一種超早強(qiáng)抗震耐火加固材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超早強(qiáng)抗震耐火加固材料。由普通硅酸鹽水泥、高鋁水泥、半水石膏、無(wú)水石膏、偏高嶺土、聚丙烯纖維、碳纖維、硫酸鈉、三乙醇胺、亞硝酸鈉、碳酸鋰、葡萄糖酸鈉、硼砂、聚羧酸減水劑、纖維素醚、磷酸鈣、聚醚類消泡劑、石英砂、骨料組成，使用本發(fā)明能非常高效地對(duì)建筑物或構(gòu)筑物進(jìn)行抗震加固，從而大幅度改善建筑物或構(gòu)筑物抗震性、耐火性、抗碳化性、抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕性，延長(zhǎng)建筑物或構(gòu)筑物使用壽命。本發(fā)明適用于鋼筋混土結(jié)構(gòu)物或構(gòu)筑物。
【專利說(shuō)明】一種超早強(qiáng)抗震耐火加固材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超早強(qiáng)抗震耐火加固材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在地震發(fā)生時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不僅因地震荷載的作用而發(fā)生材料破壞，伴隨而來(lái)的還有火災(zāi)，混凝土還將經(jīng)受高溫的考驗(yàn)。鋼筋混凝土建筑物(構(gòu)筑物)關(guān)鍵區(qū)域，如梁、柱端或節(jié)點(diǎn)發(fā)生破壞后，需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。傳統(tǒng)的混凝土類加固材料一般為普通的灌漿料，加固后的關(guān)鍵區(qū)域仍為脆性、非耐火的混凝土。加固區(qū)域整體性能與材料強(qiáng)度難以與原結(jié)構(gòu)的相提并論。再次發(fā)生災(zāi)害時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)將更加危險(xiǎn)。
[0003]另外，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快和地震災(zāi)難的頻發(fā)，結(jié)構(gòu)抗震加固顯得越發(fā)重要，而這過(guò)程都需要快速、穩(wěn)定的加固材料，來(lái)滿足結(jié)構(gòu)加固與搶修的需求，保證結(jié)構(gòu)安全可靠，進(jìn)而保證人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超早強(qiáng)、耐火、抗震加固材料，并具有一定經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。其具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、耐高溫、流動(dòng)性大和微膨脹等特點(diǎn)，且施工方便、性能穩(wěn)定、適用性強(qiáng)，可與傳統(tǒng)混凝土協(xié)調(diào)工作。
[0005]本發(fā)明一種超早強(qiáng)抗震耐火加固材料，由膠凝材料、外加劑和石英砂組成,所述膠凝材料由普通硅酸鹽水泥、高鋁水泥、半水石膏、無(wú)水石膏和偏高嶺土組成，外加劑由聚丙烯纖維、碳纖維、硫酸鈉、三乙醇胺、亞硝酸鈉、碳酸鋰、葡萄糖酸鈉、硼砂、聚羧酸減水劑、聚醚類消泡劑、纖維素醚、磷酸鈣組成；各組分的重量配比分別為: [0006](I)高鋁水泥:普通硅酸鹽水泥=0.1-10
[0007](2)半水石膏、無(wú)水石膏和偏高嶺土占水泥總重量的百分比分別為:
[0008]半水石膏 1-8
[0009]無(wú)水石膏0.5-3
[0010]偏高嶺土2-30
[0011](3)外加劑占膠凝材料的總重量百分比分別為:
[0012]
碳酸鋰0.05-0.2
硫酸鈉(λ 4-2
三乙醇胺0.02-0.1
亞硝酸鈉0.05-3
[0013]葡萄糖酸鈉0.01-0.15
硼砂0.1-0.7
聚羧酸減水劑0.2-0.6
纖維素醚0.02-0.1
聚醚類消泡劑0.05-0.20 磷酸鈣1-5
石英砂100-180
