CN114213078A - 湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料，具体为：混凝土按每立方米计胶凝材料总量为950～1050kg，胶凝材料和骨料体系重量比1:1.0～1:1.2；水胶比为0.16～0.19；减水剂比重0.8％～2.5％；钢纤维按照体积占比2.0％～3.5％掺加；胶凝材料中普通硅酸盐水泥占比70％～80％，微珠占比20％～30％；骨料体系中10‑20目石英砂质量占比50％～65％，70‑140目石英砂质量占比35％～50％。本发明材料工作性能优良，配合湿喷机喷射施工，可以无尘化作业，易操作；强度高，韧性大，适用于修复加固受损混凝土结构；耐久性能优良，保证了加固后的结构的耐久性能。
Description
技术领域
本发明属于加固修复混凝土材料领域,具体涉及一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射 混凝土修复加固材料。
背景技术
西部地区的基础设施建设速度不断加快，为西部地区带来了重大的发展机遇。但是由于 西部地区地处亚欧大陆腹地，其特殊的气候以及严酷的服役环境使得许多混凝土结构不可避 免的受到环境侵蚀、干湿/冻融循环等耦合作用，从而造成混凝土结构损伤破坏。西部地区广 泛分布着富含侵蚀性离子(硫酸根离子、碳酸氢根离子等)的土壤和地下水，在桥梁、隧道、 水利等基础建设工程中都发现了侵蚀性离子对混凝土结构的破坏，致使很多混凝土结构遭受 不同程度的腐蚀，进而造成不可衡量的经济损失。以硫酸根离子侵蚀为例，对于混凝土破坏 的原因一方面是硫酸盐进入混凝土后，由于环境等因素的变化，硫酸盐结晶析出，混凝土内 部因膨胀应力损伤；另一方面，硫酸盐与水化产物反应，所生成的膨胀性产物使得内部产生 更多裂缝并使裂缝扩展，有利于硫酸盐的进一步传输，加速了混凝土劣化进程。在同时遭受 着盐类侵蚀和冻融循环、干湿循环耦合作用下，混凝土结构出现裂缝、表层混凝土剥落、钢 筋锈蚀、混凝土粉化等一系列问题后，环境中的有害侵蚀介质会更加容易地通过结构表层裂 缝和孔隙侵蚀混凝土结构内部组织，造成进一步的破坏。因此，一旦混凝土结构出现耐久性 问题，其破坏过程就不断累积甚至加速进行，造成混凝土结构服役寿命的持续降低。故混凝 土结构的修复加固对改善其耐久性、提高其使用寿命、提升其经济性能有重大意义。
随着土木工程设备与技术的不断发展进步，现有混凝土结构修复加固技术与材料已经逐 渐无法满足结构工程修复加固所提出的高难度、高性能、高效率等要求。亟需开发一种具有 优异早期力学性能、高韧性、高流动性以及凝结时间可控等优异性能的新型水泥基修复加固 材料及施工工艺。湿喷法水泥-微珠组合胶凝体系超高韧性喷射混凝土修复加固材料作为一种 新型组合胶凝材料及施工工艺，目前在国内应用较少，施工经验尚不成熟。
发明内容
鉴于现有技术的以上缺点，本发明提供一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修 复加固材料。
本发明的一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料，混凝土按每立方 米计胶凝材料总量为950～1050kg，胶凝材料和骨料体系重量比1:1.0～1:1.2；水胶比为0.16～0.19；减水剂掺量按胶凝材料重量的0.8％～2.5％加入；钢纤维按照体积比2.0％～3.5％掺加。
胶凝材料按重量百分比计：普通硅酸盐水泥占比70％～80％，微珠占比20％～30％。
骨料体系中10-20目石英砂质量占比50％～65％，70-140目石英砂质量占比35％～50％。
进一步的，普通硅酸盐水泥为52.5R强度等级。微珠为粉煤灰硅铝酸盐精细微珠，为亚 微米完全球状颗粒,具有连续的粒径分布，活性二氧化硅含量≥50.00％，比表面积为10.00m2/g。
进一步的，钢纤维为平直型镀铜钢纤维，抗拉强度≥2850MPa，弹性模量为40～60GPa， 直径0.2～0.25mm，长度10～15mm。
进一步的，减水剂为高性能聚羧酸减水剂，减水率≥40％。
本发明的有益技术效果为：
1)该修复加固材料工作性能优良(尤其流动性优异)，配合湿喷机喷射施工，可以无尘 化作业，易操作；
2)该修复加固材料的耐久性能优良，可以保证加固后的结构具有更好的耐久性能；
