CN115477518A - 一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115477518A CN115477518A CN202211204079.0A CN202211204079A CN115477518A CN 115477518 A CN115477518 A CN 115477518A CN 202211204079 A CN202211204079 A CN 202211204079A CN 115477518 A CN115477518 A CN 115477518A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parts
- cement
- sprayable
- ultra
- based composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 22
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229920006253 high performance fiber Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 17
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 15
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 42
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 25
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 8
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 8
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 7
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 6
- 244000198134 Agave sisalana Species 0.000 claims description 5
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 3
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 3
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 claims description 3
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 claims description 3
- 244000146553 Ceiba pentandra Species 0.000 claims description 2
- 235000003301 Ceiba pentandra Nutrition 0.000 claims description 2
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 claims description 2
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 7
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000009746 freeze damage Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000011414 polymer cement Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/04—Portland cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/10—Coating or impregnating
- C04B20/1018—Coating or impregnating with organic materials
- C04B20/1029—Macromolecular compounds
- C04B20/1037—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
- C04B2111/00146—Sprayable or pumpable mixtures
- C04B2111/00155—Sprayable, i.e. concrete-like, materials able to be shaped by spraying instead of by casting, e.g. gunite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00724—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in mining operations, e.g. for backfilling; in making tunnels or galleries
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/72—Repairing or restoring existing buildings or building materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
本发明提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用。所述可喷射超高韧性水泥基复合材料按照质量份数计包括：30～50份胶体材料，25～30份石英砂，0.2～0.5份减水剂，3～7份速凝剂，9～16份水以及高性能纤维；所述高性能纤维的体积掺量为所述可喷射超高韧性水泥基复合材料总体积的1‑2％；所述胶体材料包括水泥、粉煤灰、煅烧粘土、石灰石以及氧化镁。所述可喷射超高韧性水泥基复合材料不仅能够快速修补老旧开裂隧道，不妨碍隧道车辆的正常通行，有效增强隧道韧性，提升防灾抗裂的能力，而且低碳环保，节约能源消耗。
