CN103387356A - 一种高延性水泥基复合修补材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高延性水泥基复合修补材料，包括以下组成成分：水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、早强添加剂和聚乙烯醇纤维。将各组成成分按照一定顺序进行搅拌混合制得本发明的一种高延性水泥基复合修补材料。在原料中添加了大量廉价的粉煤灰一方面能够减弱基质材料的强度，保证了材料的高延性能，另一方面粉煤灰的价格要远远低于人工缺陷材料；本发明较普通的ECC材料具有更高的抗压强度和弯曲强度；同时添加适量的早强添加剂，7天的强度能达到最终强度的80%，相比传统的高延性的纤维增强水泥基复合材料，减少养护时间尽快恢复使用，且时间上符合一般工程的需求。故本发明有良好的工程应用价值。

Description

一种高延性水泥基复合修补材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥混凝土结构的快速修补材料，具体的是一种高延性水泥基复合修补材料。

背景技术

高延性的纤维增强水泥基复合材料（ECC）是基于微观力学原理优化设计的具有伪应***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(PVA)体积掺量通常在2％左右，其拉应变在2％～5％，是普通混凝土的几百倍，抗压强度在配合比合适的情况下可高达70～80MPa。高延性材料的高拉应变能力是基于它在受拉过程中能够形成“稳定状态开裂”。“稳定状态开裂”是指当拉应变超过1％时，材料中的裂缝宽度会稳定在60μm左右，随着拉应变的提高，裂缝宽度不发生改变而微裂缝的数目不断增加，即使在产生微裂缝后，这种材料依然具有良好的抗渗透性。由于裂缝宽度稳定在60μm左右，在干湿循环的状况下，在水的作用下，裂缝会自我修复重新愈合。因此，该材料具有高延性、高韧性、高承载力、耐久性、自修复和可持续性等典型特征，具有良好的耗能减震特性。近年来，高延性水泥基复合材料在世界范围内得到推广，在日本和美国等发达国家，已经作为一种理想材料已经被成功应用在水坝的修复、桥梁连接板、高层建筑的梁和桥面铺装等工程领域。

在传统的高延性水泥基复合材料的基础上，美国Victor C.Li课题组已经研发出高早强水泥基复合材料，用于工程修补。这种高早强水泥基复合材料实用特种早强水泥或早强添加剂，使材料具有很快的早期强度发展速度，并且在其原材料中舍去了粉煤灰。但是不掺加粉煤灰将导致材料的延性大大降低，所以他们在高早强水泥基复合材料中添加了空心玻璃珠等“人工缺陷材料”，以此保证材料的高延性，这相应的提高了材料的成本，这种高早强水泥基复合材料的成本约为600元/m³。但是在实际的修补工程中，有些大面积维修，并不需要修补材料在几个小时之内即可恢复使用，但是普通水泥基复合材料的养护时间又太长，对工程的影响较大。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供强度发展快且性价比高，适用于工程使用的一种高延性水泥基复合修补材料及其制备方法，综合解决现有技术中的传统的高延性水泥基复合材料养护时间长、而高早强水泥基复合材料成本高等技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高延性水泥基复合修补材料，包括以下组分：水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、早强添加剂和聚乙烯醇纤维。

进一步的，在本发明中，所述水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂的质量份数为：

所述早强添加剂为水泥和粉煤灰总质量的2.5～3.5%，所述聚乙烯醇纤维的体积占该修补材料总体积的1.5～2.5%。

更为优选的，在本发明中，所述水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂的质量份数为：

所述早强添加剂为水泥和粉煤灰总质量的2.5～3.5%，所述聚乙烯醇纤维的体积占该修补材料总体积的2%。

进一步的，在本发明中，所述早强添加剂是复合型早强剂。

进一步的，在本发明中，所述减水剂是聚羧酸型高效减水剂。

一种高延性水泥基复合修补材料的制备方法，包括顺序执行的以下步骤：

步骤1：加入相应质量比例的水泥、粉煤灰和石英砂倒入拌锅中搅拌均匀；

步骤2：待步骤1中的混合料搅拌均匀，称取相应质量比例的水和减水剂添加到拌锅中继续搅拌，直至浆体的流动性符合要求；

步骤3：在步骤2的基础上，依据配合比加入相应质量的聚乙烯醇纤维到拌锅中快速搅拌，直至纤维分散均匀；

步骤4：称取相应比例的早强添加剂，并添加到拌锅中快速搅拌，直至纤维水泥浆体在跳桌流动度实验条件下扩展半径达到20mm以上时停止搅拌。

有益效果：

本发明的一种高延性水泥基复合修补材料，结合了传统高延性的纤维增强水泥基复合材料和高早强水泥基复合材料的优点，在原料中添加了大量廉价的粉煤灰一方面能够减弱基质材料的强度，优化基质材料与聚乙烯醇纤维的接触面，保证了材料的高延性能，另一方面粉煤灰的价格要远远低于人工缺陷材料，材料***降低到450元/m³；实验证明，本发明的一种高延性水泥基复合修补材料较普通的ECC材料具有更高的抗压强度和弯曲强度；

