CN102295447A - 基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料 - Google Patents

Abstract

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料。由铝酸盐水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、硅灰、缓凝剂、减水剂、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和聚乙烯醇纤维组成。使用本发明可解决普通水泥基加固材料施工难度大，湿作业时间长以及早期强度低的问题。本发明采用复合胶凝材料、辅以钢渣集料、复合外加剂和纤维，干混包装供应，现场加水搅拌后即可使用，具有施工容易、早期强度高、抗裂性好、抗渗性好、收缩率小和耐久性优等特性，适用于建筑物、码头、桥梁、大坝、铁路和隧道等的加固工程。

Description

基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料。

背景技术

混凝土是当今世界使用最广泛、应用量最大的一种建筑材料。由于混凝土抗拉强度低、干缩大、韧性差，加上环境多变、施工质量不佳或设计不当等影响，混凝土往往会产生病害，缩短使用寿命。为延长混凝土建筑物的使用寿命，必须对产生病害的混凝土结构进行修补加固。

混凝土结构加固材料主要有水泥基加固材料、钢材及焊接材料、纤维和纤维复合材料、胶粘剂和阻锈剂，其中应用最为广泛的是水泥基加固材料。传统的水泥基加固材料存在着诸多问题，如施工工艺要求严格，加固养护周期长，材料选择范围小，总体造价高等。普通的水泥基快速加固材料制备工艺复杂，凝结时间不合理，施工时间紧张，后期强度倒缩，并且水泥水化放热集中，容易出现冷缝。因此，开发性能优良且施工简单、湿作业时间短、早期强度高、后期强度不倒缩的专用加固材料是当务之急。

钢渣是钢铁工业主要废渣之一，我国钢渣的综合利用率小，大量的钢渣堆积不仅占用土地、污染环境，同时也是对资源的极大浪费。用钢渣作为集料代替砂生产快硬早强结构加固材料，可以减少对天然砂的开采，解决钢渣大量堆积问题。铝酸盐水泥凝结硬化速度快，水化放热量集中，具有很强的耐热性和抗侵蚀性。矿渣粉、粉煤灰和硅灰是工业副产品。用钢渣取代天然砂，以铝酸盐水泥-矿渣粉-粉煤灰-硅灰作为复合胶凝体系来生产快硬早强加固材料，不仅解决了现阶段我国水泥基加固材料存在的问题，还提高了钢渣、矿渣、粉煤灰和硅灰自身的经济附加值，为建筑业的节能减排和低碳化创造了良好的基础条件，符合我国可持续发展战略。

本发明制备的快硬早强结构加固材料主要由铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰和硅灰作为胶凝材料，以钢渣作为集料，并加入缓凝剂、减水剂、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和聚乙烯醇纤维制备而成，它施工简单，强度发展快，抗裂性好，体积稳定性及耐久性好。本发明可供钢渣处理厂和加固材料厂生产，广泛适用于建筑物及码头、桥梁、大坝、铁路和隧道等的加固，还可用于普通的结构施工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作性好，早期强度高，后期强度不倒缩，体积稳定性好，耐久性好的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料。

本发明提出的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，以铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰和硅灰作为复合胶凝材料，以钢渣作为集料并辅以多种外加剂和纤维。

本发明提出的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，由铝酸盐水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、硅灰、缓凝剂、减水剂、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和聚乙烯醇纤维组成，各组分的重量比为：

