CN116854438B - 风电钢混塔架用超低温座浆料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种风电钢混塔架用超低温座浆料及其制备方法与应用。本发明利用硅酸盐水泥与特种高活性胶凝材料的协同作用，使用级配骨料和功能外加剂制备得到高性能座浆料，解决在超低温环境下的应用技术难题，满足风电钢混塔架在超低温环境下的拼接安装技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种风电钢混塔架用超低温座浆料及其制备方法与应用。
背景技术
风力发电是新能源开发利用的重要组成部分之一。钢混塔架作为一种新型结构形式广泛应用于陆地风能结构设施中，这种技术可以有效提升大叶轮、高轮毂风电机组发电量，其中连接钢架与预制混凝土塔段、预制混凝土塔段之间、预制混凝土塔段与基础的座浆连接是薄弱环节之一，因此座浆料的选用对整个钢混塔架的安全性和服役寿命起着关键作用。
风电钢混塔架拼接安装用座浆料由高活性胶凝材料，配以细骨料、功能性添加剂组成，具有较高的力学性能和较好的抗疲劳性，同时具备微膨胀、无收缩特性。由于风电混塔混凝土管片的竖向拼接和塔筒环段的水平缝填充需要采用现场拌制座浆料进行密封，然而实际工程应用中，座浆料的性能不能很好满足工程冬季低温应用要求，尤其是在温度低至-20℃左右的环境下，座浆料发生冻结现象，早期几乎无强度，后期强度发展缓慢，无法满足施工要求。因此开发出高性能的超低温座浆料，对于实现超低温环境下混凝土塔筒安装至关重要。
然而，现有技术中关于座浆料的研究相对较少，可供参考的文献并不多，因此对超低温座浆料材料体系的研究存在空白。专利文献CN106630871A公开了一种用于填充装配式构件间隙的座浆料及其制备方法，CN108424065A公开可用作装配式混凝土预制构件连接接缝处的座浆料，这种座浆料具有早强、高强、微膨胀和耐久性好的性能，CN109516737A公开一种座浆料及其制备方法和应用，早期强度高、流动性好、不离析、不泌水、微膨胀性、成本可控，CN111423196A公开一种连续级配铁尾矿砂座浆料组合物采用连续级配铁尾矿砂取代了石英砂，有效克服了传统座浆材料存在稠度不达国家标准、损失快、1d膨胀率不达标、早期及后期强度不高、后期体积稳定性差等问题，CN112341093A公开一种PC建筑构件安装配套的封仓座浆料，浆料固化后收缩率低，质地致密坚硬，抗渗抗变形能力强，CN114573308A公开了一种风电钢混塔架安装施工用座浆料，CN115057679A公开了一种风电钢混塔架专用100MPa无收缩座浆料，具备高强无收缩的特点，具有优异的和易性，在保障粘聚性、保水性的同时具备良好的可塑性以满足流动性的要求，实现了流动性、保水性及粘聚性三个方面的统筹优化，然而，上述座浆料未对低温施工性能进行检测，CN114853436A公开一种低温型座浆料及其使用方法，在低至-5℃甚至-10℃低温下短期内即具有较高的力学性能，且长期使用效能优异，然而其未进行超低温环境性能检测。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种风电钢混塔架用超低温座浆料，利用硅酸盐水泥与特种高活性胶凝材料的协同作用，使用级配骨料和功能外加剂制备得到高性能座浆料，解决在超低温环境下的应用技术难题，满足风电钢混塔架在超低温环境下的拼接安装技术要求。
具体的，本发明风电钢混塔架用超低温座浆料，由以下重量份原料组成：水泥30-50份，水化促进剂1-10份，超细掺合料1-5份，改性偏高岭土1-5份，玄武岩砂20-40份，刚玉微粉1-10份，塑性膨胀剂0.01-0.5份，内养护剂0.01-0.3份，缓凝剂0.01-0.2份，促凝剂0.1-0.5份，消泡剂0.01-0.3份，减水剂0.1-1份。
