CN110655370B - 湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料，由以下原料按照质量份数制成：硫铝酸盐水泥100份，水30.1～40.1份，石膏0.85～1.15，偏高岭土11～23份，液体纳米二氧化硅2～14份，骨料45.1～45.8份，PVA纤维2.10～2.30份，超高性能缓凝型减水剂1.40～1.80份。本发明，比普通混凝土结构材料耐酸雨腐蚀性能提高10倍以上，抗裂性好，韧性高，具有遇水自修复性能。可以采用湿喷法快速施工，低回弹率，可操作性强，特别适用于轨道交通工程在酸雨环境下受损的中等强度混凝土结构的修复。

Description

湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料。
背景技术
酸雨是指PH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。酸雨对混凝土的腐蚀是在自然环境下可以自发进行的复杂物理过程和化学过程，酸雨能使非金属建筑材料(混凝土、砂浆和灰砂砖)表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝导致强度降低，从而损坏建筑物。轨道交通工程结构最大的特点在于承受动荷载作用。在交变动荷载作用下，要求结构修复材料具有抗裂性能、韧性。并且结构工程发生损伤后的损伤部位的缺陷更容易扩展、发展，如果修复材料受损后具有自修复性能就更好了。
轨道交通结构工程表面在酸雨严重的地区，在交变荷载及酸雨综合作用下，表面遭受损伤，起层剥落，出现气孔、裂缝。而轨道交通工程混凝土结构是国家重要的基础设施，必须保证结构耐久与轨道交通安全性。因此结构在荷载及酸雨腐蚀后，在表面腐蚀深度10mm以内必须进行修复。近年来关于结构物恢复能力的研究很多，但酸雨腐蚀后结构修补的研究很少，且主要采用有机材料，采用超高性能的无机材料很少。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料，采用高韧性水泥基修复材料，用湿喷机喷施修复材料快速修复。
湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料，由以下原料按照质量份数制成：硫铝酸盐水泥100份，水30.1～40.1份，石膏0.85～1.15份，偏高岭土11～23份，液体纳米二氧化硅2～14份，骨料45.1～45.8份，PVA纤维2.10～2.30份，超高性能缓凝型减水剂1.40～1.80份。
所述的硫铝酸盐水泥为42.5强度等级。
所述的偏高岭土细度为360～400m2/kg。
所述的液体纳米二氧化硅含固量为30％。
所述的PVA纤维长度12mm。
所述的骨料为40～80目石英砂。
所述超高性能缓凝型减水剂减水率约为35％以上。
本发明湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料，采用PVA长纤维、可溶性液体纳米二氧化硅、硫铝酸盐水泥、石英砂巧妙的配制，具有高韧性、遇水自修复、耐酸雨的水泥基纤维修复材料作为轨道交通工程结构修复材料未见文献报道。
本发明适用于中等强度受动荷载结构，修复材料凝结硬化快，喷射施工后回弹率很低，整体性好，材料组分耐酸性腐蚀性高，配制的修复材料具有极高的耐酸雨腐蚀的性能，修复材料受力开裂为多点细裂纹，并具有遇水或潮湿环境下自修复性能。适应在酸雨地区中等强度轨道交通工程混凝土结构工程快速修复，具有很好的发展和应用前景。
