CN114409323B - Pccp管抢修用高粘接性修复混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土及其制备方法。修复混凝土包括两种配套使用的混凝土，分别是直接应用于修复表面的高粘高强混凝土A和应用于高粘高强混凝土表面的高强度混凝土B。其中，高粘高强混凝土A由以下重量份的各组分组成：水泥60‑100份、超细钢纤维6‑10份、聚丙烯纤维3‑5份、胶粉1‑2份、减水剂0.5‑2份、微硅灰12‑20、粉煤灰6‑10、超细细集料30‑50、水20‑30份。这种组成的高粘高强混凝土A可以确保修复的混凝土结构具有优异的抗压强度、抗折强度、粘接强度，并具有极低的收缩率和抗氯离子渗透性能。

Description

PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土领域，具体涉及预应力钢筒混凝土管（PCCP管）抢修用高粘接性修复混凝土及其制备方法。
背景技术
预应力钢筒混凝土管（PCCP管）是指在带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，再在其上形成致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管。它是由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成的复合管材，它充分而又综合地发挥了钢材的抗拉、易密封和混凝土的抗压、耐腐蚀性能，具有高密封性、高强度和高抗渗的特性。
然而，随着使用年限的推移，PCCP管中的混凝土逐步开始老化，容易产生开裂、剥蚀等缺陷，进而产生严重的安全隐患。一般情况下，一些缺陷是可以通过修复使PCCP管恢复并达到原有的性能要求的。传统的修补材料主要是由水泥类胶凝材料、河砂、水混合而成，性能比较差，强度不足，修补层与基底混凝土之间难以匹配，造成容易鼓包、开裂和脱落等问题。
为此，针对具体的PCCP管的修复，本申请致力于解决PCCP管的混凝土出现开裂、剥蚀等缺陷，或者即将出现开裂、剥蚀等缺陷时，对缺陷部位或潜在缺陷部位的混凝土结构进行修复时，没有特别使用的修复混凝土的问题，提供一种PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土及其制备方法。
发明内容
本申请的提出了一种PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土及其制备方法。
本申请的PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土至少包括两种配套使用的混凝土，分别是直接应用于修复表面的高粘高强混凝土A和应用于高粘高强混凝土表面的高强度混凝土B。
所述高粘高强混凝土A由以下重量份的各组分组成：
水泥60-100份、超细钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、胶粉1-2份、减水剂0.5-2份、微硅灰12-20份、粉煤灰6-10份、超细细集料30-50份、水20-30份。
其中，所述超细钢纤维的长度L1为3-10mm，横截面积S1小于等于0.01mm2。
其中，所述超细细集料的粒径为5-100um，超细细集料的硬度大于等于3.5莫氏硬度。
其中，所述微硅灰的粒径介于0.1-5um之间，且平均粒径为0.4-1um，比表面积为12～20m2/g。
所述高强度混凝土B包括以下重量份的各组分：
水泥60-100份、普通钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、减水剂0.5-2份、普通硅灰6-10份、粉煤灰6-10份、普通细集料60-100份、粗集料60-100份、水35-65份。
其中，所述普通钢纤维的长度L2为10-30mm，横截面积S2介于0.1mm2-4mm2。
其中，所述普通硅灰的粒径为5-45um。
其中，所述普通细集料的粒径为200-3000um连续级配的细集料。
一种PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将水泥60-100份、超细钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、胶粉1-2份、微硅灰12-20份、粉煤灰6-10份、超细细集料30-50份在干混机内混合搅拌均，然后，再将减水剂、水与干混均匀的混料一起搅拌至均匀即可。
（2）直接将水泥60-100份、普通钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、减水剂0.5-2份、普通硅灰6-10份、粉煤灰6-10份、普通细集料60-100份、水35-65份倒入搅拌机中搅拌均匀即可。
在对PCCP管的缺陷部位或潜在缺陷部位的混凝土结构进行修复时，通常需要先将缺陷部位或潜在缺陷部分清除，然后再用修复的混凝土对清除的区域进行填补修复。本申请的PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土在使用时，先将高粘高强混凝土A喷覆在清除后的待修复区域，喷覆厚度为3-5mm，待其半干后，再将高强度混凝土B喷覆于半干的高粘高强混凝土A表面至高于PCCP管表面尺寸，即可。
修补用混凝土材料是需要直接在已经长时间使用的混凝土（长时间使用后且没有缺陷或潜在缺陷的混凝土）材料表面喷覆。通常，长时间使用后的混凝土或多或少都存在一定的老化问题，普通的混凝土在其表面喷覆后，特别是普通混凝土中含有较多的粗集料和细集料，使得普通混凝土存在粘结稳定性不足，修复的密实性差，进而影响强度和抗渗性能。