Description
技术领域
本发明属于土木工程材料技术领域，涉及一种隧道衬砌的修补材料，尤其涉及一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
近几十年，港口水利工程、地下工程、大跨度结构工程等建筑工程不断出现且发展趋势日渐强劲，其中高速公路山岭隧道增长数量最多。但是高速公路山岭隧道的运营维护问题日益突显，特别是由于部分隧道建设周期短、质量不足的历史特点，以及外部环境、地质灾害等因素，导致隧道运营过程中出现隧道拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、衬砌损坏、隧道渗漏水、隧道冻害、围岩大变形等问题。
“十隧九裂”描述的是隧道普遍存在裂缝的情况，隧道裂缝是隧道施工及运营中常见的病害，也是引发隧道渗漏水以及其他病害的主要原因。隧道衬砌结构裂缝在隧道众多的病害问题中较为常见，并且其危害性较大。当裂缝产生后，加上山体中地下水的存在，水会渗透到裂缝中，导致渗水甚至大面积脱皮，严重情况会锈蚀钢筋，进一步降低衬砌结构的承载能力和耐久性，形成恶性循环，严重影响隧道正常运营与耐久性。
目前隧道衬砌裂缝整治措施主要包括两方面，一是加强衬砌自身强度，如碳纤维加固、锚喷加固、骑缝注浆及裂缝嵌补等；二是提高隧道围岩的稳定性，如锚固注浆和深孔注浆等。用于隧道衬砌结构裂缝的修补材料也越来越多，常见的有环氧树脂、碳纤维布等，以及改性超细水泥、聚合物水泥浆等新材料的研发为裂缝的修补工作带来了更多的活力与希望。但是很多裂缝修补材料在生产过程中二氧化碳排放高，耗能大；制备工艺复杂，施工时间长，强度不达标，而且耐久性很差，容易导致二次开裂，不适合大范围的推广应用。
可喷射超高韧性水泥基复合材料是基于微观力学原理优化设计的具有伪应变硬化特性和多缝开裂特征的一种新型土木工程材料。其中聚乙烯醇纤维体积掺量通常在1-2％左右，其拉应变是普通混凝土的几百倍。
可喷射水泥基复合材料为了满足高效施工的特点，对于材料流变性能有十分苛刻的要求。制备过程中需要满足喷射和施工双阶段的不同流变性能要求，在喷射阶段需要具有良好的流变性能，施工阶段需要具有优异的粘结性能。但是为了提高材料韧性增强其抗裂性，通常会在基体中加入纤维，而引入的纤维会大量吸附浆体中的自由水，降低材料的流变性能，影响材料的可泵性能，导致堵塞管道等情况，给施工带来意外风险。因此，制备一种具有双阶段流变性能的可喷射超高韧性水泥基复合材料势在必行。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料不仅能够快速修补老旧开裂隧道，不妨碍隧道车辆的正常通行，有效增强隧道韧性，提升防灾抗裂的能力，而且低碳环保，节约能源消耗。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料(ECC)，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料按照质量份数计包括：30～50份胶体材料，25～30份石英砂，0.2～0.5份减水剂，3～7份速凝剂，9～16份水以及高性能纤维；
所述高性能纤维的体积掺量为所述可喷射超高韧性水泥基复合材料总体积的1-2％，例如可以是1％、1.4％、1.8％或2％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述胶体材料包括水泥、粉煤灰、煅烧粘土、石灰石以及氧化镁。
本发明所述可喷射超高韧性水泥基复合材料利用了煅烧粘土和石灰石代替一定量的水泥和粉煤灰制成，不仅解决了水泥碳排放量高、粉煤灰短缺等问题，而且极大提高了该复合材料的整体粘聚性。所述可喷射超高韧性水泥基复合材料通过控制合理的水胶比、胶砂比、速凝剂掺量、减水剂掺量，以满足湿喷超高韧性水泥基复合材料的可泵性和可喷性。所述速凝剂可以有效加强喷射超高韧性水泥基复合材料凝结硬化速度，提高早期强度，减少回弹损失。
本发明提供的可喷射超高韧性水泥基复合材料不仅能够快速修补隧道，不妨碍隧道车辆的正常通行，而且相较于普通混凝土，既能有效增强隧道的韧性，还可以起到防灾抗裂的效果。
示例性的，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料按照质量份数计包括：30～50份胶体材料，例如可以是30份、35份、40份、45份或50份，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；25～30份石英砂，例如可以是25份、26份、27份、28份、29份或30份，，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；0.2～0.5份减水剂，例如可以是0.2份、0.2份、0.3份、0.4份或0.5份，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；3～7份速凝剂，例如可以是3份、4份、5份、6份或7份，，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；9～16份水，例如可以是9份、11份、13份、15份或16份，，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；以及高性能纤维。