[0014](4)聚丙烯纖維和碳纖維的體積摻量占混合原料總體積的百分比為:
[0015]聚丙烯纖維 0.05-0.2
[0016]碳纖維0.1-0.5。
[0017]本發(fā)明所述各組分的重量?jī)?yōu)選為:
[0018](I)水泥的比例范圍為:高招水泥:普通娃酸鹽水泥=0.25-6
[0019](2)半水石膏、無(wú)水石膏和偏高嶺土占水泥總重量的百分比分別為:
[0020]半水石膏 3-7
[0021]無(wú)水石膏 1.5-3
[0022]偏高嶺土2-15
[0023](3)外加劑占膠凝材料的總重量的百分比為:
[0024]
碳酸鋰0.05-0.15
硫酸鈉0.5-1.5
三乙醇胺0.03-0.B
亞硝酸鈉0.08-2.5
葡萄糖酸鈉0.01-0.15
硼砂0.2-0.6
聚羧酸減水劑0.3-0.55
纖維素醚0.02-0.1
聚醚類消泡劑0.05-0.10
磷酸鈣2-5
石英砂100-120
[0025](4)聚丙烯纖維和碳纖維的體積摻量占上述混合原料總體積的百分比為:
[0026]聚丙烯纖維 0.05-0.2
[0027]碳纖維0.1-0.5。
[0028]本發(fā)明還添加有骨料，所述骨料占石英砂的重量百分比為:163_233。
[0029]所述骨料為石灰?guī)r或耐火骨料。所述骨料粒徑4.75-9.5mm占30%，粒徑為
9.5_20mm 占 70%。
[0030]本發(fā)明中所述石英砂采用級(jí)配砂，20-40目占石英砂總重量的46%，40-70目占石英砂總重量的27%，70-140目占石英砂總重量的27%。
[0031]本發(fā)明在使用時(shí)，在所述混合原材料中加入所述膠凝材料總重量30%_40%的水，攪拌均勻。
[0032]本發(fā)明作為灌漿料體系使用時(shí)，不需添加骨料，在混合的原材料中加入所述膠凝材料總重量13%-15%的水，攪拌均勻。
[0033]本發(fā)明中，普通硅酸鹽水泥作為無(wú)機(jī)膠凝材料，遇水發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生水化產(chǎn)物，硬化后產(chǎn)生強(qiáng)度，硬化后能與構(gòu)筑物粘結(jié)起來(lái)，形成整體，同時(shí)，其大量摻入用于保證后期的強(qiáng)度不倒縮及良好的耐久性。
[0034]高鋁水泥也是無(wú)機(jī)膠凝材料，與普通硅酸鹽水泥在某一比例范圍內(nèi)可提高早期強(qiáng)度、增強(qiáng)耐火能力，同時(shí)與普通硅酸鹽水泥反應(yīng)，水化生成產(chǎn)物更加密實(shí)。
[0035]半水石膏和無(wú)水石膏屬于膨脹劑組分，半水石膏能提高早強(qiáng)加固材料的早期強(qiáng)度，具有微膨脹功能，彌補(bǔ)材料在硬化過(guò)程中的收縮；無(wú)水石膏用于控制水泥基體的凝結(jié)時(shí)間、保證足夠的操作時(shí)間、提高施工和易性，調(diào)節(jié)水泥石中形成鈣礬石的數(shù)量適中，即起到了填充孔隙的作用又不會(huì)有脹裂的危險(xiǎn)，同時(shí)提供后期的膨脹性，減小開裂概率，二者復(fù)合可保證材料合理的膨脹性前提下，提供足夠的so42_離子，與水泥水化生成更加密實(shí)的水化產(chǎn)物鈣礬石。
[0036]超細(xì)偏高嶺土用于替代傳統(tǒng)的硅灰材料，超細(xì)偏高嶺土是一種比表面積大的微塵顆粒，具有較強(qiáng)的吸附力，其顆粒可填充到膠凝材料物質(zhì)間極小的空隙中，使?jié){體更加稠密，大大提高超早強(qiáng)灌漿料的密實(shí)度；另一方面，偏高嶺土與膠凝材料水化時(shí)的析出產(chǎn)物Ca(OH) 2發(fā)生反應(yīng)，生成比較穩(wěn)定的C-S-H凝膠狀水化產(chǎn)物。C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)密實(shí)緊湊，使超早強(qiáng)灌漿料的孔隙率降低，Ca(OH)2的含量減少，小孔取代大孔，超早強(qiáng)材料的密實(shí)度提高。超細(xì)偏高嶺土具有優(yōu)良的保水 性能，對(duì)加固材料流動(dòng)度有一定提高，施工和易性好。
[0037]聚丙烯纖維是一種強(qiáng)度高、直徑小、易分散的灌漿料增強(qiáng)纖維，其加入可以防止灌漿材料在高溫作用時(shí)爆裂，在常溫環(huán)境下提高灌漿料的韌性，同時(shí)減少塑性階段的裂縫。
