CN108203280A - 一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，由以下重量百分比的原料混合而成：普通硅酸盐水泥20‑30%，快硬剂3‑10%，0.2‑4.75mm连续级配石英砂40‑50%，纳米级矿物掺合料5‑10%，聚合物乳液10‑20%，减水剂0.01‑0.05%，减缩剂0.01‑0.05%，改性PVA纤维3‑10%；其中，所述改性PVA纤维为经过硅烷偶联剂、钛酸酯或铝酸酯偶联剂改性的PVA纤维；所述快硬剂为经过球磨预处理和硅烷偶联剂预处理的非晶质铝酸钙。所述伸缩缝锚固复合材料，具有低弹高强的特点，可以实现3h快速通车，节省大量维修时间。

Description

一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料。
背景技术
桥梁伸缩缝是桥梁结构的重要附属结构，其作用是保证桥梁在外部荷载、温差变化以及混凝土收缩等作用下能自由伸缩变形。其中，用于填充桥梁伸缩缝锚固区的混凝土是其重要组成部分。该混凝土性能的优劣不仅对桥梁伸缩缝结构服役性能有着重要的影响，而且对行车安全有着直接影响。随着道路重载交通增多，锚固区混凝土不断承受温度伸缩变形和动载的反复作用下很容易发生破坏。锚固区混凝土的常规维修，通常要封闭或者半封闭交通，养生周期长，严重影响高速公路的通行能力，造成的经济负担、交通问题和社会问题日益显著。
针对公路桥梁伸缩缝锚固区混凝土的破坏，目前国内外市场上主要使用以下几类材料：特种水泥类修复砂浆；使用早强剂混凝土；纤维改性混凝土；聚合物改性混凝土；改性环氧混凝土。但普遍存在以下问题：
（1）特种水泥修复砂浆（使用早强剂混凝土）一般以早强特快水泥（或添加早强剂）为主要凝胶材料制成，如铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等等，存在后期强度倒缩问题严重，且该类材料存在刚度大，耐久性差、与旧混凝土（沥青）粘结力差等缺点，修补后很快失效；
（2）纤维混凝土修补材料很大程度上改善了修补材料自身的综合力学性能及耐磨性能等，但作为快速修补材料，单一的纤维改性很难满足材料在新旧混凝土粘结强度、早期强度方面的要求，限制了在快速修复中的应用；
（3）聚合物改性混凝土能够大大提高新老界面粘结力、混凝土耐久性等性能，但聚合物加入往往会延迟水泥凝胶体系的水化进程，限制了修补材料的“超早强”性能，不利于快速通车的要求；
（4）改性环氧混凝土类修补材料固化时间快，能满足快速通车的要求，但由于环氧存在易老化，造成所修补的伸缩缝锚固区混凝土耐久性差，最终脱落，损坏。
桥梁伸缩缝锚固区混凝土的修补属于特殊部位修补，它一面接触的是桥梁伸缩缝装置，属于刚性材料，另一面与沥青混凝土相连，属于柔性材料；这两种不同的材料属于不同的性质，在进行维修该部位时，锚固区所采用的材料不但需要具有低弹高强、早强快硬的特点，还要与界面具有良好的粘结能力及良好的耐久性，且满足快速、简易施工的要求，需满足以下要求：
（1）较高的抗折强度、抗冲击性和界面粘结力；
（2）较高的抗腐蚀、耐水等性能，减少更换频率；
（3）较高的早期强度和便捷的施工方法，提高修复效率，缩短开放交通时间，提高社会经济效益。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，用于锚固区混凝土的维修，机械强度好，能满足快速维修的要求。
一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，由以下重量百分比的原料混合而成：普通硅酸盐水泥20-30%，快硬剂3-10%，0.2-4.75mm连续级配石英砂40-50%，纳米级矿物掺合料5-10%，聚合物乳液10-20%，减水剂0.01-0.05%，减缩剂0.01-0.05%，改性PVA纤维3-10%；
其中，所述改性PVA纤维为经过硅烷偶联剂、钛酸酯或铝酸酯偶联剂改性的PVA纤维；
所述快硬剂为经过球磨预处理和硅烷偶联剂预处理的非晶质铝酸钙。
所述改性PVA纤维的改性方法具体为：将硅烷偶联剂、钛酸酯或铝酸酯偶联剂用无水乙醇配成质量浓度为1-1.5%的稀释液，在20-30℃下将PVA纤维浸泡在稀释液中浸泡50-80min，然后用去离子水洗涤，自然条件下晾干。
PVA纤维（聚乙烯醇纤维）本身具有较高的拉升强度和弹性模量，经过上述改性后，PVA纤维具有较好的亲水性，表面能够吸附自由水，提高与混凝土的结合能力。
所述快硬剂的预处理方法为：称取非晶质铝酸钙先在60℃鼓风干燥箱中烘干1 h，然后按质量比2：1与硅烷偶联剂混合，在球磨机自转速600r/min，公转300r/min的条件下球磨改性1-3h。