铝酸盐水泥              100

钢渣                    100-400

矿渣粉                  10-45

粉煤灰                  5-35

硅灰                    5-15

缓凝剂                  0.002-0.01

减水剂                  0.05-3

乳胶粉                  1-4

纤维素醚                0.01-0.15

消泡剂                  0.02-0.15

聚乙烯醇纤维            0.05-0.8。

各组份较佳的重量比为：

铝酸盐水泥              100

钢渣                    150-400

矿渣粉                  15-40

粉煤灰                  10-35

硅灰                    5-10

缓凝剂                  0.002-0.008

减水剂                  0.10-2.50

乳胶粉                  1.0-3.5

纤维素醚                0.01-0.12

消泡剂                  0.02-0.12

聚乙烯醇纤维            0.1-0.6。

本发明中，所述铝酸盐水泥为CA-50、CA-60或CA-70铝酸盐水泥中的一种。

本发明中，所述钢渣为碱度系数不小于1.6的经过热焖或陈化处理的钢渣，最大粒径为5mm，其颗粒级配与天然砂基本相同，堆积密度为1700-1900kg/m³。其中各粒径范围所占重量百分比：2.5mm-5mm为8.38%；1.25mm-2.5mm为9.50%；0.16mm-1.25mm为78.90%；大于0，小于等于0.16mm为3.22%。

本发明中，所述矿渣粉为S75矿渣粉或S95矿渣粉中的一种。

本发明中，所述粉煤灰为                                                

级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%。

本发明中，所述硅灰为平均粒径为0.2-0.3μm，比表面积≥20000m²/kg的硅灰。

本发明中，所述缓凝剂为羟基羧酸盐类缓凝剂。

本发明中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂中的一种。

本发明中，所述纤维素醚的粘度为2,000mPa.s-10,000mPa.s。

本发明中，所述聚乙烯醇纤维的拉伸强度≥800MPa，弹性模量≥25MPa，断裂伸度4%-12%，直径1-500mm。

本发明提出的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）按以下各粒径范围所占重量百分比配制钢渣：2.5mm-5mm为8.38%；1.25mm-2.5mm为9.5%；0.16mm-1.25mm为78.9%；大于0，小于等于0.16mm为3.22%；

（2）按照原料配比称取各原料；

（3）将称量好的各原料经过机械搅拌，混合至均匀状态，即得所需产品。

本发明提出的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料的使用方法，具体步骤如下：准确称取基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料和水，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将快硬早强结构加固材料匀速投入搅拌机。搅拌均匀后即可施工。加水量为本发明材料重量的10%-15%。

本发明中，铝酸盐水泥作为主要的胶凝组分，矿渣粉、粉煤灰和硅灰作为掺合料，与水泥一起组成复合胶凝体系。铝酸盐水泥凝结速度快，早期强度高，且结构致密、抗渗性、抗腐蚀性优良。矿渣粉中SiO₂、CaO和Al₂O₃总含量约达90%，在水化过程中生成水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展，起到复合胶凝效应和微集料效应。掺加高钙粉煤灰可以节约水泥，减少用水量，改善体系的和易性，减少快速早强加固材料的徐变和热膨胀性，提高抗渗性。硅灰是一种比表面积大，活性很高的火山灰质材料，其SiO₂含量约为75%-96%，在水化反应中，它能够填充水泥颗粒间的孔隙，使浆体更致密，同时与水化产物生成凝胶体，可显著提高抗压、抗折、防腐、抗冲击及耐磨性能，并且可以延长快速早强结构加固材料的使用寿命。

钢渣耐磨性好，颗粒形状和自然级配好，容积密度大，抗变形、破碎、磨损能力强，吸水性、抗冻融能力等性能指标等都很好，用于作集料，可以大大提高快速加固材料的强度和抗变形能力。

缓凝剂可以延缓体系的凝结时间，延长可施工时间，还可以防止产生冷缝。减水剂的加入可以降低体系用水量，提高其流变性及可塑性，使其强度提高，减少收缩，延长寿命。乳胶粉可以提高体系的内聚力和柔韧性，增大拉伸粘结强度。纤维素醚起着保水、增稠、延缓水泥水化动力和改善施工性能等作用。消泡剂可以减少浇筑成型中带入的空气泡和水泥颗粒间的堆积空隙等有害孔，提高体系致密性和强度。之所以选用聚乙烯醇纤维，在于体系碱度较低，若选用常用的钢纤维，则存在锈蚀危害。聚乙烯醇纤维强度和模量高，耐酸碱性能均较佳，可以替代钢纤维在加固材料中使用，且经济上比较节约。

