CN115259789B - 一种用于薄板加固的高触变加固混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于薄板加固的高触变加固混凝土及其制备方法，包括水泥200‑450份、矿粉0‑30份、重钙粉50‑100份、细骨料200‑500份、粗骨料250‑600份、减水剂0.5‑3份、膨胀剂0.5‑4份、黏改剂1‑10份、抗裂纤维0‑0.5份、触变剂1‑10份，本发明的高触变性混凝土主要用于混凝土底板、剪力墙等薄板结构的加固，为了解决混凝土加固过程中出现的填充不密实、开裂分层等问题，添加整形过的玄武岩粗骨料，配置高触变加固混凝土，保证了加固材料与基层混凝土的体系一致性，解决了加固材料和基层混凝土应力应变相差过大的问题。并且通过触变剂、黏改材料和纤维等成份的添加，提高加固材料的触变性、流动性，解决了加固工程开裂、分层的问题。
Description
【技术领域】
本发明涉及加固混凝土的技术领域，特别是用于薄板或剪力墙加固的高触变加固混凝土的技术领域。
【背景技术】
随着我国经济和建筑业的经过几十年的快速发展，建筑业逐步进入维护更换期，城市发展从原有的大规模建设演变为城市建筑的维护和迭代更新。在这种新的城市发展模式下，原有的建筑体系，建筑材料也要逐步进行更新，以适应新的建筑要求。建筑在维护和更新时，由于建筑功能的需要，通常情况下要改变建筑物结构或者对原有的建筑结构进行维护，安全性、抗震性和功能性的提高，既有建筑物原来的安全性和抗震等级一般都无法满足现行结构规范和抗震规范的要求，因此就需要对梁、柱、混凝土底板、剪力墙进行加固，而采用混凝土加固是最常用，也是最有效的办法。
常用的加固材料有灌浆料、自密实混凝土、高延性混凝土，以及本发明所提到的高触变性混凝土。对于薄板或者剪力墙，这两种建筑结构面积大，因为建筑设计要求，加固时通常对加固厚度有限制，一般在10厘米以下，因此和梁柱这种大截面加固不同，对加固材料有着特殊要求。通常情况下，建筑物结构加固施工，施工规模小，连续性强，工期要求比较紧张，要求加固用的材料具备早强、小批量、自密实、现场易操作等特点。而混凝土底板和剪力墙加固，由于薄板结构的大面积和厚度限制，对加固材料有着以下要求：
1、触变性好，钢筋通过能力强，长距离穿越钢筋，填充密实，无孔洞现象
2、流变性好，浇筑时粗骨料不堆积，材料不分层、不离析。
3、抗裂性好，因混凝土底板和剪力墙加固层属于薄板结构，特别容易开裂，所以要求加固材料抗裂性好、收缩小。
现有加大截面法技术所用的加固材料一般是灌浆料、自密实混凝土、高延性混凝土。很多公司和学者对这几种材料进行了相关研究。其中：
公开号为CN113548855A的中国发明《水泥基灌浆料及其制备方法》中提出的加固梁柱用灌浆料的制备方法，此材料只掺加了UEA硫铝酸盐后期硬化期膨胀剂，对早期塑性收缩不起作用，此外该配比中没有掺加抗裂纤维，加固施工没有掺加粗骨料，高强度的灌浆料在加固施工中会因收缩变形过大导致表面开裂，以及与混凝土的交接面分层现象。它本质属于一种高强刚性砂浆，与基层混凝土在应力变形协调上不一致，长期作用下很容易开裂破坏。
公开号为CN112341100A的中国发明专利《一种用于结构加固的特种混凝土及其制备方法》专利中提出了一种专门用于结构加固施工的自密实混凝土，该材料中虽然添加了UEA等硫铝酸盐膨胀剂，也没有添加塑性膨胀剂，早强强度高的情况下容易开裂。并且没有添加触变剂和黏改材料，粗骨料在穿过钢筋时很容易出现填充不密实，分层离析，粗骨料堆积等现象。
公开号为CN112521081A的中国发明专利《一种建筑加固高延性混凝土及其制备和施工方法》专利中提出了一种用于结构加固的高延性混凝土，通过添加合成纤维增强材料的抗裂性，对于表面开裂的混凝土有一定的防护作用，此种材料应力变形过大，与基层混凝土应力应变差异过大，基层混凝土在受力时，此材料起不到分担应力的作用，也就不能阻止基层混凝土的进一步破坏。此材料也没有添加粗骨料，本质上是一种弹性抗裂砂浆，和基层混凝土构件受力体系不相容。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种用于薄板加固的高触变加固混凝土及其制备方法，能够解决加固材料触变性差，钢筋通过能力弱，填充不密实问题；解决加固材料与基层材料结构体系不同，导致应力应变差异过大，表面容易开裂的问题；解决加固材料流变性、包裹性不好，分层离析问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，包括水泥、矿粉、重钙粉、粗骨料、细骨料、减水剂、膨胀剂、黏改剂、抗裂纤维和触变剂，各原材料的重量配比为：
