CN1430589A - 水泥结合的材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型的水泥结合的材料，具有矿物质胶结剂、矿物质添加剂和/或矿物质骨料，所述材料具有：一份物料疏水剂，所述疏水剂以矿物质胶结剂的重量为基准由0.5至20重量％的硬脂酸盐、硅酸盐、硅烷或硅氧烷构成，和一份可迁移的防蚀剂，所述防蚀剂由0.1至20公斤/m3的亚硝酸盐、苯甲酸盐、氨基醇或单氟磷酸钠构成。

Description

水泥结合的材料
本发明涉及一种根据权利要求1或3的前序部分所述的水泥结合的材料。
无数例子表明钢筋混凝土结构的耐久性大大低于设计的耐久性。因此在工业国有达一半的国家建筑支出将用于对已有的建筑物的维修上。而且这些维修措施常常并不能达到所需耐久性。这是因为缺少可以使新建筑和对已有建筑维护具有所需耐久性的高效的材料和材料系统。
出现的损伤主要是由于下述机理造成的：
1.水泥结合的材料易碎裂并且在硬化时将受到不同程度的收缩变形。这两种现象将导致综合的内应力状况并在构件的表面形成裂缝。这些裂缝将易于使既会破坏混凝土(硫酸盐)又会导致腐蚀钢筋(露水盐中的氯化物)的物质的进入。腐蚀产物将具有比原来大一至三倍的体积，导致混凝土开裂和钢筋暴露。
2.水泥结合的材料是多孔的系统，所述系统将因虹吸、扩散和渗透作用将有害的物质(硫酸盐、氯化物、酸)吸收到表面的孔隙系统中。
3.通常的水泥结合的材料(首先是混凝土)在浇入模板后必须用振捣器捣实，以便获得均匀的结构。此道工序有时进行的并不是充分的，以至混凝土不均匀并局部增大对有害物质的吸收。
目前已经有可以避免或缓解所述各项损坏机理的措施和产品。例如在EP-A-0 286 112中披露了对水泥沙浆或混凝土增强的合成纤维，所述合成纤维由具有最大抗拉强度为80公斤/mm2的单丝构成。另外在US-A-4,261,754中披露了一种增强纤维，所述增强纤维由定向的聚烯烃构成，以便对诸如水泥等结合材料进行增强。所述纤维在纵向上具有可变的截面和粗糙化的表面，所述粗糙化系指具有小纤维。在US-A-4,483,727中披露了一种制造聚乙烯纤维束的方法，所述纤维束用于对诸如水泥、混凝土、石膏等易碎裂材料进行增强。另外在US-A-4,968,561中披露了一种由聚乙烯醇构成的合成单丝，所述合成单丝用于对水泥沙浆或混凝土的增强。在US-A-5,399,195中披露了一种制造水泥材料的方法，所述水泥材料可以减少水泥的自动开裂。为此添加有每束由10至10000根丝构成的合成纤维束。纤维丝主要由聚烯烃、聚烯烃衍生物和聚酯构成。另外在US-A-6,071,436和US-A-6,174,461中披露了所谓的防蚀剂。在US-A-5,531,812和US-A-6,139622中披露了所谓的疏水剂，该疏水剂将使混凝土的表面防水。为此采用由烷氧基硅烷、有机硅烷和有机硅烷树脂构成的水溶液。
但缺少可以与迄今通常的方法相比耐久性可以提高几倍的抑制所有损坏机理及其原因的材料系统的有效方案。
本发明的目的在于提出一种水泥结合的材料，该材料具有较高的耐久性并且特别适用于对已有的建筑物进行维修。
该目的通过采用具有权利要求1或3特征的材料得以实现。
本发明材料的优点是：通过采用物料疏水剂可以防止含有有害物质的水的渗入并因此通过修复可以大大提高耐久性。通过添加具有迁移能力的防蚀剂可对钢筋追加进行防锈保护。
在从属权利要求和下面的说明中对本发明的进一步优点做了表述，其中对照在附图中所示的实施例对本发明做了进一步说明。图中示出：
图1为在拉应力的作用下开裂的示意图；
图2为说明与开裂对照的应变硬化的示意图；
图3示出物料疏水；
图4为氯化物渗透深度示意图；
图5隧道截面示意图，和
图6示出对受损混凝土的修复的三个步骤。
在附图中分别用相同的附图标记表示相同的部件，如果没有明确地其它说明的话，则首次的说明适用于所有附图。
