CN113666676A - 一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下混凝土修复强化材料。修复强化材料按照质量百分数包括以下原材料：水泥10％‑20％、粉煤灰10％‑15％、河砂15％‑25％、碎石15‑20％、粘土调节剂1％‑3％、纳米纤维素1％‑3％、聚羧酸减水剂0.3‑0.5％、絮凝剂0.3‑0.5％、防冻剂0.3‑0.5％、引气剂0.3‑0.5％和碱性激发剂3‑5％，余量为水。本发明采用的粘土调节剂属于2:1型多维度无机粘土矿物，为水化产物的成核生长过程提供额外的反应活性位点，降低基体的碱度环境，促进Si‑O键逐渐聚合为Si‑O‑Si键，可以调节浆体的凝结时间，且具有一定的物理交联的作用，能够改善混凝土材料的工作性能及机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法。
背景技术
迄今为止，在水下工程中，混凝土仍然是最主要和用量最大的建筑材料之一。混凝土的性能将直接影响到水下工程的质量和进度。因此，水下混凝土的性能研究和施工技术愈来愈受到工程技术界的重视。普通混凝土在水环境中直接浇筑时，会受到水的影响而产生分离、水泥流失、强度下降的后果并且会引起环境污染。因此，改良传统水下混凝土，使之能克服上述缺陷，是十分必要的。
我国水下不分散混凝土整体技术与国外先进技术相比还存在一定差距，主要是施工性能差、配套施工技术落后、整体强度偏低以及耐久性相对差。目前，大多数水下不分散混凝土技术的核心是在普通混凝土中掺加抗分散剂，通过其长链分子的相互吸引、交叉、缠结，形成较强吸附能力的网状结构，将水泥、骨料等颗粒吸附在一起。使混凝土在遇水时也能保持各组分粘聚在一起。然而，大多数抗分散剂难以同时满足水下不分散混凝土在具有良好稳定性的同时具有较好的施工性能、力学强度及耐久性能。水下混凝土的综合性能研究既要考虑混凝土组成材料、抗分散剂自身组成，还需考虑施工方法和施工环境影响。因此，通过多组分协同调控水下混凝土的综合性能并开展相应的配方设计及优化，从而实现混凝土材料水下稳定性良好，工作性能优越，力学强度高，耐久性优良及成本可控制对于水下工程的建设将具有十分重要的意义和价值。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种水下不易分散，稳定性好、早强快硬和力学性能优良的水下混凝土修复强化材料。
本发明的一种水下混凝土修复强化材料，包括以下质量百分数的原材料：水泥10％-20％、粉煤灰10％-15％、河砂15％-25％，碎石15-20％，粘土调节剂1％-3％，纳米纤维素1％-3％，聚羧酸减水剂0.3-0.5％，絮凝剂0.3-0.5％，防冻剂0.3-0.5％，引气剂0.3-0.5％，碱性激发剂3-5％，余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
进一步的，所述水泥为硫铝酸盐水泥或磷酸镁水泥中的一种。
进一步的，所述粉煤灰为C级粉煤灰，CaO含量大于10％。
进一步的，所述河砂由质量分数为35～45％的0.5-0.25mm的中砂、55～65％的粒径小于0.075mm的细砂组成。
进一步的，所述碎石为花岗岩碎石，粒径大于4.75mm，小于15mm。
进一步的，所述粘土调节剂为粒径在300目下的凹凸棒或蒙脱石矿物中的一种。
进一步的，所述纳米纤维素由植物经硫酸处理提取得到。
进一步的，所述减水剂选用粉状的高性能聚羧酸减水剂，所述减水剂的减水率≥20％、含气性≤5％、1d强度比≥160％。
进一步的，所述碱性激发剂为水玻璃和粒状氢氧化钠混合配制而成。
如上述的水下混凝土修复强化材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将按上述质量百分数计的原材料在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
S2、将步骤S1制得的干混料中加入水、减水剂、絮凝剂、抗冻剂、引气剂及碱性激发剂，混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
S3、将步骤S2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
S4、将步骤S3制得的坯体放置在养护箱中养护后脱模，即得到水下混凝土修复强化材料。
本发明中的水下混凝土修复强化材料制备方法相较于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明根据水化活性增强原理设计粉体材料配比范围，养护成型后可获得抗水性良好的致密坯体。制备得到的水下混凝土修复强化材料流动性良好，1d抗压强度≥30MPa，28d抗压强度≥50MPa、7天水陆强度比在75％左右，28天水陆强度比在90％左右。
2、本发明使用的纳米纤维素为植物纤维经硫酸提纯处理后得到的纳米级天然纤维。微观尺度下含有较多的纳米孔道，可以实现保水蓄水的内养护作用。
3、本发明施工方便，工艺简单，水下施工性能良好，收缩小，稳定性强，耐久性优良。
4、本发明采用NaOH溶液、水玻璃溶液激发粉煤灰中Al-O、Si-O键的活性，利用碱性激发剂、矿物掺和料和有机外加剂实现混凝土材料的高强度。
