CN103524098B - 一种低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，该材料由高标号水泥、减水组分、微纳级硅质材料、抗裂组分、早强组分、骨料及多种聚合物复配而成，施工时按规定加水搅拌均匀即可。本发明的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料具有与自身抗渗性能好，基层粘结强度高，收缩小，不开裂，不空鼓等特点。适用于桥梁、涵洞、工业厂房、设备基础或平台、仓库或堆场，以及民用建筑的混凝土加固工程。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于混凝土加固用的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料。
背景技术
混凝土主要材料之一的水泥，与混凝土中的水分和周围环境中的水分发生水化反应，使混凝土的硬度持续增加。但随使用时间的延长，混凝土受各种因素的影响性能也会降低，出现裂纹、起皮、脱落现象。主要原因可能由于结构设计不合理，施工误差，使用过程中的超载或者强碱性水泥混凝土路面与大气中的二氧化碳以及工厂中排放的二氧化硫等酸性物质接触后，发生中和反应，使混凝土表面PH值呈现中性，深层的混凝土呈碱性和热胀冷缩的变化，出现分层和地基下陷现象，降低了混凝土的抗压强度和弯曲强度，在一定载荷的作用下混凝土表面就出现了裂纹、起皮和露砂石，最终分离开来。出现这种现象后会导致混凝土构件的寿命缩短、安全性能降低、影响使用功能。
随着人居安全意识的增强和混凝土加固需求的逐渐增多，加固材料的用量迅速扩大，各研究设计公司纷纷开发、研究各类加固材料。如中冶集团建筑研究总院发明了一种用于混凝土加固修复的水泥聚合物砂浆（专利号：200810224611.9)，其28d抗压强度大于50MPa，28d抗折强度大于10MPa，粘结强度大于1.5MPa；山西省交通科学研究院发明了一种高性能结构加固砂浆组成物及其配制工艺（专利号：201110163068.8），其28d抗压强度为59.1MPa，28d抗折强度为12.3MPa，粘结强度为1.9MPa。
建筑工业行业标准JG/T289-2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》于2010年正式实施，为指导加固用聚合物砂浆的研发设计、生产标准提供了依据。但市场上现有产品基本上为行业标准中所列Ⅱ级产品，因Ⅰ级产品的指标高、研发投入大，常规的生产工艺、配比级配、聚合物改性方法难以达到性能指标要求，鲜有公司生产和研发。基于建筑材料的前瞻性研究模式，针对建筑加固的高端领域，我们经过相应的技术积累和初步研究后，通过微纳级粉料成核技术、抗微-宏观开裂技术、超低Ca/Si率技术、复相增强技术等关键创新的超叠加效应，研制一种低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，填补《混凝土结构加固用聚合物砂浆》中Ⅰ级产品空白，属于创新型科技产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于混凝土加固的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，以重量百分比计，包括如下组分：
作为优选方案之一，所述胶凝材料为强度等级为52.5、52.5R、62.5或62.5R的硅酸盐水泥中的一种或多种。
作为补充优化，所述胶凝材料为P·O52.5水泥。
作为优选方案之一，所述微纳级硅质材料为活性火山灰、微硅粉、纳米二氧化硅中的一种或多种。
作为优选方案之一，所述减水组分为奈系减水剂、密胺系减水剂、聚羧酸减水剂中的一种。
作为优选方案之一，所述抗裂组分为矿物纤维与高分子纤维复配，矿物纤维与高分子纤维复配比例为10:1；所述矿物纤维为水镁石纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维中的一种或多种；所述高分子纤维为PP纤维、聚乙烯醇纤维、尼伦纤维中的一种或多种。
作为补充优化，所述矿物纤维为水镁石纤维；高分子纤维为PP纤维，长度为6mm、9mm、12mm。
作为优选方案之一，所述膨胀组分为硫铝酸钙类、氧化钙类、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂中的一种或多种。
作为补充优化，所述膨胀组分为硫铝酸钙类膨胀剂。
作为优选方案之一，所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚乳胶粉中的一种。
作为补充优化，所述可再分散乳胶粉为VAE乳胶粉。
作为优选方案之一，所述骨料为40～100目级配石英砂。
作为优选方案之一，所述早强组分为甲酸钙、碳酸锂、硫酸钠、氯化钙中的一种或多种；
作为补充优化，早强组分为甲酸钙。
所述触变剂为中材矿物材料公司生产，产品代号：SKCB02，主要成分为硅酸镁铝；
作为优选方案之一，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、甲基纤维素醚中的一种，其粘度在20000～250000厘泊之间；
作为补充优化，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，粘度为200000厘泊。
发明原理：
上述低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料应用了下述技术：
1、微纳级粉体材料共核结晶技术：微纳级粉体材料主要采用活性火山灰、微硅粉、纳米二氧化硅等硅质材料为主，均匀的填充到水泥颗粒之间的空隙中，有效地减少水泥硬化浆体中纳米尺度的微孔，使得砂浆密实度提高；另一方面活性火山灰、微硅粉、纳米二氧化硅等材料具有一定程度的活性，能更快更有效的吸收掉水泥水化早期生成的Ca(OH)2,、改善水泥硬化体和骨料之间的界面，细化Ca(OH)2晶粒。微纳级粉体的填充效应和火山灰效应的共同作用，使得砂浆的抗渗压力、强度等性能得到明显改善。
