一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系及其制备方法。本发明专利技术所述可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系包括砂浆混凝土及纤维，砂浆混凝土由铝酸盐水泥、水、骨料、活性掺合料、水性聚合物乳液、粉体消泡剂、触变剂、增稠剂、调凝剂、高效减水剂及早强剂组成。本发明专利技术通过各组份的优化可实现其触变性、早强特征、喷射施工及粘结特性的调节，获得的喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系可用于常规建筑工程、道路及军事工程的快速修补加固。道路及军事工程的快速修补加固。

【技术实现步骤摘要】
一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纤维增强砂浆混凝土领域，尤其涉及一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系及其制备方法。

技术介绍

[0002]工程的快速构筑与工程设施的抢修恢复是提升效率、确保工程安全的重要保障，而快速修补材料是实现抢修抢建的关键，同时要求其具有快速开放、高效施工、高韧强黏结低收缩的特性。超高韧混凝土具有应变硬化特性、优异的裂缝控制能力、优异的抗冻融性能等优异性能，在桥梁工程、道路路面工程、地下工程、抗震结构、抗冲击结构的新建与修复具有广泛的应用前景。
[0003]目前，常用快速修补材料包括：普通水泥混凝土和砂浆、快硬硅酸盐水泥、特种水泥(高铝、硫铝酸盐、磷酸镁等)、聚合物混凝土、超高韧性纤维增强水泥基复合材料等。快硬硅酸盐水泥1h的抗压强度可达10～30MPa，1d强度可达28d强度的75％～90％，但是仍然存在干缩大、界面黏结差等缺点。快硬早强高铝水泥的1d抗压强度达到25～45MPa，但后期强度会出现比较明显的倒缩现象。磷酸镁水泥具有快凝快硬、高早期强度、高黏结强度、干缩变形小等优良性能，但是其凝结硬化速度过快，缺乏有效的凝结时间调节措施。聚合物或聚合物改性混凝土可有效提高界面黏结性能、断裂韧性以及变形性能等，但其与基材的相容性较差。
[0004]现有超高韧混凝土的抗压强度处于20
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50MPa水平，喷射是超高韧混凝土快速施典型方式之一，它具有效率高等特征，但通常是以牺牲混凝土强度为前提，超高韧喷射混凝土的强度普遍为20<br/>‑
30MPa。随着高强与超高强混凝土结构的修建、修补与加固的应用日益增多，普通强度的高韧性混凝土已经难以满足实际需求，因此在高强基础上实现超高韧与喷射施工已经成为亟待突破的瓶颈。
[0005]随着龄期与强度的增长，超高韧混凝土的极限拉伸应变逐渐下降，为了实现并保持其超高韧性，从纤维本体、纤维
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基体界面黏结性能二个方面，对作为关键组份之一的纤维提出了系列要求。从纤维角度看，目前满足上述力学性能要求的仅有碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维与高强高模聚乙烯醇纤维。前两种纤维因其价格异常昂贵难以成功应用，国际上超高韧混凝土常用的高强高模PVA纤维被日本可乐丽公司垄断，严重制约了我国高韧性水泥基材料的发展。
[0006]超高韧混凝土是否能够顺利喷射施工主要由其流变性能决定。喷射施工要求基体具有较好的流变性满足泵送要求，同时具有较高的粘聚性可与喷射面紧密黏结。Li(LiVC；FischerGandLepech,M.D.ShotcretingwithECC[J].Spritzbeton
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tagungAlpbach,2009)等人采用减水剂、增稠剂、铝酸钙水泥等技术，实现了水泥基材料具有两阶段流变特性，同时满足新拌状态下泵送时的流变性能要求和喷射过程中粘聚性要求。近来年，国内研究机构通过优化配合比、控制水灰比以及掺入胶粉、增稠剂以及触变剂等助剂，实现了超高韧混凝土顺利喷射施工(徐世烺,周斌,李庆华,等.喷射超高韧性水泥基复合材料的力学性能研究
[J].水利学报,2015(5):619
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625.)。然而，为提高超高韧混凝土的强度，水胶比需进一步降低。随着水胶比降低，固相浓度大幅度增加，减水剂用量增加，导致浆体粘度大幅度提高。浆体流变性能是影响泵送的关键因素，浆体粘度增加将显著提高其泵送阻力，增大泵送难。此外，浆体粘度同样是影响纤维分散的关键因素。纤维增强混凝土中纤维分布、流变性能以及力学性能三者间是存在联系。刘建忠(刘建忠,张丽辉,李长风,刘加平.聚乙烯醇纤维在水泥基复合材料中的分散性表征及调控[J].硅酸盐学报,2015,43(8):1061
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1066.)等人定量表征了混凝土内纤维的三维分散与取向性，揭示了分散与取向分布对混凝土力学性能有重要的影响。浆体粘度较大时，纤维易团结，难以均匀分散，为达相同的力学性能指标，需提高纤维用量，进而导致泵性性能进一步降低。
[0007]专利CN201410394916指出拌合物的组分质量比为普通硅酸盐水泥：铝酸盐水泥：水：精细骨料：粉煤灰：硅灰：偏高岭土：可再分散乳胶粉：改性膨润土：羟丙基甲基纤维素：聚羧酸系减水剂＝(10％～15％)：(0.1％～1％)：(15％～20％)：(10％～15％)：(20％～55％)：(0.5％～1.5％)：(1％～2.5％)：(1.5％～2.5％)：(0.02％～0.15％)：(0.01％～0.05％)：(0.05％～0.2％)，所述精细骨料的最大粒径不大于0.5mm；所述聚乙烯醇纤维长度为8～12mm，二种规格的聚乙烯醇纤维混杂掺量为超高韧性水泥基复合材料总体积的1.0～2.5％。实现了超高韧性水泥基复合材料的喷射施工。
[0008]修补材料的低收缩特性是实现其与被修补基体协同服役的前提。研究指出超高韧性混凝土28d干燥收缩变形可达1700με以上，极易引起混凝土开裂，进而大致混凝土间的界面分层以及拉应变降低等问题，导致超高韧混凝土各项优异性能不能充分发挥。超早强、高强技术的引入将导致超高韧混凝土的变形历程与普通混凝土的存在较大差异，抗裂材料作用历程与混凝土收缩历程较难匹配，难以有效解决超高韧混凝土收缩变形大的难题。
[0009]新旧混凝土界面黏结性能的好坏是决定修补成功与否的关键。黏结面粗糙度、强度以及表面状态等均影响黏结性能。常规超高韧混凝土黏结强度较低，与既有结构的界面黏结强度通常为2
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3MPa。研究表明改性的聚合物，如可分散胶粉、苯丙乳液等，可显著提升超高韧混凝土黏结性能，但同时大幅度降低其流变性能，影响喷射施工。
[0010]针对目前快速修补加固材料难泵送施工、收缩变形大、易开裂、脆性高、动载失效严重等问题，同时缺乏专用工程纤维以匹配超高韧混凝土材料对纤维的要求，本专利技术主要开发出具有超早强、高强、低收缩、强界面粘结、可泵送施工等性能特点的喷射超高韧性砂浆混凝土。

