專利名稱：無機多元復合超早強灌漿材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種灌漿材料，特別是涉及一種用于工程搶險、工程修補、老舊建筑加固、鐵路支座砂漿等領域，也可作為普通灌漿材料使用的無機多元復合環保型超早強灌漿材料，其優越的超早強性能，可有望進入國防、核工業等領域。
背景技術：
隨著社會的進步和科學技術的發展 ，環保節能成為當今世界發展的兩大主題。而化學灌漿材料的毒性及環境污染問題和傳統無機灌漿材料不能滿足工程需求一直捆饒工程技術人員和研究人員；鐵路支座砂漿(超早強灌漿料)這一新的需求領域的出現，巨額的利潤驅使許多研究單位投入其中，隨著國家加大基礎設施建設的投入，出現了更多要求工期短、早期強度高等工程以及工程搶險、工程修補等領域，市場對高性能灌漿材料的需求越來越大，而且對其性能和環保要求也越來越高。目前，國內外研究系列高強無收縮灌漿材料的單位很多，其研究內容主要集中在特種水泥與硅酸鹽水泥石膏的復合方面，其性能也沒有突破性進展，而且國內外這方面的的研究信息比較少，研究結果也頗有爭議。存在的主要問題是復合體系配比設計比較隨意，沒有太多科學根據，其次是體系的凝結時間不易控制，最為根本的問題是對復合體系水化機理尚未進行深入的研究，僅僅將興趣放在宏觀性能方面，導致了對復合體系的設計缺乏科學性和理論性的指導。而對硫鋁酸鹽水泥-鋁酸鹽水泥-石膏三元復合體系的研究報道還沒有發現。有關超早強灌漿材料國內外雖有較多的研究，國外超早強灌漿材料初始流動性能較好，但是小時抗壓強度和抗折強度不能得到較好的發展，或者是抗壓強度高時抗折強度較低；國內超早強灌漿材料特點是初始流動度值較大時，小時強度較低，或者是小時強度較高時，流動度損失較大，兩者不能很好地統一。因此，如果能將超早強促凝調控技術、緩凝技術和微膨脹技術實現有機結合，來進行系統的研究硫鋁酸鹽水泥-鋁酸鹽水泥-石膏三元復合體系，以實現高小時強度和低流動度損失的矛盾統一。該體系的研發對工程搶險、工程修補提供了技術保障，并可嘗試開拓該體系新的應用領域，比如國防、核工業、甚至航空等領域。該項研究填補了國內外硫鋁酸鹽水泥一招酸鹽水泥一石膏三元復合體系研究的空白。
發明內容
本發明克服了現有技術存在的缺點，提供了一種抗壓強度高、流動度經時損失小、生產過程簡單、無毒無污染的無機多元復合超早強灌漿材料。為達上述目的，本發明一種無機多元復合超早強灌漿材料，含有50-65重量份的膠凝材料、30-46重量份的石英砂和助劑；所述膠凝材料由62-68重量份的硫鋁酸鹽水泥、18-25重量份的鋁酸鹽水泥和8-15重量份的石膏組成；所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 029Γ0. 06%,硫酸鈉O. 99Γ1. 4%，硼砂O. 3°/Γθ. 6%，三聚磷酸鈉O. 05% O. 09%,葡萄糖酸鈉O. 01% O. 03%,硫酸亞鐵O. 4% 0· 7%，消泡劑O. 15% O. 2%，聚丙烯纖維O. 29Π). 4%，萘系高效減水劑(即萘系減水劑)I. 49Γ1. 8%。本發明無機多元復合超早強灌漿材料，優選含有56重量份的膠凝材料、42重量份的石英砂和助劑；所述膠凝材料由62重量份的硫鋁酸鹽水泥、18重量份的鋁酸鹽水泥和8重量份的石膏組成；所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 02%，硫酸鈉I. 0%，硼砂O. 3%，三聚磷酸鈉O. 05%,葡萄糖酸鈉O. 01%,硫酸亞鐵O. 4%，消泡劑O. 15%，聚丙烯纖維O. 2%，萘系高效減水劑I. 4%。本發明無機多元復合超早強灌漿材料，優選含有58重量份的膠凝材料、40重量份的石英砂和助劑；所述膠凝材料由64重量份的硫鋁酸鹽水泥、20重量份的鋁酸鹽水泥和9重量份的石膏組成；所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 03%，硫酸鈉I. 1%，硼砂O. 4%，三聚磷酸鈉O. 06%,葡萄糖酸鈉O. 02%,硫酸亞鐵O. 5%，消泡劑O. 16%，聚丙烯纖維O. 2%，萘系高效減水劑I. 5%。