[0038]碳纖維在300(TC溫度下仍能保持較高的剩余強(qiáng)度，在地震及火災(zāi)發(fā)生后，灌漿材料水泥基體強(qiáng)度降低，由其提供更高的后期殘余承載力。
[0039]碳酸鋰、硫酸鈉、三乙醇胺和亞硝酸鈉為四元復(fù)合早強(qiáng)劑，可以提高混凝土小時(shí)強(qiáng)度，并且其四元復(fù)配對(duì)后期強(qiáng)度無(wú)影響。碳酸鋰主要作用在于加速高鋁水泥水化速度；硫酸鈉、三乙醇胺和亞硝酸鈉促進(jìn)普通硅酸鹽混凝上早期強(qiáng)度發(fā)展的前提下，與高鋁水泥、普通硅酸鹽水泥反應(yīng)，生成更加致密的水化產(chǎn)物，從而大幅地提高其早期及后期抗折指標(biāo)。加入碳酸鋰、三乙醇胺、硫酸鈉和硝酸鈉后，普通硅酸鹽的水化速度加快，加速生成Ca(0H)2，四種早強(qiáng)劑的作用使得Ca(OH)2濃度迅速增加，并很快達(dá)到飽和而迅速結(jié)晶，同時(shí)Ca(OH)2與鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物CAHltl和C2AH8及AH3反應(yīng)變成更加致密的物質(zhì)C3H6,并且Ca (OH) 2加速磷酸鈣、偏高嶺土反應(yīng)，生成更加致密的水化產(chǎn)物。同時(shí)普通硅酸鹽水泥、高鋁水泥水化生成物招酸三鈣與石骨反應(yīng)，硫酸根尚子濃度下降，石骨的緩凝作用減弱。石骨與Ca(OH)2同時(shí)被消耗，又進(jìn)一步促進(jìn)了兩種水泥的水化反應(yīng)，水化速度得以加速。
[0040]葡萄糖酸鈉和硼砂是二元復(fù)合緩凝劑，能延緩抗震加固材料的凝結(jié)時(shí)間，且對(duì)后期強(qiáng)度有所提高的外加劑，其作用機(jī)理在于延長(zhǎng)水泥的水化硬化時(shí)間，使新拌抗震加固材料能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持塑性，保證施工時(shí)間的前提下，延長(zhǎng)水泥水化的誘導(dǎo)期，使水泥水化更加充分。另外硼砂同時(shí)具有一定的保水性能。
[0041]聚羧酸減水劑在抗震耐火加固材料和易性及水泥用量不變的條件下，減少拌合用水量、提高抗震加固材料的強(qiáng)度，或可以在和易性及強(qiáng)度不變條件下，節(jié)約水泥用量。
[0042]纖維素醚作為保水增稠組份，作用在于能在水泥漿體中溶脹，產(chǎn)生橋連作用，避免顆粒沉降，同時(shí)吸收一定游離水，供后期水泥水化需要，提高后期強(qiáng)度。
[0043]聚醚類消泡劑用于消除施工中引入的氣泡，提高水泥基體的密實(shí)度，同時(shí)，其價(jià)格、摻量均較低，用于替代粉末類的消泡劑，以節(jié)約成本。
[0044]磷酸鈣與高鋁水泥水化產(chǎn)物形成了一種減少孔隙率的鋁酸鹽一磷酸鹽復(fù)合凝膠體系鹽，其密實(shí)度進(jìn)一步增強(qiáng)，提高抗折強(qiáng)度。其加入的目的在于替代目前增強(qiáng)混凝土抗折強(qiáng)度的有機(jī)類乳膠粉系列，實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)機(jī)物添加的方式大幅提高加固材料的抗折指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)其在火災(zāi)后，仍具有良好的抗震性能高，克服了乳膠粉火災(zāi)中失去增韌作用的缺陷。
[0045]石英砂和石灰?guī)r是非金屬礦物質(zhì)，是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2,為抗震加固材料提供骨架作用。
[0046]耐火粗骨料是用各種耐火原料經(jīng)煅燒、破碎加工或人工合成而制成的，粒度大于0.088mm的粒狀材料，是起骨架作用的耐火顆粒料。
[0047]通過(guò)磷酸鈣、超細(xì)偏高嶺土、聚羧酸減水劑、無(wú)水石膏、半水石膏、消泡劑、等物質(zhì)的加入保證了超早強(qiáng)抗震耐火加固材料水化速度快的前提下，與水泥發(fā)生復(fù)雜的水化反應(yīng)，水泥基體在水化初期的密實(shí)度得以保障，且在水化后期更加密實(shí)，從而保證了早期強(qiáng)度高、后期性能更好。