技术实现思路

[0011]为解决现有超高韧混凝土难以喷射施工、早期强度低、与修补对象不能协同变形、与基体粘结强度不高等问题，本专利技术提供了一种兼具超早强、高强、收缩变形协同、强界面粘结、高性价比等性能特点的可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系。
[0012]本专利技术提供了一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系，包括砂浆混凝土及纤维，每立方砂浆混凝土中含纤维的掺量为10～40kg/m3；
[0013]所述砂浆混凝土由以下各组分按质量百分比组成：
[0014][0015][0016]所述纤维长度为5～25毫米；当纤维直径为10～18微米时，对应的抗拉强度需要大于2500MPa，弹性模量需要在70～100GPa区间；当纤维直径为120～250微米时，对应的抗拉强度需要大于1200MPa，弹性模量需要在26～40GPa区间；所述纤维采用同类纤维不同规格混杂或至少二种不同类纤维交叉混杂使用，但小直径纤维的质量比例必须不低于总掺量的35本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系，其特征在于，包括砂浆混凝土及纤维，每立方砂浆混凝土中含纤维的掺量为10～40kg/m3；所述砂浆混凝土由以下各组分按质量百分比组成：其余为水；所述纤维长度为5～25毫米；当纤维直径为10～18微米时，对应的抗拉强度需要大于2500MPa，弹性模量需要在70～100GPa区间；当纤维直径为120～250微米时，对应的抗拉强度需要大于1200MPa，弹性模量需要在26～40GPa区间；所述纤维采用同类纤维不同规格混杂或至少二种不同类纤维交叉混杂使用，但小直径纤维的质量比例必须不低于总掺量的35％；所述活性掺合料的中位粒径为0.8～1.5μm，28天活性指数110％
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120％；所述水性聚合物乳液为水性环氧与聚乙烯醇1799组成的复合物的水溶液，其质量浓度为5％～30％，水性聚合物乳液在上述砂浆混凝土中该组分的质量百分比为溶液质量占比；所述水性环氧与聚乙烯醇1799的质量比为1：9～3：7；所述触变剂为海泡石粉；所述早强剂为无机锂盐。2.根据权利要求1所述的一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系，其特征在于，所述纤维为熔融纺丝的聚乙烯醇纤维或耐碱玻璃纤维，聚乙烯醇纤维直径范围为120～250微米，耐碱玻璃纤维直径范围为10～18微米。3.根据权利要求1所述的一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系，其特征在于，所述骨料的粒径0.1mm～4.75mm，符合颗粒连续级配。4.根据权利要求1所述的一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系，其特征在于，所述粉体消泡剂为聚醚类或有机硅类消泡剂。5.根据权利要求1所述的一种可喷射早强超高韧性砂浆混凝土体系，其特征在于，所述增稠剂为纤维素...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩方玉，欧忠文，蒋金洋，王凤娟，冯滔滔，胡浩，罗伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军勤务学院，
类型：发明
国别省市：