本发明涉及锚固材料技术领域，具体是一种快固型无机锚固材料及其制备方法。
背景技术：
锚固材料是锚固件的锚固、传递结构间起直接或间接作用的胶接材料，主要应用于混凝土结构、砌体结构中种植钢筋、全螺纹螺杆等工程。
目前，常见的锚固材料主要是以改性环氧树脂、改性乙烯基酯类聚合物为主要原料的有机类锚固材料。虽然有机类锚固材料的粘结性能好，但其存在以下问题：一方面，材料易老化、耐久性较差，与混凝土结构、砌体结构的耐久性相差较大，在结构使用过程中可能出现锚固材料老化失效的现象；另一方面，材料的耐火性差，其热变形温度低于100℃，在遭受火灾时易失效，导致结构锚固工程锚固失效，从而使整体结构出现安全问题。
为防止结构加固部分意外失效而导致坍塌，在现行国家标准《混凝土结构加固设计规范》GB 50367、《砌体结构加固设计规范》GB 50702中都规定了使用胶粘剂或其他聚合物的加固方法时，应要求原结构、构件具有能承担n倍恒载标准值的作用。对此，有机锚固材料因其耐老化和耐火性差的问题，应用受到限制。同时，现有的无机锚固材料虽然与基体相容性好，耐火性和耐老化性能好，但也存在粘结强度较差、体积稳定性差等问题。
因此，我们亟需一种耐火性和耐老化性优良，并且粘结强度和体积稳定性高的锚固材料。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种快固型无机锚固材料，以至少达到凝结硬化快，耐火性和耐老化性优良，并且粘结强度和体积稳定性高的效果。
上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种快固型无机锚固材料，按重量份计，包括氧化镁40～80份、磷酸盐15～40份、缓凝剂2～12份、减缩剂1～5份、砂0～200份、乳胶粉0～12份、矿物掺合料5～30份、纤维0～4份和水10～25份。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述氧化镁、磷酸盐和矿物掺合料的重量份之和为100份。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述氧化镁包括过烧氧化镁。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述磷酸盐包括磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵中的一种或多种。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述缓凝剂包括硼砂、硼酸和三磷酸钠中的一种。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述减缩剂为Master life SRA815混凝土减缩剂。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述矿物掺合料包括硅灰、偏高岭土和粉煤灰中的一种或多种。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述乳胶粉包括乙烯-醋酸乙烯共聚物乳胶粉和乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯三元共聚物乳胶粉中的一种。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述纤维包括聚丙烯纤维。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述砂的粒径为40～100目。
在上述技术方案中，通过对所述快固型无机锚固材料的组分及其用量进行限定，使得各组分之间相互配合，使其复合使用的效果较之于各组分单独使用或分开使用具有较为明显的提升，从而起到了协同作用，最终达到了凝结硬化快，耐火性和耐老化性优良，并且粘结强度和体积稳定性高的效果。
具体地，所述过烧氧化镁、磷酸盐和水是水化反应的主要原料，其水化产物鸟粪石是快固型无机锚固材料强度、耐老化性能和耐火性的主要来源；所述缓凝剂用于调节凝结时间；所述减缩剂用于进一步减少收缩，提高体积稳定性；所述砂可充当骨料；所述乳胶粉可提高材料的密实度和粘结性能；所述矿物掺合料的掺入可达到调节凝结时间、提高浆体密实度、降低成本等目的；所述纤维可减少微裂缝的产生，增强锚固效果。
其中，所述水化产物鸟粪石是矿石的一种，亦称鸟兽积粪，属无色斜方晶系，为白色结晶细颗粒或者粉末。所述快固型无机锚固材料的水化机理为：所述磷酸盐首先溶于水中，H2P04-离子使混合液呈弱酸性；在弱酸性条件下，所述过烧氧化镁溶解，在溶液中电离产生Mg2+，Mg2+与水分子形成水合镁离子，水合镁离子再与H2PO4-、NH4+迅速反应，形成以所述鸟粪石为主的水化产物；此时，所述水化产物中含有未水化的过烧氧化镁和磷酸盐，以及新的以鸟粪石为主的水化产物，其中的过烧氧化镁还能起到骨料增强作用。
本发明的目的之二在于克服现有技术的不足，提供上述快固型无机锚固材料的制备方法。
上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种制备上述快固型无机锚固材料的方法，包括以下步骤：