本申请中，修复用混凝土包括两种组成不同的混凝土，一种是用于底层的高粘高强混凝土A，另一种是用于表层的高强度混凝土B。两种混凝土的组成较为相似，都有水泥、钢纤维、聚丙烯纤维、硅灰、粉煤灰、减水剂、细集料，这种组分设计，可以很好地保证两种不同的混凝土之间的粘接性并降低应力缺陷。两种不同组成的混凝土相互配合使用，可以确保修复后的混凝土结构具有优异的强度、粘接性、抗剥离性、密封性、抗压性能和抗渗透性能。
在本申请的高粘高强混凝土A中，添加了超细钢纤维，并限定了所述超细钢纤维的长度L1为3-10mm，截面积S1小于等于0.01mm2。钢纤维具有优异的抗拉强度，添加在混凝土中，可以改善混凝土的抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等各项性能。特别地，本申请限定了钢纤维是长度介于3-10mm且横截面积S1小于等于0.01mm2的钢纤维，可以在有效提升高粘高强度混凝土抗拉强度的同时提升密实性。当钢纤维的横截面积过大，特别是大于0.02mm2时，混凝土的密实度会随着横截面积的增加而降低。同时，修复的混凝土的抗剥离性能也会随之下降。
胶粉的作用主要是提升结构混凝土封闭材料的粘接性和抗折强度。但是，胶粉的添加会使得混凝土的抗压强度降低，凝结时间变长。为了弥补胶粉所导致的抗压强度降低和凝结时间变长，在混凝土中添加了相应量的聚丙烯纤维，聚丙烯纤维可以很好地缩短凝结时间，并增强强度，包括抗折强度和抗压强度。
在高粘高强混凝土A中，使用的是粒径介于0.1-5um之间，且平均粒径为0.4-1um，比表面积为12～20m2/g的微硅灰。这种细度的微硅灰在与水泥、超细细集料等进行均匀干混的过程中，相互之间，可以很好地进行物理填充和互补。然后，再加入减水剂、水一起搅拌，可以充分利用水泥的水化反应，更易于消除内部的毛细孔分布，提高混凝土的密实性。同时，所使用的细集料为超细细集料，粒径为5-100um，硬度大于等于3.5莫氏硬度。这种尺寸的超细细集料的使用，可以确保混凝土的流动性并保证基础强度，进而保证混凝土在用作修复材料的底层结构时能够更好地施工，更有利于修复混凝土的压实并得到密实的混凝土修复结构。
本申请的高强度混凝土B中，相较而言，使用的是长度L2为10-30mm，横截面积S2介于0.1mm2-4mm2的普通钢纤维。虽然钢纤维的横截面积增大之后会在一定程度上影响混凝土的密实度，但是混凝土的各项强度性能会随着钢纤维的横截面积增大而增加。为此，考虑到底层的高粘高强度混凝土已经具有优异的粘结性、密实性，位于表层的高强度混凝土侧重关注其各项强度性能。因此，将位于表层的高强度混凝土中所使用的普通钢纤维限定为长度L2为10-30mm，横截面积S2介于0.1mm2-4mm2的普通钢纤维。当普通钢纤维的横截面积低于0.1mm2时，对混凝土强度的增加有限，当普通钢纤维的横截面积大于4mm2时，混凝土的密实度会变得较差，进而使得修复的混凝土结构的耐腐蚀性和抗渗性能不足。
在高强度混凝土B中，仅使用了聚丙烯纤维而没有使用胶粉，这是考虑到高强度混凝土B需要更高的强度和相对较短的凝结时间。同时，使用普通硅灰、普通细集料即可满足要求。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
本申请的PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土，包括直接应用于修复表面的高粘高强混凝土A和应用于高粘高强混凝土表面的高强度混凝土B，其中：
高粘高强混凝土A由以下重量份的各组分组成：
水泥60-100份、超细钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、胶粉1-2份、减水剂0.5-2份、微硅灰12-20份、粉煤灰6-10份、超细细集料30-50份、水20-30份；
其中，所述超细钢纤维的长度L1为3-10mm，横截面积S1小于等于0.01mm2。
其中，所述超细细集料的粒径为5-100um，超细细集料的莫氏硬度大于等于3.5。
其中，所述微硅灰的粒径介于0.1-5um之间，且平均粒径为0.4-1um，比表面积为12～20m2/g。
高强度混凝土B包括以下重量份的各组分：
水泥60-100份、普通钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、减水剂0.5-2份、普通硅灰6-10份、粉煤灰6-10份、普通细集料60-100份、粗集料60-100份、水35-65份。
其中，所述普通钢纤维的长度L2为10-30mm，横截面积S2介于0.1mm2-4mm2。
其中，所述普通硅灰的粒径为5-45um。
其中，所述普通细集料的粒径为200-3000um连续级配的细集料。
高粘高强混凝土A与高强度混凝土B配套使用，由于修复PCCP管表面的混凝土结构。
实施例
在实施例1-5中，所使用的超细刚纤维的平均长度约为7.8mm，平均横截面积约为0.008mm2；所使用的微硅灰的平均粒径约为0.83um；所使用的超细细集料的平均粒径约为37um，莫氏硬度约为3.9；所使用的普通钢纤维的平均长度约为26um，平均横截面积约为1.96mm2；所使用的普通硅灰的平均粒径约为41um；所使用的普通细集料为200-3000um连续级配的细集料。表1给出了实施例1-5的高粘高强混凝土A和高强混凝土B的组分、配比。
Figure 850042DEST_PATH_IMAGE001