本發明無機多元復合超早強灌漿材料，優選含有63重量份的膠凝材料、34重量份的石英砂和助劑；所述膠凝材料由66重量份的硫鋁酸鹽水泥、22重量份的鋁酸鹽水泥和11重量份的石膏組成；所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 04%，硫酸鈉I. 2%，硼砂O. 4%，三聚磷酸鈉O. 07%,葡萄糖酸鈉O. 03%,硫酸亞鐵O. 6%，消泡劑O. 17%，聚丙烯纖維O. 3%，萘系高效減水劑I. 6%。本發明無機多元復合超早強灌漿材料，優選含有65重量份的膠凝材料、31重量份的石英砂和助劑；所述膠凝材料由68重量份的硫鋁酸鹽水泥、24重量份的鋁酸鹽水泥和13重量份的石膏組成；所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 05%，硫酸鈉I. 3%，硼砂O. 6%，三聚磷酸鈉O. 08%,葡萄糖酸鈉O. 03%,硫酸亞鐵O. 7%，消泡劑O. 18%，聚丙烯纖維O. 4%，萘系高效減水劑I. 7%。上述各組分市場有售，均可通過購買得到。其中，消泡劑可以是本領域常用的各種消泡劑，如有機硅消泡劑或聚醚類消泡劑，優選聚醚類消泡劑，灌注后外觀質量好，消泡效果好。碳酸鋰作為早強促凝劑組分，有效縮短了復合體系的凝結時間，加快了水化速度，為超早強創造了條件，硫酸鈉和硫酸亞鐵為超早強起到了促進作用。石膏優選二水石膏，二水石膏溶解度更適合硫鋁酸鹽水泥一招酸鹽水泥一石膏三元復合體系，石膏的加入既起到了調節體系的礦物組成作用，又起到了微膨脹作用和緩凝作用。硼砂、三聚磷酸鈉和葡萄糖酸鈉起到了改善和合體系與萘系高效減水劑的適應性，保障了 30min流動度損失降低。萘系聞效減水劑為現有廣品，市場有售，減水率達到20%左右的市售蔡系聞效減水劑均可使用。本發明無機多元復合超早強灌漿材料的制備按照上述配比將各原料稱好，經犁刀式混料機充分攪拌，即得成品。本發明與現有技術不同之處在于，本發明采用國內外首創的硫鋁酸鹽水泥一招酸鹽水泥-石膏三元復合體系，該三元復合體系對本發明灌漿材料的物理性能起到主要作用。本發明的關鍵在于十多種組分的合理重量匹配，各組分的添加量是在長期生產經驗的基礎上得到的，是超早強促凝調控技術與緩凝調控技術的有機結合。加入快硬超早強組分(主要指碳酸鋰，硫酸鈉和石膏起輔助復合疊加效應)后不僅彌補了緩凝組分硼砂帶來的負面影響(負面影響主要是指摻量過大會使凝結時間延長，小時強度達不到要求，甚至2小時幾乎沒有強度)，而且隨著快硬超早強組分摻量的增加，無論是小時強度還是長齡期強度都有很大的提高。但是快硬超早強組分的摻量也不能無限增大，與硼砂的重量配比在本發明的范圍內才能達到本發明的效果。本發明根據這一原理建立了三元復合體系又要“快硬而不速凝”的關鍵技術。“快硬而不速凝”就是既要達到30min漿體流動度損失很小或不損失，還要在2h的抗壓強度達到40MPa以上。國外超早強灌漿材料初始流動性能較好，但是小時抗壓強度和抗折強度不能得到較好的發展，或者是抗壓強度高時抗折強度較低；國內超早強灌漿材料的特點是初始流動度值較大時，小時強度較低，或者是小時強度較高時，流動度損失較大，兩者不能很好地統一。本發明采用硫鋁酸鹽水泥-鋁酸鹽水泥-石膏三元復合體系配制超早強灌漿材料，解決了上述問題。經實踐證明，本發明的硫鋁酸鹽水泥一鋁酸鹽水泥一石膏三元復合體系配制的超早強灌漿材料2h抗壓強度最高可達40MPa以上，初始流動度340mm，30min流動度損失很小，甚至不損失；24h抗折強度可達14MPa以上，抗壓強度可達70MPa以上；28d抗壓強度可達90MPa以上，56d、90d抗壓強度可達IOOMPa以上，強度不倒縮，耐久性好，外觀質量好，抗腐蝕性強，具有微膨脹性能。
具體實施方式
