一种超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料及其制备方法

日期:2019-05-16 04:56:03

一种超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于混凝土技术领域,涉及一种混凝土裂缝修复材料,具体涉及一种超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料及其制备方法。该修复材料所用原料包括固体料和水,固体料的组成为:普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、铝酸盐水泥、石膏、氢氧化钠、水玻璃、可再分散胶粉、聚羧酸系减水剂、葡萄糖酸钠和聚丙烯纤维。本发明修复材料加水拌匀后能够产生微小膨胀,能够更好地保证与混凝土基体的接触,可以防止因外部载荷而进一步产生开裂。
【专利说明】
一种超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料及其制备 方法
技术领域
[0001] 本发明属于混凝土技术领域,涉及一种混凝土裂缝修复材料,具体涉及一种超自愈合 尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 混凝土属于脆性材料,比较容易发生脆性开裂,在其凝结硬化过程中,就会由于温度变 化或干缩等原因产生微小的裂纹,在后期投入使用时,部分微小的裂纹在特定环境下能够 自行进行愈合,但大部分微小裂纹在周围环境的作用下扩展变为比较大的裂纹,超过自愈 合可能性的尺度阈值,此种裂缝称之为超自愈合尺度。超自愈合尺度的裂缝会对混凝土的 整体性能产生破坏,并最终导致混凝土工程无法正常使用。这是混凝土工程中普遍存在的 问题,也是影响混凝土耐久性的一个主要原因。混凝土结构裂缝引起的劣化损毁所带来的 经济损失可用"五倍定律"进行形象的描述,即在结构设计过程中,针对钢筋防护每节约1美 元,那就意味着:出现钢筋锈蚀损伤时采取补救措施将追加维修费5美元;混凝土表面出现 顺筋开裂时采取补救措施将追加维修费25美元;混凝土结构严重破坏时采取补救措施将追 加维修费125美元。由"五倍定律"可以看出,对出现开裂混凝土越早进行修复处理,其维修 费用越低,因此针对混凝土早期开裂进行应及时干预,约束其开裂尺度,实现修复目标。
[0003] 目前,针对混凝土裂缝的修复材料主要分为三种,分别是无机修复材料、有机修复 材料和有机-无机复合修复材料。无机修复材料主要是指水泥基修复材料,其应用范围最为 广泛,技术也相应的比较成熟,但在应用过程中粘结性能不好;有机修复材料是以具有某种 修复特性的有机物作为修复主剂,辅以增韧剂、引发剂以及偶联剂等有机物质掺和在一起, 使其具有对混凝土裂缝修复的效果,与无机修复材料相比,其具有粘结强度高的特性,但大 部分有机物属于有毒物质,在使用过程中应尽量避免对人身的伤害;以无机材料为基体,辅 以有机物质组成的有机-无机复合修复材料,可以改善无机修复材料的粘结性能,同时有机 材料所拥有的良好柔性可以赋予修复材料较好的流动性。
[0004] 市场上所拥有的混凝土裂缝修复材料大都通过修复材料自身的硬化来完成裂缝 的填补修复,其对混凝土基体没有进行太大的改善,因此,通过在修复材料中掺加能够进一 步增加基体强度的物质,在修复材料进行硬化的同时能够对混凝土中未水化的胶凝材料进 一步激发,使基体混凝土和修复材料能够更好地融合为一体,就显得很有必要。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于提供一种超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料及其制备 方法。
[0006] 为实现上述目的,本发明采用以下技术方案: 一种超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体 料的质量百分比组成为:普通硅酸盐水泥30~45%、石英砂40~60%、粉煤灰3~15%、硅灰1~8%、 铝酸盐水泥1~10%、石膏1~10%、氢氧化钠0.1~4%、水玻璃0.1~4%、可再分散胶粉0.1~2%、聚羧 酸系减水剂〇. 05~1.5%、葡萄糖酸钠0.01~1%和聚丙烯纤维0.1~2.5%。
[0007] 水与固体料的质量比为0.17~0.2:1。
[0008]固体料的质量百分比组成为:普通硅酸盐水泥30~45%、石英砂40~60%、粉煤灰3~ 10%、娃灰2~6%、错酸盐水泥1~4%、石霄1~4%、氢氧化钠0.5~2%、水玻璃0.1~4%、可再分散胶粉 0.1~2%、聚羧酸系减水剂0.05~1.5%、葡萄糖酸钠0.01~1%和聚丙烯纤维0.1~2.5%。
[0009] 错酸盐水泥与石霄的质量比为0.5~1.5 : 1;水玻璃与氢氧化钠的质量比为1.5~ 2.5:1 〇
