高强无收缩灌浆料研究报告Word文件下载.docx
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327
20.2
45.9
92.3
70:
30
253
28.5
52.3
87.2
60:
40
155
35.3
55.3
84.3
50:
50
125
38.3
57.2
76.4
通过以上数据可知,硫铝酸水泥所占比例越大凝结时间越快,早期强度越高,但后期强度有所下降。
因此本课题根据试验数据来确定硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥适宜的配比,配制成复合的胶凝材料,通过该胶凝材料的凝结硬化,保证该灌浆料中各组分粘结成一个统一的整体,使该灌浆料具有早强高强的特点。
1.2高效减水剂
众所周知,水泥与水接触后,水泥熟料中的各种化合物与水起化学变化或被水分解而形成水化物。
这些水化物在与饱和石灰溶液接触时保持稳定,但如果将其置于水中,就会发生水解。
水泥的水化产物全都是溶解度比较低的化合物,所以当水灰比较大时,砂浆中的游离水过多,初期水泥水化产物便会被分解,形成不了高的强度。
根据国内外砂浆学者的研究结果,水泥完全水化所需的水灰比只要0.26~0.29。
实际工作应用中则远远大于此值。
而水泥水化需要一个长期的过程,早期不可能达到完全水化的程度,这表明,水泥早期水化所需的水灰比更小。
水灰比大,同时也增大了骨料与水泥浆体间的界面水膜层;
砂浆中的游离水愈多,界面水膜层愈厚,界面粘结强度愈低,砂浆的整体强度就会下降。
因此,在灌浆料中掺入高效减水剂尽可能的降低水灰比对提高灌浆料的强度,尤其对早期强度影响很大。
目前市场上出现的高效减水剂主要有萘磺酸系、三聚氰胺系和聚羧酸系三种高效减水剂,本课题在市场选用两种高效减水剂A和B,以及自己生产的改性密胺高效减水剂C;
在用水量相同的情况下对这三种减水剂做对比性实验,具体实验数据见表2:
表2掺不同减水剂灌浆料的性能对比
减水剂种类
流动度(mm)
30min流动度(mm)
1d抗压强度(MPa)
3d抗压强度(MPa)
28d抗压强度(MPa)
A
300
255
35.5
83.2
B
310
280
37.0
56.2
80.3
C
270
37.2
58.5
88.5
根据以上实验结果可知,A流动度损失大,减水效果也没有B和C好;
B流动度损失最小,减水效果也比较好,但考虑价格较贵;
因此本课题决定采用自己生产的改性密胺高效减水剂C。
该减水剂是含有磺酸根集团的强阴离子电解质大分子聚合物,既有亲水基又有憎水基,磺酸强阴离子对水泥产生强烈的特殊吸附,使水泥颗粒表面带相同符号电荷,在电性斥力作用下,使水泥-水体系处于相对稳定悬浮状态,水泥颗粒分散不致凝聚,从而增加流动度;
同时还形成定向排列吸附层,进而形成稳定的溶剂化水膜,阻止水泥颗粒间的直接接触,使包裹的拌合水释放出来,因而可减少拌合用水量,发挥其减水分散作用,提高水泥石的密实度,以及提高灌浆材料的抗渗性、抗压强度、抗碳化及耐久性性能。
高效减水剂的加入,显著提高灌浆材料的流动性,改善施工性,满足灌浆材料的自流平、自密实性能。
但是减水剂的掺量对灌浆料的影响是非常大的,掺量太少,达不到减水效果,掺量过大,会导致灌浆料离析分层,影响抗压强度。
因此,本课题通过具有相同用水量和相同流动度的情况下对减水剂不同的掺量对灌浆料性能的影响做大量的实验,以确定减水剂的正确掺量。
具体实验数据见表3和表4:
表3相同用水量情况下减水剂掺量对灌浆料的性能影响
减水剂掺量(%)
是否离析
0.6
240
否
35.8
54.6
0.8
260
34.6
52.6
1.0
35.9
55.6
1.2
34.2
54.2
1.4
320
是
53.6
表4流动度相同的情况下减水剂掺量对灌浆料的性能影响
减水率(%)
15
40.9
18
271
25.3
46.2
22
30.5
50.3
24
272
36.2
58.2
25
由以上实验数据可知,减水剂掺量在1.2%左右为最佳。
1.3膨胀剂
水泥浆在硬化过程中会产生体积收缩,灌浆料在使用过程中也会因各种物理和化学的原因而产生体积的收缩。
灌浆料的体积收缩主要来自于如下几个方面:
1)灌浆料在周围介质的影响下,水分散失会引起灌浆料的体积收缩,称为失水干缩。