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以下結合實施例和試驗數據，對本發明上述的和另外的技術特征和優點作更詳細的說明。實施例I膠凝材料由62重量份的硫鋁酸鹽水泥、18重量份的鋁酸鹽水泥和8重量份的石膏組成；助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 02%，硫酸鈉1.0%，硼砂O. 3%，三聚磷酸鈉O. 05%,葡萄糖酸鈉O. 01%,硫酸亞鐵O. 4%，消泡劑O. 15%，聚丙烯纖維O. 2%，萘系高效減水劑(如購自山西黃騰化工有限公司，山西康克爾精細化工有限責任公司)I. 4% ；取56重量份的上述膠凝材料、42重量份的石英砂和上述得到的助劑，用犁刀式混料機(上海雙龍混合設備制造有限公司)充分攪拌，即得本發明的無機多元復合超早強灌漿材料。實施例2膠凝材料由64重量份的硫鋁酸鹽水泥、20重量份的鋁酸鹽水泥和9重量份的石膏組成；助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 03%，硫酸鈉I. 1%，硼砂O. 4%，三聚磷酸鈉O. 06%,葡萄糖酸鈉O. 02%,硫酸亞鐵O. 5%，消泡劑O. 16%，聚丙烯纖維O. 2%，萘系高效減水劑I. 5% ；取58重量份的上述膠凝材料、40重量份的石英砂和上述得到的助劑，用犁刀式帶飛刀混料機充分攪拌，即得本發明的無機多元復合超早強灌漿材料。實施例3膠凝材料由66重量份的硫鋁酸鹽水泥、22重量份的鋁酸鹽水泥和11重量份的石膏組成；助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 04%，硫酸鈉I. 2%，硼砂O. 4%，三聚磷酸鈉O. 07%,葡萄糖酸鈉O. 03%,硫酸亞鐵O. 6%，消泡劑O. 17%，聚丙烯纖維O. 3%，萘系高效減水劑I. 6% ；取63重量份的上述膠凝材料、34重量份的石英砂和上述助劑，用犁刀式帶飛刀混料機充分攪拌，即得本發明的無機多元復合超早強灌漿材料。實施例4膠凝材料由68重量份的硫鋁酸鹽水泥、24重量份的鋁酸鹽水泥和13重量份的石膏組成；助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 05%，硫酸鈉I. 3%，硼砂O. 6%，三聚磷酸鈉O. 08%,葡萄糖酸鈉O. 03%,硫酸亞鐵O. 7%，消泡劑O. 18%，聚丙烯纖維O. 4%，萘系高效減水劑I. 7% ；取65重量份的上述膠凝材料、31重量份的石英砂和助劑，用犁刀式帶飛刀混料機 充分攪拌，即得本發明的無機多元復合超早強灌漿材料。試驗例以現有的灌漿材料作對比現有的灌漿材料的組成(I)采用硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和二水石膏復合膠凝體系配制灌漿料，可利用鋁酸鹽水泥對硅酸鹽水泥的促凝和促硬作用來改善硅酸鹽水泥早期力學性能，利用硅酸鹽水泥彌補鋁酸鹽水泥后期強度差的缺陷。(2)采用硅酸鹽水泥-硫鋁酸鹽水泥-石膏三元系統制備的灌漿料強度能夠得到顯著的提高，而且通過三者之間不同比例的調整可制備出高強高性能微膨脹灌漿材料和超早強高性能修補材料。(3)采用單一品種的水泥進行物理和化學改性，制備高性能膠凝材料和高強灌漿材料。雖然國內生產高速鐵路用支座砂漿的廠家較多，在國內高速鐵路建設過程中得到了大量的應用。將上述三種組成的現有灌漿材料依據《客運專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術條件》2005101號文件(該標準里面有試驗方法)檢驗如下物理性能(如下表I所示)。表I現有三種組成的灌漿材料的檢測試驗數據
權利要求
1.一種無機多元復合超早強灌漿材料，其特征在于， 含有50-65重量份的膠凝材料、30-46重量份的石英砂和助劑； 所述膠凝材料由62-68重量份的硫鋁酸鹽水泥、18-25重量份的鋁酸鹽水泥和8_15重量份的石膏組成； 所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 029Γ0. 06%，硫酸鈉O. 9% 1. 4%，硼砂O. 3% 0. 6%，三聚磷酸鈉O. 05% 0. 09%，葡萄糖酸鈉O. 01% 0. 03%，硫酸亞鐵O. 4% 0· 7%，消泡劑O. 15% O. 2%，聚丙烯纖維O. 2% 0· 4%，萘系高效減水劑I. 4% 1· 8%。