本发明为一种快硬早强结构加固材料，其流动度大，粘聚性和保水性好，具有优良的和易性和施工性，便于提高生产和施工效率。本发明产品大量采用工业废弃物为原材料，材料成本低，并且湿作业时间短，综合加固造价低，具有很高的环境效益和社会效益。本发明产品强度发展快且强度高，收缩率小，耐久性好，能够满足不同的加固需要。本发明可供钢渣处理厂和加固材料厂生产，广泛适用于建筑物、码头、桥梁、大坝、铁路和隧道的加固工程，还可用于普通的结构施工。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，按CA-50铝酸盐水泥100，钢渣100，S75矿渣粉10，粉煤灰5，硅灰5，缓凝剂0.002，聚羧酸系减水剂0.05，乳胶粉1，纤维素醚0.01，消泡剂0.02，聚乙烯醇纤维0.05的重量比配制而成。按加固材料总重量的10%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例2，基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，按CA-60铝酸盐水泥100，钢渣400，S95矿渣粉45，粉煤灰35，硅灰15，缓凝剂0.010，萘系减水剂3.00，乳胶粉4，纤维素醚0.15，消泡剂0.15，聚乙烯醇纤维0.80的重量比配制而成。按加固材料总重量的15%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例3，基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，按CA-70铝酸盐水泥100，钢渣350，S95矿渣粉25，粉煤灰15，硅灰8，缓凝剂0.008，萘系减水剂1.80，乳胶粉3，纤维素醚0.10，消泡剂0.06，聚乙烯醇纤维0.09的重量比配制而成。按加固材料总重量的12%加水搅拌均匀即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例4，基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，按CA-50铝酸盐水泥100，钢渣250，S75矿渣粉35，粉煤灰20，硅灰12，缓凝剂0.005，聚羧酸系减水剂0.20，乳胶粉2，纤维素醚0.06，消泡剂0.04，聚乙烯醇纤维0.40的重量比配制而成。按加固材料总重量的13%加水搅拌均匀即得所需产物。性能测试结果见表1。

Claims (11)

1.基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于由铝酸盐水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、硅灰、缓凝剂、减水剂、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和聚乙烯醇纤维组成，各组分的重量比为：

铝酸盐水泥              100

钢渣                    100-400

矿渣粉                  10-45

粉煤灰                  5-35

硅灰                    5-15

缓凝剂                  0.002-0.01

减水剂                  0.05-3

乳胶粉                  1-4

纤维素醚                0.01-0.15

消泡剂                  0.02-0.15

聚乙烯醇纤维            0.05-0.8。

2.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于各组份的重量比为：

铝酸盐水泥              100

钢渣                    150-400

矿渣粉                  15-40

粉煤灰                  10-35

硅灰                    5-10

缓凝剂                  0.002-0.008

减水剂                  0.10-2.5

乳胶粉                  1.0-3.5

纤维素醚                0.01-0.12

消泡剂                  0.02-0.12

聚乙烯醇纤维            0.1-0.6。

3.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述铝酸盐水泥为CA-50、CA-60或CA-70铝酸盐水泥中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述钢渣为碱度系数不小于1.6的经过热焖或陈化处理的钢渣，且其颗粒级配与天然砂基本相同，堆积密度为1700-1900kg/m³；其中各粒径范围所占重量百分比：2.5mm-5mm为8.38%，1.25mm-2.5mm为9.50%，0.16mm-1.25mm为78.9%，大于0，小于等于0.16mm为3.22%。

5.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述矿渣粉为S75矿渣粉或S95矿渣粉中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述粉煤灰为I级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%。

7.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述硅灰的平均粒径为0.2-0.3μm，比表面积≥20000m²/kg。

8.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述缓凝剂为羟基羧酸盐类缓凝剂。

9.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述减水剂为萘系减水剂或聚羧酸系减水剂。

10.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述纤维素醚的粘度为2,000mPa.s-10,000mPa.s。

11.根据权利要求1所述的基于铝酸盐水泥和钢渣的快硬早强结构加固材料，其特征在于所述聚乙烯醇纤维的拉伸强度大于等于800MPa，弹性模量大于等于25MPa，断裂伸度4%-12%，直径1-500mm。