一种钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，本发明涉及一种大流动性、微膨胀、高强度的套筒灌浆料及其制备方法和应用。

背景技术：

装配式建筑方式通过工厂预制、养护充分以致提高性能的同时，可大幅减少施工现场湿作业，不仅环保而且可在一定程度减少现场材料浪费。装配式预制建筑的横向连接采用构件的预留横向出筋的现场连接方式予以实现，而纵向连接则如下实现：将带肋钢筋插入预埋在混凝土内的高强铁制套筒中，用高性能灌浆料填充套筒与钢筋之间的空隙，灌浆料硬化后与钢筋的恒肋和套筒内壁凹槽或凸肋紧密啮合，实现上下两根钢筋的连接。在装配式预制建筑结构中，高性能的灌浆料是实现纵向连接的关键，其性能优劣对确保结构体系的整体性及抗震性能起着至关重要的作用。

灌浆料能够以液态形式存在，且便于利用液压、气压等注入相应介质的裂缝、裂隙、孔隙等内部空间。其具有胶结固化能力，使介质的泄露通道得到堵塞、物理性能及力学性能得到改善。

但是，现有技术中存在的套筒灌浆料仍有不足之处。例如，已有的套筒灌浆料成分众多，成本昂贵，使用时操作复杂。并且取决于环境温度，灌浆料经常需要在低温、甚至负温环境下使用，目前的灌浆料往往没有提及低温及负温下的灌浆料使用技术和结果。此外，目前采用的水泥基灌浆料还具有流动性不足、抗裂性差、强度不足等问题，易发生收缩从而影响工程质量。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明的目的是提供一种钢筋连接用套筒灌浆料及制备方法和应用。该灌浆料具有大流动性、微膨胀、高强度等特点，适合装配式建筑、装配式桥梁等预制件与现场构件的连接。

本发明采用了如下的技术方案：

一方面，本发明提供一种钢筋连接用套筒灌浆料，包含a、b两组分，其中，a组分为干粉料，按照质量份数计，包含水泥400～600份、矿物掺和料10～40份、砂400～600份、塑性膨胀剂0.2～3.0份、钙矾石系膨胀剂15～25份、减水剂1～3份、消泡剂0.2～1.0份、稳定剂0.1～1.0份、防冻剂0～10份、早强剂0～5份、缓凝剂0～5份；b组分为水，按照质量份数计，为120～170份。

优选地，在本发明的套筒灌浆料中：a组分包含水泥500～550份、矿物掺和料25～30份、砂450～550份、塑性膨胀剂0.8～1.5份、钙矾石系膨胀剂18～23份、减水剂2～2.5份、消泡剂0.4～0.6份、稳定剂0.3～0.4份、防冻剂0～3份、早强剂0～5份、缓凝剂0～4份；

优选地，在本发明的套筒灌浆料中：b组分为水，按照质量份数计，为130～150份。

本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料取决于组成，可以适用于低温(-5～10℃)、常温(>10℃)不同温度施工。

优选地，本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料在低温(-5～10℃)条件下施工，所述灌浆料的配比为：a组分包含水泥400～600份、矿物掺和料10～40份、砂400～600份、塑性膨胀剂0.2～3.0份、钙矾石系膨胀剂15～25份、减水剂1～3份、消泡剂0.2～1.0份、稳定剂0.1～1.0份、防冻剂2～10份、早强剂2～5份、缓凝剂2～5份；b组分为水，按照质量份数计，为120～170份。进一步优选地，所述套筒灌浆料的配比为：a组分包含水泥500～550份、矿物掺和料25～30份、砂450～550份、塑性膨胀剂0.8～1.5份、钙矾石系膨胀剂18～23份、减水剂2～2.5份、消泡剂0.4～0.6份、稳定剂0.3～0.4份、防冻剂2～3份、早强剂4～5份、缓凝剂3～4份；b组分为水，按照质量份数计，为130～150份。

或者优选地，本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料在常温(>10℃)条件下施工，所述灌浆料的配比为：a组分包含水泥400～600份、矿物掺和料10～40份、砂400～600份、塑性膨胀剂0.2～3.0份、钙矾石系膨胀剂15～25份、减水剂1～3份、消泡剂0.2～1.0份、稳定剂0.1～1.0份，不包含防冻剂、早强剂、缓凝剂；b组分为水，按照质量份数计，为120～170份。进一步优选地，所述套筒灌浆料的配比为：a组分包含水泥500～550份、矿物掺和料25～30份、砂450～550份、塑性膨胀剂0.8～1.5份、钙矾石系膨胀剂18～23份、减水剂2～2.5份、消泡剂0.4～0.6份、稳定剂0.3～0.4份，不包含防冻剂、早强剂、缓凝剂；b组分为水，按照质量份数计，为130～150份。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述水泥为选自42.5及以上等级的快硬硫铝酸盐水泥、52.5及以上等级的普通硅酸盐水泥、52.5及以上等级的硅酸盐水泥和高铝水泥中的一种或多种；更优选地，所述水泥为选自42.5及以上等级的快硬硫铝酸盐水泥、52.5及以上等级的普通硅酸盐水泥和52.5及以上等级的硅酸盐水泥中的一种或多种。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述矿物掺和料为选自粉煤灰、矿渣粉和硅灰中的一种或多种。

