑性膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和氧化钙膨胀剂中的一种或两种以上组合，所述膨胀剂的3h限制膨胀率为0.1％-0.3％。

进一步地，所述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的初凝时间≥60min。

进一步地，所述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的1天抗压强度≥35MPa，3天抗压强度≥70MPa，28天抗压强度≥120MPa。

进一步地，所述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的初始流动度≥360mm，30min流动度保留值≥330mm。

进一步地，所述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的耐冻融循环＞1000次，RCM氯离子扩散系数＜10-

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

本发明的目的之一所述的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

混合的步骤：将搅拌机的筒体进行润湿，然后加入配方量的水泥、石英砂、促凝剂和膨胀剂，搅拌2-3min，得到混合物；

制备成品的步骤：在所述混合物中加入配方量的减水剂和水，继续搅拌2-3分钟，即得高流动性的超高强度水泥基灌浆材料。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，通过水、水泥、石英砂、减水剂、促凝剂和膨胀剂的合理配比，从而兼具低粘度、高流动性、早强、超高强、高韧性、超高耐久性、微膨胀、高致密性、抵御收缩等多种特性，能够适应多样的特许环境、特许结构部位的施工要求，尤其适用于难以施工的异型结构。对大型机器基础灌浆、风机发电基础灌浆、路桥工程加固等施工的施工效果极其优越。同时，其通过利用水泥基灌浆材料拌和物的超高流动性，使得施工的结构能够通过自流具有密实的效果。水泥基灌浆材料具有微膨胀特性，因而是适合灌浆的优良材料。而且，水泥基灌浆材料的组成成分均是市场上常见的原材料，因而成本较低，能够降低工程造价。

2.本发明的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料具有早强、超高强的特性，安定性较好，1h能够完成初凝，1d强度可达到35MPa以上，适用于抢修工程或赶工期工程。本发明的超高强度水泥基灌浆材料可以解决施工周期较短的异型结构施工灌注问题以及海洋盐侵蚀情况下的耐久性问题，其施工方便、质量可靠，并且服役时间长，环境适应性强。

3.本发明的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的建筑实体密实、均匀，具有极强的耐久性，具有抗水渗透性(抗渗等级≥P35)、抗碳化性能(碳化深度0mm)、抗冻融(耐冻融循环>1000次)、抗硫酸盐侵蚀(抗腐蚀系数≥KS150)、抗氯盐侵蚀(RCM<10-

4.本发明的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料通过调节促凝剂的用量、以及促凝剂和水泥、减水剂的配比来调整初、终凝时间，本发明的配比中，促凝剂在保证30min流动度的前提下，可使水泥基灌浆材料的初凝时间提前到60min。

5.本发明的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的制备方法，其操作简便、制备条件容易控制，对生产设备要求较低，是一种容易实现工业化生产的方法。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，包括以下重量份的各组分：

水10-30份、胶凝材料50-150份、石英砂60-100份、减水剂1-5份、促凝剂0.1-3份和膨胀剂0.01-0.1份。

作为进一步的实施方式，胶凝材料包括以下组分：

P·I 52.5普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、超细矿粉、超细粉煤灰、石膏和石英粉，其百分比例为：P·I 52.5普通硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：硅灰：超细矿粉：超细粉煤灰：石膏：石英粉＝50～55：5：10～15:10～12:5:10：5。

作为进一步的实施方式，石英砂的表观密度为2500kg/m

作为进一步的实施方式，减水剂包括聚羧酸减水剂。

作为进一步的实施方式，膨胀剂为塑性膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和氧化钙膨胀剂中的一种或两种以上组合，膨胀剂的3h限制膨胀率为0.1％-0.3％。

作为进一步的实施方式，高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的初凝时间≥60min。

作为进一步的实施方式，高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的初始流动度≥360mm，30min流动度保留值≥330mm。

作为进一步的实施方式，高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的耐冻融循环＞1000次，RCM氯离子扩散系数＜10

上述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

混合的步骤：将搅拌机的筒体进行润湿，然后加入配方量的水泥、石英砂、促凝剂和膨胀剂，搅拌2-3min，得到混合物；

制备成品的步骤：在混合物中加入配方量的减水剂和水，继续搅拌2-3分钟，即得高流动性的超高强度水泥基灌浆材料。

一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，包括以下重量份的各组分：

水10份、胶凝材料50份、石英砂60份、减水剂5份、促凝剂3份和膨胀剂0.1份。

其中，水泥包括以下组分：P·I52.5普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、细矿粉、超细粉煤灰、石膏和石英粉。石英砂的表观密度为2500kg/m