其中，所述水泥为超细高贝利特硫铝酸盐熟料和P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥质量比5-5.5:4.5-6.5的混合物，其中超细高贝利特硫铝酸盐熟料中贝利特含量≥40%，游离石膏含量为16-18%，熟料比表面积为650-700m2/kg，P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥比表面积为550-650m2/kg。本发明超细高贝利特硫铝酸盐熟料中贝利特经游离石膏改性，具有较高活性，熟料中无水硫铝酸钙早期水化放热速率高，而贝利特兼顾早期和后期强度，对后期强度有更大贡献；P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥水化过程中提高更高的碱度，促进熟料中贝利特的低温水化。
优选的，所述水化促进剂为非晶态铝酸钙矿物C12A7与硬石膏质量比6-6.5:3.5-4.5的混合物。在超低温-20℃左右，利用非晶态C12A7水化幼龄期快速水化超高放热优势，弥补座浆料在超低温条件下拌合水冻结，水化浆体硬化慢或不硬化的问题，同时非晶态C12A7与硬石膏反应产物钙矾石的生成能够促进硬化浆体的早期和后期抗压强度的正常增长。另一方面，非晶态铝酸钙矿物经过超细粉末改性处理达微纳米级别，比表面积较大，活性更高，可以有效填充水泥硬化浆体的孔隙，改善硬化浆体微结构，从而提高硬化体力学性能。
优选的，所述改性偏高岭土制备工艺为：将高岭土与电石渣按质量比10:1-2混合粉磨，于600-680℃保温0.5-2h，取出后用冷风快速冷却至室温，再次粉磨至平均粒径2-5μm。本发明制备得到的改性偏高岭土出现非晶体高活性铝钙硅酸盐类矿物，同时具备改善浆体触变性功能。
优选的，所述超细掺合料为超细粉煤灰，比表面积为650-700m2/kg。本发明借助超细粉煤灰的球形形态，可降低浆体粘度，提高浆料和易性。
本发明为制备合格的风电钢混塔架用超低温座浆料，首先要满足基本的施工要求，同时必须满足超低温环境下的力学性能增长，为此，本发明采用P·Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥配合超细高贝利特硫铝酸盐熟料，添加水化促进剂和超细掺合料，并辅以改性偏高岭土，可满足座浆料的塑性施工要求，本发明在超低温-20℃环境下，水化促进剂中C12A7配合硬石膏产生的水化反应保证了复合水泥在超低温环境中的水化进程，胶凝材料水化产生的硬化体未被超低温环境的冰晶压力破坏，满足了座浆料早期和后期抗压强度增长要求。
优选的，所述玄武岩砂细度模数为1.7-2.0，刚玉微粉粒径为200-300目。两种骨料的结合可以改善砂浆整体得密实度，更多地提高硬化体的抗压强度和弹性模量。
优选的，所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺。
优选的，所述内养护剂为SAP吸水树脂颗粒，粒径为0.1-0.3mm。
优选的，所述缓凝剂为柠檬酸与柠檬酸钠，二者质量比为1:1.8-2.1。
优选的，所述促凝剂为碳酸锂。
优选的，所述消泡剂为有机硅粉末消泡剂。
优选的，所述减水剂为聚羧酸粉体减水剂。
本发明还涉及上述风电钢混塔架用超低温座浆料的制备方法，具体的，包括如下步骤：按重量份取各原料，混合均匀，包装。
本发明还涉及上述风电钢混塔架用超低温座浆料的应用，具体的，使用时将本发明座浆料粉料加水拌合均匀，粉料与水的质量比为1:0.1-0.12。
具体实施方式
为表征本发明技术效果，依照本发明技术方案测试-20℃条件下座浆料初始流动度，成型试件并进行养护至相关测试龄期后，进行抗压强度、抗折强度和干燥收缩率测试，其中-1d表示在-20℃环境中养护1d，-3d表示在-20℃环境中养护3d，-7d+21d表示在-20℃环境中养护7d再转入标准条件养护21d。试验过程中固定粉料与水质量比为1:0.12，超细高贝利特硫铝酸盐熟料中贝利特含量为42%，游离石膏含量为16%，熟料比表面积为660m2/kg，P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥比表面积为590m2/kg，水化促进剂为非晶态铝酸钙矿物C12A7与硬石膏质量比6:4的混合物，改性偏高岭土制备工艺为：将高岭土与电石渣按质量比10:1.5混合粉磨，于620℃保温1h，取出后用冷风快速冷却至室温，再次粉磨至平均粒径4μm，超细粉煤灰比表面积为670m2/kg。玄武岩砂细度模数为2.0，刚玉微粉粒径为200-300目，SAP吸水树脂颗粒粒径为0.1-0.3mm，缓凝剂为柠檬酸与柠檬酸钠，二者质量比为1:1.8，促凝剂为碳酸锂，消泡剂为有机硅粉末消泡剂，减水剂为聚羧酸粉体减水剂。