S1.按配比称取所述氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、减缩剂、砂、乳胶粉、矿物掺合料、纤维和水；
S2.将所述氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、减缩剂、砂、乳胶粉、矿物掺合料和纤维混合，干拌至均匀状态，得到干粉料；
S3.将所述干粉料和水混合搅拌1～3min，即得。
值得注意的是，现有技术中有机胶粘剂的热变形温度通常在100℃以下；而本发明所述快固型无机锚固材料属于无机材料，具有自身不燃和低导热性的特点，同时在温度达到100℃时，材料中的游离水和水化产物鸟粪石中的结晶水受热开始产生蒸汽，从而在水蒸发的过程中吸收大部分热量，达到了耐火的效果。
应当理解的是，本发明中的“和/或”是指，通过“和/或”连接的前后两个技术特征既可以为并列关系，也可以为择一选用关系。例如，“A和/或B”包含“A”、“B”和“A+B”三种情况。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种快固型无机锚固材料，主要水化产物是鸟粪石，具有良好的耐火性和耐久性，能够避免锚固结构在服役期间因老化或火灾失效而造成安全事故。
2.本发明的一种快固型无机锚固材料，水化放热快，低温下可正常水化，可在负温条件下进行施工。
3.本发明的一种快固型无机锚固材料，凝结硬化快且早期强度高，可有效缩短施工时间；同时，体积稳定性好且粘结强度高，可有效提高锚固效果。
具体实施方式
下面进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
1.一种快固型无机锚固材料，按重量份计，包括过烧氧化镁50份、磷酸盐20份、缓凝剂8份、减缩剂1份、砂200份、乳胶粉3份、矿物掺合料30份和水15份；
其中，磷酸盐为磷酸二氢钾；缓凝剂为硼砂；减缩剂为Master life SRA815混凝土减缩剂；矿物掺合料为硅灰和偏高岭土(质量比为2:1)的混合物；乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物乳胶粉；砂的粒径为40～100目。
2.一种快固型无机锚固材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按配比称取原料；
S2.将过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、减缩剂、砂、乳胶粉和矿物掺合料混合，干拌至均匀状态，得到干粉料；
S3.将干粉料和水混合搅拌1min，即得。
实施例2
1.一种快固型无机锚固材料，按重量份计，包括过烧氧化镁50份、磷酸盐40份、缓凝剂6份、减缩剂3份、乳胶粉5份、矿物掺合料10份和水10份；
其中，磷酸盐为磷酸二氢钾和磷酸二氢铵(质量比为1:1)的混合物；缓凝剂为硼砂；减缩剂为Master life SRA815混凝土减缩剂；矿物掺合料为粉煤灰和硅灰(质量比为2:1)的混合物；乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物乳胶粉。
2.一种快固型无机锚固材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按配比称取原料；
S2.将过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、减缩剂、乳胶粉和矿物掺合料混合，干拌至均匀状态，得到干粉料；
S3.将干粉料和水混合搅拌2min，即得。
实施例3
1.一种快固型无机锚固材料，按重量份计，包括过烧氧化镁60份、磷酸盐25份、缓凝剂12份、减缩剂2份、乳胶粉5份、矿物掺合料15份、纤维4份和水20份；
其中，磷酸盐为磷酸二氢钾；缓凝剂为硼酸；减缩剂为Master life SRA815混凝土减缩剂；矿物掺合料为硅灰；乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯三元共聚物乳胶粉；纤维为聚丙烯纤维。
2.一种快固型无机锚固材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按配比称取原料；
S2.将过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、减缩剂、乳胶粉、矿物掺合料和纤维混合，干拌至均匀状态，得到干粉料；
S3.将干粉料和水混合搅拌3min，即得。
实施例4
1.一种快固型无机锚固材料，按重量份计，包括过烧氧化镁80份、磷酸盐15份、缓凝剂5份、减缩剂5份、乳胶粉5份、矿物掺合料5份和水16份；
其中，磷酸盐为磷酸二氢铵；缓凝剂为三磷酸钠；减缩剂为Master life SRA815混凝土减缩剂；矿物掺合料为偏高岭土；乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯三元共聚物乳胶粉。
2.一种快固型无机锚固材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按配比称取原料；