膨胀剂为塑性膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和氧化钙膨胀剂，膨胀剂的3h限制膨胀率为0.1％。

上述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

混合的步骤：将搅拌机的筒体进行润湿，然后加入配方量的水泥、石英砂、促凝剂和膨胀剂，搅拌3min，得到混合物；

制备成品的步骤：在所述混合物中加入配方量的减水剂和水，继续搅拌2分钟，即得高流动性的超高强度水泥基灌浆材料。

一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，包括以下重量份的各组分：

水30份、胶凝材料150份、石英砂100份、减水剂1份、促凝剂0.1份和膨胀剂0.01份。

其中，胶凝材料组分为P·I 52.5普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、超细矿粉、超细粉煤灰、石膏和石英粉，其百分比例为：P·I 52.5普通硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：硅灰：超细矿粉：超细粉煤灰：石膏：石英粉＝50～55：5：10～15:10～12:5:10：5。

作为进一步的实施方式，石英砂的表观密度为2500kg/m

膨胀剂为塑性膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和氧化钙膨胀剂，膨胀剂的3h限制膨胀率为0.1％-0.3％。

上述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

混合的步骤：将搅拌机的筒体进行润湿，然后加入配方量的水泥、石英砂、促凝剂和膨胀剂，搅拌2min，得到混合物；

制备成品的步骤：在所述混合物中加入配方量的减水剂和水，继续搅拌2分钟，即得高流动性的超高强度水泥基灌浆材料。

一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，包括以下重量份的各组分：

水17份、胶凝材料100份、石英砂83份、减水剂3.2份、促凝剂0.3份和膨胀剂0.05份。

其中，胶凝材料组分为P·I 52.5普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、超细矿粉、超细粉煤灰、石膏和石英粉，其百分比例为：P·I 52.5普通硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：硅灰：超细矿粉：超细粉煤灰：石膏：石英粉＝50～55：5：10～15:10～12:5:10：5。

作为进一步的实施方式，石英砂的表观密度为2500kg/m

膨胀剂为塑性膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和氧化钙膨胀剂，膨胀剂的3h限制膨胀率为0.3％。

上述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

混合的步骤：将搅拌机的筒体进行润湿，然后加入配方量的水泥、石英砂、促凝剂和膨胀剂，搅拌3min，得到混合物；

制备成品的步骤：在所述混合物中加入配方量的减水剂和水，继续搅拌3分钟，即得高流动性的超高强度水泥基灌浆材料。

一种高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，包括以下重量份的各组分：

水19份、胶凝材料100份、石英砂83份、减水剂3.2份、促凝剂1份和膨胀剂0.06份。

其中，胶凝材料组分为P·I 52.5普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、超细矿粉、超细粉煤灰、石膏和石英粉，其百分比例为：P·I 52.5普通硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：硅灰：超细矿粉：超细粉煤灰：石膏：石英粉＝50～55：5：10～15:10～12:5:10：5。

作为进一步的实施方式，石英砂的表观密度为2500kg/m

膨胀剂为塑性膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和氧化钙膨胀剂，膨胀剂的3h限制膨胀率为0.1％-0.3％。

上述高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

混合的步骤：将搅拌机的筒体进行润湿，然后加入配方量的水泥、石英砂、促凝剂和膨胀剂，搅拌3min，得到混合物；

制备成品的步骤：在所述混合物中加入配方量的减水剂和水，继续搅拌2分钟，即得高流动性的超高强度水泥基灌浆材料。

通过以下试验来进一步阐述本发明的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的有益效果。

性能测试：

将实施例1-4的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料进行性能测试，性能测试结果见表1。

表1为实施例1-4的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料的性能测试结果：

从表1可以看出，本发明的高流动性的超高强度水泥基灌浆材料，具有早强、超高强的特性，安定性较好，1h能够完成初凝，1d强度可达到35MPa以上，适用于抢修工程或赶工期工程。具有抗氯盐侵蚀的性能，能够解决海洋盐侵蚀情况下的耐久性问题。还具有低粘度、高流动性，流动度损失值极小；高韧性、超高耐久性、微膨胀、高致密性、抵御收缩等多种特性，能够适应多样的特许环境、特许结构部位的施工要求，尤其适用于施工周期较短的异型结构施工灌注问题以及海洋盐侵蚀情况下的耐久性问题，服役时间长，环境适应性强。

上述实施方式仅为本发明的优选实施例方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。