一種超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于混凝土技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種混凝土裂縫修復(fù)材料，具體涉及一種超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料及其制備方法。該修復(fù)材料所用原料包括固體料和水，固體料的組成為：普通硅酸鹽水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、鋁酸鹽水泥、石膏、氫氧化鈉、水玻璃、可再分散膠粉、聚羧酸系減水劑、葡萄糖酸鈉和聚丙烯纖維。本發(fā)明修復(fù)材料加水拌勻后能夠產(chǎn)生微小膨脹，能夠更好地保證與混凝土基體的接觸，可以防止因外部載荷而進一步產(chǎn)生開裂。
【專利說明】
一種超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料及其制備 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于混凝土技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種混凝土裂縫修復(fù)材料，具體涉及一種超自愈合 尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土屬于脆性材料，比較容易發(fā)生脆性開裂，在其凝結(jié)硬化過程中，就會由于溫度變 化或干縮等原因產(chǎn)生微小的裂紋，在后期投入使用時，部分微小的裂紋在特定環(huán)境下能夠 自行進行愈合，但大部分微小裂紋在周圍環(huán)境的作用下擴展變?yōu)楸容^大的裂紋，超過自愈 合可能性的尺度閾值，此種裂縫稱之為超自愈合尺度。超自愈合尺度的裂縫會對混凝土的 整體性能產(chǎn)生破壞，并最終導(dǎo)致混凝土工程無法正常使用。這是混凝土工程中普遍存在的 問題，也是影響混凝土耐久性的一個主要原因?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫引起的劣化損毀所帶來的 經(jīng)濟損失可用"五倍定律"進行形象的描述，即在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，針對鋼筋防護每節(jié)約1美 元，那就意味著：出現(xiàn)鋼筋銹蝕損傷時采取補救措施將追加維修費5美元;混凝土表面出現(xiàn) 順筋開裂時采取補救措施將追加維修費25美元;混凝土結(jié)構(gòu)嚴重破壞時采取補救措施將追 加維修費125美元。由"五倍定律"可以看出，對出現(xiàn)開裂混凝土越早進行修復(fù)處理，其維修 費用越低，因此針對混凝土早期開裂進行應(yīng)及時干預(yù)，約束其開裂尺度，實現(xiàn)修復(fù)目標。
[0003] 目前，針對混凝土裂縫的修復(fù)材料主要分為三種，分別是無機修復(fù)材料、有機修復(fù) 材料和有機-無機復(fù)合修復(fù)材料。無機修復(fù)材料主要是指水泥基修復(fù)材料，其應(yīng)用范圍最為 廣泛，技術(shù)也相應(yīng)的比較成熟，但在應(yīng)用過程中粘結(jié)性能不好;有機修復(fù)材料是以具有某種 修復(fù)特性的有機物作為修復(fù)主劑，輔以增韌劑、引發(fā)劑以及偶聯(lián)劑等有機物質(zhì)摻和在一起， 使其具有對混凝土裂縫修復(fù)的效果，與無機修復(fù)材料相比，其具有粘結(jié)強度高的特性，但大 部分有機物屬于有毒物質(zhì)，在使用過程中應(yīng)盡量避免對人身的傷害；以無機材料為基體，輔 以有機物質(zhì)組成的有機-無機復(fù)合修復(fù)材料，可以改善無機修復(fù)材料的粘結(jié)性能，同時有機 材料所擁有的良好柔性可以賦予修復(fù)材料較好的流動性。