优选地，所述胶体材料按照质量份数计包括：10～24份水泥，例如可以是10份、12份、14份、16份、18份、20份、22份或24份，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；2～4份粉煤灰，例如可以是2份、3份或4份，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；10～12份煅烧粘土，例如可以是10份、11份或12份，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；6～7份石灰石，例如可以是6份、6.4份、6.8份或7份，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；以及2～3份氧化镁，例如可以是2份、2.2份、2.4份、2.6份、2.8份或3份，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述胶体材料中煅烧粘土、粉煤灰和石灰石的质量总和是水泥和氧化镁质量总和的1.2～2.2倍，例如可以是1.2倍、1.4倍、1.6倍、1.8倍、2倍或2.2倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述胶体材料中氧化镁的添加量为水泥质量的8.3～30％，例如可以是8.3％、10％、15％、20％、25％或30％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述胶体材料中煅烧粘土、粉煤灰和石灰石的作用为了替代水泥用量，减少二氧化碳排放和能源消耗，限定其质量总和是水泥和氧化镁质量总和的1.2～2.2倍的目的是避免强度过低，影响水泥基复合材料的高韧性；氧化镁用于使粘合剂快速凝固，具有良好的耐久性和高耐化学侵蚀性，进一步限定其与水泥的比例的目的为避免延迟膨胀造成的材料损坏。
优选地，所述胶体材料质量为石英砂质量的1.2～1.65倍，例如可以是1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍或1.65倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述可喷射超高韧性水泥基复合材料中限定胶砂比的目的为了保证喷射超高韧性水泥基复合材料的工作性，胶砂比过大会导致坍落度变大，而孔隙率增大，导致强度偏低，过低则会造成堵管，无法完成喷射。
优选地，所述速凝剂的添加量为水泥添加量的3～6％，例如可以是3％、4％、5％或6％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述速凝剂可有效加强喷射超高韧性水泥基复合材料凝结硬化速度，提高早期强度，减少回弹损失，其添加量过高会导致前期喷射在工作面上的ECC内部迅速形成凝结核，再次喷射至工作面的ECC骨料被前期工作面上ECC凝结成的硬核回弹，进而导致了回弹率增加，过低则会导致内部粘聚力较低，在后续强劲喷射出ECC的冲击下，喷射在工作面上未来得及凝结的ECC被冲掉。
优选地，所述高性能纤维包括人工合成纤维和/或天然纤维。
优选地，所述人工合成纤维包括聚乙烯醇纤维或玄武岩纤维。
优选地，所述天然纤维包括剑麻纤维、亚麻纤维或木棉纤维中的任意一种。
优选地，所述高性能纤维的表面涂覆有聚醚类平滑油剂。
优选地，所述专有聚醚类平滑油剂与高性能纤维的质量比为(0.6～1.2):100，例如可以是0.6:100、0.8:100、1:100或1.2:100，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述聚醚类平滑油剂为纤维油剂，其作用为减小纤维与纤维间的静摩擦系数，有利于加弹，也使纤维与金属的动摩擦系数增大；最终有利于提高材料本身的韧性。还可以提高抗拉伸应变能力，使基体强度与高性能纤维的连接特性得以提升。
优选地，所述氧化镁包括质量含量为50～70％的工业级轻质氧化镁，例如可以是50％、55％、60％、65％或70％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述工业级轻质氧化镁的纯度为90～99％，例如可以是90％、92％、94％、96％、98％或99％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述工业级轻质氧化镁的煅烧温度为800～1000℃，例如可以是800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述煅烧粘土包括高岭土粘土。
优选地，所述煅烧粘土的煅烧温度为600～800℃，例如可以是600℃、650℃、700℃、750℃或800℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述煅烧粘土中二氧化硅和氧化铝质量含量≥90％，例如可以是90％、92％、94％、96％、98％或99％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述水泥包括硅酸盐水泥。
优选地，所述石英砂的最大粒径＜0.2mm，例如可以是0.19mm、0.18mm、0.17mm、0.16mm或0.15mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述石英砂的平均粒径为0.05～0.1mm，例如可以是0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm或0.1mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述粉煤灰包括Ⅰ级粉煤灰。
优选地，所述石灰石中氧化钙的含量≥98％，例如可以是98％、98.5％、99％或99.5％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述减水剂包括聚羧酸型减水剂。
优选地，所述速凝剂包括硫酸铝类液体速凝剂。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面提供的可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
按配方量混合胶体材料以及石英砂，进行一次搅拌；而后按配方量添加减水剂、速凝剂以及水，进行二次搅拌；最后按配方量添加高性能纤维，进行三次搅拌，得到所述可喷射超高韧性水泥基复合材料。
