一种用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料及其制备方法，该材料按照质量份数，由以下组分组成：水泥100份，水25～150份，棕刚玉50～250份，微珠20～450份，纳米CaCO30.5～20份，减水剂0.1～5份，PVA纤维0.95～15份，超细钢纤维2～20份。本发明专利技术提供的用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料抗冲耐磨强度高、与基体粘结强度高、延性高，修补材料的热膨胀系数与混凝土的接近，与基体混凝土的变形协调一致，其施工工艺简单、方便，原材料来源广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料及制备方法
本专利技术属于材料
，特别涉及一种水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料及其制备方法。
技术介绍
含推移质和悬移质的高速水流造成泄水建筑物混凝土表面的磨蚀破坏是水利水电工程建设和运营中的常见病害。导流洞、溢流坝、溢洪道、泄洪洞、泄水闸底板、护坦、消力墩、水垫塘、二道坝、排水底孔的底板及边墙等水工泄水建筑物经常在高速含砂水流冲刷磨损及推移质冲击作用下产生冲磨破坏。紫坪铺水库的导流洞底板及边墙自2002年导流运行以来，由于推移质的冲磨，表面磨损比较普遍，局部出现冲蚀深坑，总面积达25000m2[1]。李家峡电站导流隧洞在导流过水5年多后，检查发现闸门后底板钢衬与混凝土接缝处被冲刷形成深1.7～2m、平均宽10m、长8m的深坑，底护板下部混凝土被水流淘空；从导流洞转弯的凹面起，距边墙1m处，底板被冲刷形成深0.7～1.2m、宽1～1.5m、沿洞轴向长约600m的深槽[2]。我国一批大型高水头电站，如松塔、锦屏、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、乌东德等，其泄水建筑物的水流流速可高达40～50m/s，使得水工泄水建筑物的冲磨破坏问题更为突出。泄水建筑物遭受冲磨破坏后必须及时采取修补措施。比较常见的是采用硅粉高强混凝土或环氧砂浆或喷涂聚脲[3-7]。高强混凝土抗磨性能较强，但是高强混凝土易开裂，裂缝在水压及推移质冲击作用下，逐渐扩展，修补层往往从裂缝处破坏。采用环氧砂浆或喷涂聚脲等高强度有机材料修补时，材料本身的粘接性及抗冲磨性能都很优异，但是，由于环氧及聚脲的热膨胀系数是基底混凝土的热膨胀系数2～3倍，导致修补层与基底的温度变形不协调，在经历数个寒暑交替以后，修补层开始局部起鼓、脱粘，最终导致修补层整体被掀开而失效；同时，环氧及聚脲等有机物中挥发性物质对施工工人的健康也会产生不利影响。因此，需要开发一种高抗冲磨性能、高粘接性及高延性的水泥基修补材料，提高修补层的抗冲耐磨性能及服役周期，减少修补频率，提高工程运行的安全性。参考文献[1]张涛，郭双，黄俊玮.紫坪铺工程泄洪排沙洞抗高速水流冲磨蚀修补及震后修复[J].水利科技与经济，2011，(10)：85-88.[2]谷建国.导流隧洞底板冲刷浅析[J].西北水电，1999，(3):13-14.[3]马宇，孙志恒，张昕.高弹性修补砂浆的试验研究[J].大坝与安全，2013，(2):44-47.[4]刘双宏，王亚飞.白水峪电站消能池磨损修补技术[J].水电与新能源，2015，(5):63-64，70.[5]贺成立，崔颖林.从三门峡底孔的修补看水工建筑物抗冲磨层材料的选择和施工[J].混凝土，2004，(6):74-75.[7]王亚飞.NE型环氧抗冲磨砂浆在白水峪水电站消力池磨损修补工程中的应用[J].中国水运(下半月)，2015，(2):171-172.