原材料选用特点与目的：水泥采用硫铝酸盐水泥，水化产生极少的氢氧化钙。加入液体纳米二氧化硅和偏高岭土，在早期及后期水化产生的极少量氢氧化钙也将被消耗转化成耐腐蚀的组分，耐腐蚀性大幅提高。加入石膏，激发偏高岭土的活性，同时修复材料不收缩或微膨胀，结构不开裂。液体二氧化硅：其一解决粉体纳米材料难以分散，不能很好地发挥纳米材料作用的难题，很好的降低喷射施工回弹率。其二是与偏高岭土、水泥相互配合使用，化学反应及物理颗粒级配，产生的水泥基材料更致密效果并提高强度。石英砂具有更好的耐酸腐蚀性能，选用较细40～80目，更好的保证材料韧性好、开裂后遇水能够自修复的性能。PVA纤维的弹性模量高，更好的约束修复材料不开裂；选用纤维12mm长，是配制韧性材料，并具有多点开裂及遇水自修复的材料保证。配合比特点在于材料在动荷载下修复材料产生大变形而不失效，具有很高韧性，或产生裂缝则是多点开裂微裂缝并具有遇水自修复性能特点。
本发明提供的湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料，基本不存在老化问题，比普通混凝土结构材料耐酸雨腐蚀性能提高10倍以上，抗裂性好，韧性高，具有遇水自修复性能。可以采用湿喷法快速施工，低回弹率，可操作性强，特别适用于轨道交通工程在酸雨环境下受损的中等强度混凝土结构的修复。本发明与现有技术相比的优点是：该材料具有如下技术特点：
1)采用无机修复材料，水化后产物耐酸性腐蚀，高弹性模量纤维对修复材料约束好，不易开裂，比混凝土结构材料耐酸雨腐蚀性能高10倍以上。
2)修复材料韧性高。适用于动荷载作用。
3)修复材料变形可达到3％以上，开裂为多点细裂缝，具有遇水自修复性能。
4)快速修复，回弹率低于15％。抗压强度可达到45～55MPa，适用于酸雨环境下中等强度轨道交通结构的修复。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详述。
实施例采用如表1所示的重量配比。
表1原料配比表
Figure BDA0002190465900000021
Figure BDA0002190465900000031
按照表1，将42.5硫铝酸盐水泥、石膏、偏高岭土、石英砂搅拌均匀后，再加入水、超高性能缓凝型减水剂及液体二氧化硅，搅拌均匀，最后在搅拌好的浆体中撒入PVA纤维搅拌至纤维均匀的分散在浆体中没有结块现象，湿喷机喷射，每层喷射厚度一般为10mm～15mm，按照损伤程度喷射修复，每层喷射待1小时后再喷射第二层。
根据混凝土基体情况选择配合比。
温度环境为18～23℃，参照上述执行，环境温度高或低在喷射第二层时间适当的减少或增加，一般环境变化5℃，时间变化30分钟左右。
实施例1
某隧道洞口C35混凝土受酸雨腐蚀，表面出现起层剥落，表层受损厚度10mm左右，并伴随微裂缝，裂缝深度10～20mm。
处理方法：1.准备工作。清理隧道洞口受损表面，钢丝刷清理受损的基面，保证没有松散粘接不牢碎块残屑，清理深度15mm左右。刷水泥浆，待干燥，一般20～30分钟。2.测量受损修复体积，确定修复材料数量。修复材料表观密度取2300kg/m3。3.按照配比1配制，将42.5硫铝酸盐水泥、石膏、偏高岭土、石英砂搅拌均匀后，再加入水、超高性能缓凝型减水剂及液体纳米二氧化硅材料，搅拌均匀(水、超高性能缓凝型减水剂及液体纳米二氧化硅按比例混合搅拌均匀后一同加入)，最后在搅拌好的浆体中撒入PVA纤维搅拌至纤维均匀的分散在浆体中，没有结块现象。湿喷机喷射，一次性喷射厚度约15mm。喷射1小时后，用同样材料配合比拌制成砂浆找平、抹光。如果不考虑表面美观，可以省去最后步骤。
实施例2
某桥墩强度等级为C40受酸雨腐蚀，表面出现起层剥落及钢筋生锈，表层受损厚度15mm左右，表面多处沿钢筋走向裂缝，裂缝贯穿到钢筋保护层，保护层厚度25mm。