水泥200-450份；
矿粉0-30份；
重钙粉50-100份；
细骨料200-500份；
粗骨料250-600份；
减水剂0.5-3份；
膨胀剂0.5-4份；
黏改剂1-10份；
抗裂纤维0-0.5份；
触变剂1-10份。
作为优选，所述的水泥为硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，所述水泥强度等级为425级或者525级中的一种。
作为优选，所述的矿粉为S95级矿粉，所述重钙粉粒径为250-400目；所述减水剂为减水率20％-40％，保塌能力大于150min的聚羧酸减水剂。
作为优选，所述的细骨料为细度模数大于2.8，含水率小于1.0％的河沙组成。
作为优选，所述的粗骨料为粒径为5-16mm并经整形过的玄武岩碎石。
作为优选，所述的膨胀剂分为塑性膨胀阶段膨胀组分和硬化阶段膨胀组分，所述塑性阶段膨胀剂组分选细度为150-200目铝粉，所述硬化阶段膨胀剂选硫铝酸盐、氧化钙、氧化镁的一种或者两种以上混合物。
作为优选，所述的黏改剂由有机黏度调节成份和无机黏度调节成份组成，所述有机黏度调节成份包含可分散胶粉、聚乙烯酰胺、纤维素中的一种或两种以上组成，所述无机黏度调节成为由膨润土、硅灰、硅藻土中的一种或几种组成。
作为优选，所述的抗裂纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维的一种或几种组成。
作为优选，所述的触变剂由有机触变剂和无机触变剂组成，所述有机触变剂由水溶性纤维素脂和三乙醇胺钛的一种或者两种组成，所述无机触变剂由蒙脱石、硫酸铝、硫酸钙的一种或者两种以上组成。
本发明另一个目的在于提出一种用于薄板加固的高触变加固混凝土制备方法，包括以下步骤：
(1)取如权利要求1-9任一项所述重量配比的水泥、矿粉、重钙粉、细骨料、减水剂、膨胀剂、黏改剂、抗裂纤维和触变剂，并混合均匀获得混合粉剂；
(2)取如权利要求1-9任一项所述重量配比的粗骨料，将步骤(1)中混合均匀后的粉剂与粗骨料通过强制搅拌机搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土及其制备方法的有益效果：本发明的高触变性混凝土主要用于混凝土底板、剪力墙等薄板结构的加固，为了解决混凝土加固过程中出现的填充不密实、开裂分层等问题，添加整形过的玄武岩粗骨料，配置高触变加固混凝土，保证了加固材料与基层混凝土的体系一致性，解决了加固材料和基层混凝土应力应变相差过大的问题。并且通过触变剂、黏改材料和纤维等成份的添加，提高加固材料的触变性、流动性，解决了加固工程开裂、分层的问题，黏改剂能够保证加固材料在静态时候的黏度，粗骨料和浆体体系的稳定性。而触变剂能够保证加固材料在流动和穿过钢筋时的黏度和流动度，不会因为钢筋的阻挡，导致粗骨料和浆体的分离或者填充不密实。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土搅拌状态示意图。
图2是本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土搅拌完成状态示意图。
图3是本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土浇筑状态结构示意图。
图4是本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土应用于剪力墙加固时未拆模板下结构示意图。