[0004] 市場上所擁有的混凝土裂縫修復(fù)材料大都通過修復(fù)材料自身的硬化來完成裂縫 的填補修復(fù)，其對混凝土基體沒有進行太大的改善，因此，通過在修復(fù)材料中摻加能夠進一 步增加基體強度的物質(zhì)，在修復(fù)材料進行硬化的同時能夠?qū)炷林形此哪z凝材料進 一步激發(fā)，使基體混凝土和修復(fù)材料能夠更好地融合為一體，就顯得很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料及其制備 方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體 料的質(zhì)量百分比組成為:普通硅酸鹽水泥30~45%、石英砂40~60%、粉煤灰3~15%、硅灰1~8%、 鋁酸鹽水泥1~10%、石膏1~10%、氫氧化鈉0.1~4%、水玻璃0.1~4%、可再分散膠粉0.1~2%、聚羧 酸系減水劑〇. 05~1.5%、葡萄糖酸鈉0.01~1%和聚丙烯纖維0.1~2.5%。
[0007] 水與固體料的質(zhì)量比為0.17~0.2:1。
[0008]固體料的質(zhì)量百分比組成為：普通硅酸鹽水泥30~45%、石英砂40~60%、粉煤灰3~ 10%、娃灰2~6%、錯酸鹽水泥1~4%、石霄1~4%、氫氧化鈉0.5~2%、水玻璃0.1~4%、可再分散膠粉 0.1~2%、聚羧酸系減水劑0.05~1.5%、葡萄糖酸鈉0.01~1%和聚丙烯纖維0.1~2.5%。
[0009] 錯酸鹽水泥與石霄的質(zhì)量比為0.5~1.5 : 1;水玻璃與氫氧化鈉的質(zhì)量比為1.5~ 2.5:1 〇
[0010] 所述普通硅酸鹽水泥的強度等級為42.5或52.5，勃氏比表面積為340~400m2/Kg; 石英砂細度為28~100目；水玻璃模數(shù)為1.5~2.5。
[0011] 粉煤灰級別為一級且Si〇2含量不低于55%;硅灰中Si02含量達到80%以上。
[0012] 聚羧酸系減水劑的減水率在30~40%;聚丙烯纖維的直徑為25~35μL?，長度為2~4mm。
[0013] 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料的制備方法，包括如下步驟： (1) 按所述比例稱取各組分，備用； (2) 干料預(yù)混:將普通硅酸鹽水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、鋁酸鹽水泥、石膏以及可再分 散膠粉混勻，預(yù)混時間為8-12min，得到干混料A; (3) 將氫氧化鈉、水玻璃、聚羧酸系減水劑、葡萄糖酸鈉以及聚丙烯纖維加入水中，攪 勻，得到液體混合料B; (4) 向干混料A中加入配制好的液體混合料B，邊加入邊攪拌，攪拌時間為5~lOmin，攪勻 即得超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料。
[0014] 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料的使用方法為采用直接涂抹自滲 透式或者采用低壓壓入灌漿式的方式將修復(fù)材料填充到裂縫中。
[0015] 本發(fā)明的修復(fù)材料主要針對超過混凝土自愈合尺度閾值的裂縫進行修復(fù)，抓住此 臨界狀態(tài)進行高流態(tài)修復(fù)材料滲入。一方面通過修復(fù)材料自身水化及高粘性物質(zhì)阻止裂縫 繼續(xù)開裂，另一方面修復(fù)材料中活化物質(zhì)激發(fā)開裂部位具有潛在活性物質(zhì)（未水化水泥顆 粒、礦物摻和料等）的活性，新生產(chǎn)物及纖維通過堵塞及分割等方式降低裂縫尺度，使其控 制在自愈合尺度閾值之內(nèi)，使其重新獲得自愈合能力。
[0016] 本發(fā)明具有以下有益效果： (1)本發(fā)明修復(fù)材料的抗折、抗壓強度高，流動性能良好，凝結(jié)時間適中，28d抗折、抗壓 強度分別可以達到11.5MPa和50MPa，初始流動度和30min流動度均能滿足水泥基灌漿料的 技術(shù)性能要求，初凝時間> 45min，適宜施工。
[0017] (2)滲透效果好?；炷帘旧韺儆诙嗫撞牧?，在有水的條件下，本發(fā)明修復(fù)材料能 夠滲透進入微小的混凝土裂縫中，對混凝土裂縫進行修復(fù)。