[0010] 所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5或52.5,勃氏比表面积为340~400m2/Kg; 石英砂细度为28~100目;水玻璃模数为1.5~2.5。
[0011] 粉煤灰级别为一级且Si〇2含量不低于55%;硅灰中Si02含量达到80%以上。
[0012] 聚羧酸系减水剂的减水率在30~40%;聚丙烯纤维的直径为25~35μL?,长度为2~4mm。
[0013] 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料的制备方法,包括如下步骤: (1) 按所述比例称取各组分,备用; (2) 干料预混:将普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、铝酸盐水泥、石膏以及可再分 散胶粉混匀,预混时间为8-12min,得到干混料A; (3) 将氢氧化钠、水玻璃、聚羧酸系减水剂、葡萄糖酸钠以及聚丙烯纤维加入水中,搅 匀,得到液体混合料B; (4) 向干混料A中加入配制好的液体混合料B,边加入边搅拌,搅拌时间为5~lOmin,搅匀 即得超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料。
[0014] 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料的使用方法为采用直接涂抹自渗 透式或者采用低压压入灌浆式的方式将修复材料填充到裂缝中。
[0015] 本发明的修复材料主要针对超过混凝土自愈合尺度阈值的裂缝进行修复,抓住此 临界状态进行高流态修复材料渗入。一方面通过修复材料自身水化及高粘性物质阻止裂缝 继续开裂,另一方面修复材料中活化物质激发开裂部位具有潜在活性物质(未水化水泥颗 粒、矿物掺和料等)的活性,新生产物及纤维通过堵塞及分割等方式降低裂缝尺度,使其控 制在自愈合尺度阈值之内,使其重新获得自愈合能力。
[0016] 本发明具有以下有益效果: (1)本发明修复材料的抗折、抗压强度高,流动性能良好,凝结时间适中,28d抗折、抗压 强度分别可以达到11.5MPa和50MPa,初始流动度和30min流动度均能满足水泥基灌浆料的 技术性能要求,初凝时间> 45min,适宜施工。
[0017] (2)渗透效果好。混凝土本身属于多孔材料,在有水的条件下,本发明修复材料能 够渗透进入微小的混凝土裂缝中,对混凝土裂缝进行修复。
[0018] (3)粘结强度高。混凝土基体用水充分湿润后,修复材料与混凝土基体之间的粘结 强度可以达到3MPa以上。
[0019] (4)抗裂效果佳。本发明修复材料加水拌匀后能够产生微小膨胀,能够更好地保证 与混凝土基体的接触,可以防止因外部载荷而进一步产生开裂;同时,该产品中加有适量的 聚丙烯纤维,能够阻止修复材料在自身硬化过程中产生裂纹。
[0020] (5)活性离子(S〇42"Si〇44"Al〇3 3_等)渗透进入混凝土裂缝后,能够与基体中的Ca2+ 结晶生成沉淀,促进未水化水泥的二次水化;同时,活性激励离子(S〇42"0『等)可以对胶凝 材料中粉煤灰颗粒的活性进行激发,一方面增进修复材料与基体的粘结力,另一方面也提 高自身和基体的强度。
[0021] (6)本产品生产工艺简单,同时满足绿色环保,并且应用范围较为广泛。
【具体实施方式】
[0022] 为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容 不仅仅局限于下面的实施例。
[0023] 实施例1 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体料由 下列重量百分比的原料组成:普通硅酸盐水泥38%、石英砂50%、粉煤灰5%、硅灰2.5%、石膏 1.5%、铝酸盐水泥1.5%、可再分散胶粉0.5%、氢氧化钠0.2%、水玻璃0.4%、聚丙烯纤维0.1%、 聚羧酸系减水剂〇. 25%、葡萄糖酸钠0.05%;水与固体料的质量比为0.185。
[0024] 对原料的要求如下: 普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5,勃氏比表面积为340~400m2/Kg;石英砂细度为28~ 100目;粉煤灰级别为一级,Si02含量不低于55%;硅灰中Si02含量达到80%以上;水玻璃模数 为1.8;聚羧酸系减水剂的减水率为30%;聚丙烯纤维的直径为25μηι,长度为3mm。
[0025] 制备步骤如下: (1) 按所述比例称取各组分,备用; (2) 干料预混:将普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、铝酸盐水泥、石膏以及可再分 散胶粉混匀,预混时间为12min,得到干混料A; (3) 将氢氧化钠、水玻璃、聚羧酸系减水剂、葡萄糖酸钠以及聚丙烯纤维加入水中,搅 匀,得到液体混合料B; (4) 向干混料A中加入配制好的液体混合料B,边加入边搅拌,搅拌时间为lOmin,搅匀即 得超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料。