其中，优选地，所述粉煤灰优选为ii级粉煤灰。

其中，优选地，所述矿渣粉的粒径小于15μm，堆积密度为900～1200kg/m3，比表面积为800～1000m2/kg。

其中，优选地，所述硅灰的粒径小于0.2μm，堆积密度为500～800kg/m3，比表面积为16000～20000m2/kg。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述砂为选自河砂、海砂、山砂和机制砂中的一种或多种。

其中，优选地，所述砂为机制砂，更优选由20目至40目、大于40目至70目、大于70目至140目的机制砂复配得到，进一步优选由20目至40目、大于40目至70目、大于70目至140目的机制砂以(15～25)：(40～60)：(25～35)质量比复配得到。

其中，优选地，所述砂的粒径小于2.36mm，泥含量或石粉含量小于1％重量。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述塑性膨胀剂为能够产生惰性气体例如氮气的无机组分。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述减水剂为选自萘系和聚羧酸粉体减水剂中的一种或多种。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述消泡剂为选自有机磷酸酯、有机硅树脂、改性有机硅树脂和二氧化硅与有机硅树脂配合物消泡剂中的一种或多种。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述稳定剂为选自羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚和甲基纤维素醚中的一种或多种。其中更优选地，所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚，粘度为50000～100000mpa·s。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述防冻剂为选自多元醇类、甲酸钙和亚硝酸盐类(例如亚硝酸钙)防冻剂中的一种或多种。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述早强剂为选自碳酸锂、硫酸钠和硫酸铝中的一种或多种。

在本发明提供的钢筋连接用套筒灌浆料中，优选地，所述缓凝剂为选自酒石酸、硼酸、硼砂、葡萄糖酸钠和柠檬酸中的一种或多种。其中更优选地，所述缓凝剂为硼酸和/或硼砂。

另一方面，本发明提供所述钢筋连接用套筒灌浆料的制备方法，包括如下步骤：

a.向胶砂搅拌机内加入所述a组分，选择胶砂搅拌机的低速档进行低速搅拌；

b.边搅拌边加入所述b组分，之后继续低速搅拌3～6min、优选4min，直到砂浆均匀为止；

c.停止搅拌，静置1～2min。

另一方面，本发明提供所述钢筋连接用套筒灌浆料的使用方法，采用压浆法，包括如下步骤：

a.测试灌浆环境温度；

b.预制构件安装就位后，固定以保持构件稳定；

c.用水润湿灌浆作业面、注浆泵、注浆桶、注浆管、搅拌器叶片、搅拌桶；

d.向胶砂搅拌机内加入所述a组分，选择胶砂搅拌机的低速档进行低速搅拌，然后边搅拌边加入所述b组分，之后继续搅拌3～6min、优选4min，直到砂浆均匀为止；

e.停止搅拌，静置1～2min；

f.将搅拌好的灌浆料加入灌浆设备进行灌浆，操作时间为30min；

g.灌浆料从灌浆口灌入，出浆口流出，同时制作试件；

h.出浆口封堵，保压0.1mpa，0.5min，灌浆口加封堵，注浆完成。

在步骤a中，可通过测试灌浆环境温度为低温(-5～10℃)还是常温(>10℃)，选择相应的钢筋连接用套筒灌浆料。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)适用的原材料较为普遍，成本较低，在一定程度上可以减少套筒灌浆料的成本。

(2)本发明的钢筋连接用套筒灌浆料中，水泥和矿物掺和料为复合胶凝组分，砂和矿物掺和料为粗细配合的集料，矿物掺和料对砂浆起到改善流动度，减小泌水离析等，提高强度、密实性等，并可节约一定费用；并且，砂选自河砂、海砂、山砂和机制砂中的一种或多种，特别是由20～40目、>40～70目、>70～140目的机制砂按一定比例复配得到，优化级配，使得灌浆料的综合性能更为优异。

(3)本发明的钢筋连接用套筒灌浆料中使用了特定量的塑性膨胀剂和钙矾石系膨胀剂，分别在塑性阶段和后期抑制水泥水化过程产生的收缩，并且使得灌浆料具有一定的微膨胀性，由此增加套筒和灌浆料的接触，从而提高工程的质量。具体地，该塑性膨胀剂通过在固化前反应产生的惰性气体，在体系中形成微小气泡，保证了塑性阶段微膨胀；而钙矾石系膨胀剂通过后期体积微膨胀补偿砂浆收缩，使得砂浆在后期不收缩甚至微膨胀效果，保证了砂浆与套筒的密贴。