3)该修复加固材料强度高，韧性大，非常适用于修复加固受损混凝土结构
具体实施方式
下面结合和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料，混凝土按每立方 米计胶凝材料总量为950～1050kg，胶凝材料和骨料体系重量比1:1.0～1:1.2；水胶比为0.16～ 0.19；减水剂掺量按胶凝材料重量的0.8％～2.5％加入；钢纤维按照体积比2.0％～3.5％掺加。
胶凝材料按重量百分比计：普通硅酸盐水泥占比70％～80％，微珠占比20％～30％。
骨料体系中10-20目石英砂质量占比50％～65％，70-140目石英砂质量占比35％～50％。
进一步的，普通硅酸盐水泥为52.5R强度等级。微珠为粉煤灰硅铝酸盐精细微珠，为亚 微米完全球状颗粒,具有连续的粒径分布，活性二氧化硅含量≥50.00％，比表面积为10.00m2/g。
进一步的，钢纤维为平直型镀铜钢纤维，抗拉强度≥2850MPa，弹性模量为40～60GPa， 直径0.2～0.25mm，长度10～15mm。
进一步的，减水剂为高性能聚羧酸减水剂，减水率≥40％。
本发明中，矿物掺合料由于本身的结构、颗粒形状和化学成分等特征，其在水泥基材料 中能起到“化学填充效应”、“物理填充效应”以及“滚珠效应”。“化学填充效应”即矿物掺 合料中的活性SiO2等成分与水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次反应，生成具有胶凝性能的 C-S-H凝胶，降低骨料与水泥浆体过渡区之间的孔隙和水泥浆本身的孔隙，提高混凝土的密 实度，从而改善混凝土的耐久性；“物理填充效应”即矿物掺合料填充于水泥颗粒的空隙之间， 水泥+矿物掺合料再填充于骨料之间从而形成最大密实，同时，由于矿物掺合料颗粒的“滚珠 效应”，矿物掺合料颗粒填充于水泥颗粒之间，将处于水泥颗粒空隙中的水分置换出来形成自 由水，在水胶比相同的情况下提高流动性，在流动性相同的情况下降低水胶比，从而提高混 凝土的密实度，改善混凝土的耐久性。
为兼顾超高韧性混凝土在施工中强度和流动性的要求，掺加微珠，由于其具有较好的形 态效应、微集料效应、火山灰效应，能够提高混凝土内有效水胶比从而大大改善流动性，同 时延缓凝结硬化速率，对后期强度有利，能够极大地提高混凝土早期强度，增大密实度，同 时，借助钢纤维较强的界面粘结力、抗拉能力，阻止或阻滞内部微裂缝的开展，可以显著改 善界面性能，延缓早期开裂，提高整体强度以及改善弯曲性能和韧性，在矿物掺合料和钢纤 维的协同增强增韧作用下，能够减小水化热，降低温升，减少大型混凝土结构早期热裂缝的 生成，同时抑制较低水胶比和超细活性掺合料带来的收缩变形，提高超高韧性混凝土长期服 役性能。
将各物料规定比例配置完成干拌混合，利用湿喷机喷射成型后放置在室内温度20℃的自 然环境下覆膜静停24h。通过蒸汽快速养护箱进行蒸养参数的设置，试验中确定升温速率为 12℃/h，降温速率为10℃/h，恒温温度为85℃，恒温时间分别为2d、3d、4d，将拆模后的试 件放入养护箱内进行蒸汽养护，到达设定时间后取出放入温度20±2℃，湿度≥95％的标准养 护室养护至7d、14d及28d龄期，开展超高韧性混凝土抗压强度测定试验，并对比分析不同 恒温时间及养护龄期对各配合比强度的影响。实验结果表明：在微珠、钢纤维协同作用下表 现出的超高强度和韧性，能够极好地应对混凝土收缩开裂、徐变的问题。本发明可应用于既 有混凝土结构受损后的加固修复，其28天抗压强度可达到相比于传统高韧性混凝土提升50％， 劈裂抗拉强度提高约45％，流动性明显优于传统高韧性混凝土。
下述实施中原材料使用情况如下：四川峨胜水泥有限公司P.O52.5R普通硅酸盐水泥；四 川成都恒瑞源环保材料有限公司股份微珠，二氧化硅含量≥90.00％；成都恒瑞源环保材料有限 公司生产的硅灰，其中二氧化硅含量≥95.00％；四川铁科新型建材有限公司，TK-PCA高性能 聚羧酸减水剂，减水率40％；四川天宝牌石英砂20-40目和70-140目石英砂；平直型镀铜微 丝钢纤维，钢纤维为平直型镀铜钢纤维，抗拉强度≥2850MPa，弹性模量为40～60GPa，直径 0.2～0.25mm，长度10～15mm,抗拉强度大于1100MPa，密度为7850kg/m3。
实施例1：
每立方米混凝土主要原材料应用情况及主要比例参数：
