[发明专利]一种超早强高延性水泥基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种超早强高延性水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

桥梁、机场、地铁和高速公路等重要交通部位的混凝土结构和钢-混凝土组合结构随着服役年限的增加，服役环境日益恶劣，导致结构破坏逐年增加，工程上急需快速修复材料对结构进行修复。现有快速修复材料主要有快硬混凝土、快硬砂浆和高分子材料等。

传统快硬混凝土和快硬砂浆材料本身存在脆性大、粘结强度低、施工难度大、耐久性差和后期强度低等缺点；高分子材料本身存在强度低，变形和结构不一致、耐久性差、易老化等缺点。这两类材料用于重要交通工程修复效果衰减快、寿命低，2-3年就要重新修复，修复过程污染严重，经济效益和社会效益差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种超早强高延性水泥基复合材料及其制备方法，该复合材料适用于机场、地铁、高铁、桥梁等交通领域重要结构的快速修复，其具有早期强度发展快、钢筋粘结强度好、施工2个小时后可开放交通、后期强度高、延性高、耐久性好和施工性能好等特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种超早强高延性水泥基复合材料，其包括如下组分及其重量百分比：

为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施还包括：

优选地，所述硫铝酸盐水泥应有较高的早期强度，而且有不断增长的后期强度，同时具有满足使用要求的凝结时间大于15min。

优选地，所述硅酸盐水泥中铝酸三钙(C3A)含量不大于10％。因为C3A 具有水化热大，后期强度不发展的特点，C3A的含量大的水泥易出现工作性能损失过快的情况。

优选地，所述硅灰为球形颗粒，比表面积为20000～28000m²/g，其和硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥形成良好的级配，并参与水化反应，提高后期强度。

优选地，所述石英砂二氧化硅含量大于95％，粒径为0.015mm～2.6mm，其能够保证材料的强度和工作性能。

优选地，所述钢纤维为镀铜钢纤维，抗拉强度大于1500MPa，直径为 0.12mm～0.25mm，长度为10～19mm。

优选地，所述外加剂包括减水剂、消泡剂、缓凝剂、早强剂，其重量百分比为：减水剂0.1％-0.3％，消泡剂0.03％-0.06％，缓凝剂0.1％-0.5％，早强剂 0.02％-0.06％。

优选地，所述减水剂主要包括木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高减水剂、聚羧酸系高效减水剂，所述减水剂可包含溶液形式和固体形式；所述消泡剂主要包括聚醚类、高碳醇类、有机硅类、聚醚改性硅类消泡剂，所述消泡剂可包含溶液形式、固体形式或优选树脂形式、油状形式或乳液形式；所述缓凝剂主要包括多羟基化合物、羟基羧酸盐及其衍生物、糖钙、葡萄糖酸盐、柠檬酸、酒石酸及其盐、锌盐、磷酸盐、木质磺酸盐；所述早强剂主要包括强电解质无机盐类、水溶性有机物类、有机类和无机物复合性早强剂。

优选地，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，所述缓凝剂为有机酸盐类混凝剂。

另一方面，本发明还提供一种上述的超早强高延性水泥基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)准备预定重量的原料：硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、硅灰、石英砂、钢纤维和外加剂；

(2)先将步骤(1)的原料加入到转速30～60r/min的强制搅拌机中搅拌均匀，再加入对应的水进行搅拌，搅拌时间5～10min，即可获得超早强高延性水泥基复合材料。

优选地，步骤(2)制得的超早强高延性水泥基复合材料具有以下性能：初始扩展度大于700mm，2h抗压强度大于30MPa，28d抗压强度大于100MPa，抗弯拉强度大于15MPa，极限拉应变大于0.15％。

本发明所述的超早强高延性水泥基复合材料具有良好的流动度，超早强性能、高延性、高后期性能、高耐久性。其与普通混凝土修补剂的具体技术指标见下表1。

表1本发明所制备的超早强高延性水泥基复合材料的技术指标