[0018] (3)粘結(jié)強度高。混凝土基體用水充分濕潤后，修復(fù)材料與混凝土基體之間的粘結(jié) 強度可以達到3MPa以上。
[0019] (4)抗裂效果佳。本發(fā)明修復(fù)材料加水拌勻后能夠產(chǎn)生微小膨脹，能夠更好地保證 與混凝土基體的接觸，可以防止因外部載荷而進一步產(chǎn)生開裂;同時，該產(chǎn)品中加有適量的 聚丙烯纖維，能夠阻止修復(fù)材料在自身硬化過程中產(chǎn)生裂紋。
[0020] (5)活性離子(S〇42'Si〇44'Al〇3 3_等)滲透進入混凝土裂縫后，能夠與基體中的Ca2+ 結(jié)晶生成沉淀，促進未水化水泥的二次水化；同時，活性激勵離子(S〇42'0『等)可以對膠凝 材料中粉煤灰顆粒的活性進行激發(fā)，一方面增進修復(fù)材料與基體的粘結(jié)力，另一方面也提 高自身和基體的強度。
[0021] (6)本產(chǎn)品生產(chǎn)工藝簡單，同時滿足綠色環(huán)保，并且應(yīng)用范圍較為廣泛。
【具體實施方式】
[0022] 為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容 不僅僅局限于下面的實施例。
[0023] 實施例1 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體料由 下列重量百分比的原料組成：普通硅酸鹽水泥38%、石英砂50%、粉煤灰5%、硅灰2.5%、石膏 1.5%、鋁酸鹽水泥1.5%、可再分散膠粉0.5%、氫氧化鈉0.2%、水玻璃0.4%、聚丙烯纖維0.1%、 聚羧酸系減水劑〇. 25%、葡萄糖酸鈉0.05%;水與固體料的質(zhì)量比為0.185。
[0024] 對原料的要求如下： 普通硅酸鹽水泥的強度等級為42.5，勃氏比表面積為340~400m2/Kg;石英砂細度為28~ 100目；粉煤灰級別為一級，Si02含量不低于55%;硅灰中Si02含量達到80%以上;水玻璃模數(shù) 為1.8;聚羧酸系減水劑的減水率為30%;聚丙烯纖維的直徑為25μηι，長度為3mm。
[0025] 制備步驟如下： (1) 按所述比例稱取各組分，備用； (2) 干料預(yù)混:將普通硅酸鹽水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、鋁酸鹽水泥、石膏以及可再分 散膠粉混勻，預(yù)混時間為12min，得到干混料A; (3) 將氫氧化鈉、水玻璃、聚羧酸系減水劑、葡萄糖酸鈉以及聚丙烯纖維加入水中，攪 勻，得到液體混合料B; (4) 向干混料A中加入配制好的液體混合料B，邊加入邊攪拌，攪拌時間為lOmin，攪勻即 得超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料。
[0026] 實施例2 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體料由 下列重量百分比的原料組成:普通硅酸鹽水泥40%、石英砂45%、粉煤灰6%、硅灰3%、石膏2%、 鋁酸鹽水泥2%、可再分散膠粉0.6%、氫氧化鈉0.3%、水玻璃0.6%、聚丙烯纖維0.15%、聚羧酸 系減水劑〇. 28%、葡萄糖酸鈉0.07%;水與固體料的質(zhì)量比為0.18。
[0027] 對原料的要求如下： 普通硅酸鹽水泥的強度等級為42.5，勃氏比表面積為340~400m2/Kg;石英砂細度為28~ 100目；粉煤灰級別為一級，Si02含量不低于55%;硅灰中Si02含量達到80%以上;水玻璃模數(shù) 為2.5;聚羧酸系減水劑的減水率為40%;聚丙烯纖維的直徑為35μηι，長度為2mm。
[0028] 制備步驟如下： (1) 按所述比例稱取各組分，備用； (2) 干料預(yù)混:將普通硅酸鹽水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、鋁酸鹽水泥、石膏以及可再分 散膠粉混勻，預(yù)混時間為8min，得到干混料A; (3) 將氫氧化鈉、水玻璃、聚羧酸系減水劑、葡萄糖酸鈉以及聚丙烯纖維加入水中，攪 勻，得到液體混合料B; (4) 向干混料A中加入配制好的液體混合料B，邊加入邊攪拌，攪拌時間為5min，攪勻即 得超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料。
