一种复合砂浆材料及其应用 |
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| 申请号 | CN202410075793.7 | 申请日 | 2024-01-18 | 公开(公告)号 | CN117886571A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司; | 发明人 | 任国斌; 魏定邦; 郭海贞; 温得成; 唐维斌; 胡立恩; 吴来帝; 赵静卓; 王晖; 邵斐斐; 武旭; 张军林; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种复合 砂浆 材料及其应用，涉及 桥梁 修补技术领域。本发明提供的复合砂浆材料，按 质量 份数计，包括以下制备原料： 水 泥25～40份、 硅 灰0～10份、膨胀剂0.4～1.5份、早强剂0.5～1.5份、 纤维 1.2～8份、减缩剂0.5～1份、胶粉1～6份、 石英 砂50～60份、 减水剂 0.5～1份和消泡剂0.1～0.5份。本发明采用 水泥 、硅灰、膨胀剂和早强剂组成的复合多元胶凝体系，其中胶粉具有高效有机粘结作用，使复合砂浆材料具有优异的粘结强度；纤维为复合砂浆材料提供韧性组分，减水剂能够对水泥进行有效分散，且具有良好的空间位阻效应。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种复合砂浆材料，按质量份数计，包括以下制备原料：水泥25～40份、硅灰0～10份、膨胀剂0.4～1.5份、早强剂0.5～1.5份、纤维1.2～8份、减缩剂0.5～1份、胶粉1～6份、石英砂50～60份、减水剂0.5～1份和消泡剂0.1～0.5份。 |
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| 说明书全文 | 一种复合砂浆材料及其应用技术领域背景技术[0002] 现有技术中小跨进桥梁大多数采用空心板桥梁，而铰缝病害为桥梁最常见病害之一，最终造成单板受力，甚至坍塌，危及桥梁的使用安全。随着经济的发展，重载车辆日益增加和交通环境日益复杂，对现有桥梁的安全结构构成不利影响，传统普通混凝土的组分为水泥、砂子、碎石、水和减水剂，其存在粘结强度较低的缺陷，应用于修补桥梁铰缝病害时，无法满足当今日益繁忙复杂的桥梁交通路况。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种复合砂浆材料及其应用，本发明提供的复合砂浆材料具有优异的粘结强度。 [0004] 为了实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案： [0005] 一种复合砂浆材料，按质量份数计，包括以下制备原料：水泥25～40份、硅灰0～10份、膨胀剂0.4～1.5份、早强剂0.5～1.5份、纤维1.2～8份、减缩剂0.5～1份、胶粉1～6份、石英砂50～60份、减水剂0.5～1份和消泡剂0.1～0.5份。 [0007] 优选地，所述膨胀剂为HEA型膨胀剂；所述膨胀剂的比表面积为≥300～400m2/kg。 [0008] 优选地，所述早强剂为CaSO4类早强剂；所述早强剂的比表面积为≥900～1500m2/kg。 [0010] 优选地，所述减缩剂为氨基醇类减缩剂。 [0011] 优选地，所述胶粉为醋酸‑醋酸乙烯共聚物。 [0012] 优选地，所述石英砂为石英机制砂；所述石英砂的粒径为0.5～3mm。 [0013] 本发明还提供了上述技术方案所述的复合砂浆材料在修补桥梁铰缝中的应用。 [0014] 优选地，所述应用包括：将所述复合砂浆材料和水混合后浇筑于桥梁铰缝；所述复合砂浆材料和水的质量比为100:1.16～1.26。 [0015] 本发明提供了一种复合砂浆材料，按质量份数计，包括以下制备原料：水泥25～40份、硅灰0～10份、膨胀剂0.4～1.5份、早强剂0.5～1.5份、纤维1.2～8份、减缩剂0.5～1份、胶粉1～6份、石英砂50～60份、减水剂0.5～1份和消泡剂0.1～0.5份。本发明采用水泥、硅灰、膨胀剂和早强剂组成的复合多元胶凝体系，其中胶粉具有高效有机粘结作用，使复合砂浆材料具有优异的粘结强度；纤维为复合砂浆材料提供韧性组分，减水剂能够对水泥进行有效分散，且具有良好的空间位阻效应。附图说明 [0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0017] 图1为复合砂浆材料28d粘结强度测试结果柱状图； [0018] 图2为复合砂浆材料抗折强度测试结果折线图。 具体实施方式[0019] 本发明提供了一种复合砂浆材料，按质量份数计，包括以下制备原料：水泥25～45份、硅灰0～10份、膨胀剂0.4～1.5份、早强剂0.5～1.5份、纤维1.2～8份、减缩剂0.5～1份、胶粉1～6份、石英砂50～60份、减水剂0.5～1份和消泡剂0.1～0.5份。 [0020] 在本发明中，若无特殊说明，所有的制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。 [0021] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括水泥25～40份，优选为35～38份。在本发明中，所述水泥优选为硅酸盐水泥。在本发明中，所述硅酸盐水泥强度等级优选为42.5级或52.5级，更优选为42.5级。在本发明中，水泥是复合砂浆材料的主要胶凝材料，能够使复合砂浆材料具有优异的抗压和抗折强度。 [0022] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括硅灰0～10份，优2 选为2.1～5份。在本发明中，所述硅灰的比表面积优选为18000～20000m /kg，更优选为 2 20000m/kg。在本发明中，硅灰是掺和料，硅灰的比表面积比水泥的比表面积要大，粒度要细，硅灰的化学成分优选包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO和NaO；所述SiO2的质量含量优选为 75％～96％。在本发明中，所述硅灰的作用是使复合砂浆材料变黏，以及填充复合砂浆材料中的细小空隙；并且能够与水泥结合，能够充分水化反应，对复合砂浆材料的强度提升有辅助作用。 [0023] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括膨胀剂0.4～1.5份，优选为0.44～1.2份，更优选为0.64份0.84份或1份。在本发明中，所述膨胀剂优选为HEA2 型膨胀剂。在本发明中，所述膨胀剂的比表面积优选为300～400m/kg。在本发明中，膨胀剂具有混凝土膨胀剂的主要作用是补偿混凝土的收缩，以防止混凝土开裂；在土木工程中，膨胀剂主要用于防水和抗裂两个方面，使用较多的场合是配制高等级防水复合砂浆材料，具有延长伸缩缝或后浇带间距的作用。 [0024] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括早强剂0.5～1.5份，优选为0.75～1.45份，更优选为0.95～1.25份，最优选为1.05份。在本发明中，所述早强2 剂优选为CaSO4类早强剂。在本发明中，所述早强剂的比表面积优选为900～1500m /kg，更优 2 选为1000～1200m /kg。在本发明中，早强剂主要能够促进复合砂浆材料水化，改善砂浆的晶体结构，从而改善混凝土的抗裂性能，其次可以提高复合砂浆材料前期的抗压强度。 [0025] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括纤维1.2～8份，优选为1.5～7.9份，更优选为1.71～6.35份，最优选为3.25～4.8份。在本发明中，所述纤维优选岩棉纤维、聚丙烯纤维(pp纤维)、玄武岩纤维和聚甲醛纤维中的一种或多种，更优选为岩棉纤维和聚甲醛纤维，进一步优选为聚丙烯纤维和玄武岩纤维。在本发明中，所述岩棉纤维优选为岩棉废弃料；所述聚甲醛纤维的长度优选为1.2～6mm，更优选为3～6mm。在本发明中，所述岩棉纤维和聚甲醛纤维的质量比优选为1.5～7.5:0.21～0.4，更优选为3～6:0.25～0.35，最优为4.5:0.3；所述聚丙烯纤维和玄武岩纤维的体积比优选为4:2。在本发明中，纤维为复合砂浆材料提供韧性组分。 [0026] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括减缩剂0.01～1份，优选为0.01～0.1份。在本发明中，所述减缩剂优选为氨基醇类减缩剂。所述氨基醇类减缩剂的通式优选为R1‑NH‑R2，其中R1和R2是H或C1～C3的直链或带支链的烷基；所述氨基醇类减缩剂进一步优选为2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇和2‑氨基‑1‑丁醇。在本发明中，减缩剂能够降低复合砂浆中孔隙水的表面张力而减少毛细孔失水时产生的收缩应力，另一方面是增大混凝土中孔隙水的粘度，增强水在混凝土胶体中的吸附作用而减少混凝土的收缩值；减缩剂可以减少混凝土的收缩量，但并不影响混凝土的强度发展。 [0027] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括胶粉1～6份，优选为1.68～5.68份，更优选为2.68～4.68份，最优选为5.68份。在本发明中，所述胶粉优选为醋酸‑醋酸乙烯共聚物。在本发明中，胶粉具有高效有机粘结作用，能够提高复合砂浆材料粘结强度。 [0028] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括石英砂50～60份，优选为55份。