[发明专利]超高性能水泥基抗冲磨材料

说明书

技术领域

本发明属混凝土技术领域，涉及超高性能水泥基抗冲磨材料。

背景技术

据国内外多项试验研究和实际水利水电工程调查的结果表明，高速含沙水流对水工建筑物的冲击、摩擦及切削等作用，造成水工建筑物表面的磨损破坏是水利水电工程运行中主要病害之一。在高速水流作用下，大粒径的推移质砂石和小粒径的悬移质泥沙对水工建筑物产生冲击、摩擦及切削等破坏作用，导致表层混凝土大面积剥蚀，这不仅需要花费昂贵的修补费用，而且直接影响着工程的正常运行。减轻或防止推移质以及悬移质对水工建筑物的冲磨破坏，可以从两方面着手：一是优化工程布置和工程结构，尽可能使水流顺直；二是在水工建筑物的过流部位采用抗冲耐磨性能优良的材料。本发明涉及的超高性能水泥基抗冲磨材料通过对新建混凝土结构或者受冲磨破坏的旧混凝土结构进行表面涂覆，以材料自身的高抗冲磨性能以及与混凝土基材的良好粘结提高水工结构的抗冲磨性能，同时水泥基材料避免了有机材料耐候耐老化性能差等缺点，具有良好的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高性能水泥基抗冲磨材料，通过对多元胶凝材料的颗粒级配和骨料的颗粒级配进行优化，并通过减水剂等化学外加剂的使用，使材料能够对新建混凝土结构或者受冲磨破坏的旧混凝土结构进行表面涂覆，以材料自身的高抗冲磨性能以及与混凝土基材的良好粘结提高水工结构的抗冲磨性能。

本发明的超高性能水泥基抗冲磨材料，包含胶凝材料、细骨料、外加剂和水，其特征是：所述胶凝材料为水泥和矿物掺合料，所述水泥为强度等级为42.5及以上的P·I、P·II或P·O代号水泥；本发明不排除在特殊情况下，使用其他类型的水泥依照本发明所述的方法进行制备高性能水泥基抗冲磨材料；所述矿物掺合料为硅灰、粉煤灰或矿粉的两种或三种材料组合；细骨料为天然砂、人工砂或多种类型的砂的组合；

其中，水泥用量占超高性能水泥基抗冲磨材料体积的10～50％，所述矿物掺合料占超高性能水泥基抗冲磨材料体积的10～40％；所述细骨料占超高性能水泥基抗冲磨材料体积的20～70％；

按计算所得配比配制的超高性能水泥基抗冲磨材料拌和后，流动性性能如下：

稠度JGJ/T70：20～145mm

材料硬化后性能如下：

抗压强度，标准养护28d：≥150MPa；

圆环法抗冲磨强度DL/T5150：≥1.6h/(g/cm²)

钢球法抗冲磨强度DL/T5150：≥80.0h/(kg/m²)

所述胶凝材料与细骨料各组分的配比分数通过理想堆积曲线和各材料组分的粒径累计分布曲线进行数值分析计算；

1)所述理想堆积曲线公式为：

P_sd＝A+(100-A)·(d/D_max)^π/2e；

其中，Psd为颗粒通过筛孔的百分比，A为经验常数，d为筛孔直径，D_max为颗粒的最大粒径；

经验常数A的取值根据超高性能水泥基抗冲磨材料的流动度要求通过公式确定：

A＝5·C/C₀，

C为稠度设计值，C₀为试锥的高度145mm；

2)各组分的粒径累计分布曲线：

对胶凝材料中所需的组分水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉以及1#细骨料、2#细骨料、…和n#细骨料，经测试的得到各自累计分布曲线f_c(d)、f_sf(d)、f_fa(d)、f_bs(d)、f_s1(d)、f_s2(d)、…和f_sn(d)，n＝1～5；

3)数值分析计算如下：