图5是本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土应用于剪力墙加固时模板拆除后结构示意图，图中上半部分墙体为未使用本发明混淋土加固墙体、下半部分墙体为使用本发明混淋土加固后墙体。
图6是本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土试验时结构示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，通过以下方法制得，粉料按照以下配比在工厂进行混粉：包括普通硅酸盐425水泥370份；S95级矿粉30份；粒径为250-400目的重钙粉70份；细度模数2.8的河砂530份；聚羧酸减水剂1.2份；黏改剂2份；膨胀剂1份；触变剂1份。
将粉剂与5-16mm整形过的玄武岩石子510份，在现场用强制搅拌机搅拌搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
优选的，黏改剂为胶粉和膨润土复配而成，膨胀剂为硫铝酸盐，触变剂为三乙醇胺钛和蒙脱石复配而成。
优选的，胶粉与膨润土比例为1:9；三乙醇胺钛与蒙脱石比例为3：7。
所得混凝土限制膨胀率为0.036％，扩展度为720mm，用来测试混凝土穿越钢筋能力的L型仪填充比为0.95，输送距离超过两米，穿过三道φ10钢筋未出现骨料浆体分离，离析泌水现象。详见下表：
本实施例材料结合传统加固材料的优点，通过采用触变剂等添加成分，能够解决以下问题：
1)加固材料触变性差，钢筋通过能力弱，填充不密实问题
通常传统加固工程选用的粗骨料为普通碎石或者瓜子片，形态不规则或者片状，在材料体系中滚动能力和润滑性差。细骨料也采用普通中砂或机制砂，细度模数低，浆料黏度高流动性差。并且薄层结构加固厚度小，节点钢筋密集，加固材料填充不密实，难以浇筑。
本实施例添加触变剂，使加固材料通过钢筋受到剪切力时稠度变小，通过以后稠度变大，既保证了加固材料穿越钢筋的能力，又增强了浆体的稳定性和对骨料的包裹性。触变剂包含硫酸钙、硫酸铝等无机触变剂和三乙醇胺钛等有机触变剂组成；骨料选择上，普通自密实混凝土选择的5-16mm或者5-20mm的石灰岩碎石，本实施例采用整形过的5-16mm的玄武岩圆石，用玄武岩的混凝土拌合物性能更稳定，随时间变动更小。普通自密实混凝土细骨料选用的是普通细度模数2.3-2.5的中砂或者机制砂，粒径级配差，尤其是机制砂表面棱角多，流动困难。本实施例选用的细骨料是细度模数大于2.8的烘干砂，含水率、含泥量和泥块含量低，并且采用粗细颗粒的级配使用，保证配制的混凝土更易流动、性质更稳定。
2)加固表面易开裂的问题
本实施例通过添加高强度的玄武岩做粗骨料，使加固材料和基层混凝土保持体系一致性，应力应变能够协调一致，保证共同受力和变形协调，从体系上根本避免了开裂的产生。
同时本实施例在在配方上掺加了纤维和早期塑性膨胀剂，避免了高强混凝土在初期强度发展太快，干缩变形大，容易出现裂缝的问题。本发明除了对沙石进行级配，保证良好的结构稳定性。还添加了200-400目的重钙粉和矿粉，使硬化后的混凝土空隙填充更密实，更不容易开裂。
3)流变性差，包裹性不好的问题
本实施例在配方上添加了触变剂和黏改剂，黏改剂能够保证加固材料在静态时候的黏度，粗骨料和浆体体系的稳定性。而触变剂能够保证加固材料在流动和穿过钢筋时的黏度和流动度，不会因为钢筋的阻挡，导致粗骨料和浆体的分离或者填充不密实。
本实施例中还将混凝土经过两次混合步骤进行混合，第一次混合时呈粉剂状态，便于保存运输，避免过早凝结，到达现场之后才会和粗骨料进行混合，能够快速实现材料的均匀混合，提高效率。
实施例二：
本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，通过以下方法制得，粉料按照以下配比在工厂进行混粉：包括普通硅酸盐425水泥430份；S95级矿粉30份；重钙粉100份；细度模数2.8的河砂470份；聚羧酸减水剂1.5份；黏改剂2份；膨胀剂1份；触变剂1份；抗裂纤维0.1份。本实施例增加抗裂纤维，能够进一步提高加固混凝土的抗开裂、抗分层的性能。
