【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水泥基复合材料，具体为能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、水工混凝土面板体积庞大但厚度较小，建造过程中施工不规范易产生潜在薄弱部位及微裂缝。在服役期间，北方面板易遭受冻胀、冰推和侵蚀破坏，南方面板易遭受碳化、霉变侵蚀等病害。这些问题严重影响水工结构安全性，因此混凝土面板需要及时维修。许多重要的水工结构需常年保持较高水位，水下面板裂缝及破损部位较为隐蔽且修补困难。现有修补方法多为使用围堰对水下部位进行隔水处理后进行修复或使用水下灌浆料和水下混凝土进行修补。然而使用围堰修补面板期间将降低水工结构的服役能力甚至使其停止运行。制造满足需求的围堰难度较大且造价较高，随着水位的提高，水压力逐渐增大，围堰制造难度成倍上涨，消耗大量资源且修补效果不佳。水下灌浆料及水下混凝土虽然能够暂时对裂缝进行修补，但仍然无法有效阻止裂缝扩展，作用于混凝土面板的复杂应力将于潜在薄弱部位释放，造成面板的继续开裂。其中大型水工结构面板因复杂的荷载环境使得修复效果更差。
2、科研人员通过改变混凝土的组分，研制出可与水直接接触的水下不分散混凝土。应变硬化水泥基复合材料(engineered cementitious composties，简称ecc)具有超高韧性，极限拉应变一般>3％，饱和多缝开裂，裂缝宽度小于0.1mm的特点，可以控制混凝土在各种荷载和变形下的裂缝宽度，提高混凝土结构的抗裂、防渗性能，有效解决混凝土脆性较大、易开裂的问题。在水工结构中，ecc已成功应用于大坝修补、输水渡槽的修补等实际工程中。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，该材料采用淡化海砂替代河沙，是一种可减轻因建筑对河沙过度开采而对河周边土质的危害并可水下浇筑的应变硬化水泥基复合材料(water-castable engineered cementitiouscomposties，简称wecc)。wecc作为一种新型工程水泥基复合材料(ecc)，既包含了ecc高延性高耗能的特点，同时具备了可水下浇筑不分散的特点，解决了围堰修补过程中水工结构物服役能力降低甚至丧失的问题，实现了在原有服役能力不降低的情况下进行修补，同时弥补了水下灌浆料修补后潜在薄弱环节易再次出现裂缝的问题。
3、(二)技术方案
4、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
5、能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，其特征在于：由如下重量分数的原料组成：水泥10％-30％、粉煤灰40％-60％、硅灰0.5％-1.5％、水10％-20％、海砂10％-20％、絮凝剂1％-2％、早强剂0％-2.5％、减水剂0.1％-0.5％，所述材料还包括纤维，所述纤维掺量为总体积的2％。
6、优选的，所述水泥为强度等级为p·o 42.5级普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为i级粉煤灰，所述硅灰为普通硅灰，所述海砂为已淡化处理的海砂，所述絮凝剂为普通絮凝剂，所述早强剂为通用型早强剂，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述纤维包括pe、pva、碳纤维中的一种或多种，所述水为日常生活用水。
7、优选的，由如下重量分数的原料组成：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水19.3％，所述纤维掺量为总体积的2％，用于制备强度要求高的混凝土。
8、优选的，由如下重量分数的原料组成：水泥12.7％、粉煤灰49.6％、硅灰1.3％、海沙15.9％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水18.9％，所述纤维掺量为总体积的2％，用于制备延性要求高、耗能要求高的混凝土。
9、本专利技术还提供了一种能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于：将水泥、粉煤灰、硅灰、海沙、絮凝剂、早强剂、减水剂按比例放入搅拌机中，低速搅拌2min，使各干料充分混合，将水按比例倒入搅拌机中，中速搅拌5min，使干料与水充分混合，得到具有较好流动性的浆体，将体积掺量为2％的纤维缓慢撒入搅拌的浆体中，并中速搅拌3min，高速搅拌1min，以达到使纤维均匀分散的目的，制成可水下浇筑成型的纤维水泥基材料。
10、优选的，所述原材料按以下重量份配比：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水19.3％，所述纤维为pva纤维，所制备的材料具有较高的强度，适于对强度要求高的结构维修加固。
11、优选的，所述原材料按以下重量份配比：水泥12.7％、粉煤灰49.6％、硅灰1.3％、海沙15.9％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水18.9％，所述纤维为pva纤维，所制备的材料具有较高的延性，适于对延性要求高的结构维修加固。
12、本专利技术所提供的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料的制备方法制备的混凝土，在浇筑时采用导管法进行浇筑，导管为刚性导管或柔性导管，能够尽量减少拌合料与水接触，减小水下混凝土的性能损失。
13、(三)有益效果
14、由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
