CN110357537B - 一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土及其制备方法，其原料按照重量份包括：水泥250~450份、掺合料50~120份、水泥基自修复剂30~80份、减水剂5~15份、砂600‑1000份、石800~1200份、水140~180份。水泥基自修复剂由水泥、可再分散乳胶粉、威兰胶、消泡剂、交联剂、消泡剂均匀混合而成；其制备方法主要包括如下步骤:（1）设计混凝土基准配合比；（2）计算水泥基自修复剂，并试配确定最终配合比；（3）称取原料分两步搅拌均匀；（4）混凝土浇筑、养护施工。本发明同时具备自修复能力强、成本低、可操作性强的特点，可推广价值高。

Description

一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土及其制 备方法

技术领域

本发明涉及混凝土制备技术领域，具体是一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土及其制备方法。

背景技术

国家经济社会的持续发展对建筑工程提出了越来越高的质量要求，混凝土作为建筑结构主体的核心材料，其品质与性能直接影响建筑物的安全性、使用功能与寿命。混凝土由于抗拉、抗弯强度低、变形能力弱，在其成型和服役过程中因温度变化、荷载、自身收缩、环境侵蚀等各种原因均可能导致混凝土结构开裂，裂缝不仅影响混凝土的使用功能而且极大的影响混凝土的耐久性。因此，研究开发具备裂缝自修复功能的混凝土，越来越受到行业的重视。

混凝土自动修复技术是近年来学术界和工程界研究热点，研究主要从开发微生物修复、修复胶囊、自修复剂技术等方面开展，目前也取得了一定的研究成果，但目前的混凝土自修复技术仍然存在成本高昂、可操作性不强、可推广价值不高等问题。而事实上普通混凝土由于体系中水泥等胶凝材料水化不完全，本身具备微弱的自修复能力，采用一定技术方案强化和控制这种自修复能力，是实现混凝土自修复行之有效的办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用混凝土体系中未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土及其制备方法，混凝土强度等级范围为C25~C60，同时具备自修复能力强、成本低、可操作性强的特点，尤其适用于地下工程结构或与水接触的建筑部位。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土，原料由水泥、掺合料、水泥基自修复剂、减水剂、砂、石和水组成，水泥：掺合料：水泥基自修复剂：减水剂：砂：石和水的重量比为：（250~450）：（50~120）：（30~80）：（5~15）：（600-1000）：（800~1200）：（140~180）；

所述水泥基自修复剂由水泥、可再分散乳胶粉、威兰胶、交联剂和消泡剂均匀混合而成，其中：水泥质量百分比占40%~70%、威兰胶粉质量百分比占0.3%~2%、交联剂质量百分比占0.2%~1%、消泡剂质量百分比占0.2%~1%，其余为可再分散乳胶粉，其总质量百分比为100%。

本发明中，所述水泥为强度等级为42.5或以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

本发明中，所述掺合料为矿粉、粉煤灰或硅灰一种或多种复合组成，其中硅灰在复合掺合料中所占质量比重不超过40%，矿粉为S95级，粉煤灰为Ⅱ级，硅灰细度小于1μm的占80%以上，比表面积不小于15000m²/kg。

本发明中，所述可再分散乳胶粉粉粒径大于100目，固含量大于98%，最低成膜温度≤5℃，PH值6~9。

本发明中，所述威兰胶粉粒径大于150目，结构骨架由 D-葡萄糖、D-葡糖醛酸、D-葡萄糖和 L-鼠李糖的单元组成。

本发明中，所述交联剂为TAIC型粉状交联剂，纯度99%以上。

本发明中，所述消泡剂为有机硅氧烷类粉末消泡剂，活性物含量大于14%。

本发明中，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，PH值5~8，减水率不低于20%。

本发明中，所述砂为符合GBT14684《建设用砂》的II类中砂。

本发明中，所述石为符合GBT14685《建设用卵石、碎石》的II类卵石或碎石，最大粒径不大于31.5mm。

本发明中，所述水为普通混凝土拌合用水。

本发明提出的一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土的制备方法，具体步骤如下:

（1）根据混凝土设计强度等级，按照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》的步骤设计混凝土基准配合比，得出每立方混凝土中水泥、掺合料、砂、石、水和减水剂数量；

（2）水泥基自修复剂用量根据自修复能力要求按照基准配合比总胶凝材料8%~16%计算得出，水泥基自修复剂采用外掺方式替代骨料；

（3）根据计算得出的水泥、掺合料、水泥基自修复剂、砂、石、水和减水剂数量，参照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》进行适配、调整，并最终确定配合比；