实施例
风电钢混塔架用超低温座浆料，由以下重量份原料组成：超细高贝利特硫铝酸盐熟料22份，P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥22份，水化促进剂6份，超细粉煤灰2.5份，改性偏高岭土2份，玄武岩砂32份，刚玉微粉8份，塑性膨胀剂0.25份，SAP吸水树脂颗粒0.1份，缓凝剂0.09份，促凝剂0.3份，消泡剂0.2份，减水剂0.5份。
经检测，-20℃养护条件下，座浆料初始流动度142mm，和易性良好，不流淌，-1d抗压强度38.6MPa，-3d抗压强度65.7MPa，-7d+21d抗压强度95.8MPa，-7d+21d抗折强度12.5MPa，-7d+21d干燥收缩率-0.05%，静弹性模量35.0GPa。
对比例1
座浆料，由以下重量份原料组成：R.SAC52.5级快硬硫铝酸盐水泥28份，P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥22份，超细粉煤灰2.5份，改性偏高岭土2份，玄武岩砂32份，刚玉微粉8份，塑性膨胀剂0.25份，SAP吸水树脂颗粒0.1份，缓凝剂0.09份，促凝剂0.3份，消泡剂0.2份，减水剂0.5份。
经检测，-20℃养护条件下，座浆料初始流动度135mm，和易性良好，不流淌，-1d抗压强度18.2MPa，-3d抗压强度34.5MPa，-7d+21d抗压强度39.5MPa，-7d+21d抗折强度3.6MPa，-7d+21d干燥收缩率-0.03%，静弹性模量14.5GPa。
对比例2
座浆料，由以下重量份原料组成：超细高贝利特硫铝酸盐熟料22份，P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥28份，超细粉煤灰2.5份，改性偏高岭土2份，玄武岩砂32份，刚玉微粉8份，塑性膨胀剂0.25份，SAP吸水树脂颗粒0.1份，缓凝剂0.09份，促凝剂0.3份，消泡剂0.2份，减水剂0.5份。
经检测，-20℃养护条件下，座浆料初始流动度165mm，和易性一般，轻微流淌，-1d抗压强度25.8MPa，-3d抗压强度38.9MPa，-7d+21d抗压强度52.6MPa，-7d+21d抗折强度4.9MPa，-7d+21d干燥收缩率-0.02%，静弹性模量18GPa。
对比例3
座浆料，由以下重量份原料组成：超细高贝利特硫铝酸盐熟料22份，P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥22份，水化促进剂6份，超细粉煤灰4.5份，玄武岩砂32份，刚玉微粉8份，塑性膨胀剂0.25份，SAP吸水树脂颗粒0.1份，缓凝剂0.09份，促凝剂0.3份，消泡剂0.2份，减水剂0.5份。
经检测，-20℃养护条件下，座浆料初始流动度200mm，和易性差，流淌严重，-1d抗压强度30.2MPa，-3d抗压强度55.1MPa，-7d+21d抗压强度72.5MPa，-7d+21d抗折强度6.8MPa，-7d+21d干燥收缩率-0.04%，静弹性模量26.5GPa。
对比例4
座浆料，由以下重量份原料组成：超细高贝利特硫铝酸盐熟料22份，P•Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥22份，水化促进剂6份，超细粉煤灰2.5份，改性偏高岭土2份，玄武岩砂40份，塑性膨胀剂0.25份，SAP吸水树脂颗粒0.1份，缓凝剂0.09份，促凝剂0.3份，消泡剂0.2份，减水剂0.5份。