[0048]本發(fā)明可根據(jù)需要(經(jīng)濟(jì)性需要或功能性需要)添加骨料(石灰?guī)r或耐火骨料)，按照用途選擇適宜的加水量，具體的加水量根據(jù)使拌合漿體達(dá)到所需流動(dòng)性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。
[0049]本發(fā)明的 有益效果:
[0050]1.本發(fā)明作為建筑物或構(gòu)筑物的抗震耐火加固灌漿材料，可有效增加災(zāi)后(地震、火災(zāi))結(jié)構(gòu)的耐火性、抗震性及耐久性，且經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益明顯。
[0051]2.本發(fā)明材料用于置換鋼筋混凝土柱等關(guān)鍵塑性區(qū)域普通混凝土，性能優(yōu)越，可與原結(jié)構(gòu)材料緊密粘接，免去界面處理與界面劑等工藝，施工方便、快捷，質(zhì)量可靠。
[0052]3.本發(fā)明材料早期強(qiáng)度高，倒模速度快，節(jié)約了模板，加快了工程進(jìn)度，施工時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證施工時(shí)間在I小時(shí)左右，克服了傳統(tǒng)超早強(qiáng)材料施工時(shí)間不足的問(wèn)題。
[0053]4.本發(fā)明材料具有優(yōu)異的流動(dòng)性和保水性，性能穩(wěn)定，和易性好，可減少因施工人員、攪拌設(shè)備等因素造成了施工質(zhì)量問(wèn)題。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0055]實(shí)施例1:超早強(qiáng)灌漿加固系列，抗震耐火加固材料按高鋁水泥25g，普通硅酸鹽水泥100g,半水石膏7.02g,無(wú)水石膏3.51g,偏高嶺土 3.51g,碳酸鋰0.12g,硫酸鈉1.4g,三乙醇胺0.lg，亞硝酸鈉0.23g，葡萄糖酸鈉0.23g，硼砂0.47g，聚羧酸減水劑0.59g,纖維素醚0.12g，聚醚類消泡劑0.14g，磷酸鈣1.85g，石英砂140g，聚丙烯纖維(體積摻量)為0.1%,碳纖維(體積摻量)0.2%配置而成，當(dāng)加入41g水進(jìn)行攪拌后，產(chǎn)品初始流動(dòng)度大于340mm, 0.5h流動(dòng)度大于300mm, I天抗壓強(qiáng)度達(dá)40MPa, I天抗折大于13MPa, 28d抗壓強(qiáng)度大于lOOMPa，抗折強(qiáng)度大于20MPa，后期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)。[0056]實(shí)施例2:超早強(qiáng)耐火、抗震加固系列，抗震耐火加固材料按高鋁水泥100g，普通娃酸鹽水泥20g,半水石膏6g,無(wú)水石膏1.8g,偏高嶺土 6g,碳酸鋰0.12g,硫酸鈉1.2g,三乙醇胺0.06g,亞硝酸鈉0.6g，葡萄糖酸鈉0.12g，硼砂0.36g，聚羧酸減水劑0.48g,纖維素醚0.06g，聚醚類消泡劑0.20g，磷酸鈣5g，石英砂132g，聚丙烯纖維(體積摻量)為0.1%，碳纖維(體積摻量)0.4%,耐火骨料308g配置而成，當(dāng)加入36g水進(jìn)行攪拌后,產(chǎn)品流動(dòng)度滿足施工和易性要求，2h抗壓強(qiáng)度達(dá)30MPa，Id抗折大于lOMPa，28d抗壓強(qiáng)度大于80MPa，抗混則強(qiáng)度大于lOMPa，1000°C高溫燃燒30分鐘后，殘余70%以上強(qiáng)度。
[0057]實(shí)施例3:經(jīng)濟(jì)耐用型早強(qiáng)耐火、抗震加固系列，高鋁水泥15g，普通硅酸鹽水泥100g,半水石膏5g,無(wú)水石膏1.5g,偏高嶺土 3g,碳酸鋰0.12g,硫酸鈉1.2g,三乙醇胺0.06g,亞硝酸鈉0.6g，葡萄糖酸鈉0.06g,硼砂0.18g，聚羧酸減水劑0.48g,纖維素醚