5、本发明采用的粘土调节剂属于2:1型多维度无机粘土矿物，该类粘土矿物的引入能够为水化产物的成核生长过程提供额外的反应活性位点，其引入能够在一定程度上降低基体的碱度环境，促进Si-O键逐渐聚合为Si-O-Si键，有助于生成高聚合度的C-S-H等水化产物。同时，多维度的粘土矿物可以调节浆体的凝结时间并且具有一定的物理交联的作用，能够大大改善混凝土材料的工作性能及机械性能。例如凹凸棒的引入有助于加速早期水化过程，可以明显的提升材料早期的力学性能，同时其可以较好的调节混凝土浆体的流动性能及凝结性能，能够显著提高材料的力学强度和耐水性能。并且凹凸棒微观尺度下为纤维状，有助于在浆体内各组分之间产生桥连作用，增强粘聚性。
6、本发明通过采用混合复配技术，将粘土调节剂与纳米纤维素引入混凝土体系调节其抗分散性能，并辅以减水剂、絮凝剂等功能外加剂，经水泥水化及碱性激发剂激发粉煤灰的火山灰活性后形成水下混凝土修复强化材料，既满足了水下混凝土较好的稳定性，同时改善了材料的凝结性能、力学韧性及恶劣环境中的耐久性能，制备出了水下稳定性好、早期力学强度高、耐久性优良的混凝土材料，可以使其更好的在水下进行施工并在早期达到较高的强度，非常适用于水下工程的快速修补及维护，在水下工程中发挥作用的同时实现了产品的功能化和高值化，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明的水下混凝土修复强化材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法，按照质量百分数包括以下原材料：水泥10％-20％、粉煤灰10％-15％、河砂15％-25％，碎石15-20％，粘土调节剂1％-3％，纳米纤维素1％-3％，聚羧酸减水剂0.3-0.5％，絮凝剂0.3-0.5％，防冻剂0.3-0.5％，引气剂0.3-0.5％，碱性激发剂3-5％等，其余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。本发明制备的水下混凝土修复强化材料具有良好的流动性，粘聚性和填充性，在水下环境中施工时可以快速凝结并保证混凝土的强度与稳定性。
本发明提供了一种水下混凝土修复强化材料的制备方法，按上述质量百分数计，包括以下步骤：
S1、将水泥、粉煤灰，河砂、碎石、粘土调节剂、纳米纤维素等在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
S2、将步骤S1制得的干混料中加入水、减水剂、絮凝剂、抗冻剂、引气剂及碱性激发剂，混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
S3、将步骤S2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
S4、将步骤S3制得的坯体放置在养护箱中养护后脱模，即得到水下抗分散混凝土修补材料。
下面给出本发明的一种水下混凝土修复强化材料的几个实施例，结合实施例对上述方法进行举例说明。
实施例1
按照质量百分数包括以下原材料：水泥10％、粉煤灰15％、河砂25％，碎石20％，粘土调节剂1％，纳米纤维素1％，聚羧酸减水剂0.3％，絮凝剂0.3％，防冻剂0.3％，引气剂0.3-0.5％，碱性激发剂3％等，其余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
制备过程步骤：
S1、将水泥、粉煤灰，河砂、碎石、粘土调节剂、纳米纤维素等在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
S2、将步骤S1制得的干混料中加入水、减水剂、絮凝剂、抗冻剂、引气剂及碱性激发剂，混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
S3、将步骤S2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
S4、将步骤S3制得的坯体放置在养护箱中养护后脱模，即得到水下混凝土修复强化材料。
实施例2
一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法，按照质量百分数包括以下原材料：水泥12％、粉煤灰12％、河砂20％，碎石15％，粘土调节剂2％，纳米纤维素2％，聚羧酸减水剂0.3％，絮凝剂0.3％，防冻剂0.3％，引气剂0.3％，碱性激发剂4％等，其余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
制备步骤与实施例1相同。
实施例3
一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法，按照质量百分数包括以下原材料：水泥15％、粉煤灰13％、河砂20％，碎石17％，粘土调节剂2％，纳米纤维素2％，聚羧酸减水剂0.4％，絮凝剂0.5％，防冻剂0.3％，引气剂0.3％，碱性激发剂5％等，其余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
制备步骤与实施例1相同。
实施例4