尽管影响灌浆料干缩的因素很多,但最根本的影响因素还是灌浆料的水灰比。
水灰比越大,灌浆料中的游离水越多,毛细孔及胶孔水的蒸发散失量越大,干缩率越大。
2)灌浆料原材料自身温度的变化,气温的升高,水泥水化放出的热量,导致灌浆料温度升高,受热膨胀。
升温必然会带来降温,降温则会引起灌浆料的冷缩。
3)水泥水化过程中,由于无水的熟料矿物转变为水化物,所以水化后的固相体积比水化前要大得多。
但对水泥—水体系的总体积来说,却是缩小了。
灌浆料水化后产生的自身减缩,是由于水化前后反应物和生成物的平均密度不同所致。
4)空气中的CO2与水泥石中的水化物,特别是Ca(OH)2的不断反应,引起水泥石结果的解体而引起的碳化收缩。
无论哪种收缩都因受到约束作用而产生拉应力,当拉应力超过灌浆料抗拉强度时,灌浆料就出现裂缝。
在灌浆料中掺加膨胀剂,依靠膨胀剂本身或与水泥中某些组分的反应,使灌浆料具有微膨胀性能,以便补偿水泥在水化过程中的体积收缩。
膨胀剂的种类很多,目前国内用的最广泛且能商品化生产的主要是钙矾系膨胀剂,而其中用的最多的又是硫铝酸钙类膨胀剂(即UEA类),种类包括:
1)UEA膨胀剂2)明矾石;
3)铝酸钙;
4)复合型。
本课题采用钙矾系膨胀剂,水泥在水化过程中与该膨胀剂反应,生成具有微膨胀效应的水化硫铝酸钙(钙矾石)或氢氧化钙等,在约束条件下产生有制约的膨胀,建立0.2~0.7MPa的预压应力,使灌浆料的抗压强度和抗拉强度有较大幅度的增长,补偿由于灌浆料的收缩而产生的对灌浆料的拉应力,从而起到控制裂缝的目的。
由于膨胀剂本身具有活性,视为水泥的一部分,故采用等量取代水泥的内掺法。
灌浆料的限制膨胀值随着膨胀剂掺量的增加而增大,掺量的多少决定着膨胀值的大小。
掺入膨胀剂后,要求膨胀量能补偿灌浆料的收缩,实践证明,掺量过大,也会造成灌浆料结构的破坏。
由于我国水泥大多数掺入混合材,其活性不同,膨胀剂替代水泥率也有所差异,其掺量依据必须达到补偿收缩灌浆料的技术性能指标。
本课题通过膨胀剂不同的掺量对灌浆料竖向膨胀率和抗压强度的影响来确定膨胀剂的掺量,具体实验数据见表5.
表5膨胀剂不同掺量的对比
膨胀剂掺量(%)
1d竖向膨胀率(%)
6
0.015
36.3
58.3
85.2
7
0.021
55.9
82.5
8
0.032
54.8
10
0.035
32.6
50.2
79.6
12
0.037
25.6
46.4
73.6
通过表5的实验数据可知,膨胀剂掺量越大,竖向膨胀率越大,对抗压强度的影响也越大,当膨胀率达到一定条件时由可能造成灌浆料结构的破坏。
根据《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)标准,竖向膨胀率要求大于等于0.020%,再结合本课题的实验数据可以确定,膨胀剂的最佳掺量为7-10%。
1.4高强骨料
使用高强骨料,采用不同级配的石英砂进行组合。
石英砂的粒径选择对灌浆材料体系的流动性及密实度的影响很重要。
砂的填充空隙与砂的细度存在如(图1)的关系。
而在灌浆料中,砂颗粒的表面需要水泥浆来包裹,并且砂与砂之间的空隙也要用水泥浆来填充。
因此,希望砂与砂都能粗细颗粒配合得当,由中粒填充粗粒的空隙,再由细粒填充剩余的空隙,尽量减少空隙率。
同时,从降低集料颗粒总的表面积,减少包裹用水泥浆的观点出发,颗粒的粒度以粗一些较好。
因此本课题从砂的孔隙率和总表面积两方面入手,选用适当的粒径搭配改善灌浆材料的流动度、增加灌浆材料的密实度和强度。
图1:
砂细度与孔隙率的关系
1.5其他助剂
由于硫铝酸盐水泥的水化较快,可能会影响材料的施工性,为了改善施工时间,加入一定量的缓凝剂来调整灌浆材料的凝结时间,使之有好的施工性,但又不影响早期强度的发展。
添加少量的增稠剂、消泡剂来改善和提高灌浆材料整个体系的性能。
由于灌浆料砂粒与砂粒之间存在大量空隙,采用粉煤灰、硅粉、无机细填料与水泥进行组合,可以填充在灌浆料高强骨料之间的空隙,增加灌浆料的密实度,使灌浆料的强度大大提高,同时可以改善灌浆料的抗渗性能。
2配方及生产工艺的研究
2.1基本配方
本课题基本配方见表6:
表6GSG高强无收缩灌浆料基础配方
原料
数量
硅酸盐水泥
200~300
硫铝酸水泥
100~200
减水剂
4~6
活性矿粉
30~50
级配砂
500~600
膨胀剂
20~40
其他助剂
6-10
2.2生产工艺