[0029] 實施例3 自愈合混凝土外援性滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體料由下列重 量百分比的原料組成:普通硅酸鹽水泥32%、石英砂55%、粉煤灰4%、硅灰3%、石膏1.5%、鋁酸 鹽水泥2%、可再分散膠粉0.4%、氫氧化鈉0.5%、水玻璃1.0%、聚丙烯纖維0.2%、聚羧酸系減水 劑0.3%、葡萄糖酸鈉0.1%;水與固體料的質(zhì)量比為0.175。
[0030] 對原料的要求如下： 普通硅酸鹽水泥的強度等級為52.5，勃氏比表面積為340~400m2/Kg;石英砂細度為28~ 100目；粉煤灰級別為一級，Si02含量不低于55%;硅灰中Si02含量達到80%以上;水玻璃模數(shù) 為1.5;聚羧酸系減水劑的減水率為35%;聚丙烯纖維的直徑為30μηι，長度為4mm。
[0031] 制備時按照實施例1相同的操作。
[0032] 實施例4 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體料由 下列重量百分比的原料組成：普通硅酸鹽水泥42%、石英砂40%、粉煤灰8%、硅灰3%、石膏 2.5%、鋁酸鹽水泥2.5%、可再分散膠粉0.8%、氫氧化鈉0.2%、水玻璃0.5%、聚丙烯纖維0.1%、 聚羧酸系減水劑〇. 3%、葡萄糖酸鈉0.1%;水與固體料的質(zhì)量比為0.19。
[0033] 原料要求同實施例1，制備時按照實施例2相同的操作。
[0034] 實施例5 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體料由 下列重量百分比的原料組成：普通硅酸鹽水泥35%、石英砂50%、粉煤灰6%、硅灰4%、石膏 1.5%、鋁酸鹽水泥1.5%、可再分散膠粉0.6%、氫氧化鈉0.25%、水玻璃0.6%、聚丙烯纖維0.2%、 聚羧酸系減水劑〇. 25%、葡萄糖酸鈉0.1%;水與固體料的質(zhì)量比為0.185。
[0035] 原料要求同實施例2,制備時按照實施例1相同的操作。
[0036] 實施例6 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體料由 下列重量百分比的原料組成:普通硅酸鹽水泥34%、石英砂50%、粉煤灰6%、硅灰5%、石膏2%、 鋁酸鹽水泥1.5%、可再分散膠粉0.4%、氫氧化鈉0.25%、水玻璃0.4%、聚丙烯纖維0.1%、聚羧 酸系減水劑〇. 28%、葡萄糖酸鈉0.07%;水與固體料的質(zhì)量比為0.18。
[0037] 原料要求同實施例3，制備時按照實施例2相同的操作。
[0038] 實施例7 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體料由 下列重量百分比的原料組成:普通硅酸鹽水泥37.5%、石英砂48%、粉煤灰4.5%、硅灰3%、石膏 1.8%、鋁酸鹽水泥2.5%、可再分散膠粉0.5%、氫氧化鈉0.5%、水玻璃1.0%、聚丙烯纖維0.25%、 聚羧酸系減水劑0.3%、葡萄糖酸鈉0.15%;水與固體料的質(zhì)量比為0.19。
[0039] 原料要求同實施例1，制備時按照實施例1相同的操作。
[0040] 實施例8 超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，所用原料包括固體料和水，固體料由 下列重量百分比的原料組成:普通硅酸鹽水泥34.5%、石英砂50%、粉煤灰5.5%、硅灰3.5%、石 膏2%、鋁酸鹽水泥2.5%、可再分散膠粉0.6%、氫氧化鈉0.3%、水玻璃0.6%、聚丙烯纖維0.2%、 聚羧酸系減水劑〇. 25%、葡萄糖酸鈉0.05%;水與固體料的質(zhì)量比為0.185。
[0041] 原料要求同實施例2,制備時按照實施例2相同的操作。