S2.将过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、减缩剂、乳胶粉和矿物掺合料混合，干拌至均匀状态，得到干粉料；
S3.将干粉料和水混合搅拌2min，即得。
实施例5
1.一种快固型无机锚固材料，按重量份计，包括过烧氧化镁60份、磷酸盐20份、缓凝剂5份、减缩剂3份、砂50份、乳胶粉12份、矿物掺合料20份、纤维2份和水15份；
其中，磷酸盐为磷酸二氢钾；缓凝剂为硼砂；矿物掺合料为硅灰；减缩剂为Master life SRA815混凝土减缩剂；乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物乳胶粉；纤维为聚丙烯纤维；砂的粒径为40～100目。
2.一种快固型无机锚固材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按配比称取原料；
S2.将过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、减缩剂、砂、乳胶粉、矿物掺合料和纤维混合，干拌至均匀状态，得到干粉料；
S3.将干粉料和水混合搅拌3min，即得。
实施例6
1.一种快固型无机锚固材料，按重量份计，包括过烧氧化镁75份、磷酸盐15份、缓凝剂2份、减缩剂3份、砂100份、矿物掺合料10份和水16份；
其中，磷酸盐为磷酸二氢钾；缓凝剂为硼砂；减缩剂为Master life SRA815混凝土减缩剂；矿物掺合料为偏高岭土；砂的粒径为40～100目。
2.一种快固型无机锚固材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按配比称取原料；
S2.将过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、减缩剂、砂和矿物掺合料混合，干拌至均匀状态，得到干粉料；
S3.将干粉料和水混合搅拌3min，即得。
对照例1
采用本发明实施例1～6中的无机锚固材料与对照例1进行对比，对照例1中的无机锚固材料按重量份计，包括：硅酸盐水泥100份、砂150份、水33份、乳胶粉2份、早强型减水剂1份、膨胀剂0.2份，其他条件如用量、制备步骤和条件等与本发明实施例1～6均相同(本对照例相比于实施例1～6，采用普通硅酸盐水泥砂浆，用于证明本发明的无机锚固材料效果更好)。
对照例2
采用本发明实施例1～6中的无机锚固材料与对照例2进行对比，对照例2中的无机锚固材料按重量份计，包括：过烧氧化镁90份、磷酸盐10份、缓凝剂10份、水15份，其他条件如用量、制备步骤和条件等与本发明实施例1～6均相同(本对照例相比于实施例1～6，主要水化成分用量比超出权利要求书的范围，用于证明本发明的无机锚固材料效果更好)。
对照例3
采用本发明实施例1～6中的无机锚固材料与对照例3进行对比，对照例3中的有机锚固材料为改性环氧树脂锚固剂(本对照例相比于实施例1～6，用于证明本发明的无机锚固材料效果更好)。
试验效果
1.为了验证本发明的无机锚固材料的性能，对实施例1～6制得的无机锚固材料和对照例1制得的普通硅酸盐水泥砂浆的凝结时间、流动度、抗压强度、约束拉拔条件下带肋钢筋与混凝土的粘结强度、疲劳试验以及耐火性等性能进行了测试。测试方法为：
1)凝结时间：根据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T 1346-2011第8节的规定进行测定；
2)流动度：根据《水泥胶砂流动度测定方法》GB/T 2419-2005的规定进行测定；
3)抗压强度：根据《水泥胶砂强度检测方法(ISO法)》GB/T17671-1999的规定进行测定；
4)约束拉拔条件下带肋钢筋与混凝土的粘结强度：根据《混凝土结构工程用锚固胶》JG/T340-2011第6.2.7.2条的规定进行测定；
5)疲劳试验：根据《混凝土结构工程用锚固胶》JG/T 340-2011第6.2.8.3条的规定进行测定；
6)耐火性：选择在小室法防火涂料测试仪(《饰面型防火涂料GB 12441-2005》)内利用座式酒精喷灯进行耐火性能试验。将28d龄期的75mm×150mm×1mm试件置于三脚架上，涂层面朝下。调整酒精喷灯位置,使得燃烧时火焰垂直于试件中心，用温度计测量涂层背面中心的温度，记录试件背面温度到达300℃的时间。
结果如下表所示：
由上表可知，相比于实施例1～6，对照例1的凝结时间显著增长；对照例1的流动度无明显差异，这说明本发明的快固型无机锚固材料不会影响流动度；对照例1的抗压强度在早期明显低于实施例1～6，在后期则与其接近或略低，这说明本发明的快固型无机锚固材料提高了抗压性能；同时，对照例1的粘结强度、体积稳定性和耐火性均明显降低。相比于实施例1～6，对照例2的凝结时间略有增长；对照例2的流动度明显降低；对照例2的抗压强度、粘结强度、耐久性和耐火性均明显降低。相比于实施例1～6，对照例3的粘结强度和耐火性均明显降低。
因此，本发明的快固型无机锚固材料在满足施工要求的同时，不仅能大大降低施工周期，从而提高锚固工程的施工效率，还能有效提高锚固性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。