2、矿物纤维与高分子纤维复合技术：当砂浆搅拌均匀后，各种纤维均匀无序地分散于水泥砂浆机体中，纵横交错，各向同性，均匀分布，这些复合后的纤维如数万根微“钢筋”植入于水泥砂浆的基体中，这就使得微裂缝的扩展收到了这些“微钢筋”的重重阻挠，微裂缝无法越过这些纤维而继续发展。因此，矿物纤维与高分子纤维复合技术可以显著增强砂浆的抗拉强度，抵抗应力，提高抗微-宏观开裂性能。
3、大/小分子化学改性技术：复相增强加固材料加水拌合后，小分子化合物即可参与反应，调节体系的凝结和施工性能，参与水泥的水化、促进各种粉体材料的有序成核结晶；大分子聚合物在砂浆体系中成膜，形成了由“无机水化矿物-化合物”向“无机水化矿物-化合物-大分子胶黏剂”构成的复合框架体系，即水硬性材料构成的脆硬性骨架，以及大分子聚合物在间隙与固体表面成膜构成的柔韧性连接，这种连接可以想象成由很多细小的弹簧连接在刚性的骨架上，由于聚合物形成的薄膜的拉伸强度通常高于水硬性材料一个数量级以上，使得砂浆内聚力得以提高。由于聚合物的柔性，形变能力远高于水泥砂浆的刚性结构，加固材料的可变柔性能力得以提高，提高了砂浆的抗裂能力，增强了砂浆的粘结强度。
发明优点：
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1）通过微纳级粉料的成核参与水化物氢氧化钙的再反应，实现较低的Ca/Si比，降低加固材料的收缩率，提高产品的可塑性；
2）选用矿物纤维（如氧化铝纤维、水镁石纤维）与高分子纤维（如PP纤维、PVA纤维）复合技术，通过掺入的纤维长径比的平滑过渡，实现抗微-宏观开裂性能，提高复相增强加固材料的抗拉强度；
3）通过各粉体材料（纳米级SiO2、活性Al2O3、超细碳酸钙、普硅高标水泥等）颗粒级配的优化堆积，降低了孔隙率，提高了水化产物结构密实度和抗渗压力，降低砂浆微小孔隙，抗渗压力可到达2.5MPa；
4）该产品适用于桥梁、涵洞、工业厂房、设备基础或平台、仓库或堆场，以及民用建筑的混凝土加固工程。
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例组分配比见表一：
表一
以上所有原料全是市售产品，上述实施例一至三的制备方法是：按上述配比称量各种原料，然后在搅拌机内混合，搅拌均匀即可。
按标准JG/T289-2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》中Ⅰ级产品规定检测该发明的产品性能，水料比为0.16～0.18，具体性能指标见见表二：
表二
| 项目 | 实施例一 | 实施例二实施例三 |
| 初凝时间，min | 245 | 260300 |
| 终凝时间，h | 7.0 | 7.28.0 |
| 7d抗折强度，MPa | 9.0 | 9.29.5 |
| 28d抗折强度，MPa | 12.3 | 12.312.5 |
| 7d抗压强度，MPa | 45.1 | 48.350.5 |
| 28d抗压强度，MPa | 80.5 | 80.982.3 |
| 14d粘结原强度，MPa | 1.5 | 1.61.6 |
| 抗渗压力，MPa | 2.5 | 2.52.5 |
| 收缩率，% | 0.07 | 0.080.10 |
由以上实施例可知，该产品抗压、抗折强度高，与混凝土基层粘结性能好，抗渗压力达到2.5MPa，收缩率小，其他各项指标均能满足行业标准JG/T289-2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》中Ⅰ级产品规定要求。
需要指出的是，以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。
Claims (8)
1.一种低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，以重量百分比计，包括如下组分：
上述组分的含量之和为百分之百；
所述抗裂组分为矿物纤维与高分子纤维复配，矿物纤维与高分子纤维复配比例为10:1；所述矿物纤维为水镁石纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维中的一种或多种；所述高分子纤维为PP纤维、聚乙烯醇纤维、尼伦纤维中的一种或多种；
所述微纳级硅质材料为纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，所述胶凝材料为强度等级为52.5、52.5R、62.5或62.5R的硅酸盐水泥中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，所述减水组分为萘系减水剂、密胺系减水剂、聚羧酸减水剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，所述膨胀组分为硫铝酸钙类、氧化钙类、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚乳胶粉中的一种。
6.根据权利要求1所述的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，所述骨料为40～100目级配石英砂。
7.根据权利要求1所述的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，所述早强组分为甲酸钙、碳酸锂、硫酸钠、氯化钙中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的低Ca/Si率柔态抗裂复相增强加固材料，其特征在于，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、甲基纤维素醚中的一种，其粘度在20000～250000厘泊之间。
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