一种增强抗裂水泥基灌浆料及其制备方法

摘要

一种增强抗裂水泥基灌浆料及其制备方法，该灌浆料由以下原料制成：石英砂、水泥、硅灰、混凝土废料、粉状聚羧酸减水剂、触变润滑剂、碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料、膨胀剂和消泡剂；本发明添加了碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料，显著提高了灌浆料的抗压强度、断裂韧性，天然橡胶粉体增加了灌浆料的弹性、流动性和抗蠕变能力，二者形成了复合增强抗裂效果；本发明通过在水泥中添加硅灰和混凝土废料，不仅环保且降低了成本，还使得水泥浆体的颗粒级配得到了优化，水泥浆体各组分分散更均匀，能够增强灌浆料的体积稳定性及流动性能，提高灌浆料的可操作性和后期强度；本发明制备方法简单，成本较低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种灌浆料及其制备方法，尤其涉及一种增强抗裂水泥基灌浆料及其制备方法。

背景技术

水泥基灌浆料是一种由水泥、骨料、外加剂和矿物掺合料等原材料混配而成，在使用地点按规定比例加水或配套组分拌和，用于螺栓锚固、结构加固、预应力孔道等灌浆的材料。水泥基灌浆材料加水拌和均匀后，因其具有自流性好、强度高、微膨胀、无毒、无害、对水质及周围环境无污染、绿色环保，且在施工方面具有质量可靠、降低成本、缩短工期和使用方便等优点，而被广泛应用于装配式建筑灌浆、设备安装以及混凝土加固修补，其它普通混凝土难以浇注的不规则死角、边角及混凝土空洞补灌修复等工程。

目前市售的水泥基灌浆料品种较多，按其主要强度来源的胶凝材料分，大体可细分为五种，即硅酸盐水泥（或普通硅酸盐水泥，下统称硅酸盐水泥）基灌浆料、硫铝酸盐水泥基灌浆料、硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合的水泥基灌浆料、硅酸盐水泥-铝酸盐水泥复合的水泥基灌浆料和水泥基水性环氧树脂灌浆料。每种灌浆料都有其性能特点，对应用范围和施工条件等，都有相应的适用范围。

但是传统的水泥基灌浆材料往往使用较大的水灰比，因而存在强度低、泌水严重、容易开裂等现象，灌后甚至出现残留裂缝，成为渗漏通道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有良好的稳定性和流动性，强度大，抗开裂抗渗性好，易于工业化生产，且成本较低的增强抗裂水泥基灌浆料。

本发明进一步要解决的技术问题是，提供一种增强抗裂水泥基灌浆料的制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种增强抗裂水泥基灌浆料，由以下原料制成：石英砂、水泥、硅灰、混凝土废料、粉状聚羧酸减水剂、触变润滑剂、碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料、膨胀剂和消泡剂。

进一步，所述原料的重量份配比为：石英砂40~52份，水泥42~54份，硅灰3~6份，混凝土废料3~5份，粉状聚羧酸减水剂0.3~0.6份，触变润滑剂0.05~0.1份，碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料2~4份，膨胀剂0.1~0.3份，消泡剂0.1~0.3份。

进一步，所述原料的重量份配比优选为：石英砂42~50份，水泥44~50份，硅灰3.5~5.5份，混凝土废料3.5~4.5份，粉状聚羧酸减水剂0.35~0.55份，触变润滑剂0.06~0.09份，碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料2.5~3.5份，膨胀剂0.15~0.25份，消泡剂0.15~0.25份。

进一步，所述原料组分优选为按以下重量份组成：石英砂45份，水泥47份、硅灰4份，混凝土废料3.5份，粉状聚羧酸减水剂0.4份，触变润滑剂0.08份，碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料3份，膨胀剂0.2份，消泡剂0.2份。

进一步，所述石英砂由粒径50~80目的石英砂和粒径100~200目的石英砂按质量比1:1~3混合而成。

进一步，所述石英砂由粒径50~80目的石英砂和粒径100~200目的石英砂优选为按质量比1:1混合而成。

进一步，所述硅灰的中位径为0.2~0.5微米，比表面积为15~25m

进一步，所述硅灰的中位径优选为0.3微米。

进一步，所述碳纳米管为直径10~20nm，长度5~15µm的多壁碳纳米管.

