[发明专利]能用于喷射的超高韧性水泥基复合材料及其喷射工艺

说明书

技术领域

本发明专利属于超高韧性水泥基复合材料喷射技术领域。

背景技术

超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）是一种使用短纤维增强，且纤维掺量不超过复合材料总体积的2.5%，硬化后具有显著应变硬化特征，在拉伸荷载下呈现稳态多缝开裂特征，极限拉应变稳定达到3%以上的水泥基材料。该类材料具有的应变硬化特征以及裂缝无害化分散能力，从根本上改变了普通混凝土材料的脆性易裂的特征，实现了普通纤维混凝土所不具备的应变硬化特征和超高变形控裂能力，可广泛用于水利工程、港海工程、交通工程、桥隧工程、地下工程的建设以及既有结构的修复加固。

随着工程建设的发展，喷射混凝土技术正日益受到关注，其具备的免振捣、适用性强等特点为实现特殊条件下的结构快速加固修复提供了可能。如何实现一种简单、快速的超高韧性水泥基复合材料的喷射工艺并在此基础上进行的结构定量化增强和控裂，已经成为亟待解决的问题。现有技术未能解决的技术问题可以分为以下几个方面：1）如何制备满足喷射工艺要求的超高韧性水泥基复合材料，使之具有拌合物状态下良好的流变学性能，并且喷射硬化后的保持原有的微观力学性能；2）如何获得和调控喷射工艺的关键参数，使得喷射过程中纤维分散好、回弹率低、喷射连续性好；3）如何解决现有超高韧性水泥基复合材料拌合物搅拌时间较长（15~20min以上）的问题，实现连续快速施工；4）如何实现一种无需改造喷射机来另喷速凝剂的喷射工艺；5）如何使用喷射工艺进行结构的定量化增强控裂，并实现材料的最大效率利用。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种能用于喷射的超高韧性水泥基复合材料。为此，本发明采用以下技术方案：

能用于喷射的超高韧性水泥基复合材料，其特征在于所述能用于喷射的超高韧性水泥基复合材料的拌合物组成成分包括：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、聚羧酸系减水剂和聚乙烯醇纤维；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，聚乙烯醇纤维掺量为超高韧性水泥基复合材料材料总体积的1.0~2.5％。

进一步地，所述聚乙烯醇纤维可以从以下两种中选择：第一种纤维长度为8mm，直径为0.039mm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa，极限伸长率为6％；第二种纤维长度为12mm，直径为0.026mm，抗拉强度为1560MPa，弹性模量为36.3GPa，极限伸长率为7％。

本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种上述材料的喷射工艺。为此，本发明采用以下技术方案：

所述的喷射工艺包括以下步骤：

1）使用水枪对喷射面的混凝土进行冲刷，除去表面混凝土的基体浮浆，使得混凝土粗骨料露出，保证喷射材料与既有结构的可靠粘结；

2）提供能用于喷射的超高韧性水泥基复合材料新鲜拌合物，所述新鲜拌合物采用以下步骤制备：

第一步，将普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、精细骨料、粉煤灰、硅灰、偏高岭土和可再分散乳胶粉根据权利要求1的所述质量比加入搅拌机搅拌均匀，搅拌时间不超过1分钟；

第二步，将水根据权利要求1的所述质量比加入第一步的搅拌机中，搅拌均匀，搅拌时间不超过1分钟；

第三步，将改性膨润土、羟丙基甲基纤维素和聚羧酸系减水剂根据权利要求1的所述质量比加入第二步的搅拌机中，搅拌均匀，搅拌时间不超过1分钟；

第四步，将聚乙烯醇纤维根据权利要求1的体积比加入第三步的搅拌机中搅拌，搅拌时间不超过1.5分钟，制备得到所述新鲜拌合物；所述拌合物新鲜拌合状态下的坍落度为120~200mm，初凝时间为45-60min；所述拌合物喷射硬化后在直接拉伸荷载下具有稳态开裂和应变硬化特征，稳态开裂阶段最大裂缝宽度为0.05~0.2mm；