已知混凝土由诸如天然的未溶解的石灰、白榴火山灰、天然的或卜特兰-水泥等矿物质胶结剂，并由诸如岩石粉、烟道尘和微硅酸盐等一种或多种矿物质填料，和/或沙子或小石子等一种骨料构成。为此将约1∶2配比的水和水泥进行混合并接着以确定的比例添加矿物质填料和/或矿物质骨料。在拉应力作用下这种标准的混凝土的最大的弹性延伸率约为0.01％。在此所述系统的水泥结合的材料由已知的混凝土混合物构成，所述混合物附加具有一份由以矿物质胶结剂或水泥的重量为基准的0.5至20重量％的硬脂酸盐、硅酸盐、硅烷或硅氧烷构成的物料疏水剂和一份可迁移的防蚀剂，所述防蚀剂由0.1至20公斤/m3材料的亚硝酸盐、苯甲酸盐、氨基醇或单氟磷酸钠构成。另外还可以添加由钢制成的柔韧的金属纤维和/或由聚烯烃构成的非金属纤维，所述聚烯烃例如是高结晶的聚乙烯、聚乙烯醇或芳族聚酰胺，所述纤维的纵横比为10至1000，优选200至600，其抗拉强度为0.8至4.0GPa和其扬氏模量为20至230GPa，优选大于25GPa，以总容积为基准其容积分量为0.1至4.0％，优选0.5至3.0％。另外添加诸如聚苯乙烯泡沫塑料球、微空心球、泡沫玻璃或微孔粘土等轻质骨料。必要时还可以添加诸如高效稀释剂、收缩还原剂、收缩补偿剂、稳定剂、加气剂、硬化减缓剂、硬化加速剂、去泡沫剂等其它的添加剂。
在图1中示出在水泥结合的材料的各种配比组合情况下在变形造成的拉应力的作用下出现的开裂。图1a示出在没有增强纤维的混凝土中的开裂：在应力约为3N/mm2时将剧烈地出现局部材料的软化，从而出现应变去硬化并使水泥结合的材料在出现约2mm裂缝时断裂。图1b示出如本说明书开始时对已有技术所述的在纤维增强的材料中的开裂。在图中各个大的裂缝10被纤维11桥接，从而可以实现较大的拉伸能力。其中强度将略有线性下降。图1c示出本发明的水泥结合的材料中的开裂，其中存在非常小的或所谓的微裂缝13。另外添加有可变分量的柔韧的金属和/或非金属的由钢或聚烯烃(高结晶的聚乙烯、聚乙烯醇、芳族聚酰胺)构成的纤维。纤维容积分量以总容积为基准在0.1至4.0％之间，优选0.5至3.0％，纤维的纵横比在10至1000范围内，优选在200至600范围内。抗拉强度在0.8至4GPa，扬氏模量在20至230GPa，优选大于25GPa。经证明，在分量为0.1至约0.7容积％时仍能保持图1b所示的性能。在分量约为0.7％至3.0％时仍能达到图1c所示的性能。
图2示出具有微裂缝的水泥结合材料的应变硬化。在最大应变大约为8％时将出现去硬化，因此将形成较大的裂缝14并使在混凝土中的应力略有线性下降。
图3示出在没有物料疏水剂(图3a)和具有物料疏水剂(图3b)的混凝土中的氯化物的渗透深度。从图中可以清楚地看出一直达到钢筋21的被沾染区20。在钢筋21下面的混凝土构件22未被沾染。如果这时用物料疏水剂对混凝土进行涂覆，则氯化物的渗透深度接近为零，即最多几mm。在图4中的相应的曲线示出对两种材料测出的渗透深度。在用3％的氯化物溶液对表面接触180天后进行测量。W/Z表示水与水泥的比例，在此作为测量的标准采用1∶2。
在图5中示意示出具有受损范围26内的隧道截面25。在对该范围内进行修复时需要进行图6a至6c的下述步骤。
为此将把裂缝的受到沾染的被覆的混凝土26直至相应的钢筋21进行剥离(图6a和6b)。通常在钢筋下面的混凝土构件22未被沾染。接着用新型的经疏水处理的水泥结合的材料27进行涂覆，所述材料具有附加的可迁移的防蚀剂28，所述防蚀剂经混凝土迁移到钢筋21上并防止钢筋继续受到腐蚀。
新型的水泥结合的材料的组成部分具有对受损机理的下述作用：
一方面纤维的作用在于将由于收缩产生的变形分布在整个表面，使之没有或仅存在微量开口的裂纹，不会因这些裂纹由于吸收有害的物质而产生危害。另一方面对诸如住宅建筑等特定的应用可以省去传统的钢筋增强，从而完全避免了锈蚀损害。本发明的水泥结合的材料的性能是由于下述因素实现的：纤维将对由于应力而出现的微裂纹进行桥接，防止继续开裂并将机械应力传递到相邻的区域，在相邻的区域同样会产生微型的裂缝等。因此在水泥结合的材料上只产生很小的裂纹。通过所谓的多裂纹形成的现象较之没有纤维的水泥结合的材料将大大提高耐应力-和变形能力。
物料疏水剂是以硬脂酸盐、硅酸盐、硅烷或硅氧烷为基的物质，所述疏水剂在制作时添加给水泥结合的材料并大幅度地减小硬化的材料的毛细孔的接触角。因而可以大幅度地减少吸湿，首先减少对含有有害物质的水的吸收，从而可以避免或至少明显地减弱上述有害机理的作用(见图3和4)。物料疏水剂的重量分量为以矿物质胶结剂的重量为基准的0.5至20重量％。