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料，以提高水工泄水建筑物修补层的抗冲耐磨性能、界面粘接性能及延性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料，按照质量份数，由以下组分组成：水泥100份，水25～150份，棕刚玉50～250份，微珠20～450份，纳米CaCO30.5～20份，减水剂0.1～5份，PVA纤维0.95～15份，超细钢纤维2～20份。优选的，所述水泥为P·O42.5水泥。优选的，所述水泥的强度等级≥42.5。优选的，所述棕刚玉的最大粒径为1.5mm；所述微珠的体积平均径D(4,3)≤100nm；所述纳米CaCO3的体积平均径D(4,3)≤25nm。优选的，所述减水剂的减水率≥25％。优选的，所述PVA纤维为当量直径为40μm、抗拉强度大于1500MPa、弹性模量大于35GPa的短切PVA纤维。优选的，所述超细钢纤维的当量直径为0.10mm～0.20mm，长径比50～65。该用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料28d抗冲磨强度≥30h/(kg/m2)，与基体混凝土的劈拉粘结强度≥5.0MPa，极限拉伸值1％～3％。本专利技术的另一个目的是提供一种上述用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料的制备方法，其技术方案为：一种用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：(1)先将水泥、微珠、纳米CaCO3、棕刚玉倒入搅拌机中，搅拌3min；(2)将减水剂和水加入上述混合物，搅拌3min，得到均匀流动的浆体，测试浆体的粘度；(3)得到均匀流动的浆体后，加入PVA纤维，搅拌3min；(4)加入超细钢纤维，搅拌3min；(5)修补砂浆出机，入模浇筑成型。步骤(2)中，要求浆体的粘度满足1Pa·s～30Pa·s，方可进行步骤(3)。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料抗冲耐磨强度高、与基体粘结强度高、延性高，修补材料的热膨胀系数与混凝土的接近，与基体混凝土的变形协调一致，其施工工艺简单、方便，原材料材料来源广泛。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例1材料的组成比例如表1所示：表1水工泄水建筑物修补材料配合比例(质量份数)所用原材料为：水泥为P·O42.5水泥，棕刚玉最大粒径为0.5mm，微珠体积平均径D(4,3)为95nm；纳米CaCO3的体积平均径D(4,3)为24.5nm，聚羧酸高性能减水剂，减水率30％，短切PVA纤维当量直径为40μm，抗拉强度1550MPa、弹性模量39GPa；超细钢纤维当量直径为0.16mm，长径比50。水工泄水建筑物修补材料搅拌工艺如下：(1)先将水泥、微珠、纳米CaCO3、棕刚玉倒入搅拌机中，搅拌3min。(2)将减水剂和水加入，搅拌3min，得到均匀流动的浆体，测试浆体的粘度。(3)得到均匀流动的浆体后，缓慢加入PVA纤维，搅拌3min。(4)加入钢纤维，搅拌3min。(5)修补砂浆出机，入模浇筑成型。水工泄水建筑物修补材料的性能：步骤(2)中，浆体粘度：15Pa·s。28d时，水下钢球法测试抗冲磨强度：31.5h/(kg/m2)，与基体混凝土的劈拉粘结强度：5.5MPa，极限拉伸值：2.8％。实施例2材料的组成比例如表2所示：表2水工泄水建筑物修补材料配合比例(质量份数)所用原材料为：水泥为P·O52.5水泥，棕刚玉最大粒径为1.25mm，微珠体积平均径D(4,3)为100nm；纳米CaCO3的体积平均径D(4,3)为24.5nm，聚羧酸高性能减水剂，减水率25％，短切PVA纤维当量直径为40μm，抗拉强度1550MPa、弹性模量39GPa；超细钢纤维当量直径为0.10mm，长径比60。水工泄水建筑物修补材料搅拌工艺如下：(1)先将水泥、微珠、纳米CaCO3、棕刚玉倒入搅拌机中，搅拌3min。(2)将减水剂和水加入，搅拌3min，得到均匀流动的浆体，测试浆体的粘度。(3)得到均匀流动的浆体后，缓慢加入PVA纤维，搅拌3min。(4)加入钢纤维，搅拌3min。(5)修补砂浆出机，入模浇筑成型。水工泄水建筑物修补材料的性能：步骤(2)中，浆体粘度：1Pa·s。28d时，水下钢球法测试抗冲磨强度：30h/(kg/m2)，与基体混凝土的劈拉粘结强度：5.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料，其特征在于：按照质量份数，由以下组分组成：水泥100份，水25～150份，棕刚玉50～250份，微珠20～450份，纳米CaCO30.5～20份，减水剂0.1～5份，PVA纤维0.95～15份，超细钢纤维2～20份。

【技术特征摘要】
1.一种用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料，其特征在于：按照质量份数，由以下组分组成：水泥100份，水25～150份，棕刚玉50～250份，微珠20～450份，纳米CaCO30.5～20份，减水剂0.1～5份，PVA纤维0.95～15份，超细钢纤维2～20份；所述棕刚玉的最大粒径为1.5mm；所述微珠的体积平均径D(4,3)≤100nm；所述纳米CaCO3的体积平均径D(4,3)≤25nm；所述PVA纤维为当量直径为40μm、抗拉强度大于1500MPa、弹性模量大于35GPa的短切PVA纤维。2.根据权利要求1所述的用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料，其特征在于：所述水泥的强度等级≥42.5。3.根据权利要求1所述的用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料，其特征在于：所述减水剂的减水率≥25%。4.根据权利要求1所述的用于水工泄水建筑物修补的高延性水泥基材料，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽萍，陈波，谌正凯，张文潇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32