[发明专利]用于混凝土结构的修复、补强材料及其制造方法

说明书

本发明提供一种用于混凝土结构的修复、补强材料及其制造方法，用于混凝土结构的修复、补强材料由高早强水泥以及多根短纤碳纤维所组成。多根短纤碳纤维的长度范围介于3mm至30mm。多根短纤碳纤维与高早强水泥的重量比范围介于0.5％至3％。多根短纤碳纤维先以气动力与过筛制程进行分散，再以预拌合的干拌方式均匀地拌入高早强水泥中。

技术领域

本发明涉及一种用于混凝土结构的修复、补强材料及其制造方法，尤其涉及大幅提升抗压强度、抗弯强度及抗冲击能力的修复、补强材料及其制造方法。

背景技术

由于一般的道路桥梁在使用过一段时间之后，多少会发生凹陷、坑洞等现象，而需要紧急修补。一般军事建筑，例如，机场跑道、港口河堤等，也会在使用过后或经不当的破坏而发生坑洞而需要紧急修补。连普通建筑物体的楼板，也会因为使用年代久远而发生龟裂的现象。此种因为混凝土形成的龟裂进而发生钢筋暴露或凹陷坑洞的情况所造成的使用不便，均必须紧急修补以避免意外事故发生。

关于混凝土结构的快速修补，必须使用能够快速硬化的材料。一般会使用能够加速水化反应的水泥及细粒料等之类的强化材，来藉此提高施工速度与简易度。然而，这一类的方式所制备的修补材的强度虽然足够，但是其抗弯强度与抗冲击强度仍是不足，因此如何研发出一种能够快速硬化、且成形后具有足够抗弯强度与抗冲击强度的修补材，将是一个亟待突破与解决的问题。

在混凝土中加入纤维的研究已有不少，但大多是在混凝土预拌过程材加入钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等强化纤维。但这些研究难保证强化纤维均匀分散于混凝土中。甚至有现有技术采用化学分散剂^[6]。因此，有现有技术显示添加纤维的混泥土，其抗压强度会下降。通盘考量，加入钢纤维会有加速混凝土结构内钢筋腐蚀的疑虑，碳纤维的杨氏模数(Young’s modulus)远高过玻璃纤维的杨氏模数，因此，添加入混凝土作为强化的纤维以碳纤维为佳。另有现有技术将碳纤维以不同的混合方法，拌入水泥基材^[7]。混合方法分为：预混合、后混合。预混合方法是在加入水泥前先加入碳纤维，后混合方法是在拌入水泥后再加入碳纤维。结果证实预混合方法的效果优于后混合方法的效果。

然而，在混凝土或水泥中添加碳纤维的现有技术尚未揭示以预混合法添加制水泥中的碳纤维的参数，以提升水化(hydration)反应后的水泥的抗压强度、抗弯强度，甚至提升抗冲击能力。现有技术也未揭示适合用于混凝土结构的小面积修补与大面积修补的修复、补强材料及其制造方法。

此外，碳纤维原材的表面上会有偶合剂等杂质，不利碳纤维的分散。现有技术多是利用酸、碱等化学方法去除碳纤维表面上的偶合剂等杂质。但是，以酸、碱等化学方法去除碳纤维表面上的偶合剂等杂质，会有破坏碳纤维表面，降低碳纤维的强度的疑虑。

关于本发明的相关技术背景，请参考以下所列的技术文献：

[1]V.T.Giner et al.,Materials and Design 34,2012,pp.332-339；

[2]Zemei Wu et al.,Cement and Concrete Composites 79,2017,pp.148-157；

[3]Negin Yousefieh et al.,Construction and Building Materials 148,2017,pp.833-845；

[4]Doo-Yeol Yoo et al.,Construction and Building Materials 150,2017,pp.383-394；

[5]洪崇展、吴奕翰、温国威，“超高性能纤维混凝土梁构件的剪力行为”，台湾混凝土学会2017年混凝土工程研讨会，TCI 2017 Conference on Concrete Engineering，嘉义，106年11月23～24日。