0.06g，聚醚類消泡劑0.19g，磷酸鈣0.1g,石英砂132g，聚丙烯纖維(體積摻量)為0.08%,碳纖維(體積摻量)0.1%，耐火骨料77g，石灰?guī)r碎石23Ig配置而成，當(dāng)加入36g水進(jìn)行攪拌后，產(chǎn)品流動(dòng)度滿足施工和易性要求，Id抗壓強(qiáng)度大于30MPa，Id抗折大于8MPa，28d抗壓強(qiáng)度大lOOMpa，抗折強(qiáng)度大于12 MPa，與普通早強(qiáng)型灌漿料價(jià)格比略高100元/m3，性價(jià)比高。
【權(quán)利要求】
1.一種超早強(qiáng)抗震耐火加固材料，其特征在于:由膠凝材料、外加劑和石英砂組成，所述膠凝材料由普通硅酸鹽水泥、高鋁水泥、半水石膏、無(wú)水石膏和偏高嶺土組成，外加劑由聚丙烯纖維、碳纖維、硫酸鈉、三乙醇胺、亞硝酸鈉、碳酸鋰、葡萄糖酸鈉、硼砂、聚羧酸減水劑、聚醚類消泡劑、纖維素醚、磷酸鈣組成；各組分的重量配比分別為: (1)高招水泥:普通娃酸鹽水泥=0.1-10 (2)半水石膏、無(wú)水石膏和偏高嶺土占水泥總重量的百分比分別為: 半水石膏 1-8 無(wú)水石膏 0.5-3 偏高嶺土 2-30 (3)外加劑占膠凝材料的總重量百分比分別為:碳酸鋰0.05-0.2硫酸鈉0.4~2三乙醇胺0.02-0.1 亞硝酸鈉0.05-3葡萄糖酸鈉0.01-0.15硼砂0.1-0.7聚羧酸減水劑0.2-0.6纖維素醚0.02-0.1聚醚類消泡劑0.05-0.20磷酸鈣1-5石英砂100-180 (4)聚丙烯纖維和碳纖維的體積摻量占上述混合原料總體積的百分比為: 聚丙烯纖維 0.05-0.2 碳纖維0.1-0.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超早強(qiáng)抗震耐火加固材料，其特征在于:所述各組分的重量配比為: (1)水泥的比例范圍為:高招水泥:普通娃酸鹽水泥=0.25-6 (2)半水石膏、無(wú)水石膏和偏高嶺土占水泥總重量的百分比分別為: 半水石膏 3-7 無(wú)水石膏 1.5-3 偏高嶺土 2-15 (3)外加劑占膠凝材料的總重量的百分比為:碳酸鋰0.05-0.15硫酸鈉(λ 5-1.5三乙醇胺0.03-0.8亞硝酸鈉0.08-2.5葡萄糖酸鈉0.01-0.15硼砂0.2-0.6聚羧酸減水劑0.3-0.55纖維素醚0.02-0.1聚醚類消泡劑0.05-0.10磷酸鈣2-5
卜處.砂100_120 (4)聚丙烯纖維和碳纖維的體積摻量占上述混合原料總體積的百分比為: 聚丙烯纖維 0.05-0.2 碳纖維0. 1-0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超早強(qiáng)抗震耐火加固材料，其特征在于:還添加有骨料，所述骨料占石英砂的總重量百分比為:163-233。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超早強(qiáng)抗震耐火加固材料，其特征在于:所述骨料為石灰?guī)r或耐火骨料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超早強(qiáng)抗震耐火加固材料，其特征在于:所述骨料粒徑4.75-9.5mm 占 30%，粒徑為 9.5_20mm 占 70%。
6.如權(quán)利要求3所述的超早強(qiáng)抗震耐火加固材料的使用方法，其特征在 于:在所述混合原材料中加入所述膠凝材料總重量30%-40%的水，攪拌均勻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超早強(qiáng)抗震耐火加固材料，其特征在于:所述石英砂采用級(jí)配砂,20-40目占石英砂總重量的46%，40-70目占石英砂總重量的27%，70-140目占石英砂總重量的27%。
8.如權(quán)利要求1或2所述的超早強(qiáng)抗震耐火加固材料的使用方法，其特征在于:作為灌漿料體系使用，在混合的原材料中加入所述膠凝材料總重量13%_15%的水，攪拌均勻。
【文檔編號(hào)】C04B111/28GK103539414SQ201310522814
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】趙同峰, 張曉平 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)建筑大學(xué)