15、(1)本专利技术采用淡化海砂等替代河沙，可减轻因建筑对河沙过度开采而对河周边土质的危害，同时降低材料成本。此外，本专利技术不仅具有ecc高延性高耗能的特点，同时具备了可水下浇筑不分散的特点。不采用围堰，直接进行修补，解决了围堰修补过程中水工结构物服役能力降低甚至丧失的问题，实现了在原有服役能力不降低的情况下进行修补，同时弥补了水下灌浆料修补后潜在薄弱环节易再次出现裂缝的问题。并且本专利技术的材料具有优异的耗能能力，可合理释放外部产生的复杂应力，避免有害裂缝的产生，提高水下面板耐久性。修补期间水工结构可正常运行，降低修补过程中的时间、资源和人力消耗，能够及时对水工结构裂缝存在部位进行修补。
16、(2)本专利技术提供了适宜的材料配比并结合制备方法、浇筑方法，共同协同作用，提高了混凝土的性能，降低了水下浇筑时性能的损失。并且本专利技术提供了两种最佳的材料配比，分别适用于对强度要求大和对延性、耗能要求大的使用场景，可以直接进行工程应用，具有较好的推广应用价值。
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1.能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，其特征在于：由如下重量分数的原料组成：水泥10％-30％、粉煤灰40％-60％、硅灰0.5％-1.5％、水10％-20％、海砂10％-20％、絮凝剂1％-2％、早强剂0％-2.5％、减水剂0.1％-0.5％，所述材料还包括纤维，所述纤维掺量为总体积的2％。
2.根据权利要求1所述的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述水泥为强度等级为P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述硅灰为普通硅灰，所述海砂为已淡化处理的海砂，所述絮凝剂为普通絮凝剂，所述早强剂为通用型早强剂，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述纤维包括PE、PVA、碳纤维中的一种或多种，所述水为日常生活用水。
3.根据权利要求1所述的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，其特征在于：由如下重量分数的原料组成：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水19.3％，所述纤维掺量为总体积的2％，用于制备强度要求高的混凝土。
4.根据权利要求1所述的能够水
5.一种能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于：将水泥、粉煤灰、硅灰、海沙、絮凝剂、早强剂、减水剂按比例放入搅拌机中，低速搅拌2min，使各干料充分混合，将水按比例倒入搅拌机中，中速搅拌5min，使干料与水充分混合，得到具有较好流动性的浆体，将体积掺量为2％的纤维缓慢撒入搅拌的浆体中，并中速搅拌3min，高速搅拌1min，以达到使纤维均匀分散的目的，制成可水下浇筑成型的纤维水泥基材料。
6.根据权利要求5所述的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于：所述原材料按以下重量份配比：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水19.3％，所述纤维为PVA纤维，所制备的材料具有较高的强度，适于对强度要求高的结构维修加固。
7.根据权利要求5所述的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于：所述原材料按以下重量份配比：水泥12.7％、粉煤灰49.6％、硅灰1.3％、海沙15.9％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水18.9％，所述纤维为PVA纤维，所制备的材料具有较高的延性，适于对延性要求高的结构维修加固。
8.根据权利要求5-7任一所述的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料的制备方法制备的混凝土，在浇筑时采用导管法进行浇筑，导管为刚性导管或柔性导管，能够尽量减少拌合料与水接触，减小水下混凝土的性能损失。
...【技术特征摘要】
1.能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，其特征在于：由如下重量分数的原料组成：水泥10％-30％、粉煤灰40％-60％、硅灰0.5％-1.5％、水10％-20％、海砂10％-20％、絮凝剂1％-2％、早强剂0％-2.5％、减水剂0.1％-0.5％，所述材料还包括纤维，所述纤维掺量为总体积的2％。
2.根据权利要求1所述的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述水泥为强度等级为p·o 42.5级普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为i级粉煤灰，所述硅灰为普通硅灰，所述海砂为已淡化处理的海砂，所述絮凝剂为普通絮凝剂，所述早强剂为通用型早强剂，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述纤维包括pe、pva、碳纤维中的一种或多种，所述水为日常生活用水。
3.根据权利要求1所述的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，其特征在于：由如下重量分数的原料组成：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水19.3％，所述纤维掺量为总体积的2％，用于制备强度要求高的混凝土。
4.根据权利要求1所述的能够水下浇筑的高延性水泥基复合材料，其特征在于：由如下重量分数的原料组成：水泥12.7％、粉煤灰49.6％、硅灰1.3％、海沙15.9％、絮凝剂1.3％、早强剂0.1％、减水剂0.2％、水18.9％，所述纤维掺量为总体积的2％，用于制备延性要求高、耗能要求高的混凝土。
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