（4）根据确定的混凝土配合比，分别称取水泥、掺合料、水泥基自修复剂、砂、石、水和减水剂；

（5）先将水泥、掺合料、水泥基自修复剂以及一半的水，混合搅拌30秒~45秒；

（6）加入砂、石、剩余的水和减水剂，搅拌45秒~90秒，搅拌完毕卸料至混凝土运输车；

（7）混凝土运输车将混凝土运输至施工现场，依据混凝土相关施工规范进行混凝土浇筑、养护施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土及其制备方法，通过水泥基自修复剂与混凝土材料体系的有机融合来实现强化和控制混凝土中胶凝材料的自修复能力，与现有的微生物修复、胶囊修复等技术方案相比具有十分显著的经济性、可操作性和可推广性价值。

其原理可简述为：水泥基自修复剂中可再分散乳胶粉在新拌混凝土水化自干燥过程中固化成膜，成膜过程阻碍部分水泥等胶凝材料与水接触，并将其隔断或包覆形成自修复单元，自修复剂中水泥提供额外胶凝材料并补偿乳胶粉成膜带来的强度损失，威兰胶控制水泥早期水化热，交联剂促进乳胶粉成膜，消泡剤消除可再分散乳胶粉的引气效应，通过水泥基自修复剂中各功能组分搭配，实现混凝土性能的均衡。本发明的自修复混凝土产生裂缝或缺陷导致乳胶膜破裂时，被包覆或隔断的水泥颗粒水化从而实现自修复。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1中，一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的C40自修复混凝土及其制备方法，其原料按照重量份包括：水泥310份、掺合料100份（其中粉煤灰60份，矿粉40份）、水泥基自修复剂41份、减水剂9份、砂709份、石1030份、水165份；

水泥基自修复剂中水泥质量份数占比50%、可再分散乳胶粉质量份数占比48%、威兰胶粉质量份数占比1%、交联剂0.5%、消泡剂质量份数占比0.5%。

所述水泥为涟源海螺水泥有限公司P.O42.5水泥；粉煤灰为益阳电厂Ⅱ级粉煤灰；矿粉为华新牌S95矿粉；可再分散乳胶粉为江苏兆佳建材科技有限公司ZJ通用型可再分散乳胶粉；交联剂为山东莱州中星化工TAIC交联剂；消泡剂为宿州市华润化工有限公司SXP-01粉末消泡剂；拌合水为长沙市自来水。

上述混凝土的制备方法，包括如下步骤：

（1）根据混凝土设计强度等级C40，按照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》的步骤设计混凝土基准配合比，得出每立方混凝土水泥、掺合料、砂、石、水、减水剂数量如表1。以表1配合比制备普通混凝土作为对照组。

表1.C40混凝土基准配合比（kg/m³）

水泥	粉煤灰	矿粉	河砂	碎石	水	减水剂
							310	60	40	750	1030	165	8

（2）水泥基自修复剂用量为（310+60+40）×10%=41。

（3）根据计算得出的水泥、掺合料、水泥基自修复剂、砂、石、水、减水剂数量参照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》进行适配、调整，并最终确定配合比为表2。

表2.C40自修复混凝土配合比（kg/m³）

水泥	粉煤灰	矿粉	河砂	碎石	水	减水剂	自修复剂
								310	60	40	709	1030	165	9	41

（4）根据确定的混凝土配合比分别称取水泥、掺合料、水泥基自修复剂、砂、石、水、减水剂；

（5）先将水泥、掺合料、水泥基自修复剂、一半的水、混合搅拌35秒；

（6）加入砂、石、剩余的水、减水剂搅拌60秒后即得C40自修复混凝土，搅拌完毕成型制作混凝土抗压强度试件、混凝土抗渗试件，检测试件根据规范进行标准养护。

实施例2

本发明实施例2中，一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的C30自修复混凝土及其制备方法，其原料按照重量份包括：水泥240份、掺合料110份（其中粉煤灰55份，矿粉55份）、水泥基自修复剂42份、减水剂8份、砂718份、石1060份、水168份；

水泥基自修复剂中水泥质量份数占比55%、可再分散乳胶粉质量份数占比43%、威兰胶粉质量份数占比0.8%、交联剂0.4%、消泡剂质量份数占比0.8%。

所述水泥为株洲中材水泥有限公司P.O42.5水泥；粉煤灰为益阳电厂Ⅱ级粉煤灰；矿粉为华新牌S95矿粉；可再分散乳胶粉为江苏兆佳建材科技有限公司ZJ通用型可再分散乳胶粉；交联剂为山东莱州中星化工TAIC交联剂；消泡剂为宿州市华润化工有限公司SXP-01粉末消泡剂；拌合水为长沙市自来水。

上述混凝土的制备方法，包括如下步骤：

（1）根据混凝土设计强度等级C30，按照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》的步骤设计混凝土基准配合比，得出每立方混凝土水泥、掺合料、砂、石、水、减水剂数量如表3，以表1配合比制备普通混凝土作为对照组。