将粉剂与5-16mm整形过的玄武岩石子510份，在现场用强制搅拌机搅拌搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
优选的，黏改剂为胶粉和膨润土复配而成，膨胀剂为硫铝酸盐，触变剂为三乙醇胺钛和蒙脱石复配而成。
优选的，胶粉与膨润土比例为1:9；三乙醇胺钛与蒙脱石比例为3：7。
所得混凝土限制膨胀率为0.032％，扩展度为710mm，用来测试混凝土穿越钢筋能力的L型仪填充比为0.95，输送距离超过两米，穿过三道φ10钢筋未出现骨料浆体分离，离析泌水现象。详见下表：
实施例三：
本发明一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，通过以下方法制得，粉料按照以下配比在工厂进行混粉：包括普通硅酸盐425水泥480份；S95级矿粉30份；重钙粉120份；细度模数2.8的河砂430份；聚羧酸减水剂1.7份；黏改剂2份；膨胀剂1份；触变剂1份；抗裂纤维0.1份。
将粉剂与5-16mm整形过的玄武岩石子510份，在现场用强制搅拌机搅拌搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
优选的，黏改剂为胶粉和膨润土复配而成，膨胀剂为硫铝酸盐，触变剂为三乙醇胺钛和蒙脱石复配而成。
优选的，胶粉与膨润土比例为1:9；三乙醇胺钛与蒙脱石比例为3：7。
所得混凝土限制膨胀率为0.03％，扩展度为730mm，用来测试混凝土穿越钢筋能力的L型仪填充比为0.96，输送距离超过两米，穿过三道φ10钢筋未出现骨料浆体分离，离析泌水现象。详见下表：
实施例四：
本实施例中，粉料按照以下配比在工厂进行混粉：普通硅酸盐425水泥330份；S95级矿粉30份；重钙粉50份；细度模数2.8的河砂590份；聚羧酸减水剂1份；黏改剂2份；膨胀剂1份；触变剂1份。
将粉剂与5-16mm整形过的玄武岩石子510份，在现场用强制搅拌机搅拌搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
所得混凝土限制膨胀率为0.034％，扩展度为700mm，用来测试混凝土穿越钢筋能力的L型仪填充比为0.95，输送距离超过两米，穿过三道φ10钢筋未出现骨料浆体分离，离析泌水现象。详见下表：
实施例五：
本实施例中，粉料按照以下配比在工厂进行混粉：普通硅酸盐425水泥390份；S95级矿粉30份；重钙粉80份；细度模数2.8的河砂510份；聚羧酸减水剂1.3份；黏改剂2份；膨胀剂1份；触变剂1份；抗裂纤维0.1份。
将粉剂与5-16mm整形过的玄武岩石子510份，在现场用强制搅拌机搅拌搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
所得混凝土限制膨胀率为0.028％，扩展度为690mm，用来测试混凝土穿越钢筋能力的L型仪填充比为0.94，输送距离超过两米，穿过三道φ10钢筋未出现骨料浆体分离，离析泌水现象。详见下表：
实施例六：
本实施例中，粉料按照以下配比在工厂进行混粉：普通硅酸盐425水泥410份；S95级矿粉30份；重钙粉90份；细度模数2.8的河砂490份；聚羧酸减水剂1.4份；黏改剂2份；膨胀剂1份；触变剂1份；抗裂纤维0.1份。
将粉剂与5-16mm整形过的玄武岩石子510份，在现场用强制搅拌机搅拌搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
所得混凝土限制膨胀率为0.023％，扩展度为700mm，用来测试混凝土穿越钢筋能力的L型仪填充比为0.93，输送距离超过两米，穿过三道φ10钢筋未出现骨料浆体分离，离析泌水现象。详见下表：
实施例七：
本实施例中，粉料按照以下配比在工厂进行混粉：普通硅酸盐425水泥450份；S95级矿粉30份；重钙粉110份；细度模数2.8的河砂450份；聚羧酸减水剂1.6份；黏改剂2份；膨胀剂1份；触变剂1份；抗裂纤维0.1份。
