一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料及其制备方法，各原料组分及含量按重量百分比计为：P.O52.5水泥18％‑20％，一级粉煤灰36％‑38％，硅灰2％‑3％，水洗石英砂22％‑23％，水17％‑19％，短切碳纤维0.5％‑1.0％，聚羧酸减水剂1.2％‑1.5％，苯乙烯羟基聚合物型增粘剂0.2％‑0.5％，增强剂0.5％‑0.8％，以上原料重量百分比之和为100％，其中短切碳纤维的长度范围为6mm‑10mm并且其体积为以上材料总体积的0.5％‑1.0％，制备方法为：将P.O52.5水泥、一级粉煤灰、硅灰、短切碳纤维、水洗石英砂按比例混合均匀放入搅拌机中搅拌3分钟后，加入苯乙烯羟基聚合物型增粘剂和增强剂，再搅拌2分钟，加水和聚羧酸减水剂再快速搅拌5分钟，其修复效果好且环保、能有效提高钢筋混凝土构件承载能力和耐久性。

A Composite Cement-based Bonding Material for FRP Grid Reinforcement and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料及其制备方法
本专利技术涉及FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料领域，具体涉及一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料及其制备方法。
技术介绍
由于施工技术以及使用性、耐久性等影响，钢筋混凝土结构难免出现施工缺陷(蜂窝、麻面、露筋等)、损伤劣化(混凝土破损、钢筋锈蚀)等情况。目前对于此类构件的加固一般是先清洁基层表面，打磨光滑后对缺陷的混凝土采用环氧树脂胶粘贴FRP片材进行修复加固；FRP是目前发现的较理想的建筑材料增强纤维，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、导电和热膨胀系数小等优异性能。传统采用环氧树脂胶粘贴FRP修复方法，虽然短期能满足混凝土的强度要求，但会污染环境，对施工环境要求高，且有机材料易老化，影响加固效果。研究发现，在水泥基材料中加入硅灰可提高其粘结性；加入粉煤灰可提高它的早期强度；碳纤维的加入使该材料抗拉强度增大，起到增韧的作用；当碳纤维在水泥基材料中均匀分散时，CFRCM的抗压、抗拉强度均有所提高，并且抗拉强度提升幅度很大。同时，碳纤维的加入对水泥的脆断特性也能起到良好的改善作用。
技术实现思路
针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料及其制备方法，其修复效果好且环保、能有效提高钢筋混凝土构件承载能力和耐久性。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料，各原料组分及含量按重量百分比计为：P.O52.5水泥18％-20％，一级粉煤灰36％-38％，硅灰2％-3％，水洗石英砂22％-23％，短切碳纤维0.5％-1.0％，苯乙烯羟基聚合物型增粘剂0.2％-0.5％，增强剂0.5％-0.8％，聚羧酸减水剂1.2％-1.5％，水17％-19％，以上原料重量百分比之和为100％，其中短切碳纤维的长度范围为6mm-10mm并且其体积为以上材料总体积的0.5％-1.0％，本材料适用于混凝土实际抗压强度为30MPa以下或面层破损严重的混凝土结构的修复加固工程。优选地，水洗石英砂直径200目，一级粉煤灰细度5.4％、28天活动指数80，硅灰中SiO2含量达到90％及以上，短切碳纤维密度1.82g/cm3、单丝直径7.3μm、单丝拉拔强度4651Mpa。本专利技术还提供一种制备如上所述的FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料的方法，包括以下步骤：将P.O52.5水泥、一级粉煤灰、硅灰、短切碳纤维、水洗石英砂按比例混合均匀放入搅拌机中搅拌3分钟后，加入苯乙烯羟基聚合物型增粘剂和增强剂，再搅拌2分钟，加水和聚羧酸减水剂再快速搅拌5分钟。本专利技术的有益效果在于：利用水泥基材料与原有混凝土界面属于同性材料、协调性好的优势，有效修复混凝土界面且提高两者间粘聚性；60min内流动度超过90mm，28d抗拉强度超过4.0MPa，抗折强度超过10.0MPa，粘结强度达到2.15MPa。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行具体说明，但本专利技术不局限于下述实施例。基准1、基准2和基准3为未掺加短切碳纤维的普通水泥基材料，主要成分及含量如下：水泥18％-20％，粉煤灰36％-38％，硅灰2％-3％，水洗石英砂22％-23％，水17％-19％，减水剂1.2％-1.5％，增粘剂0.2％-0.5％，增强剂0.5％-0.8％。一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料的制备：水泥采用P.O52.5级水泥；水洗石英砂直径200目；粉煤灰细度5.4％、28天活动指数80；石英砂为200目水洗石英砂；纤维为河北沧州中丽新材料科技有限公司生产6mm-10mm短切碳纤维；减水剂为聚羧酸减水剂(液态)；硅灰中SiO2含量达到90％；增粘剂为苯乙烯羟基聚合物；水为自来水。