优选地，所述一次搅拌的搅拌速率为80～120rpm，例如可以是80rpm、90rpm、100rpm、110rpm或120rpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一次搅拌的时间为3～5min，例如可以是3min、3.4min、3.8min、4.2min、4.6min或5min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二次搅拌的搅拌速率为80～120rpm，例如可以是80rpm、90rpm、100rpm、110rpm或120rpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二次搅拌的时间为5～7min，例如可以是5min、5.4min、5.8min、6.2min、6.6min或7min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三次搅拌的搅拌速率为80～120rpm，例如可以是80rpm、90rpm、100rpm、110rpm或120rpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三次搅拌的时间为5～7min，例如可以是5min、5.4min、5.8min、6.2min、6.6min或7min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供了一种如第一反应提供的可喷射超高韧性水泥基复合材料的应用，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料用于修补老旧开裂的隧道衬砌。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的可喷射超高韧性水泥基复合材料能够快速修补隧道，不妨碍隧道车辆的正常通行，极大缩短隧道停摆周期；
(2)本发明提供的可喷射超高韧性水泥基复合材料能够有效提高老旧开裂隧道衬砌结构的强度和变形性能，提高衬砌结构的承载力和韧性；
(3)本发明通过控制合理的水胶比、胶砂比和调整速凝剂、减水剂掺量，控制所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的坍落度为160～200mm、回弹率为10-32％等参数，从而满足机械喷射的条件；
(4)本发明通过采用速凝剂加速了水泥基复合材料的凝结硬化速度，减少了回弹损失，防止喷射的水泥基复合材料因重力引起脱落，为水泥基复合材料的喷射提供了必要条件；
(5)本发明所述可喷射超高韧性水泥基复合材料极大地利用了石灰石、煅烧粘土等来源广泛的低碳材料，原料来源广泛，成本低廉。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料按照质量份数计包括：45份胶体材料，28份石英砂，0.35份聚羧酸型减水剂，3.5份硫酸铝类液体速凝剂，14份水以及玄武岩纤维；
所述玄武岩纤维的体积掺量为所述可喷射超高韧性水泥基复合材料总体积的1.5％；所述玄武岩纤维的表面涂覆有1％的聚醚类平滑油剂；
所述胶体材料按照质量份数计包括：14份硅酸盐水泥，3份Ⅰ级粉煤灰，11份高岭石粘土，6.5份石灰石以及2.34份纯度为95％的工业级轻质氧化镁。
所述高岭土粘土的煅烧温度为700℃，其中二氧化硅和氧化铝质量含量≥90％；所述石英砂的最大粒径为0.2mm，平均粒径为0.075mm；所述石灰石中氧化钙的含量≥98％。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法包括如下步骤：
按配方量混合胶体材料以及石英砂，在100rpm的搅拌速率下进行5min的一次搅拌；而后按配方量添加减水剂、速凝剂以及水，在100rpm的搅拌速率下进行6min的二次搅拌；最后按配方量添加高性能纤维，在100rpm的搅拌速率下进行6min的三次搅拌，得到所述可喷射超高韧性水泥基复合材料。
实施例2
本实施例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料按照质量份数计包括：30份胶体材料，25份石英砂，0.2份减水剂，3份速凝剂，9份水以及剑麻纤维；
所述剑麻纤维的体积掺量为所述可喷射超高韧性水泥基复合材料总体积的1％；所述剑麻纤维的表面涂覆有0.6％的聚醚类平滑油剂；
所述胶体材料按照质量份数计包括：20份水泥，4份粉煤灰，12份煅烧粘土，7份石灰石以及2份氧化镁。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法包括如下步骤：
按配方量混合胶体材料以及石英砂，在80rpm的搅拌速率下进行5min的一次搅拌；而后按配方量添加减水剂、速凝剂以及水，在80rpm的搅拌速率下进行7min的二次搅拌；最后按配方量添加高性能纤维，在80rpm的搅拌速率下进行7min的三次搅拌，得到所述可喷射超高韧性水泥基复合材料。
实施例3
本实施例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料按照质量份数计包括：50份胶体材料，30份石英砂，0.5份减水剂，7份速凝剂，16份水以及聚乙烯醇纤维；
所述聚乙烯醇纤维的体积掺量为所述可喷射超高韧性水泥基复合材料总体积的2％；所述聚乙烯醇纤维的表面涂覆有1.2％的聚醚类平滑油剂；
所述胶体材料按照质量份数计包括：10份水泥，2份粉煤灰，10份煅烧粘土，6份石灰石以及3份氧化镁。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法包括如下步骤：
按配方量混合胶体材料以及石英砂，在120rpm的搅拌速率下进行3min的一次搅拌；而后按配方量添加减水剂、速凝剂以及水，在120rpm的搅拌速率下进行5min的二次搅拌；最后按配方量添加高性能纤维，在120rpm的搅拌速率下进行5min的三次搅拌，得到所述可喷射超高韧性水泥基复合材料。
实施例4
本实施例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料与实施例1的区别仅在于：
本实施例将所述胶体材料的重量份数更改为30份。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料与实施例1的区别仅在于：
本实施例将所述水的重量份数更改为9份。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料与实施例1的区别仅在于：
本实施例将所述速凝剂的重量分数更改为7份。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料与实施例1的区别仅在于：
本对比例省略了速凝剂。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料与实施例1的区别仅在于：