将粉剂与5-16mm整形过的玄武岩石子510份，在现场用强制搅拌机搅拌搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
所得混凝土限制膨胀率为0.026％，扩展度为710mm，用来测试混凝土穿越钢筋能力的L型仪填充比为0.96，输送距离超过两米，穿过三道φ10钢筋未出现骨料浆体分离，离析泌水现象。详见下表：
实施例八：
本实施例中，粉料按照以下配比在工厂进行混粉：普通硅酸盐425水泥500份；S95级矿粉30份；重钙粉130份；细度模数2.8的河砂410份；聚羧酸减水剂1.8份；黏改剂2份；膨胀剂1份；触变剂1份；抗裂纤维0.1份。
将粉剂与5-16mm整形过的玄武岩石子510份，在现场用强制搅拌机搅拌搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
所得混凝土限制膨胀率为0.026％，扩展度为700mm，用来测试混凝土穿越钢筋能力的L型仪填充比为0.97，输送距离超过两米，穿过三道φ10钢筋未出现骨料浆体分离，离析泌水现象。详见下表：
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，包括水泥、矿粉、重钙粉、粗骨料、细骨料、减水剂、膨胀剂、黏改剂、抗裂纤维和触变剂，其特征在于：各原材料的重量配比为：
水泥200-450份；
矿粉0-30份；
重钙粉50-100份；
细骨料200-500份；
粗骨料250-600份；
减水剂0.5-3份；
膨胀剂0.5-4份；
黏改剂1-10份；
抗裂纤维0-0.5份；
触变剂1-10份；
所述粗骨料为粒径为5-16mm并经整形过的玄武岩碎石；所述细骨料为细度模数大于2.8，含水率小于1.0％的河沙组成；所述触变剂由有机触变剂和无机触变剂组成，所述有机触变剂由水溶性纤维素脂和三乙醇胺钛的一种或者两种组成，所述无机触变剂由蒙脱石、硫酸铝、硫酸钙的一种或者两种以上组成。
2.如权利要求1所述的一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，所述水泥强度等级为425级或者525级中的一种。
3.如权利要求1所述的一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，其特征在于：所述矿粉为S95级矿粉；所述重钙粉粒径为250-400目；所述减水剂为减水率20％-40％，保塌能力大于150min的聚羧酸减水剂。
4.如权利要求1所述的一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，其特征在于：所述膨胀剂分为塑性膨胀阶段膨胀组分和硬化阶段膨胀组分，所述塑性阶段膨胀剂组分选细度为150-200目铝粉，所述硬化阶段膨胀剂选硫铝酸盐、氧化钙、氧化镁的一种或者两种以上混合物。
5.如权利要求1所述的一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，其特征在于：所述黏改剂由有机黏度调节成份和无机黏度调节成份组成，所述有机黏度调节成份包含可分散胶粉、聚乙烯酰胺、纤维素中的一种或两种以上组成，所述无机黏度调节成为由膨润土、硅灰、硅藻土中的一种或几种组成。
6.如权利要求1所述的一种用于薄板加固的高触变加固混凝土，其特征在于：所述抗裂纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维的一种或几种组成。
7.一种用于薄板加固的高触变加固混凝土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取如权利要求1-6任一项所述重量配比的水泥、矿粉、重钙粉、细骨料、减水剂、膨胀剂、黏改剂、抗裂纤维和触变剂，并混合均匀获得混合粉剂；
(2)取如权利要求1-6任一项所述重量配比的粗骨料，将步骤(1)中混合均匀后的粉剂与粗骨料通过强制搅拌机搅拌1min，然后加入水140份，再搅拌3min。
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