2.根據權利要求I所述的無機多元復合超早強灌漿材料，其特征在于， 含有56重量份的膠凝材料、42重量份的石英砂和助劑； 所述膠凝材料由62重量份的硫鋁酸鹽水泥、18重量份的鋁酸鹽水泥和8重量份的石膏組成； 所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 02%，硫酸鈉1.0%，硼砂O. 3%，三聚磷酸鈉O. 05%,葡萄糖酸鈉O. 01%,硫酸亞鐵O. 4%，消泡劑O. 15%，聚丙烯纖維O. 2%，萘系高效減水劑I. 4%。
3.根據權利要求I所述的無機多元復合超早強灌漿材料，其特征在于， 含有58重量份的膠凝材料、40重量份的石英砂和助劑； 所述膠凝材料由64重量份的硫鋁酸鹽水泥、20重量份的鋁酸鹽水泥和9重量份的石膏組成； 所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 03%，硫酸鈉I. 1%，硼砂O. 4%，三聚磷酸鈉O. 06%,葡萄糖酸鈉O. 02%,硫酸亞鐵O. 5%，消泡劑O. 16%，聚丙烯纖維O. 2%，萘系高效減水劑I. 5%。
4.根據權利要求I所述的無機多元復合超早強灌漿材料，其特征在于， 含有63重量份的膠凝材料、34重量份的石英砂和助劑； 所述膠凝材料由66重量份的硫鋁酸鹽水泥、22重量份的鋁酸鹽水泥和11重量份的石膏組成； 所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 04%，硫酸鈉1.2%，硼砂O. 4%，三聚磷酸鈉O. 07%,葡萄糖酸鈉O. 03%,硫酸亞鐵O. 6%，消泡劑O. 17%，聚丙烯纖維O. 3%，萘系高效減水劑I. 6%。
5.根據權利要求I所述的無機多元復合超早強灌漿材料，其特征在于， 含有65重量份的膠凝材料、31重量份的石英砂和助劑； 所述膠凝材料由68重量份的硫鋁酸鹽水泥、24重量份的鋁酸鹽水泥和13重量份的石膏組成； 所述助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰O. 05%，硫酸鈉1.3%，硼砂O. 6%，三聚磷酸鈉O. 08%,葡萄糖酸鈉O. 03%,硫酸亞鐵O. 7%，消泡劑O. 18%，聚丙烯纖維O. 4%，萘系高效減水劑I. 7%。
6.根據權利要求1-5任一項所述的灌漿材料，其特征在于所述石膏為二水石膏。
7.根據權利要求1-5任一項所述的灌漿材料，其特征在于所述消泡劑為有機硅消泡劑或聚醚類消泡劑，優選聚醚類消泡劑。
8.制備權利要求1-5任一項所述的灌漿材料的方法，其特征在于按所述配比稱取各原料，混 合充分攪拌，即得。
全文摘要
本發明涉及一種無機多元復合超早強灌漿材料，其含有50-65重量份膠凝材料、30-46重量份石英砂和助劑；膠凝材料由62-68重量份硫鋁酸鹽水泥、18-25重量份鋁酸鹽水泥和8-15重量份石膏組成；助劑由占膠凝材料重量百分數的下列組分組成碳酸鋰0.02%~0.06%，硫酸鈉0.9%~1.4％，硼砂0.3%~0.6%，三聚磷酸鈉0.05%~0.09%，葡萄糖酸鈉0.01%~0.03%，硫酸亞鐵0.4%~0.7%，消泡劑0.15%~0.2%，聚丙烯纖維0.2%~0.4%，萘系高效減水劑1.4%~1.8%。本發明無機多元復合超早強灌漿材料具有抗壓強度高、流動度經時損失小、生產過程簡單、無毒無污染的特點。
文檔編號C04B28/06GK102898105SQ20121038438
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者李憲軍, 王芳芳, 畢興鎖, 李建國, 郝建英 申請人:山西省建筑科學研究院