本课题所有原材料均为粉剂,生产工艺比较简单。
首先将各种原材料按配方称量好后,下料到搅拌机内,搅拌充分后出料包装,入库即可。
具体工艺流程图如(图2)。
图2GSG高强无收缩灌浆料生产工艺流程图
3.灌浆料性能的研究
3.1拌合物性能
灌浆料在施工时可依靠自重或稍加插捣就能填充空隙,达到自密实状态,因此要求具有良好的流动性,流动度应在260mm以上,同时流动度损失应尽量减少,保证有足够的施工时间。
我们以水灰比为0.14所制备的灌浆料拌合物,其性能见表7。
表7灌浆料拌合物性能
泌水率(%)
不同时间的扩展度(mm)
0min
30min
60min
初凝
终凝
0.2
230
225
315
3.2强度性能
抗压强度按《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)6.6的要求进行实验,将拌好的灌浆料倒入试模中,不需要振动,自流平成型即可,起实验结果见表8。
从表8可见,灌浆料在常温下1d强度即达到35MPa以上,28d超过80MPa,显示出该材料不仅早期强度高,而且后期强度发展也很好,这对设备安装非常有利。
我们通过大量的试验调整水灰比,研制的灌浆料的流动度可控制在260~300mm,1d强度可达到30~40MPa,同时后期强度亦增长显著。
表8灌浆料强度性能
水灰比
流动度
0.14
36.5
3.3竖向膨胀率
作为设备安装用灌浆料,要求硬化后具有微膨胀性。
我们参照《水泥基灌浆材料》(JC/T986—2005)方法进行竖向膨胀率试验。
ld膨胀率达到0.035%,3d膨胀率为0.052%,以后基本处于稳定态。
满足设备安装用灌浆料微膨胀的要求。
3.4钢筋握裹力实验
钢筋握裹力实验按《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)6.8要求进行,用直径为20mm的光面钢筋,在标准条件下(20℃,85%RH)成型,试体尺寸为100×
200×
200mm的棱柱体,水中养护至龄期,测其28d的握裹力强度。
实验表明,该灌浆料的28d握裹力可以达到6.5MPa,以超过《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)标准要求的4.0MPa。
3.6耐油渗性
制备10cm×
10cm×
10cm试件,标准养护7d后在l05℃烘干48h,称重后浸入机油,30d后清理表面称重;
并测抗压强度及油渗深度,试验结果见表10。
表10灌浆料的耐油渗性能
养护条件
质量增加(%)
渗油深度(mm)
抗压强度(MPa)
标准养护28d
---
85.1
7d标养+烘48h+油浸
2.6
13.8
86.5
7d标养+气干48h+油浸
0.15
1.9
86.9
从表10可见,灌浆料经油浸后抗压强度比基准的略有增加,尤其是气干处理后,试件耐油浸蚀能力强。
质量增加与油渗深度实际反映出的是材料的孔隙率情况,经过48h烘烤处理的试件,尽管游离水被烘干,孔隙增加,但由于7d标准养护后试件很密实,所以油渗深度不到2cm,质量增加亦很少。
气干处理后浸油的试件,利用内部水分自养护,更加密实,油渗深度为1.9mm,质量增加也很少。
以上3项测试数据表明,灌浆料具有优良的抗油渗能力,这对设备安装时灌注浆施工非常有利。
3.7钢筋锈蚀作用实验
按水灰比0.14的比例配制灌浆料,按《水泥基灌浆材料》(JC/T986—2005)要求的方法用新拌砂浆法测定灌浆料对钢筋的锈蚀能力,并记录在恒电流条件下,电位与时间的关系,绘制曲线图如图3。
由图3的曲线分析可知,该灌浆料对钢筋无锈蚀作用,符合标准要求。
图3恒电流,电位-时间曲线分析图
3.8产品性能检测
经苏州市建设工程质量检测中心检测,GSG高强无收缩灌浆料的性能指标达到或超过《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)建材行业标准,部分指标远远超过标准要求,具体情况见表11。
表11GSG高强无收缩灌浆料性能
项目
标准指标
实测结果
粒径
4.75mm方孔筛筛余/%
≤2.0
1.5
凝结时间
初凝min
≥120
150
泌水率/%
≤1.0
流动度/mm
初始流动度
≥260
30min流动度保留值
≥230
250
抗压强度/MPa
1d
≥22.0
3d
≥40.0