制备方法为，将水泥、粉煤灰、硅灰、短切碳纤维、细石英砂等按比例混合均匀放入搅拌机中搅拌3分钟后，加入增粘剂和早强剂，再搅拌2分钟，加水和减水剂再快速搅拌5分钟，可得本产品。表1复合水泥基材料组分含量:单位(g)性能测试：(1)流动度测试方法：用行星式水泥胶砂搅拌机将所需用量的碳纤维水泥基材料拌好3min内倒入模具中，浆体材料需要与模具上口平齐并用刮刀将表面多余浆体刮平；测试材料浆体注入模具后从提起截锥圆模同时开启秒表计时，提起模具时要保证垂直，由碳纤维水泥基材料浆体在玻璃板表面自由流动30s；用直尺分别沿浆体流平部分两个垂直方向上量取最大直径，取其平均值为碳纤维水泥基材料的流动度；在此试验过程中，初始流动度测试应在3min中内完成以防出现流动损失，并且应多次取样进行测试，结果取平均值以降低误差。(2)力学性能测试：抗折强度及抗压强度测试试块依据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行设计；试件尺寸为40mm×40mm×160mm的棱柱体，抗压强度试验采用折断后的水泥基棱柱体试块，试件受压面积为40mm×40mm；单轴受压试验采用相同尺寸棱柱体试件，承压面为40mm×40mm；抗拉强度试验采用直接拉伸法，试件采用哑铃型。测试结果如表2所示：表2水泥基复合材料流动度试验结果材料性能对比：文献[1]中，当短切碳纤维掺量为0.24％时，其抗压强度值比素混凝土强度提高10％左右。文献[2]中，采用10mm碳纤维、掺量为0.6％时，CFRC复合材料的抗压强度最大提高了22.6％。本专利技术中，试件1～3比基准试件1的28天抗压强度增长30.8％-42.0％，28天抗折强度增长102％-169％，抗拉强度增长84％-185％；试件4～6比基准试件2的28天抗压强度增长28.0％-41.6％，28天抗折强度增长140％-200％，抗拉强度增长56％-73％；试件7～9比基准试件3的28天抗压强度增长12.9％-20.2％，28天抗折强度增长75％-269％，抗拉强度增长112％-156％。可见，本专利技术的水泥基材料性能比没加碳纤维的基准试件提高程度超过文献[1]和文献[2]。文献[1]王晓初,刘洪涛,周乐.《碳纤维混凝土力学性能与破坏形态试验研究》[C]//第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册.2012。文献[2]孙杰,魏树梅.《碳纤维增强水泥基复合材料的制备及其性能研究》[J].新型建筑材料,2018,45(10):66-69。加固效果验证：加固方案：选取水泥基材料配方为：P.O52.5水泥19.2％，一级粉煤灰36.8％，硅灰2.8％，200目水洗石英砂22.3％，水18.2％，10mm短切碳纤维0.7％，聚羧酸减水剂1.5％，苯乙烯羟基聚合物型增粘剂0.4％，增强剂0.5％；28d抗折强度12.6MPa、抗拉强度4.55MPa。首先对钢筋混凝土梁进行凿糙处理并清理表面浮尘，用水泥基对混凝土梁进行抹面，在混凝土梁底面长度方向粘贴碳纤维布或网格进行抗弯加固，再在混凝土梁两侧750mm范围内U型粘贴碳纤维布或网格进行抗剪加固，之后用同样的顺序及方式再次对混凝土梁进行抗弯及抗剪加固；将碳纤维网格或片材用水泥基材料浸润后，粘贴在原混凝土表层，在其外层再涂抹一层水泥及材料。加固效果如表3所示：表3RC梁加固前后试验结果加固限制并减缓了斜裂缝的发展，加固梁的裂缝多产生于未粘贴碳纤维布(网)的纯弯段区域及U型箍边界处，提升了梁的抗剪能力；加固改变了梁的破坏形态，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料，其特征在于，各原料组分及含量按重量百分比计为：P.O52.5水泥18％‑20％，一级粉煤灰36％‑38％，硅灰2％‑3％，水洗石英砂22％‑23％，短切碳纤维0.5％‑1.0％，苯乙烯羟基聚合物型增粘剂0.2％‑0.5％，增强剂0.5％‑0.8％，聚羧酸减水剂1.2％‑1.5％，水17％‑19％，以上原料重量百分比之和为100％，其中短切碳纤维的长度范围为6mm‑10mm并且其体积为以上材料总体积的0.5％‑1.0％。

【技术特征摘要】
1.一种FRP格栅加固用复合水泥基粘结材料，其特征在于，各原料组分及含量按重量百分比计为：P.O52.5水泥18％-20％，一级粉煤灰36％-38％，硅灰2％-3％，水洗石英砂22％-23％，短切碳纤维0.5％-1.0％，苯乙烯羟基聚合物型增粘剂0.2％-0.5％，增强剂0.5％-0.8％，聚羧酸减水剂1.2％-1.5％，水17％-19％，以上原料重量百分比之和为100％，其中短切碳纤维的长度范围为6mm-10mm并且其体积为以上材料总体积的0.5％-1.0％。2.如权利要求1所述的一种FRP格栅加固...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕恒林，周淑春，吴元周，李勇，高忠英，胡文忱，张文龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32