CN116161930A - 一种高性能节点灌浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能节点灌浆材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述高性能节点灌浆材料的原料包括：水泥、细集料、纤维素醚、膨胀剂、疏水改性纳米二氧化硅、混合增强纤维、减水剂和水。制备时，优先将疏水改性纳米二氧化硅、混合增强纤维和水混合，再加入到剩余的混合料中。本发明通过原料的合理选择和配比，以及制备步骤上的优化，制备的高性能节点灌浆材料具有高抗压、抗折强度，低收缩率以及高延性，能够满足组合结构或装配式混凝土结构所需。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种高性能节点灌浆材料及其制备方法。
背景技术
灌浆材料指在压力作用下注入地层、岩石或构筑物的缝隙、孔洞中，达到增加承载能力、防止渗漏及提高构筑物整体性能等效果的流体材料。
随着社会经济水平的不断提高，人们对建筑结构的要求也越来越高，现代建筑结构要求空间利用率大、施工效率高、性能稳定可靠。因此，新型建筑结构和施工方法一直在不断发展。在现代建筑结构中，组合结构、装配式混凝土结构的应用也越来越广泛。在组合结构或装配式混凝土结构中，各结构件的节点连接材料一直是本领域的研究重点，通常要求节点连接材料具备高抗压、抗折强度，低收缩率，以及较高的延性，以保证建筑结构的安全稳固。
而现有的灌浆材料难以同时满足以上各项性能，因而，本领域迫切需求研制出一种具备高抗压、抗折强度，低收缩率，以及较高延性的高性能节点灌浆材料，以满足组合结构或装配式混凝土结构的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能节点灌浆材料及其制备方法。通过原料的合理选择和配比，以及制备步骤上的优化，得到了一种高抗压、抗折强度，低收缩率，高延性的节点灌浆材料。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明技术方案之一：提供一种高性能节点灌浆材料，按质量份数计，原料包括：水泥200～250份、细集料300～380份、纤维素醚0.5～0.8份、膨胀剂20～30份、疏水改性纳米二氧化硅5～8份、混合增强纤维2～3份、减水剂3～4份和水150～180份。
优选地，所述细集料为河砂与偏高岭土质量比2:1的混合物。
优选地，所述河砂的粒径为0.8～1.2mm；所述偏高岭土的粒径不超过0.15mm。
本发明选用河砂与偏高岭土作为细集料，偏高岭土中含有大量的无定型的非晶态SiO2和Al2O3，这些活性物质能够参与二次水化反应，从而提高灌浆材料的力学性能。同时，偏高岭土还能在一定程度上提升灌浆材料的抗收缩性能。
优选地，所述膨胀剂为钙矾石膨胀剂。
优选地，所述疏水改性纳米二氧化硅为烷氧基改性纳米二氧化硅。
更优选地，所述烷氧基改性纳米二氧化硅的制备步骤包括：将纳米二氧化硅分散于乙醇溶液中，进行溶剂热反应，制得烷氧基改性纳米二氧化硅。
本发明采用乙醇溶液为溶剂与纳米二氧化硅进行溶剂热反应，反应过程中，乙醇处于超临界状态，该状态下，乙醇具有高分散性及低粘度，能够与纳米二氧化硅表面的羟基进行酯化反应，得到烷氧基改性的疏水纳米二氧化硅。
本发明所用烷基改性纳米二氧化硅，不仅本身在水中的分散性很好，还能够很好地吸附于PVE增强纤维的表面，使其更好地分散于灌浆材料中，同时，吸附疏水改性纳米二氧化硅的PVE纤维在养护成型的灌浆材料中受到外力作用时，由于PVE纤维表面吸附的疏水改性纳米二氧化硅改善了PVE纤维与灌浆材料的接触界面，使其与胶结材料的结合性降低，在外力作用下PVE纤维更多的是被拉拔出来，而非直接断裂，因而能够提升灌浆材料的抗折强度及抗拉性能。
更优选的，所述乙醇溶液为体积分数98％的乙醇水溶液；所述溶剂热反应的温度为250～300℃，时间为30～50min。