表3.C40混凝土基准配合比（kg/m³）

水泥	粉煤灰	矿粉	河砂	碎石	水	减水剂
							240	55	55	760	1060	168	7.5

（2）水泥基自修复剂用量为（240+55+55）×12%=42。

（3）根据计算得出的水泥、掺合料、水泥基自修复剂、砂、石、水、减水剂数量参照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》进行适配、调整，并最终确定配合比为表2。

表4.C40自修复混凝土配合比（kg/m³）

水泥	粉煤灰	矿粉	河砂	碎石	水	减水剂	自修复剂
								240	55	55	718	1060	168	8	42

（4）根据确定的混凝土配合比分别称取水泥、掺合料、水泥基自修复剂、砂、石、水、减水剂；

（5）先将水泥、掺合料、水泥基自修复剂、一半的水、混合搅拌35秒；

（6）加入砂、石、剩余的水、减水剂搅拌50秒即得C40自修复混凝土，搅拌完毕成型制作混凝土抗压强度试件、混凝土抗渗试件，检测试件根据规范进行标准养护。

对实施例混凝土性能进行检测，试验参照GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB/T50082《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，进行，28d抗压强度荷载加至试件极限荷载后0.5秒内取消荷载，56d二次抗渗等级和二次抗压强度是28d检测试件继续标准养护至56d，进行二次试验的检测结果，结果如表5：

表5性能检测结果

根据检测结果说明，根据本发明制备的实施例相比于普通对照组，混凝土强度和抗渗压恢复能力明显高于普通混凝土，自修复能力强，尤其适用于地下工程结构或与水接触的建筑部位，具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.一种利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土，其特征在于原料由水泥、掺合料、 水泥基自修复剂、减水剂、砂、石和水组成，水泥：掺合料：水泥基自修复剂：减水剂：砂：石和水的重量比为：（250~450）：（50~120）：（30~80）：（5~15）：（600-1000）：（800~1200）：（140~180）；

所述水泥基自修复剂由水泥、可再分散乳胶粉、威兰胶、交联剂和消泡剂均匀混合而成，其中：水泥质量百分比占40%~70%、威兰胶粉质量百分比占0.3%~2%、交联剂质量百分比占0.2%~1%、消泡剂质量百分比占0.2%~1%，其余为可再分散乳胶粉，其总质量百分比为100%。

2.根据权利要求1所述的自修复混凝土，其特征在于所述水泥为强度等级为42.5或以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的自修复混凝土，其特征在于所述掺合料为矿粉、粉煤灰或硅灰一种或多种复合组成，其中硅灰在复合掺合料中所占质量比重不超过40%，矿粉为S95级，粉煤灰为Ⅱ级，硅灰细度小于1μm的占80%以上，比表面积不小于15000m²/kg。

4.根据权利要求1所述的自修复混凝土，其特征在于所述可再分散乳胶粉粉粒径大于100目，固含量大于98%，最低成膜温度≤5℃，PH值6~9。

5.根据权利要求1所述的自修复混凝土，其特征在于所述威兰胶粉粒径大于150目，结构骨架由 D-葡萄糖、D-葡糖醛酸、D-葡萄糖和 L-鼠李糖的单元组成。

6.根据权利要求1所述的自修复混凝土，其特征在于所述交联剂为TAIC型粉状交联剂，纯度99%以上，所述消泡剂为有机硅氧烷类粉末消泡剂，活性物含量大于14%。

7.根据权利要求1所述的自修复混凝土，其特征在于所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，PH值5~8，减水率不低于20%。

8.根据权利要求1所述的自修复混凝土，其特征在于所述砂为符合GBT14684《建设用砂》的II类中砂。

9.根据权利要求1所述的自修复混凝土，其特征在于所述石为符合GBT14685《建设用卵石、碎石》的II类卵石或碎石，最大粒径不大于31.5mm，所述水为普通混凝土拌合用水。

10.一种如权利要求1所述的利用未水化胶凝材料作为修复剂的自修复混凝土的制备方法，其特征在于具体步骤如下:

（1）根据混凝土设计强度等级，按照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》的步骤设计混凝土基准配合比，得出每立方混凝土中水泥、掺合料、砂、石、水和减水剂数量；

（2）水泥基自修复剂用量根据自修复能力要求按照基准配合比总胶凝材料8%~16%计算得出，水泥基自修复剂采用外掺方式替代骨料；

（3）根据计算得出的水泥、掺合料、水泥基自修复剂、砂、石、水和减水剂数量，参照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》进行适配、调整，并最终确定配合比；

（4）根据确定的混凝土配合比，分别称取水泥、掺合料、水泥基自修复剂、砂、石、水和减水剂；

（5）先将水泥、掺合料、水泥基自修复剂以及一半的水，混合搅拌30秒~45秒；

（6）加入砂、石、剩余的水和减水剂，搅拌45秒~90秒，搅拌完毕卸料至混凝土运输车；

（7）混凝土运输车将混凝土运输至施工现场，依据混凝土相关施工规范进行混凝土浇筑、养护施工。