实施例1-5的PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土按照以下步骤制备：
（1）按照高粘高强混凝土A的组分配比将水泥、超细钢纤维、聚丙烯纤维、胶粉、微硅灰、粉煤灰、超细细集料在干混机内混合搅拌均，然后，再将减水剂、水与干混均匀的混料一起搅拌至均匀，即可得到高粘高强混凝土A。
（2）按照高强度混凝土B的组分配比直接将水泥、普通钢纤维、聚丙烯纤维、减水剂、普通硅灰、粉煤灰、普通细集料、水倒入搅拌机中搅拌均匀，即可得到高强度混凝土B。
在对PCCP管的缺陷部位的混凝土结构进行修复时，先将缺陷部位清除，然后将高粘高强混凝土A喷覆在清除后的待修复区域，喷覆厚度约为5mm，待其半干后，再将高强度混凝土B喷覆于半干的高粘高强混凝土A表面至略高于PCCP管表面尺寸，即可。
对比例
为了印证和比较本申请的PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土优异性能和效果，设置以下对比例进行对比。
对比例1
直接以实施例1中的高粘高强混凝土A作为PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土，省略高强度混凝土B。
对比例2
直接以实施例1中的高强度混凝土B作为PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土，省略高粘高强混凝土A。
对比例3
将实施例1的高粘高强混凝土A中的超细钢纤维替换为对应的普通钢纤维。
对比例4
在实施例1的高粘高强混凝土A中加入90份的粗集料。
对比例5
将实施例1的高粘高强混凝土A中的超细细集料替换为对应的普通细集料。
对比例6
将实施例1的高粘高强混凝土A中的微硅灰替换为对应的普通硅灰。
参照实施例1-5的修复方法，分别将实施例1-5和对比例1-6的各种混凝土用于修复混凝土结构，然后再进行性能测试。测试的性能包括28天抗压强度，28天抗折强度，修复结构与修复基体粘结强度，180天干燥收缩率，抗氯离子渗透性能。
其中，抗氯离子渗透性能采用美国标准ASTMC1202-97《混凝土抗氯离子渗透性的电通评价标准》的试验方法，采用直流电量法，将试件进行真空饱水，然后再60V直流电压下每隔30min测量一次通过试块的电流，持续时间6h。渗透性等级由优到劣依次为“不渗透”、“很低”、“低”、“中”、“高”五个等级。具体的测试结果见表2。
Figure 510830DEST_PATH_IMAGE002
从表2的性能测试结果可以发现，本申请的PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土按照“先将缺陷部位清除，然后将高粘高强混凝土A喷覆在清除后的待修复区域，喷覆厚度约为5mm，待其半干后，再将高强度混凝土B喷覆于半干的高粘高强混凝土A表面至略高于PCCP管表面尺寸”的方法用于修复混凝土结构，可以得到优异的抗压强度、抗折强度、粘接强度，并具有极低的收缩率和抗氯离子渗透性能。

Claims (2)

1.PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土，包括两种配套使用的混凝土，分别是直接应用于修复表面的高粘高强混凝土A和应用于高粘高强混凝土表面的高强度混凝土B，其特征在于：
所述高粘高强混凝土A由以下重量份的各组分组成：
水泥60-100份、超细钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、胶粉1-2份、减水剂0.5-2份、微硅灰12-20份、粉煤灰6-10份、超细细集料30-50份、水20-30份；
所述高强度混凝土B包括以下重量份的各组分：
水泥60-100份、普通钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、减水剂0.5-2份、普通硅灰6-10份、粉煤灰6-10份、普通细集料60-100份、粗集料60-100份、水35-65份；
所述高粘高强混凝土A中，所述超细钢纤维的长度L1为3-10mm，横截面积S1小于等于0.01mm²；
所述高粘高强混凝土A中，所述超细细集料的粒径为5-100um，超细细集料的硬度大于等于3.5莫氏硬度；
所述高粘高强混凝土A中，所述微硅灰的粒径介于0.1-5um之间，且平均粒径为0.4-1um，比表面积为12～20m2/g；
所述高强度混凝土B中，所述普通钢纤维的长度L2为10-30mm，横截面积S2介于0.1mm2-4mm2；
所述高强度混凝土B中，所述普通硅灰的粒径为5-45um；
所述高强度混凝土B中，所述普通细集料的粒径为200-3000um连续级配的细集料。
2.如权利要求1所述的PCCP管抢修用高粘接性修复混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、先将水泥60-100份、超细钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、胶粉1-2份、微硅灰12-20份、粉煤灰6-10份、超细细集料30-50份在干混机内混合搅拌均，然后，再将减水剂、水与干混均匀的混料一起搅拌至均匀即可；
步骤二、直接将水泥60-100份、普通钢纤维6-10份、聚丙烯纤维3-5份、减水剂0.5-2份、普通硅灰6-10份、粉煤灰6-10份、普通细集料60-100份、水35-65份倒入搅拌机中搅拌均匀即可。
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