[0026] 实施例2 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体料由 下列重量百分比的原料组成:普通硅酸盐水泥40%、石英砂45%、粉煤灰6%、硅灰3%、石膏2%、 铝酸盐水泥2%、可再分散胶粉0.6%、氢氧化钠0.3%、水玻璃0.6%、聚丙烯纤维0.15%、聚羧酸 系减水剂〇. 28%、葡萄糖酸钠0.07%;水与固体料的质量比为0.18。
[0027] 对原料的要求如下: 普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5,勃氏比表面积为340~400m2/Kg;石英砂细度为28~ 100目;粉煤灰级别为一级,Si02含量不低于55%;硅灰中Si02含量达到80%以上;水玻璃模数 为2.5;聚羧酸系减水剂的减水率为40%;聚丙烯纤维的直径为35μηι,长度为2mm。
[0028] 制备步骤如下: (1) 按所述比例称取各组分,备用; (2) 干料预混:将普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、铝酸盐水泥、石膏以及可再分 散胶粉混匀,预混时间为8min,得到干混料A; (3) 将氢氧化钠、水玻璃、聚羧酸系减水剂、葡萄糖酸钠以及聚丙烯纤维加入水中,搅 匀,得到液体混合料B; (4) 向干混料A中加入配制好的液体混合料B,边加入边搅拌,搅拌时间为5min,搅匀即 得超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料。
[0029] 实施例3 自愈合混凝土外援性渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体料由下列重 量百分比的原料组成:普通硅酸盐水泥32%、石英砂55%、粉煤灰4%、硅灰3%、石膏1.5%、铝酸 盐水泥2%、可再分散胶粉0.4%、氢氧化钠0.5%、水玻璃1.0%、聚丙烯纤维0.2%、聚羧酸系减水 剂0.3%、葡萄糖酸钠0.1%;水与固体料的质量比为0.175。
[0030] 对原料的要求如下: 普通硅酸盐水泥的强度等级为52.5,勃氏比表面积为340~400m2/Kg;石英砂细度为28~ 100目;粉煤灰级别为一级,Si02含量不低于55%;硅灰中Si02含量达到80%以上;水玻璃模数 为1.5;聚羧酸系减水剂的减水率为35%;聚丙烯纤维的直径为30μηι,长度为4mm。
[0031] 制备时按照实施例1相同的操作。
[0032] 实施例4 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体料由 下列重量百分比的原料组成:普通硅酸盐水泥42%、石英砂40%、粉煤灰8%、硅灰3%、石膏 2.5%、铝酸盐水泥2.5%、可再分散胶粉0.8%、氢氧化钠0.2%、水玻璃0.5%、聚丙烯纤维0.1%、 聚羧酸系减水剂〇. 3%、葡萄糖酸钠0.1%;水与固体料的质量比为0.19。
[0033] 原料要求同实施例1,制备时按照实施例2相同的操作。
[0034] 实施例5 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体料由 下列重量百分比的原料组成:普通硅酸盐水泥35%、石英砂50%、粉煤灰6%、硅灰4%、石膏 1.5%、铝酸盐水泥1.5%、可再分散胶粉0.6%、氢氧化钠0.25%、水玻璃0.6%、聚丙烯纤维0.2%、 聚羧酸系减水剂〇. 25%、葡萄糖酸钠0.1%;水与固体料的质量比为0.185。
[0035] 原料要求同实施例2,制备时按照实施例1相同的操作。
[0036] 实施例6 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体料由 下列重量百分比的原料组成:普通硅酸盐水泥34%、石英砂50%、粉煤灰6%、硅灰5%、石膏2%、 铝酸盐水泥1.5%、可再分散胶粉0.4%、氢氧化钠0.25%、水玻璃0.4%、聚丙烯纤维0.1%、聚羧 酸系减水剂〇. 28%、葡萄糖酸钠0.07%;水与固体料的质量比为0.18。
[0037] 原料要求同实施例3,制备时按照实施例2相同的操作。
[0038] 实施例7 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体料由 下列重量百分比的原料组成:普通硅酸盐水泥37.5%、石英砂48%、粉煤灰4.5%、硅灰3%、石膏 1.8%、铝酸盐水泥2.5%、可再分散胶粉0.5%、氢氧化钠0.5%、水玻璃1.0%、聚丙烯纤维0.25%、 聚羧酸系减水剂0.3%、葡萄糖酸钠0.15%;水与固体料的质量比为0.19。
[0039] 原料要求同实施例1,制备时按照实施例1相同的操作。