28d
≥70.0
80
竖向膨胀率/%
≥0.020
0.025
钢筋握裹强度/MPa
≥4.0
5.4
对钢筋锈蚀作用
无锈蚀作用
4.灌浆料强度影响因素的研究
4.1水灰比对强度的影响
抗压强度按《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)6.6的要求进行实验,将灌浆料按不同水灰比配制,将拌好的灌浆料倒入试模中,不需要振动,自流平成型即可,实验结果见表12。
由表12可知,水灰比对灌浆料的强度影响非常大,当水灰比小于0.12时,强度非常高,但流动性差,不容易施工;
当水灰比大于0.17时,流动性好,但强度下降很快,尤其是后期强度,很难满足要求。
经本课题多方试验证明,最佳水灰比应在0.13~0.15之间。
表12不同水灰比条件下灌浆料强度性能
0.12
40.8
59.6
90.3
86.2
0.17
48.3
69.6
4.2不同养护条件对强度的影响
在水灰比为0.14的条件下,按《水泥基灌浆材料》(JC/T986--2005)6.6的要求进行实验,将拌好的灌浆料倒入试模中,不需要振动,自流平成型,分别放在标准养护箱中养护和室外养护(室外温度为-1~9℃),实验结果见表13。
由表13可知,灌浆料在室外养护与标准养护相比,强度下降很多,尤其是1d强度,室外养护基本没有增长。
因此,灌浆料浇注之后要注意养护,确保灌浆料的增长。
表13不同养护条件下灌浆料强度性能
标准养护箱养护
36.9
56.6
85.6
冬天室外养护
1.41
36.98
75.6
5.使用方法
5.1基础处理
将原混凝土凿毛,清扫基础表面,不得有碎石、浮浆、浮灰、油污和脱模剂等杂物。
施工前24小时,将原混凝土表面充分湿润。
施工前,应吸干积水。
5.2GSG高强无收缩灌浆料配制
(1)GSG高强灌浆料拌和时,推荐用水量为GSG高强无收缩灌浆料∶水=100∶14加入。
拌和用水应采用饮用水,使用其它水源时,应符合现行《混凝土拌和用水标准》(JGJ63)的规定。
(2)GSG高强无收缩灌浆料的拌和可采用机械搅拌或人工搅拌。
采用机械搅拌时,搅拌时间一般为1~2分钟。
人工搅拌时,应先加入2/3的用水量搅拌2分钟,其后加入剩余用水量继续搅拌至均匀。
(3)搅拌地点应靠近施工地点,距离不宜过长。
(4)每次搅拌量应视使用量多少而定,以保证40分钟内将材料用完。
(5)冬季施工时,GSG高强无收缩灌浆料及拌和水应符合现行《钢筋混凝土工程施工验收规范》(GB50204)的有关规定。
(6)现场使用时,严禁在GSG高强无收缩灌浆料中掺入任何外加剂、外掺料。
GSG高强无收缩灌浆料浇注成型后,无需振捣,自流平即可。
5.3养护
浇注完毕后立即覆盖草袋并浇水养护。
其养护措施应符合现行《钢筋混凝土工程施工及验收规范》(GB50204)的有关规定。
6.施工规范
6.1地脚螺栓锚固钻孔和预留孔根据螺栓直径应满足相应标准的要求;
埋设深度应满足设计规范的要求。
6.2设备二次灌浆设备二次灌浆前应根据实际情况选择相应的灌浆方式,每次灌浆厚度不宜大于100mm,应从一侧灌浆直到另一侧溢出为止,且不能间断。
灌浆完毕后,需要剔除的部分需在灌浆层终凝前进行处理。
6.3混凝土结构加固和改造水泥基灌浆材料载埋钢筋,其钢筋类别、钻孔直接及深度应符合相关标准的要求;
其拌和用水量应比推荐用水量相应减少;
水泥基灌浆材料载埋钢筋,应先将拌和料灌入孔中,再插入钢筋。
6.4适用范围地脚螺栓锚固,栽埋钢筋,建筑物的梁、板、柱、基础和地坪的补强加固,混凝土梁柱加固角钢与混凝土之间缝隙灌浆。
7.GSG工程应用实例
产品在……等工程中得到了应用,效果良好,获得了建设方和施工方的一致好评。
8.结语
通过各方面的实验和各权威机构的检测证明,GSG高强无收缩灌浆料具有以下特点:
1)早强、高强:
1d强度可达35MPa以上,28d强度可达70~80MPa。
2)自流态、免振捣:
现场只需要加水搅拌,可直接灌入孔洞,不需振捣就可填充空隙。
3)无收缩、微膨胀:
保证空隙之间填充密实。
4)抗油渗、耐久性好:
无机材料与混凝土紧密结合为一体,耐高、低温。
5)施工速度快、经济效益好:
同传统环氧砂浆相比,造价低,便于施工,加快施工进度。
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