本对比例将所述胶体材料的重量份数更改为30份，石英砂的重量份数更改为35份。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料与实施例1的区别仅在于：
本对比例将所述高性能纤维的体积掺量更改为所述可喷射超高韧性水泥基复合材料总体积的5％。
所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法与实施例1相同。
性能检测：
对上述实施例1-6以及对比例1-3提供的可喷射超高韧性水泥基复合材料进行坍落度和回弹率的检测；并对其标准养护后测试其7d抗压强度、抗折强度和四点抗折极限挠度。所述测试结果如表1所示。
表1
由表1中数据可以发现，本发明实施例制得的超高韧性水泥基复合材料均不仅能够满足机械喷射的条件，并且在7天的养护龄期下能够达到极佳的抗压、抗折、抗弯性能。与实施例相比，对比例1的坍落度和抗压强度虽然变化不大，但是回弹率有所增加，早期抗折强度和抗折挠度明显下降。与实施例相比，对比例2的坍落度明显降低，达不到机械喷射的条件。与实施例相比，虽然对比例3的早期抗折强度和抗折挠度有较大提升，但由于高性能纤维掺量增加，导致了坍落度降低，影响超高韧性水泥基材料的流动性，很可能出现堵管现象。
综上所述，本发明提供的可喷射超高韧性水泥基复合材料不仅能够快速修补老旧开裂隧道，不妨碍隧道车辆的正常通行，有效增强隧道韧性，提升防灾抗裂的能力，而且低碳环保，节约能源消耗。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料按照质量份数计包括：30～50份胶体材料，25～30份石英砂，0.2～0.5份减水剂，3～7份速凝剂，9～16份水以及高性能纤维；
所述高性能纤维的体积掺量为所述可喷射超高韧性水泥基复合材料总体积的1-2％；
所述胶体材料包括水泥、粉煤灰、煅烧粘土、石灰石以及氧化镁。
2.根据权利要求1所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述胶体材料按照质量份数计包括：10～24份水泥，2～4份粉煤灰，10～12份煅烧粘土，6～7份石灰石以及2～3份氧化镁；
优选地，所述胶体材料中煅烧粘土、粉煤灰和石灰石的质量总和是水泥和氧化镁质量总和的1.2～2.2倍；
优选地，所述胶体材料中氧化镁的添加量为水泥质量的8.3～30％；
优选地，所述胶体材料质量为石英砂质量的1.2～1.65倍；
优选地，所述速凝剂的添加量为水泥添加量的3～6％。
3.根据权利要求1或2所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述高性能纤维包括人工合成纤维和/或天然纤维；
优选地，所述人工合成纤维包括聚乙烯醇纤维或玄武岩纤维；
优选地，所述天然纤维包括剑麻纤维、亚麻纤维或木棉纤维中的任意一种；
优选地，所述高性能纤维的表面涂覆有聚醚类平滑油剂；
优选地，所述聚醚类平滑油剂与高性能纤维的质量比为(0.6～1.2):100。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述氧化镁包括质量含量为50～70％的工业级轻质氧化镁；
优选地，所述工业级轻质氧化镁的纯度为90～99％；
优选地，所述工业级轻质氧化镁的煅烧温度为800～1000℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述煅烧粘土包括高岭土粘土；
优选地，所述煅烧粘土的煅烧温度为600～800℃；
优选地，所述煅烧粘土中二氧化硅和氧化铝质量含量≥90％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥包括硅酸盐水泥；
优选地，所述石英砂的最大粒径＜0.2mm；
优选地，所述石英砂的平均粒径为0.05～0.1mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述粉煤灰包括Ⅰ级粉煤灰；
优选地，所述石灰石中氧化钙的含量≥98％；
优选地，所述减水剂包括聚羧酸型减水剂；
优选地，所述速凝剂包括硫酸铝类液体速凝剂。
8.一种如权利要求1-7任一项所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
按配方量混合胶体材料以及石英砂，进行一次搅拌；而后按配方量添加减水剂、速凝剂以及水，进行二次搅拌；最后按配方量添加高性能纤维，进行三次搅拌，得到所述可喷射超高韧性水泥基复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述一次搅拌的搅拌速率为80～120rpm；
优选地，所述一次搅拌的时间为3～5min；
优选地，所述二次搅拌的搅拌速率为80～120rpm；
优选地，所述二次搅拌的时间为5～7min；
优选地，所述三次搅拌的搅拌速率为80～120rpm；
优选地，所述三次搅拌的时间为5～7min。
10.一种如权利要求1-8任一项所述可喷射超高韧性水泥基复合材料的应用，其特征在于，所述可喷射超高韧性水泥基复合材料用于修补老旧开裂的隧道衬砌。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211204079.0A CN115477518A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211204079.0A CN115477518A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115477518A true CN115477518A (zh) | 2022-12-16 |
Family
ID=84394625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211204079.0A Pending CN115477518A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115477518A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117105595A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-11-24 | 中国建筑第七工程局有限公司 | 一种低碳型工程水泥基复合材料及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6221148B1 (en) * | 1999-11-30 | 2001-04-24 | Engelhard Corporation | Manufacture of improved metakaolin by grinding and use in cement-based composites and alkali-activated systems |