胶凝材料总量985kg(75％普通硅酸盐水泥、25％微珠)；石英砂(10-20目640kg、70-140 目443kg)；钢纤维235kg；TK-PCA高性能聚羧酸减水剂，掺量2.0％；胶骨比1:1.1；水胶比 0.16。具体配合比如表1(单位：kg)。
表1实施例1具体配比
实验结果表明：在微珠、钢纤维协同作用下表现出的超高强度和韧性，能够极好地应对 混凝土收缩开裂、与型钢粘结力不足、徐变的问题。技术指标测试包括：坍落度、抗压强度 以及抗弯强度。实施例1与基准工况对比结果见表2；其中基准工况是指：相同水胶比，胶 凝材料仅为普通硅酸盐水泥，减水剂掺量根据本反面坍落度和扩展度测试结果控制。
表2实施例1和基准工况对比结果
实施例2：
每立方米混凝土主要原材料应用情况及主要比例参数：
胶凝材料总量980kg(70％普通硅酸盐水泥、30％微珠)；石英砂(10-20目659kg、70-140 目419kg)；钢纤维230kg；TK-PCA高性能聚羧酸减水剂，掺量1.5％；胶骨比1:1.1；水胶比 0.17。具体配合比如表3(单位：kg)。
表3实施例2具体配比
技术指标测试包括：坍落度、抗压强度及抗弯强度。实施例2与基准工况对比结果见表 4。其中，基准工况是指：相同水胶比，相同砂率，胶凝材料仅为普通硅酸盐水泥，减水剂掺 量根据本专利坍落度测试结果控制。
表4实施例2和基准工况对比结果
实施例3：
每立方米混凝土主要原材料应用情况及主要比例参数：
胶凝材料总量970kg(80％普通硅酸盐水泥、微珠20％；石英砂(10-20目650kg、70-140 目450kg)；钢纤维200kg；TK-PCA高性能聚羧酸减水剂，掺量2.5％；胶骨比1:1.1；水胶比 0.18。具体配合比如表5(单位：kg)。
表5实施例3具体配比
技术指标测试包括：坍落度、抗压强度。实施例3与基准工况对比结果见表6。其中，基准工况是指：相同水胶比，相同砂率，胶凝材料仅为普通硅酸盐水泥，减水剂掺量根据本专利坍落度测试结果控制。坍落度测试结果为145mm。
表6实施例3和基准工况对比结果
采用本发明的基本方案，物料配比在前述发明内容的变化范围内，都有发明目的所追求 的良好效果。
本发明的水泥-微珠组合胶凝体系超高韧性混凝土修复材料，其流动性能以及力学性能耐 久性能均能达到修复加固混凝土相关设计指标和施工要求，同时发明的水泥-微珠胶凝体系在 钢纤维协同作用下表现出的超高强度和韧性，能够极好地应对混凝土收缩开裂、徐变的问题， 为西部既有混凝土结构加固修复材料相关领域提供了有效的技术途径。
Claims (4)
1.一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料，其特征在于，混凝土按每立方米计胶凝材料总量为950～1050kg，胶凝材料和骨料体系重量比1:1.0～1:1.2；水胶比为0.16～0.19；减水剂掺量按胶凝材料重量的0.8％～2.5％加入；钢纤维按照体积比2.0％～3.5％掺加；
所述胶凝材料按重量百分比计：普通硅酸盐水泥占比70％～80％，微珠占比20％～30％；
所述骨料体系中10-20目石英砂质量占比50％～65％，70-140目石英砂质量占比35％～50％。
2.根据权利要求1所述的一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥为52.5R强度等级；所述微珠为粉煤灰硅铝酸盐精细微珠，为亚微米完全球状颗粒,具有连续的粒径分布，活性二氧化硅含量≥50.00％，比表面积为10.00m2/g。
3.根据权利要求1所述的一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料，其特征在于，所述钢纤维为平直型镀铜钢纤维，抗拉强度≥2850MPa，弹性模量为40～60GPa，直径0.2～0.25mm，长度10～15mm。
4.根据权利要求1所述的一种湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料，其特征在于，所述减水剂为高性能聚羧酸减水剂，减水率≥40％。
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|---|---|---|---|