防蚀剂是以亚硝酸盐、苯甲酸盐、氨基醇或单氟磷酸钠为基的物质，其双极分子经对增强钢筋或钢纤维的加成将导致对钢的钝化和因此防锈(抑制阴极和阳极的局部反应)。其重量分量为0.1至20公斤/m3水泥结合的材料(见图6)。
高效水泥稀释剂是以聚羧酸酯、蜜胺或硫酸萘为基的物质并且一方面进行添加以便减少水泥结合的材料对水的需求，从而将导致孔隙率的降低和收缩变形的幅度变小，并因此导致耐久性的提高。另一方面，在预定的条件下添加入足够的量度，将导致水泥结合的材料的自动致密。自动致密将导致避免由于利用振捣器未充分实现外部捣实而出现的结构不均匀的状况。因此可以实现非常均匀的材料。高效稀释剂的含量以胶结剂质量为基准为0.1至3％。这意味着可以不采用振捣器捣实。
对材料的构件的振动可以实现对不同的稠度的调整，因而可以有不同的应用，即在采用湿式和干式喷涂方法机器或人工用手利用一个模板，振捣或自动致密，或在工地现场或在预制件生产中进行(挤压)。应用例
在住宅建筑中静负荷非常小。因此可以用如上所述的纤维增强的水泥结合材料替代用钢筋增强的混凝土结构。另外可以对采用的材料的稠度自我致密地进行调整。因此不仅省去了敷设钢筋，而且也省去了用振捣器的捣实程序。
在对地上隧道的护壁修复时必须剥离直至靠外面的被锈蚀的钢筋下面的层的混凝土被覆。在重新建立表面时采用物料疏水的水泥结合的材料，所述材料具有纤维增强剂并含有可迁移的防蚀剂。由于纤维增强避免了新被覆层表面上裂纹的出现。防蚀剂在墙面内进行迁移并保护已有的钢筋避免受到新的或继续的锈蚀或对已有的钢筋重新进行钝化处理。物料疏水剂避免含有有害物质的水的渗透。采用这种修复的方式实现的耐久性高于原有建筑的耐久性或高于采用一种其它的修复措施实现的耐久性(见图4)。
在地下隧道中经常采用喷涂混凝土方式对断裂的隧道截面进行被覆，或采用钢纤维混凝土。另一种方案在于采用疏水的和纤维增强的水泥结合的材料。物料疏水剂避免具有侵蚀性的(例如含有硫酸盐的)山水的渗透，纤维承担静功能。因此不存在钢被腐蚀的危险并避免了混凝土受到有害物质的影响。
在特定应用情况下，例如在进行如图6所示的修复时，其中在剥离受损的陈旧的混凝土以后不仅涂覆一层，而是两层新的材料，对底下的第一层新材料可以不采用纤维并且仅附加物料疏水剂和防蚀剂，这是因为只有上面的第一层才会受到干燥并因此受到产生裂纹的危险的影响。对上面的第二层材料与此相反可以省去防蚀剂并且另外仅附加有纤维和物料疏水剂。

Claims (6)

1.一种水泥结合的材料，具有矿物质胶结料、矿物质添加剂和/或矿物质骨料，其特征在于，具有：一份物料疏水剂，所述疏水剂以矿物质胶结剂的重量为基准由0.5至20重量％的硬脂酸盐、硅酸盐、硅烷或硅氧烷构成；和一份可迁移的防蚀剂，所述防蚀剂由0.1至20公斤/m3材料的亚硝酸盐、苯甲酸盐、氨基醇或单氟磷酸钠构成。
2.按照权利要求1所述的材料，其特征在于，还具有一份柔韧的纤维，所述纤维的纵横比为10至1000，优选200至600，其抗拉强度为0.8至4.0GPa和其扬氏模量为20至230GPa，优选大于25GPa，以总容积为基准其容积分量为0.1至4.0％，优选0.5至3.0％。
3.一种水泥结合的材料，具有矿物质胶结料、矿物质添加剂和/或矿物质骨料，其特征在于，具有一份物料疏水剂，所述疏水剂以矿物质胶合剂的重量为基准由0.5至20重量％的硬脂酸盐、硅酸盐、硅烷或硅氧烷构成；和一份柔韧纤维，所述纤维的纵横比为10至1000，优选200至600，其抗拉强度为0.8至4.0GPa和其扬氏模量为20至230GPa，优选大于25GPa，以总容积为基准其容积分量为0.1至4.0％，优选0.5至3.0％。
4.按照权利要求2或3所述的材料，其特征在于，柔韧的纤维由钢和/或聚烯烃构成，尤其是由高结晶的聚乙烯、聚乙烯醇或芳族聚酰胺构成。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的材料，其特征在于，至少具有一种由聚苯乙烯泡沫塑料球、微空心球、泡沫玻璃或微孔粘土构成的骨料。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的材料，其特征在于，具有诸如高效稀释剂、收缩还原剂、收缩补偿剂、稳定剂或加气剂等其它的添加剂。
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