| CN110845190A (zh) * | 2019-09-05 | 2020-02-28 | 中交第二航务工程局有限公司 | 一种应用于湿法喷射施工的超高性能水泥基材料 |
| CN112624679A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-04-09 | 武汉科技大学 | 一种pva纤维增强水泥基复合材料 |
| CN112745085A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-05-04 | 福州大学 | 可喷射pva-ecc高延性水泥基复合材料及制备方法 |
-
2022
- 2022-09-29 CN CN202211204079.0A patent/CN115477518A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6221148B1 (en) * | 1999-11-30 | 2001-04-24 | Engelhard Corporation | Manufacture of improved metakaolin by grinding and use in cement-based composites and alkali-activated systems |
| CN110845190A (zh) * | 2019-09-05 | 2020-02-28 | 中交第二航务工程局有限公司 | 一种应用于湿法喷射施工的超高性能水泥基材料 |
| CN112624679A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-04-09 | 武汉科技大学 | 一种pva纤维增强水泥基复合材料 |
| CN112745085A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-05-04 | 福州大学 | 可喷射pva-ecc高延性水泥基复合材料及制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈剑尚等: "填埋场固化污泥工程特性变化研究", 《科学技术与工程》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117105595A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-11-24 | 中国建筑第七工程局有限公司 | 一种低碳型工程水泥基复合材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109160780B (zh) | 高强耐热混凝土 | |
| CN113372082B (zh) | 一种耐磨超高性能混凝土及其制备方法 | |
| CN107488018A (zh) | 一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土及其制备方法 | |
| WO2021175004A1 (zh) | 一种混凝土内掺型防渗抗裂减缩剂及其制备方法 | |
| CN112047666B (zh) | 一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土 | |
| CN108328977B (zh) | 一种混凝土修补材料 | |
| CN111003980B (zh) | 一种高延性防水抗裂复合砂浆及其拌和方法和施工工艺 | |
| CN112209681A (zh) | 一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土及其制备方法 | |
| CN106242420A (zh) | 一种抗裂防水堵漏砂浆及其制作方法 | |
| CN114315291A (zh) | 一种清水混凝土表面缺陷修复材料及其制备方法 | |
| CN115477518A (zh) | 一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN111116119A (zh) | 一种绿色高强韧性混凝土配方 | |
| CN104987009A (zh) | 纳米无收缩砂浆 | |
| CN110759682A (zh) | 一种环保型高韧性纤维增强水泥基复合材料及其制备方法 | |
| CN115057670A (zh) | 一种快硬高延性无机密封砂浆 | |
| CN114477896A (zh) | 一种超高性能抗冲耐磨混凝土及其制备方法 | |
| CN113636802A (zh) | 一种超高性能混凝土及其制备方法 | |
| CN112374787A (zh) | 一种混凝土用玄武岩纤维抗裂防水剂及其制备方法 | |
| CN111548097A (zh) | 一种煤矿巷道用高强度、耐腐蚀干喷喷料及其施工工艺 | |
| CN110845200A (zh) | 一种轻质高强薄壁结构现浇混凝土 | |
| CN110590298A (zh) | 一种轨道交通工程混凝土结构耐酸雨冰冻修复材料 | |
| CN111848063B (zh) | 一种混凝土地面用高贝利特硫铝酸盐水泥基硬化剂及其制备方法 | |
| CN105541239B (zh) | 一种有机改性水泥基修补砂浆 | |
| CN107879691B (zh) | C30/c40级别综合控制水化热温升的大体积混凝土 | |
| CN113831090A (zh) | 一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221216 |