非晶质铝酸钙经机械球磨预处理和硅烷偶联剂预处理改性后粒径可达100nm左右，能够良好分散不会团聚，水化活性更高，作为快硬剂应用于水泥砂浆时，不但早期强度好，后期强度增加更好，而且砂浆的干燥收缩也会变小。
所述聚合物乳液为羧基丁苯聚合物。该聚合物能在骨料与水泥浆之间脱水形成具有粘结力的膜，并且部分聚合物填充在砂浆内的孔隙中，使硬化后的砂浆变得密实，聚合物的成膜与水泥的水化同时进行，形成的聚合物膜与水化后的水泥砂浆互穿交织在一起，形成渗透的网络结构，聚合物中-OH、-COOH等基团比较活跃，具有可反应能力，与集料表面的硅酸盐或者固体氢氧化钙表面发生化学反应，能从微观结构上改变骨料与水泥水化产物之间锚固区的粘结，从而改善材料的性能。
所述纳米级矿物掺合料为硅灰。
硅灰作为一种纳米级矿物掺合料，能够填充水泥颗粒之间的孔隙，与水化产物产生凝胶体，提高抗压、耐摩擦性能，延长使用寿命。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述减缩剂为非离子型嵌段聚醚。
所述非离子型嵌段聚醚为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚。
环氧乙烷环氧丙烷共聚醚能降低孔隙水的表面张力，从而减小毛细孔失水时产生的收缩应力；增大混凝土中孔隙水的黏度，增强了水在凝胶体中的吸附作用而减小混凝土收缩值。
本发明的效果：
本发明提供的伸缩缝锚固复合材料，具有低弹高强的特点，28天抗压强度大于50MPa，弹性模量低于3.0×104MPa，同时，可以实现3h快速通车，节省大量维修时间；粘结强度高，抗冲击性、耐磨性、流动性好。
具体实施方式
实施例1
一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，由以下重量百分比的原料混合而成：普通硅酸盐水泥30%，快硬剂3%，0.2-4.75mm连续级配石英砂40%，纳米级矿物掺合料5%，聚合物乳液11.98%，减水剂0.01%，减缩剂0.01%，改性PVA纤维10%；
其中，所述改性PVA纤维为经过硅烷偶联剂改性的PVA纤维，改性方法具体如下：将硅烷偶联剂用无水乙醇配成质量浓度为1%的稀释液，在20℃下将PVA纤维浸泡在稀释液中浸泡50min，然后用去离子水洗涤，自然条件下晾干；
所述使用快硬剂为经过球磨预处理和硅烷偶联剂预处理的非晶质铝酸钙，具体预处理方法如下：称取非晶质铝酸钙先在60℃鼓风干燥箱中烘干1 h，然后按质量比2：1与硅烷偶联剂混合，在球磨机自转速600r/min，公转300r/min的条件下球磨改性1h；
所述聚合物乳液为羧基丁苯聚合物；
所述纳米级矿物掺合料为硅灰；
所述减水剂为聚羧酸减水剂；
所述减缩剂为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚。
实施例2
一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，由以下重量百分比的原料混合而成：普通硅酸盐水泥23%，快硬剂4.98%，精制级配石英砂44%，改性硅灰5%，聚合物乳液20%，减水剂0.01%，减缩剂0.01%，改性PVA纤维3%；
其中，所述改性PVA纤维为经过钛酸酯改性的PVA纤维，改性方法具体如下：将钛酸酯用无水乙醇配成质量浓度为1.5%的稀释液，在30℃下将PVA纤维浸泡在稀释液中浸泡80min，然后用去离子水洗涤，自然条件下晾干；
所述使用快硬剂为经过球磨预处理和硅烷偶联剂预处理的非晶质铝酸钙，具体预处理方法如下：称取非晶质铝酸钙先在60℃鼓风干燥箱中烘干1 h，然后按质量比2：1与硅烷偶联剂混合，在球磨机自转速600r/min，公转300r/min的条件下球磨改性2h；
所述聚合物乳液为羧基丁苯聚合物；
所述纳米级矿物掺合料为硅灰；
所述减水剂为聚羧酸减水剂；
所述减缩剂为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚。
实施例3
一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，由以下重量百分比的原料混合而成：普通硅酸盐水泥20%，快硬剂3%，0.2-4.75mm连续级配石英砂50%，改性硅灰10%，聚合物乳液10.9%，减水剂0.05%，减缩剂0.05%，改性PVA纤维6%；
其中，所述改性PVA纤维为经过铝酸酯偶联剂改性的PVA纤维，改性方法具体如下：将铝酸酯偶联剂用无水乙醇配成质量浓度为1.2%的稀释液，在25℃下将PVA纤维浸泡在稀释液中浸泡65min，然后用去离子水洗涤，自然条件下晾干；
所述使用快硬剂为经过球磨预处理和硅烷偶联剂预处理的非晶质铝酸钙，具体预处理方法如下：称取非晶质铝酸钙先在60℃鼓风干燥箱中烘干1 h，然后按质量比2：1与硅烷偶联剂混合，在球磨机自转速600r/min，公转300r/min的条件下球磨改性3h；