(4)本发明的钢筋连接用套筒灌浆料中加入了一定量的减水剂、消泡剂和稳定剂。该减水剂能使砂浆在低水灰比下达到大流动度，并能有效降低流动度损失。该消泡剂消除内部以及表面的气泡，从而得到致密、优质的表面。该稳定剂则克服自流平砂浆中水分的蒸发及基层的吸水，有助于延长开放时间；同时通过增稠作用防止离析和沉降，有助于形成更均匀的结构，从而提高黏结强度，形成光滑细腻的表面；此外，该稳定剂还能提高砂浆的保水性，初期吸收的水随着水泥的逐渐水化，后期会向砂浆补充一定的水。

上述组分协同作用，使本发明的砂浆结构致密无表面裂纹，具有优异的防水性和综合性能。

除了上述效果之外，本发明水泥基灌浆料还有着优异的流动性，可以自密实；通过添加少量的掺和料，使结构更加密实，极大的提高了灌浆料的抗压强度。并且，通过原材料配比调整，添加防冻剂、早强剂、缓凝剂，实现低温(-5～10℃)施工。在常温(>10℃)条件下，灌浆料配比不需调整，适应性强。

此外，本发明的灌浆料的性能测试完全满足jg/t408-2019《钢筋连接用套筒灌浆料》和jgj355《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》和jgj107-2016《钢筋机械连接技术规程》中的技术要求，灌浆接头的单向拉伸、高应力反复拉压、大形变反复拉压完全满足指标。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

羟丙基甲基纤维素醚，粘度为50000～100000mpa·s：惠州市华盛源新材料有限公司；

ii级粉煤灰：甘肃博成微硅粉有限公司；

矿渣粉，粒径小于15μm，堆积密度为900～1200kg/m3，比表面积为800～1000m2/kg：甘肃博成微硅粉有限公司；

硅灰，粒径小于0.2μm，堆积密度为500～800kg/m3，比表面积为16000～20000m2/kg：甘肃博成微硅粉有限公司；

钙矾石系膨胀剂：唐山北极熊建材有限公司；

塑性膨胀剂：唐山北极熊建材有限公司。

实施例1

本实施例的钢筋连接用套筒灌浆料的原料组成见表1。

通过如下方法制备：

a.向胶砂搅拌机内加入所述a组分，启动搅拌机，选择胶砂搅拌机的低速档进行低速搅拌；

b.加入所述b组分，边搅拌边加入，之后低速搅拌4min；

c.停止搅拌，静置1min，即得。

通过如下方法施工：

采用压浆法，包括如下步骤：

a.测试灌浆环境温度；

b.预制构件安装就位后，采取保证构件稳定的临时固定措施；

c.用水润湿灌浆作业面、注浆泵、注浆桶、注浆管、搅拌器叶片、搅拌桶；

d.向胶砂搅拌机加入称量准确的a组分，启动搅拌机，选择胶砂搅拌机低速档进行低速搅拌，然后再将b组分加入搅拌机中，边搅拌边加入，之后低速搅拌4min；

e.搅拌完成后静置1min，留样测试30min流动度；

f.将搅拌好的灌浆料加入灌浆设备进行灌浆，操作时间为30min；

g.然后，灌浆料从灌浆口灌入，出浆口流出，同时制作试件；

h.出浆口封堵，保压0.1mpa，0.5min，灌浆口加封堵，注浆完成。

实施例2-5

本实施例2-5的钢筋连接用套筒灌浆料的原料组成见表1。按照实施例1相同的制备方法和施工工艺得到实施例2-5。

对比例1-5

对比例1的所述砂浆的原料组成见表2。对比例1-5的制备方法和应用同实施例1-3一致。

表1各实施例的砂浆原料配比(其中1份＝1g)

表2各对比例的砂浆原料配比(其中1份＝1g)

测试例各实施例和对比例的砂浆性能测定

参照jg/t408-2019《钢筋连接用套筒灌浆料》的方法，对实施例1-5和对比例1-5制备得到的砂浆分别进行性能测定，测定结果见表3和表4。

表3各实施例和对比例的砂浆性能

表4各实施例和对比例的砂浆性能

从表2的数据可以看出：本发明实施例与对比例相比，在原料组成上有粉煤灰、矿渣粉和硅灰复合使用，特定量的塑性膨胀剂和钙矾石系膨胀剂复合使用，制得的砂浆30min流动度与初始流动度变化极小，但是抗压强度明显高于对比例，说明本发明的砂浆流动性大，灌注后能够实现饱满度。此外，实施例与对比例相比，28d抗压强度高于对比例，28d收缩率较小，抗冻性质量损失率也小于对比例。在力学性能和耐久性方面，对比例明显差于本发明的灌浆料。

本发明灌浆料可以适用于不同温度施工，快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥复合使用，低温、常温配比不同，满足现场不同工况施工需求。

以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

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