处理方法：1.准备工作。清理桥墩受损表面，并打开受损的钢筋保护层，给钢筋除锈，钢丝刷清理受损的基面，保证没有松散粘接不牢碎块残屑，打开及清理厚度约25mm，刷水泥浆，待干燥，一般约20～30分钟。2.测量受损修复体积，确定修复材料数量。修复材料表观密度取2300kg/m3。3.按照配比2配制，将42.5硫铝酸盐水泥、石膏、偏高岭土、石英砂搅拌均匀后，再加入水、超高性能缓凝型减水剂及液体纳米二氧化硅(水、超高性能缓凝型减水剂及液体纳米二氧化硅按比例混合搅拌均匀后一同加入)，搅拌均匀，最后在搅拌好的浆体中撒入PVA纤维搅拌至纤维均匀的分散在浆体中，没有结块现象。湿喷机喷射，每层喷射厚度一般为10mm～15mm，按照损伤程度喷射修复，每层喷射后待1小时后，再喷射第二层。喷射2层可以完成修复。如果表面美观要求，可以在第2层喷射1小时后，用同样材料配合比拌制成砂浆，表面找平、抹光。
温度环境为18～23℃，参照上述执行，环境温度高或低喷射第二层时间适当的减少或增加，一般环境变化5℃，时间变化30分钟左右。
实施例3
某桥墩帽强度等级为C45受酸雨腐蚀，表面出现起层剥落及钢筋生锈，表层受损厚度10～15mm，表面多处沿钢筋走向裂缝，裂缝贯穿到钢筋保护层，保护层厚度30mm。
处理方法：1.准备工作。打开并清理桥墩墩帽受损表面，并打开受损的钢筋保护层，给钢筋除锈，钢丝刷清理受损的基面，保证没有松散粘接不牢碎块残屑，清理厚度约30mm，刷水泥浆，待干燥，一般约20～30分钟。2.测量受损修复体积，确定修复材料数量。修复材料表观密度取2300kg/m3。3.按照配比3配制，将42.5硫铝酸盐水泥、石膏、偏高岭土、石英砂搅拌均匀后，再加入水、超高性能缓凝型减水剂及液体纳米二氧化硅(水、超高性能缓凝型减水剂剂及液体纳米二氧化硅按比例混合搅拌均匀后一同加入)，搅拌均匀，最后在搅拌好的浆体中撒入PVA纤维搅拌至纤维均匀的分散在浆体中，没有结块现象。湿喷机喷射，每层喷射厚度一般为10mm～15mm，按照损伤程度喷射修复，每层喷射后待1小时，再喷射第二层。在第2层喷射1小时后，用同样材料配合比拌制成砂浆，表面找平、抹光，恢复原有墩帽尺寸。
温度环境为18～23℃，参照上述执行，环境温度高或低喷射在第二层时间适当的减少或增加，一般环境变化5℃，时间变化30分钟左右。

Claims (2)

1. 湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料，其特征在于，由以下原料按照质量份数制成：硫铝酸盐水泥100份，水30.1～40.1份，石膏0.85~1.15份，偏高岭土11～23份，液体纳米二氧化硅2～14份，骨料45.1~45.8份， PVA纤维2.10~2.30份，超高性能缓凝型减水剂1.40~1.80份；
所述的硫铝酸盐水泥为42.5强度等级；所述的PVA纤维长度12mm；所述的骨料为40~80目石英砂；所述的液体纳米二氧化硅含固量为30%；所述的偏高岭土细度为360~400m2/kg。
2.湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.准备工作；
S2.测量受损修复体积，确定修复材料数量;
S3.按照权利要求1所述的湿喷法轨道交通工程中等强度混凝土结构耐酸雨修复材料配制，将42.5硫铝酸盐水泥、石膏、偏高岭土、石英砂搅拌均匀后，再加入水、超高性能缓凝型减水剂及液体纳米二氧化硅，水、超高性能缓凝型减水剂剂及液体纳米二氧化硅按比例混合搅拌均匀后一同加入，搅拌均匀，最后在搅拌好的浆体中撒入PVA纤维搅拌至纤维均匀的分散在浆体中，没有结块现象；湿喷机喷射，每层喷射厚度为10mm~15mm，按照损伤程度喷射修复，每层喷射后待1小时，再喷射第二层；在第2层喷射1小时后，用同样材料配合比拌制成砂浆，表面找平、抹光，恢复原有墩帽尺寸。
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