所述聚合物乳液为羧基丁苯聚合物；
所述纳米级矿物掺合料为硅灰；
所述减水剂为聚羧酸减水剂；
所述减缩剂为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚。
实施例4
一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，由以下重量百分比的原料混合而成：普通硅酸盐水泥20%，快硬剂10%，0.2-4.75mm连续级配石英砂43%，改性硅灰7%，聚合物乳液16.95%，减水剂0.02%，减缩剂0.03%，改性PVA纤维3%；
其中，所述改性PVA纤维为经过铝酸酯偶联剂改性的PVA纤维，改性方法具体如下：将铝酸酯偶联剂用无水乙醇配成质量浓度为1%的稀释液，在25℃下将PVA纤维浸泡在稀释液中浸泡70min，然后用去离子水洗涤，自然条件下晾干；
所述使用快硬剂为经过球磨预处理和硅烷偶联剂预处理的非晶质铝酸钙，具体预处理方法如下：称取非晶质铝酸钙先在60℃鼓风干燥箱中烘干1 h，然后按质量比2：1与硅烷偶联剂混合，在球磨机自转速600r/min，公转300r/min的条件下球磨改性2h；
所述聚合物乳液为羧基丁苯聚合物；
所述纳米级矿物掺合料为硅灰；
所述减水剂为聚羧酸减水剂；
所述减缩剂为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚。
一.性能检测
对各项实施例制备的伸缩缝锚固复合材料进行物理力学性能检测，结果见表1。
表1 各实施例物理力学性能测试表
由表1可知，本发明提供的伸缩缝锚固复合材料具有低弹高强的特点，各关键性能指标如下：
（1）3h抗折强度大于5.5MPa，3h抗压强度大于30MPa；
（2）28天抗压强度大于50MPa，28天抗折强度大于10MPa，静压弹性模量小于3.0×104MPa；
（3）3h粘结强度大于1.2MPa，28天粘结强度大于2.5MPa；
（4）初裂时冲击次数大于1200次，破坏冲击次数大于1500次，普通混凝土破坏次数仅为500次左右；
（5）单位磨耗量小于2.5Kg/m2；
（6）初始流动度大于300mm，30min流动度大于260mm。

Claims (8)

1.一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的原料混合而成：普通硅酸盐水泥20-30%，快硬剂3-10%，0.2-4.75mm连续级配石英砂40-50%，纳米级矿物掺合料5-10%，聚合物乳液10-20%，减水剂0.01-0.05%，减缩剂0.01-0.05%，改性PVA纤维3-10%；
其中，所述改性PVA纤维为经过硅烷偶联剂、钛酸酯或铝酸酯偶联剂改性的PVA纤维；
所述快硬剂为经过球磨预处理和硅烷偶联剂预处理的非晶质铝酸钙。
2.根据权利要求1所述的一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，其特征在于：所述改性PVA纤维的改性方法具体为：将硅烷偶联剂、钛酸酯或铝酸酯偶联剂用无水乙醇配成质量浓度为1-1.5%的稀释液，在20-30℃下将PVA纤维浸泡在稀释液中浸泡50-80min，然后用去离子水洗涤，自然条件下晾干。
3. 根据权利要求1所述的一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，其特征在于：所述快硬剂的预处理方法为：称取非晶质铝酸钙先在60℃鼓风干燥箱中烘干1 h，然后按质量比2：1与硅烷偶联剂混合，在球磨机自转速600r/min，公转300r/min的条件下球磨改性1-3h。
4.根据权利要求1所述的一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，其特征在于：所述聚合物乳液为羧基丁苯聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，其特征在于：所述纳米级矿物掺合料为硅灰。
6.根据权利要求1所述的一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。
7.根据权利要求1所述的一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，其特征在于：所述减缩剂为非离子型嵌段聚醚。
8.根据权利要求7所述的一种低弹高强伸缩缝锚固复合材料，其特征在于：所述非离子型嵌段聚醚为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚。
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