本发明通过控制纳米二氧化硅与乙醇的反应时间，进而控制纳米二氧化硅表面烷氧基的接枝程度，使得疏水改性纳米二氧化硅即能够具有较好的分散性及与无机材料的相容性，又不至于因改性占用纳米二氧化硅表面过多的Si-OH，导致其亲水性能过低而引起灌浆材料的粘度降低，影响节点灌浆材料的和易性和质量。
优选地，所述混合增强纤维由PVA纤维和钢纤维按质量比1:2混合得到。
本发明以PVA纤维和钢纤维的混合物增强灌浆材料，所用PVA纤维和钢纤维为不同尺度及不同性质的混杂纤维，可从不同结构和不同性能层次上逐级强化与增韧地聚物混凝土，充分发挥两种纤维的尺度和性能效应，在不同尺度和性能层次上进行优势互补，大大提高混合增强纤维对灌浆材料力学性能的增强效果。
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
本发明技术方案之二：提供一种上述高性能节点灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：
将水、疏水改性纳米二氧化硅和混合增强纤维加入到搅拌装置中，搅拌均匀，得到混合液；将水泥、细集料、纤维素醚、膨胀剂和减水剂混合均匀，加入所述混合液，搅拌均匀，得到高性能节点灌浆材料。
本发明在制备过程中先将水、疏水改性纳米二氧化硅和混合增强纤维进行混合，确保PVE纤维能够充分地分散，有效避免了增强纤维的聚集，提升灌浆材料的抗拉性能。
本发明的有益技术效果如下：
本申请在节点灌浆材料中加入纤维素醚，能够避免节点灌浆材料离析与水分过早损失，提高节点灌浆材料的粘聚性，使得节点灌浆材料柔软而不散，便于施工，同时，较好的粘聚性能够使节点灌浆材料与结构件较好地接触，提升二者的结合性能，使各结构件结合后的稳固性得到提升。
面对节点灌浆材料的自收缩问题，本发明通过在其组方中加入的膨胀剂，抑制节点灌浆材料的自收缩，进而提升节点灌浆材料连接的各结构件的稳定性。
本发明提供的高性能节点灌浆材料，具有高抗压、抗折强度，低收缩率以及高延性，能够满足组合结构或装配式混凝土结构所需。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本文中所述“份”如无特别说明，均指质量份数。
本发明实施例及对比例所用疏水改性纳米二氧化硅为烷氧基改性纳米二氧化硅，烷氧基改性纳米二氧化硅的制备步骤为：
将纳米二氧化硅与体积分数98％的乙醇水溶液按照1g：20mL的质量体积比加入到反应釜中，加热至250℃，反应50min，冷却后水洗纳米二氧化硅，冷冻干燥，制得烷氧基改性纳米二氧化硅。
本发明实施例及对比例所用PVE纤维的直径为40～50μm，长度为3～60mm。
本发明实施例及对比例所用钢纤维的直径为50～120μm，长度为5～12mm。
本发明实施例及对比例所用水泥为P·O52.5普通硅酸盐水泥。
本发明实施例及对比例所用河砂的粒径为0.8～1.2mm；所用偏高岭土的粒径不超过0.15mm。
实施例1
高性能节点灌浆材料的制备：
以质量份数计，按照水泥250份、细集料(河砂与偏高岭土质量比2:1)360份、纤维素醚0.8份、钙矾石膨胀剂25份、疏水改性纳米二氧化硅6份、混合增强纤维(PVA纤维与钢纤维质量比1:2)2.5份、聚羧酸减水剂3份、水180份准备好各原料；
将水泥、细集料、纤维素醚、钙矾石膨胀剂和聚羧酸减水剂加入到搅拌机中搅拌10min，使各原料混合均匀；再将水、疏水改性纳米二氧化硅和混合增强纤维混合后搅拌5min，而后倒入搅拌机中，继续搅拌20min，制得高性能节点灌浆材料。
实施例2
高性能节点灌浆材料的制备：
以质量份数计，按照水泥220份、细集料(河砂与偏高岭土质量比2:1)300份、纤维素醚0.6份、钙矾石膨胀剂22份、疏水改性纳米二氧化硅8份、混合增强纤维(PVA纤维与钢纤维质量比1:2)2份、聚羧酸减水剂2.5份、水170份准备好各原料；
将水泥、细集料、纤维素醚、钙矾石膨胀剂和聚羧酸减水剂加入到搅拌机中搅拌10min，使各原料混合均匀；再将水、疏水改性纳米二氧化硅和混合增强纤维混合后搅拌5min，而后倒入搅拌机中，继续搅拌20min，制得高性能节点灌浆材料。