经检测，-20℃养护条件下，座浆料初始流动度190mm，浆料轻微泌浆，-1d抗压强度25.9MPa，-3d抗压强度50.2MPa，-7d+21d抗压强度69.7MPa，-7d+21d抗折强度6.6MPa，-7d+21d干燥收缩率-0.08%，静弹性模量23.6GPa。
对比例5
座浆料，由以下重量份原料组成：P•O52.5普通硅酸盐水泥52份，超细粉煤灰2.5份，偏高岭土2份，玄武岩砂32份，刚玉微粉8份，塑性膨胀剂0.25份，缓凝剂0.19份，促凝剂0.3份，消泡剂0.2份，减水剂0.5份。
经检测，-20℃养护条件下，座浆料初始流动度210mm，和易性差，浆料流淌，-1d抗压强度2.5MPa，-3d抗压强度8.5MPa，-7d+21d抗压强度15.0MPa，-7d+21d抗折强度1.8MPa，-7d+21d干燥收缩率-0.04%，静弹性模量6.3GPa。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种风电钢混塔架用超低温座浆料，其特征在于，由以下重量份原料组成：水泥30-50份，水化促进剂1-10份，超细掺合料1-5份，改性偏高岭土1-5份，玄武岩砂20-40份，刚玉微粉1-10份，塑性膨胀剂0.01-0.5份，内养护剂0.01-0.3份，缓凝剂0.01-0.2份，促凝剂0.1-0.5份，消泡剂0.01-0.3份，减水剂0.1-1份；
所述水泥为超细高贝利特硫铝酸盐熟料和P·Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥质量比5-5.5:4.5-6.5的混合物，其中超细高贝利特硫铝酸盐熟料中贝利特含量≥40%，游离石膏含量为16-18%，熟料比表面积为650-700 m2/kg，P·Ⅰ52.5超细硅酸盐水泥比表面积为550-650m2/kg；
所述水化促进剂为非晶态铝酸钙矿物C12A7与硬石膏质量比6-6.5:3.5-4.5的混合物；
所述改性偏高岭土制备工艺为：将高岭土与电石渣按质量比10:1-2混合粉磨，于600-680℃保温0.5-2h，取出后用冷风快速冷却至室温，再次粉磨至平均粒径2-5μm。
2.根据权利要求1所述风电钢混塔架用超低温座浆料，其特征在于，所述超细掺合料为超细粉煤灰，比表面积为650-700m2/kg。
3.根据权利要求1所述风电钢混塔架用超低温座浆料，其特征在于，所述玄武岩砂细度模数为1.7-2.0，刚玉微粉粒径为200-300目。
4.根据权利要求1所述风电钢混塔架用超低温座浆料，其特征在于，所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺。
5.根据权利要求1所述风电钢混塔架用超低温座浆料，其特征在于，所述内养护剂为SAP吸水树脂颗粒，粒径为0.1-0.3mm。
6.根据权利要求1所述风电钢混塔架用超低温座浆料，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸与柠檬酸钠，二者质量比为1:1.8-2.1。
7.根据权利要求1所述风电钢混塔架用超低温座浆料，其特征在于，所述促凝剂为碳酸锂。
8.根据权利要求1所述风电钢混塔架用超低温座浆料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅粉末消泡剂，所述减水剂为聚羧酸粉体减水剂。
9.根据权利要求1-8任一项所述风电钢混塔架用超低温座浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按重量份取各原料，混合均匀，包装。
10.根据权利要求1-8任一项所述风电钢混塔架用超低温座浆料的应用，其特征在于，使用时将座浆料粉料加水拌合均匀，粉料与水的质量比为1:0.1-0.12。
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