同时添加适量的早强添加剂，7天的强度能达到最终强度的80%，相比传统的高延性的纤维增强水泥基复合材料，在修补工程应用中可以减少养护时间尽快恢复使用，且时间上符合一般工程的需求。故本发明有良好的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的高延性水泥基复合修补材料的抗压强度与龄期关系对比示意图；

图2为本发明提供的传统的高延性水泥基复合材料与早强型高延性水泥基复合材料的典型弯拉应力和加载点位移关系对比示意图。

具体实施方式

一种高延性水泥基复合修补材料，包括以下组分：水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、早强添加剂和聚乙烯醇纤维。其中，早强添加剂是江苏苏博特新材料有限公司提供的复合型早强剂，减水剂是聚羧酸型高效减水剂。

进一步的，在本发明中，所述水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂的质量份数为：

其中，水泥和粉煤灰的混合物称为凝胶材料，早强添加剂的质量为凝胶材料总质量的2.5～3.5%，所述聚乙烯醇纤维的体积占该修补材料总体积的1.5～2.5%。

具体的各个实施例按如下表所示的各组分的份数进行配比：

以上各实施例均按照如下步骤的顺序进行混合制备：

步骤1：加入相应质量比例的水泥、粉煤灰和石英砂倒入拌锅中搅拌均匀；

步骤2：待步骤1中的混合料搅拌均匀，称取相应质量比例的水和减水剂添加到拌锅中继续搅拌，直至浆体的流动性符合要求；

步骤3：在步骤2的基础上，依据配合比加入相应质量的聚乙烯醇纤维到拌锅中快速搅拌，直至纤维分散均匀；

步骤4：称取相应比例的早强添加剂，并添加到拌锅中快速搅拌，直至纤维水泥浆体在跳桌流动度实验条件下扩展半径达到20mm以上时停止搅拌。

对制得的本发明的一种高延性水泥基复合修补材料的各个具体的实施例以及普通的ECC材料进行抗压强度与龄期关系的实验，得到如图1所示的对比示意图中，各个实施例的材料的抗压强度均优于普通的ECC材料。因此，在相同的养护龄期时，本发明的一种高延性水泥基复合修补材料较普通ECC材料明显具有更高的抗压强度。

对制得的本发明的一种高延性水泥基复合修补材料的各个具体的实施例以及普通的ECC材料进行典型弯拉应力和加载点位移关系的实验，得到如图2所示的对比示意图，在相同加载点位移的情况下，在弹性变形阶段，各个实施例的材料与普通ECC材料的弹性模量相当、弯曲强度相当、变形相当；在弹性变形极限以及之后的屈服变形阶段，各个实施例的材料具有更高的弯曲强度。因此，在相同的位移情况下，本发明一种高延性水泥基复合修补材料较普通的ECC材料明显具有更高的弯曲强度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高延性水泥基复合修补材料，其特征是：包括以下组分：水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、早强添加剂和聚乙烯醇纤维。

2.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基复合修补材料，其特征在于：所述水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂的质量份数为：

所述早强添加剂为水泥和粉煤灰总质量的2.5～3.5%，所述聚乙烯醇纤维的体积占该修补材料总体积的1.5～2.5%。

3.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基复合修补材料，其特征在于：所述水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂的质量份数为：

所述早强添加剂为水泥和粉煤灰总质量的2.5～3.5%，所述聚乙烯醇纤维的体积占该修补材料总体积的2%。

4.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基复合修补材料，其特征在于：所述早强添加剂是复合型早强剂。

5.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基复合修补材料，其特征在于：所述减水剂是聚羧酸型高效减水剂。

6.一种高延性水泥基复合修补材料的制备方法，其特征在于：包括顺序执行的以下步骤：

步骤1：加入相应质量比例的水泥、粉煤灰和石英砂倒入拌锅中搅拌均匀；

步骤2：待步骤1中的混合料搅拌均匀，称取相应质量比例的水和减水剂添加到拌锅中继续搅拌，直至浆体的流动性符合要求；

步骤3：在步骤2的基础上，依据配合比加入相应质量的聚乙烯醇纤维到拌锅中快速搅拌，直至纤维分散均匀；

步骤4：称取相应比例的早强添加剂，并添加到拌锅中快速搅拌，直至纤维水泥浆体在跳桌流动度实验条件下扩展半径达到20mm以上时停止搅拌。

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