进一步，所述天然橡胶为40~60目的天然橡胶粉体。

进一步，所述混凝土废料的粒径为40~60目。

进一步，所述水泥为硅酸盐水泥。

进一步，所述触变润滑剂为硅酸镁铝。

进一步，所述膨胀剂为UEA膨胀剂或CSA膨胀剂。

进一步，所述消泡剂为有机硅类粉末消泡剂。

本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种增强抗裂水泥基灌浆料的制备方法，包括下列步骤：

（1）将碳纳米管加入去离子水中，超声分散，接着加入羟丙基甲基纤维素，进行搅拌；然后加入天然橡胶粉体，进行搅拌；再滴加硅烷偶联剂，搅拌均匀，干燥，得碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料；

（2）将石英砂、水泥、硅灰、混凝土废料混合，搅拌均匀，然后依次加入步骤（1）所得的碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料，粉状聚羧酸减水剂、触变润滑剂、膨胀剂和消泡剂，搅拌均匀，即得增强抗裂水泥基灌浆料。

进一步，步骤（1）中，所述去离子水的温度为60~80℃；所述干燥的温度为50~60℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明添加了碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料，在灌浆料内部形成碳纳米管增强结构，显著提高了灌浆料的抗压强度、断裂韧性，天然橡胶粉体增加了灌浆料的弹性、流动性和抗蠕变能力，二者形成了复合增强抗裂效果；

（2）本发明增强抗裂水泥基灌浆料，通过在水泥中添加硅灰和混凝土废料，不仅环保且降低了成本，还使得水泥浆体的颗粒级配得到了优化，水泥浆体各组分分散更均匀，能够增强灌浆料的体积稳定性及流动性能，提高灌浆料的可操作性和后期强度；

（3）本发明增强抗裂水泥基灌浆料，优选方案，采用粒径50~80目的石英砂和粒径100~200目的石英砂，中位径0.2~0.5微米的硅灰和粒径40~60目的混凝土废料进行配合使用，使骨料具有很好的颗粒级配，从而减小原料间的孔隙率，改进现有技术中灌浆料的离析分层现象。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。需要指出的是，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，这些实施例不得用于解释对本申请权利要求请求保护范围的限制。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前提下所获得的所有其他变更或修饰，都属于本申请权利要求的保护范围。

实施例1

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料，由以下重量份的原料制成：45份石英砂（粒径50~80目的石英砂和粒径100~200目的石英砂按质量比1:1混合而成）、46份水泥、4.5份硅灰、3.5份混凝土废料、0.4份A14型粉状聚羧酸减水剂、0.08份触变润滑剂（硅酸镁铝）、3份碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料、0.2份膨胀剂（UEA膨胀剂）、0.2份B-328F型粉末消泡剂。

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料的制备方法，包括下列步骤：

（1）将15g碳纳米管加入温度为60℃的1L去离子水中，超声分散30 min，接着加入1g羟丙基甲基纤维素，搅拌20min；然后加入45g天然橡胶粉体，搅拌30 min；再降温至30℃，滴加0.1gKH550型硅烷偶联剂，搅拌30 min后，在50℃下低温干燥，得碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料；

（2）将石英砂、水泥、硅灰、混凝土废料混合，搅拌均匀，然后依次加入步骤（1）所得的碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料，粉状聚羧酸减水剂、触变润滑剂、膨胀剂和消泡剂，搅拌均匀，即得增强抗裂水泥基灌浆料。

实施例2

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料，由以下重量份的原料组分制成：44份石英砂（粒径50~80目的石英砂和粒径100~200目的石英砂按质量比1:1混合而成）、47份水泥、3.5份硅灰、4.0份混凝土废料、0.45份A14型粉状聚羧酸减水剂、0.07份触变润滑剂（硅酸镁铝）、3.5份碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料、0.15份膨胀剂（UEA膨胀剂）、0.2份B-328F型粉末消泡剂。

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料的制备方法，包括下列步骤：

（1）将18g碳纳米管加入温度为60℃的1L去离子水中，超声分散40 min，接着加入1g羟丙基甲基纤维素，搅拌20min；然后加入45g天然橡胶粉体，搅拌30 min；再降温至30℃，滴加0.15g KH550型硅烷偶联剂，搅拌30 min后，在50℃下低温干燥，得碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料；