| CN202111559575.3A CN114213078A (zh) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | 湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114213078A true CN114213078A (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=80704154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111559575.3A Pending CN114213078A (zh) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | 湿喷法水泥微珠组合胶凝体系喷射混凝土修复加固材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114213078A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116283145A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-06-23 | 西南交通大学 | 赋存高温热水隧道高强韧性隔热功能型喷射混凝土 |
| CZ310037B6 (cs) * | 2022-09-20 | 2024-05-29 | České vysoké učení technické v Praze | Způsob zesílení stavební konstrukce |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103979882A (zh) * | 2013-02-08 | 2014-08-13 | 上海泛欧建筑材料有限公司 | 一种用于砌体结构加固的可喷射加固料及其配制方法 |
| CN110590298A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-20 | 西南交通大学 | 一种轨道交通工程混凝土结构耐酸雨冰冻修复材料 |
| CN113716915A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-30 | 华新超可隆新型建材科技(黄石)有限公司 | 防腐加固用喷射超高性能混凝土 |
-
2021
- 2021-12-20 CN CN202111559575.3A patent/CN114213078A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103979882A (zh) * | 2013-02-08 | 2014-08-13 | 上海泛欧建筑材料有限公司 | 一种用于砌体结构加固的可喷射加固料及其配制方法 |
| CN110590298A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-20 | 西南交通大学 | 一种轨道交通工程混凝土结构耐酸雨冰冻修复材料 |
| CN113716915A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-30 | 华新超可隆新型建材科技(黄石)有限公司 | 防腐加固用喷射超高性能混凝土 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ310037B6 (cs) * | 2022-09-20 | 2024-05-29 | České vysoké učení technické v Praze | Způsob zesílení stavební konstrukce |
| CN116283145A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-06-23 | 西南交通大学 | 赋存高温热水隧道高强韧性隔热功能型喷射混凝土 |
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