在本发明中，所述石英砂优选为石英机制砂；所述石英砂的粒径优选为0.5～3mm，更优选为0.75～1mm。在本发明中，石英砂可以提高混凝土的强度和耐久性，使其更适合在建筑物和基础设施中使用；同时，石英砂还可以提高水泥水化程度、增加水泥密度，进而提高混凝土强度；此外石英砂可以形成晶体中心，使水泥水化时晶体在石英砂周围生长，可以提高水泥的密实度；且石英砂的加入可以填充孔隙，降低水泥石的孔隙率，提高水泥石的完整性，使其更难被破坏。 [0029] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括减水剂0.5～1份，优选为0.5～0.8份。在本发明中，所述减水剂优选为聚羧酸高效减水剂。在本发明中，所述减水剂的减水率优选为30％～45％，更优选为35％；所述减水剂的粒径优选为70～140目。在本发明中，减水剂与水泥的相容性好，能够使复合砂浆材料具有良好的工作性能，并且减少复合砂浆材料的单位用水量，在保持复合砂浆材料工作性能(即坍落度)不变的前提下，显著提高复合砂浆材料的流动性，减少单位用水量可节省水泥，降低成本；同时也具有提高复合砂浆材料的密实性、强度和耐久性的作用。 [0030] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料包括消泡剂0.1～0.5份，优选为0.1～0.3份。在本发明中，所述消泡剂优选为有机硅消泡剂。 [0031] 在本发明中，按质量份数计，所述复合砂浆材料的制备原料还优选包括水10～11份。在本发明中，所述水优选为去离子水。 [0032] 在本发明中，所述复合砂浆材料的制备方法优选为将水泥、硅灰、膨胀剂、早强剂、纤维、减缩剂、胶粉、石英砂、减水剂、消泡剂和水混合，得到所述复合砂浆材料。本发明对所述混合的方式和条件没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式和条件即可。 [0033] 本发明还提供了上述技术方案所述的复合砂浆材料在修补桥梁铰缝中的应用。 [0034] 在本发明中，所述应用优选包括：将所述复合砂浆材料和水混合后浇筑于桥梁铰缝。在本发明中，所述复合砂浆材料和水的质量比优选为100:1.16～1.26，更优选为100:1.21。 [0035] 在本发明中，所述复合砂浆材料和水混合优选采用强制搅拌机进行混合。本发明对所述混合的方式和条件没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式和条件即可。 [0036] 在本发明中，所述浇筑的时间优选为30～90min，更优选为60min。 [0037] 在本发明中，将所述复合砂浆材料和水混合后浇筑于桥梁铰缝后，还优选包括养护。在本发明中，所述养护的温度优选为18～22℃，更优选为22℃；相对湿度优选≥95％；时间优选为3～28d，更优选为7d。 [0038] 为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的复合砂浆材料进行详细的描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。 [0039] 本发明以下实施例以及对比例中所用制备原料来源及参数如下： [0040] 水泥：42.5级硅酸盐水泥； [0041] 硅灰：比表面积为20000m2/kg； [0042] 膨胀剂：HEA型膨胀剂，比表面积为400m2/kg； [0043] 早强剂：CaSO4型早强剂，比表面积为1000m2/kg； [0044] 聚丙纤维：长度为6mm； [0045] 石英砂：石英机制砂，粒径为0.075～1mm。 [0046] 实施例1 [0047] 称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、岩棉纤维1.5份、聚甲醛纤维0.21份、氨基醇类减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物1.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份和、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料。 [0048] 实施例2 [0049] 称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、岩棉纤维3.0份、聚甲醛纤维0.25份、氨基醇类减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物2.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份和、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料。 [0050] 实施例3 [0051] 称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、岩棉纤维4.5份、聚甲醛纤维0.3份、氨基醇类减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物3.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份和、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料。 [0052] 实施例4 [0053] 称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、岩棉纤维6.0份、聚甲醛纤维0.35份、氨基醇类型减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物4.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料。 [0054] 实施例5 [0055] 称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、岩棉纤维7.5份、聚甲醛纤维0.4份、氨基醇类减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物5.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料。 [0056] 对比例1 [0057] 空白样/普通组：称取水泥42份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份、有机硅消泡剂0.1份和水11份混合，得到复合砂浆材料。 [0058] 对比例2 [0059] 普通混凝土C50：称取水泥55份、石英砂77份、碎石(粒径为10～20mm)93.6份、水194.5份、聚羧酸高效减水剂2份混合，得到普通C50混凝土。 [0060] 应用例 [0061] 将实施例1～6所述1000g复合砂浆材料和126g水，采用强制搅拌机混合，搅拌均匀后，得到浇注料，将上述浇注料浇铸于桥梁铰缝处，30min后初凝，然后洒水，在20±2℃、相对湿度≥95％条件下养护7d，即可完成修补桥梁铰缝。 [0062] 测试例1 [0063] 将实施例1～5和对比例1所述1000g复合砂浆材料和126g水，采用强制搅拌机混合，搅拌均匀后，在20±2℃、相对湿度≥95％条件下养护28d，得到浇注料试件，分别记为试件1、试件2、试件3、试件4、试件5和试件6。根据JG/T289‑2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》和JG/T 336‑2011《混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆》中的规定，对试件1～6的流动度、抗压强度和抗折强度进行测试，测试结果如下表所示。 [0064] 表1试件1～6的力学性能测试结果 [0065] [0066] 由表1结果可知，虽然试件6的28d抗压强度相比其他试件都要高，实测强度为75.6Mpa，随着聚合物的掺入和纤维的加入抗压强度随之降低，但抗折强度呈增加趋势，试件4的28d抗折强度要高于其他试件。 [0067] 测试例2 [0068] 将实施例3和对比例1～2所述1000g复合砂浆材料和126g水，采用强制搅拌机混合，搅拌均匀后，在20±2℃、相对湿度≥95％条件下养护28d，得到直径为100mm的浇注料试件，根据GB/T50476‑2019《混凝土结构耐久性设计标准》和GB/T50082‑2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对其耐久性进行测试，测试结果如表2所示： [0069] 表2实施例3、对比例1～2所述复合砂浆材料的耐久性能测试结果 [0070] [0071] [0072] 由表2结果可知，由实施例3所述复合砂浆材料制备的试件电通量为290C，对比例2(普通C50混凝土)的电通量为727C，对比例1的电通量为1598C，本申请制备复合砂浆材料的相比普通C50混凝土材料电通量低437C，相比空白样电通量低1308C，证明本发明所述复合砂浆材料制备的混凝土更为密实，从侧面说明聚合物胶粉的添加有助于提高砂浆材料的耐久性。 [0073] 测试例3 [0074] 根据测试方法为《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG 3420—2020，对实施例3、对比例2所述复合砂浆材料的弹性模量进行测试，测试结果表明，对比例2所述复合砂11 浆材料(普通C50混凝土)的弹性模量约为2.7×10 Pa，而本申请实施例3所述复合砂浆材料 11 的弹性模量约为1.6×10 Pa，两种混凝土的弹性模量差异主要源于其内部结构和组成成分的不同。 [0075] 测试例4 [0076] 按照表3所示组分和比例制备相应的复合砂浆材料 [0077] 表3试件一～试件六所述复合砂浆材料的组分配比 [0078] [0079] [0080] [0081] 根据《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB50550‑2010附录e，采用智能粘接强度检测仪(北京莱拓仪器有限公司，LT‑6000C)，对表3中试件一～试件六的粘结强度进行测试，测试结果如表4和图1所示 [0082] 表4试件一～试件六的粘结强度测试结果 [0083] [0084] 图1为复合砂浆材料28d粘结强度测试结果柱状图，由图1和表4结果可知，不同聚合物掺量下粘结强度跟普通对照组(普通组)的粘结强度相比，掺入聚合物4％的粘结强度要高于其他掺量的对照组(普通组)，聚合物的掺入对粘结强度也有所提升，可以确定出4％的聚合物掺量为最佳的掺量。 [0085] 测试例5 [0086] 本测试例中的pp纤维、玄武岩纤维、聚甲醛纤维和聚合物的掺量为体积分数掺量。 [0087] 按照下列配比制备相应的复合砂浆材料： [0088] 空白组：称取水泥42份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份、有机硅消泡剂0.1份和水11份混合，得到复合砂浆材料； [0089] 0.4％pp纤维：称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、1.5份pp纤维、氨基醇类减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物1.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料； [0090] 0.2％玄武岩纤维：称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、1.5份玄武岩纤维，氨基醇类减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物1.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料； [0091] 0.4％聚甲醛纤维+0.2％玄武岩纤维：称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、0.3份聚甲醛纤维、4.5份玄武岩纤维、氨基醇类减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物1.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料； [0092] 4％聚合物+0.4％聚甲醛纤维+0.2％玄武岩纤维：称取水泥38份、硅灰2.1份、膨胀剂0.84份、早强剂1.05份、3.68份醋酸‑醋酸乙烯共聚物、0.3份聚甲醛纤维、4.5份玄武岩纤维、氨基醇类减缩剂0.01份、醋酸‑醋酸乙烯共聚物1.68份、石英砂55份、聚羧酸高效减水剂0.5份、有机硅消泡剂0.1份和水10份混合，得到复合砂浆材料。 [0093] 根据JG/T 289‑2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》和JG/T 336‑2011《混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆》中的规定，测试上述复合砂浆材料的抗折强度，测试结果如表5和图2所示： [0094] 表5复合砂浆材料的抗折强度测试结果 [0095] [0096] 图2为抗折强度测试结果折线图，由表5和图2结果可知，不同纤维复掺3天标养的加入4％聚合物+0.4％pp纤维+0.2％玄武岩纤维的抗折强度最高；不同纤维复掺7天标养0.2％玄武岩纤维与4％聚合物+0.4％pp纤维+0.2％玄武岩纤维最高；不同纤维复掺28天标养0.4％pp纤维+0.2％玄武岩纤维的抗折强度为15.2MPa，其次28天标养后加聚合物和纤维复掺的抗折强度有所降低，从侧面说明了聚合物的掺入对抗折强度是有影响，本发明所述复合砂浆材料应用于在两块两个空心板之间的铰缝处，铰缝受力复杂，粘结强度、低弹性模量和高韧性在此处就显得尤为重要，因此牺牲3～5MPa抗折强度，来弥补粘结强度使其综合性能要优于普通性混凝土。 [0097] 尽管上述实施例对本发明作出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。 |
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