[0040] 实施例8 超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,所用原料包括固体料和水,固体料由 下列重量百分比的原料组成:普通硅酸盐水泥34.5%、石英砂50%、粉煤灰5.5%、硅灰3.5%、石 膏2%、铝酸盐水泥2.5%、可再分散胶粉0.6%、氢氧化钠0.3%、水玻璃0.6%、聚丙烯纤维0.2%、 聚羧酸系减水剂〇. 25%、葡萄糖酸钠0.05%;水与固体料的质量比为0.185。
[0041] 原料要求同实施例2,制备时按照实施例2相同的操作。
[0042] 实施例1-8修复材料的修复效果如表1所示,由表可见针对两种裂缝类型(劈裂法、 切割法)其抗压强度恢复率有所不同,针对切割法裂缝的抗压强度恢复率更高,基本在100% 以上,最高达到134.6%。而针对劈裂法裂缝的抗压强度恢复率基本在85%以上,最高达到 95.3%,均能够满足实际应用要求。
[0043]表1各实施例修复效果
注:28d--混凝土试块养护28d的强度(MPa); PW-28d一一试块劈裂损坏后未进行修复直接养护28d的强度(MPa); PX-28d--劈裂受损试块修复后养护28d; QW-28d一一试块切割损坏后未进行修复直接养护28d的强度(MPa); QX-28d-一切割受损试块修复后养护28d。
【主权项】
1. 一种超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,其特征在于,所用原料包括固 体料和水,固体料的质量百分比组成为:普通硅酸盐水泥30~45%、石英砂40~60%、粉煤灰3~ 15%、娃灰1~8%、错酸盐水泥1~10%、石霄1~10%、氢氧化钠0.1~4%、水玻璃0.1~4%、可再分散胶 粉0.1~2%、聚羧酸系减水剂0.05~1.5%、葡萄糖酸钠0.01~1%和聚丙烯纤维0.1~2.5%。2. 如权利要求1所述的超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,其特征在于,水 与固体料的质量比为0.17~0.2:1。3. 如权利要求1所述的超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,其特征在于,固 体料的质量百分比组成为:普通硅酸盐水泥30~45%、石英砂40~60%、粉煤灰3~10%、硅灰2~ 6%、错酸盐水泥1~4%、石霄1~4%、氢氧化钠0.5~2%、水玻璃0.1~4%、可再分散胶粉0.1~2%、聚 羧酸系减水剂〇. 05~1.5%、葡萄糖酸钠0.01~1%和聚丙烯纤维0.1~2.5%。4. 如权利要求1至3任一项所述的超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,其特 征在于,铝酸盐水泥与石膏的质量比为0.5~1.5:1;水玻璃与氢氧化钠的质量比为1.5~2.5: 1〇5. 如权利要求1至3任一项所述的超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,其特 征在于,所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5或52.5,勃氏比表面积为340~400m 2/Kg;石 英砂细度为28~100目;水玻璃模数为1.5~2.5。6. 如权利要求1至3任一项所述的超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,其特 征在于,粉煤灰级别为一级且SiO2含量不低于55%;硅灰中SiO 2含量达到80%以上。7. 如权利要求1至3任一项所述的超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料,其特 征在于,聚羧酸系减水剂的减水率在30~40%;聚丙烯纤维的直径为25~35μπι,长度为2~4mm。8. 权利要求1所述超自愈合尺度开裂混凝土高渗透结晶修复材料的制备方法,其特征 在于:包括如下步骤: (1) 按所述比例称取各组分,备用; (2) 干料预混:将普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、铝酸盐水泥、石膏以及可再分 散胶粉混匀,得到干混料A; (3) 将氢氧化钠、水玻璃、聚羧酸系减水剂、葡萄糖酸钠以及聚丙烯纤维加入水中,搅 匀,得到液体混合料B; (4) 向干混料A中加入配制好的液体混合料B,搅匀即得超自愈合尺度开裂混凝土高渗 透结晶修复材料。
【文档编号】C04B111/72GK105884299SQ201610226499
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】罗忠涛, 杨久俊, 李要增, 张美香, 司政凯, 田崇霏
【申请人】郑州大学, 天津城建大学


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