[0042] 實施例1-8修復(fù)材料的修復(fù)效果如表1所示，由表可見針對兩種裂縫類型(劈裂法、 切割法)其抗壓強度恢復(fù)率有所不同，針對切割法裂縫的抗壓強度恢復(fù)率更高，基本在100% 以上，最高達到134.6%。而針對劈裂法裂縫的抗壓強度恢復(fù)率基本在85%以上，最高達到 95.3%，均能夠滿足實際應(yīng)用要求。
[0043]表1各實施例修復(fù)效果
注:28d--混凝土試塊養(yǎng)護28d的強度（MPa); PW-28d一一試塊劈裂損壞后未進行修復(fù)直接養(yǎng)護28d的強度（MPa); PX-28d--劈裂受損試塊修復(fù)后養(yǎng)護28d; QW-28d一一試塊切割損壞后未進行修復(fù)直接養(yǎng)護28d的強度（MPa); QX-28d-一切割受損試塊修復(fù)后養(yǎng)護28d。
【主權(quán)項】
1. 一種超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，其特征在于，所用原料包括固 體料和水，固體料的質(zhì)量百分比組成為:普通硅酸鹽水泥30~45%、石英砂40~60%、粉煤灰3~ 15%、娃灰1~8%、錯酸鹽水泥1~10%、石霄1~10%、氫氧化鈉0.1~4%、水玻璃0.1~4%、可再分散膠 粉0.1~2%、聚羧酸系減水劑0.05~1.5%、葡萄糖酸鈉0.01~1%和聚丙烯纖維0.1~2.5%。2. 如權(quán)利要求1所述的超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，其特征在于，水 與固體料的質(zhì)量比為0.17~0.2:1。3. 如權(quán)利要求1所述的超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，其特征在于，固 體料的質(zhì)量百分比組成為:普通硅酸鹽水泥30~45%、石英砂40~60%、粉煤灰3~10%、硅灰2~ 6%、錯酸鹽水泥1~4%、石霄1~4%、氫氧化鈉0.5~2%、水玻璃0.1~4%、可再分散膠粉0.1~2%、聚 羧酸系減水劑〇. 05~1.5%、葡萄糖酸鈉0.01~1%和聚丙烯纖維0.1~2.5%。4. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，其特 征在于，鋁酸鹽水泥與石膏的質(zhì)量比為0.5~1.5:1;水玻璃與氫氧化鈉的質(zhì)量比為1.5~2.5: 1〇5. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，其特 征在于，所述普通硅酸鹽水泥的強度等級為42.5或52.5，勃氏比表面積為340~400m 2/Kg;石 英砂細度為28~100目；水玻璃模數(shù)為1.5~2.5。6. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，其特 征在于，粉煤灰級別為一級且SiO2含量不低于55%;硅灰中SiO 2含量達到80%以上。7. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料，其特 征在于，聚羧酸系減水劑的減水率在30~40%;聚丙烯纖維的直徑為25~35μπι，長度為2~4mm。8. 權(quán)利要求1所述超自愈合尺度開裂混凝土高滲透結(jié)晶修復(fù)材料的制備方法，其特征 在于:包括如下步驟： (1) 按所述比例稱取各組分，備用； (2) 干料預(yù)混:將普通硅酸鹽水泥、石英砂、粉煤灰、硅灰、鋁酸鹽水泥、石膏以及可再分 散膠粉混勻，得到干混料A; (3) 將氫氧化鈉、水玻璃、聚羧酸系減水劑、葡萄糖酸鈉以及聚丙烯纖維加入水中，攪 勻，得到液體混合料B; (4) 向干混料A中加入配制好的液體混合料B，攪勻即得超自愈合尺度開裂混凝土高滲 透結(jié)晶修復(fù)材料。
【文檔編號】C04B111/72GK105884299SQ201610226499
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】羅忠濤, 楊久俊, 李要增, 張美香, 司政凱, 田崇霏
【申請人】鄭州大學(xué), 天津城建大學(xué)