（2）将石英砂、水泥、硅灰、混凝土废料混合，搅拌均匀，然后依次加入步骤（1）所得的碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料，粉状聚羧酸减水剂、触变润滑剂、膨胀剂和消泡剂，搅拌均匀，即得增强抗裂水泥基灌浆料。

实施例3

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料，由以下重量份的原料组分制成：46份石英砂（粒径50~80目的石英砂和粒径100~200目的石英砂按质量比1:2混合而成）、46份水泥、5.0份硅灰、3.5份混凝土废料、0.4份A18型粉状聚羧酸减水剂、0.07份触变润滑剂（硅酸镁铝）、3.0份碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料、0.2份膨胀剂（CSA膨胀剂）、0.15份B-328F型粉末消泡剂。

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料的制备方法，包括下列步骤：

（1）将16g碳纳米管加入温度为70℃的1L去离子水中，超声分散30 min，接着加入1g羟丙基甲基纤维素，搅拌20min；然后加入45g天然橡胶粉体，搅拌30 min；再降温至30℃，滴加0.15g KH550型硅烷偶联剂，搅拌30 min后，在50℃下低温干燥，得碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料；

（2）将石英砂、水泥、硅灰、混凝土废料混合，搅拌均匀，然后依次加入步骤（1）所得的碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料，粉状聚羧酸减水剂、触变润滑剂、膨胀剂和消泡剂，搅拌均匀，即得增强抗裂水泥基灌浆料。

实施例4

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料，由以下重量份的原料组分制成：43份石英砂（粒径50~80目的石英砂和粒径100~200目的石英砂按质量比1:1混合而成）、44份水泥、4.0份硅灰、4.0份混凝土废料、0.45份A18型粉状聚羧酸减水剂、0.08份触变润滑剂（硅酸镁铝）、3.5份碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料、0.25份膨胀剂（CSA膨胀剂）、0.2份B-328F型粉末消泡剂。

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料的制备方法，包括下列步骤：

（1）将19g碳纳米管加入温度为80℃的1L去离子水中，超声分散50 min，接着加入1g羟丙基甲基纤维素，搅拌30min；然后加入45g天然橡胶粉体，搅拌30 min；再降温至30℃，滴加0.15g KH570型硅烷偶联剂，搅拌30 min后，在50℃下低温干燥，得碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料；

（2）将石英砂、水泥、硅灰、混凝土废料混合，搅拌均匀，然后依次加入步骤（1）所得的碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料，粉状聚羧酸减水剂、触变润滑剂、膨胀剂和消泡剂，搅拌均匀，即得增强抗裂水泥基灌浆料。

实施例5

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料，由以下重量份的原料组分制成：45份石英砂（粒径50~80目的石英砂和粒径100~200目的石英砂按质量比1:3混合而成）、44份水泥、5.0份硅灰、3.5份混凝土废料、0.5份A14型粉状聚羧酸减水剂、0.07份触变润滑剂（硅酸镁铝）、3.5份碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料、0.2份膨胀剂（CSA膨胀剂）、0.15份B-328F型粉末消泡剂。

本实施例增强抗裂水泥基灌浆料的制备方法，包括下列步骤：

（1）将18g碳纳米管加入温度为80℃的1L去离子水中，超声分散40 min，接着加入1g羟丙基甲基纤维素，搅拌30min；然后加入45g天然橡胶粉体，搅拌30 min；再降温至30℃，滴加0.2g KH570型硅烷偶联剂，搅拌30 min后，在50℃下低温干燥，得碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料；

（2）将石英砂、水泥、硅灰、混凝土废料混合，搅拌均匀，然后依次加入步骤（1）所得的碳纳米管/天然橡胶复合抗裂材料，粉状聚羧酸减水剂、触变润滑剂、膨胀剂和消泡剂，搅拌均匀，即得增强抗裂水泥基灌浆料。

性能测试：将实施例1~5所得的增强抗裂水泥基灌浆料分别加水进行搅拌，加水量为增强抗裂水泥基灌浆料质量的12%，水温20℃，检测灌浆料的各项技术指标。检测结果如表1所示。

表1 实施例1~5增强抗裂水泥基灌浆料的检测结果