实施例3
高性能节点灌浆材料的制备：
以质量份数计，按照水泥200份、细集料(河砂与偏高岭土质量比2:1)380份、纤维素醚0.5份、钙矾石膨胀剂20份、疏水改性纳米二氧化硅5份、混合增强纤维(PVA纤维与钢纤维质量比1:2)3份、聚羧酸减水剂2份、水150份准备好各原料；
将水泥、细集料、纤维素醚、钙矾石膨胀剂和聚羧酸减水剂加入到搅拌机中搅拌10min，使各原料混合均匀；再将水、疏水改性纳米二氧化硅和混合增强纤维混合后搅拌5min，而后倒入搅拌机中，继续搅拌20min，制得高性能节点灌浆材料。
对比例1
高性能节点灌浆材料的制备：
与实施例1相比，区别仅在于，将疏水改性纳米二氧化硅替换为等质量的纳米二氧化硅。
对比例2
高性能节点灌浆材料的制备：
与实施例1相比，区别仅在于，制备步骤调整为将所有原料直接进行混合，然后搅拌30min，制得高性能节点灌浆材料。
对比例3
高性能节点灌浆材料的制备：
与实施例1相比，区别仅在于，细集料全部选用河砂。
测定实施例1～3及对比例1～3制备的高性能节点灌浆材料的抗压强度、抗折强度、收缩率、抗拉强度和延伸率，测定结果见表1。
表1各组高性能节点灌浆材料的性能测试结果
从表1中能够看出，若加入未改性的纳米二氧化硅，所得节点灌浆材料的综合性能明显降低，原因可能是未改性的纳米二氧化硅加入后存在分散不均的问题，也不能对聚合物纤维起到改善作用，进一步对28天抗折强度测定时间观察，可以观察到，实施例1所制得试件的断面的微孔隙明显少于对比例1所制得试件的断面。
在改变本发明原料加入顺序的情况下，同样不利于节点灌浆材料的性能，其中抗折强度下降较为明显，表明预先将疏水改性纳米二氧化硅和混合增强纤维有利于节点灌浆材料性能的提升，从实施例1与对比例2抗折强度测定试件的断面中也能观察到，实施例1更多是完整聚合物纤维被拉拔出来，对比例1则多为断裂的聚合物纤维。
在省略偏高岭土的情况下，所制得节点灌浆材料的综合性能也均有所降低。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种高性能节点灌浆材料，其特征在于，按质量份数计，原料包括：水泥200～250份、细集料300～380份、纤维素醚0.5～0.8份、膨胀剂20～30份、疏水改性纳米二氧化硅5～8份、混合增强纤维2～3份、减水剂3～4份和水150～180份。
2.根据权利要求1所述的高性能节点灌浆材料，其特征在于，所述细集料为河砂与偏高岭土质量比2:1的混合物。
3.根据权利要求2所述的高性能节点灌浆材料，其特征在于，所述河砂的粒径为0.8～1.2mm；所述偏高岭土的粒径不超过0.15mm。
4.根据权利要求1所述的高性能节点灌浆材料，其特征在于，所述膨胀剂为钙矾石膨胀剂。
5.根据权利要求1所述的高性能节点灌浆材料，其特征在于，所述疏水改性纳米二氧化硅为烷氧基改性纳米二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的高性能节点灌浆材料，其特征在于，所述烷氧基改性纳米二氧化硅的制备步骤包括：将纳米二氧化硅分散于乙醇溶液中，进行溶剂热反应，制得烷氧基改性纳米二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的高性能节点灌浆材料，其特征在于，所述混合增强纤维由PVA纤维和钢纤维按质量比1:2混合得到。
8.根据权利要求1所述的高性能节点灌浆材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
9.权利要求1～8任一项所述高性能节点灌浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水、疏水改性纳米二氧化硅和混合增强纤维加入到搅拌装置中，搅拌均匀，得到混合液；将水泥、细集料、纤维素醚、膨胀剂和减水剂混合均匀，加入所述混合液，搅拌均匀，得到高性能节点灌浆材料。
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