一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法，按照质量百分数包括以下原材料：水泥18％、粉煤灰15％、河砂15％，碎石20％，粘土调节剂1.5％，纳米纤维素1.5％，聚羧酸减水剂0.3％，絮凝剂0.4％，防冻剂0.3％，引气剂0.3％，碱性激发剂3％等，其余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
制备步骤与实施例1相同。
实施例5
一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法，按照质量百分数包括以下原材料：水泥12％、粉煤灰15％、河砂25％，碎石20％，粘土调节剂3％，纳米纤维素1％，聚羧酸减水剂0.5％，絮凝剂0.5％，防冻剂0.4％，引气剂0.4％，碱性激发剂5％等，其余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
制备步骤与实施例1相同。
对比例1
一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法，按照质量百分数包括以下原材料：水泥20％、粉煤灰15％、河砂25％，碎石20％，聚羧酸减水剂0.5％，絮凝剂0.5％，防冻剂0.4％，引气剂0.4％，碱性激发剂5％等，其余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
制备步骤与实施例1相同。
对比例2
一种水下混凝土修复强化材料及其制备方法，按照质量百分数包括以下原材料：水泥20％、粉煤灰20％、河砂25％，碎石20％，粘土调节剂3％，纳米纤维素1％，聚羧酸减水剂0.5％，絮凝剂0.5％，防冻剂0.4％，引气剂0.4％等，其余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
制备步骤与实施例1相同。
对本发明中实施例1～5所制得的水下混凝土修复强化材料进行抗压强度、流动性及水陆比等性能指标测试，测试结果如表1所示。
由表可知，实施例制备的修复强化材料28天抗压强度超过50MPa，其7天水陆强度比在75％左右，28天时水陆强度比可达90％左右。这表明利用本发明制备的混凝土修复强化材料具有力学强度高，稳定性优良的特性。对比例1和2中分别缺少了粘土调节剂和纳米纤维素以及碱激发剂组分。由表1结果可以看出，缺少了相关组分后混凝土修复强化材料的力学性能明显降低，且水陆性能差异变大。并且在制备的过程中亦发现浆体的施工性能变差。
表1实施例1～7制备的水下混凝土修复强化材料的性能指标测试结果表
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水下混凝土修复强化材料，其特征在于，包括以下质量百分数的原材料：水泥10％-20％、粉煤灰10％-15％、河砂15％-25％，碎石15-20％，粘土调节剂1％-3％，纳米纤维素1％-3％，聚羧酸减水剂0.3-0.5％，絮凝剂0.3-0.5％，防冻剂0.3-0.5％，引气剂0.3-0.5％，碱性激发剂3-5％，余量为水，以上各组分的质量百分比之和为100％。
2.如权利要求1所述的水下混凝土修复强化材料，其特征在于，所述水泥为硫铝酸盐水泥或磷酸镁水泥中的一种。
3.如权利要求1所述的水下混凝土修复强化材料，其特征在于，所述粉煤灰为C级粉煤灰，CaO含量大于10％。
4.如权利要求1所述的水下混凝土修复强化材料，其特征在于，所述河砂由质量分数为35～45％的0.5-0.25mm的中砂、55～65％的粒径小于0.075mm的细砂组成。
5.如权利要求1所述的水下混凝土修复强化材料，其特征在于，所述碎石为花岗岩碎石，粒径大于4.75mm，小于15mm。
6.如权利要求1所述的水下混凝土修复强化材料，其特征在于，所述粘土调节剂为粒径在300目下的凹凸棒或蒙脱石矿物中的一种。
7.如权利要求1所述的水下混凝土修复强化材料，其特征在于，所述纳米纤维素由植物经硫酸处理提取得到。
8.如权利要求1所述的水下混凝土修复强化材料，其特征在于，所述减水剂选用粉状的高性能聚羧酸减水剂，所述减水剂的减水率≥20％、含气性≤5％、1d强度比≥160％。
9.如权利要求1所述的水下混凝土修复强化材料，其特征在于，所述碱性激发剂为水玻璃和粒状氢氧化钠混合配制而成。
10.如权利要求1-9任一项所述的水下混凝土修复强化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将按上述质量百分数计的原材料在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
S2、将步骤S1制得的干混料中加入水、减水剂、絮凝剂、抗冻剂、引气剂及碱性激发剂，混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
S3、将步骤S2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
S4、将步骤S3制得的坯体放置在养护箱中养护后脱模，即得到水下混凝土修复强化材料。
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