能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料及其噴射工藝制造技術

本發明專利技術公開了能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料及其噴射工藝，屬于超高韌性水泥基復合材料噴射技術領域。主要技術方案是基于流變學和微觀力學原理設計出能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料，通過關鍵參數的確定和調控實現所述材料的噴射工藝，并實現待噴射加固的混凝土結構的定量化增強和控裂。本發明專利技術解決了超高韌性水泥基復合材料噴射和定量化增強控裂問題，所公開的技術方案具有使用簡單、施工快速連續、適用性強、實現材料的最大效率利用等特點，可廣泛用于水利工程、港海工程、交通工程、橋隧工程、地下工程的建設以及既有結構的修復加固。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料及其噴射工藝，屬于超高韌性水泥基復合材料噴射
。主要技術方案是基于流變學和微觀力學原理設計出能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料，通過關鍵參數的確定和調控實現所述材料的噴射工藝，并實現待噴射加固的混凝土結構的定量化增強和控裂。本專利技術解決了超高韌性水泥基復合材料噴射和定量化增強控裂問題，所公開的技術方案具有使用簡單、施工快速連續、適用性強、實現材料的最大效率利用等特點，可廣泛用于水利工程、港海工程、交通工程、橋隧工程、地下工程的建設以及既有結構的修復加固。【專利說明】能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料及其噴射工藝
本專利技術專利屬于超高韌性水泥基復合材料噴射
。
技術介紹
超高韌性水泥基復合材料（UHTCC)是一種使用短纖維增強，且纖維摻量不超過復 合材料總體積的2. 5%，硬化后具有顯著應變硬化特征，在拉伸荷載下呈現穩態多縫開裂特 征，極限拉應變穩定達到3%以上的水泥基材料。該類材料具有的應變硬化特征以及裂縫無 害化分散能力，從根本上改變了普通混凝土材料的脆性易裂的特征，實現了普通纖維混凝 土所不具備的應變硬化特征和超高變形控裂能力，可廣泛用于水利工程、港海工程、交通工 程、橋隧工程、地下工程的建設以及既有結構的修復加固。 隨著工程建設的發展，噴射混凝土技術正日益受到關注，其具備的免振搗、適用性 強等特點為實現特殊條件下的結構快速加固修復提供了可能。如何實現一種簡單、快速的 超高韌性水泥基復合材料的噴射工藝并在此基礎上進行的結構定量化增強和控裂，已經成 為亟待解決的問題。現有技術未能解決的技術問題可以分為以下幾個方面：1)如何制備滿 足噴射工藝要求的超高韌性水泥基復合材料，使之具有拌合物狀態下良好的流變學性能， 并且噴射硬化后的保持原有的微觀力學性能；2)如何獲得和調控噴射工藝的關鍵參數，使 得噴射過程中纖維分散好、回彈率低、噴射連續性好；3)如何解決現有超高韌性水泥基復合 材料拌合物攪拌時間較長（15~20min以上）的問題，實現連續快速施工；4)如何實現一種 無需改造噴射機來另噴速凝劑的噴射工藝；5 )如何使用噴射工藝進行結構的定量化增強控 裂，并實現材料的最大效率利用。
技術實現思路
本專利技術首先所要解決的技術問題是提供一種能用于噴射的超高韌性水泥基復合 材料。為此，本專利技術采用以下技術方案： 能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料，其特征在于所述能用于噴射的超高韌性水 泥基復合材料的拌合物組成成分包括：普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、水、精細骨料、粉煤 灰、硅灰、偏高嶺土、可再分散乳膠粉、改性膨潤土、羥丙基甲基纖維素、聚羧酸系減水劑和 聚乙烯醇纖維；拌合物的組分質量比為普通硅酸鹽水泥：鋁酸鹽水泥：水：精細骨料：粉煤 灰：硅灰：偏高嶺土 ：可再分散乳膠粉：改性膨潤土：羥丙基甲基纖維素：聚羧酸系減水劑 =(10%?15%):(0·1%?1%):(15%?20%):(10%?15%):(20%?55%) : (0·5%?1· 5%):(1%?2. 5%): (1. 5%?2. 5%): ((λ 02%?0· 15%): (0· 01%?05%): ((λ 05%?0· 2%)，所述精細骨料的最大粒徑不 大于0· 5mm ;所述聚乙烯醇纖維長度為8~12mm，聚乙烯醇纖維摻量為超高韌性水泥基復合 材料材料總體積的1. (Γ2. 5%。 進一步地，所述聚乙烯醇纖維可以從以下兩種中選擇：第一種纖維長度為8mm，直 徑為0. 039mm，抗拉強度為1620MPa，彈性模量為42. 8GPa，極限伸長率為6 %;第二種纖維長 度為12_，直徑為0. 026_，抗拉強度為1560MPa，彈性模量為36. 3GPa，極限伸長率為7 %。 本專利技術另一個所要解決的技術問題是提供一種上述材料的噴射工藝。為此，本發 明采用以下技術方案： 所述的噴射工藝包括以下步驟： 1) 使用水槍對噴射面的混凝土進行沖刷，除去表面混凝土的基體浮漿，使得混凝土粗 骨料露出，保證噴射材料與既有結構的可靠粘結； 2) 提供能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料新鮮拌合物，所述新鮮拌合物采用以下 步驟制備： 第一步，將普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、精細骨料、粉煤灰、硅灰、偏高嶺土和可再分 散乳膠粉根據權利要求1的所述質量比加入攪拌機攪拌均勻，攪拌時間不超過1分鐘； 第二步，將水根據權利要求1的所述質量比加入第一步的攪拌機中，攪拌均勻，攪拌時 間不超過1分鐘； 第三步，將改性膨潤土、羥丙基甲基纖維素和聚羧酸系減水劑根據權利要求1的所述 質量比加入第二步的攪拌機中，攪拌均勻，攪拌時間不超過1分鐘； 第四步，將聚乙烯醇纖維根據權利要求1的體積比加入第三步的攪拌機中攪拌，攪拌 時間不超過1. 5分鐘，制備得到所述新鮮拌合物；所述拌合物新鮮拌合狀態下的坍落度為 12(T200mm，初凝時間為45-60min ;所述拌合物噴射硬化后在直接拉伸荷載下具有穩態開 裂和應變硬化特征，穩態開裂階段最大裂縫寬度為0. 05~0. 2mm ; 3) 將上述超高韌性水泥基復合材料新鮮拌合物加入噴射機并進行噴射，所述噴射工藝 為濕法噴射；噴射過程中，為了在保證纖維和材料的均勻分布、避免纖維在噴嘴處阻塞進而 影響連續噴射、控制頂噴和側噴的回彈率的基礎上同時兼顧施工速度，其關鍵技術指標及 其參數如下：噴嘴處的拌合物與空氣的混合體積比為1/1〇〇~1/1〇〇〇,所述噴射機在噴嘴處 施加的空氣壓力為〇· 1、· 5MPa，空氣噴出速率為20(T800L/min，噴射口沿著噴射面受力主 筋方向往返移動，噴嘴距離噴射面50-200mm。 所述噴射工藝可以針對既有鋼筋混凝土結構進行結構增強； 所述超高韌性水泥基復合材料的噴射厚度（?)滿足所述結構增強需要的最小厚度 (匕），所述結構增強所需要的噴射層最小厚度（G)由下式確定： 【權利要求】1. 能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料，其特征在于所述能用于噴射的超高韌性 水泥基復合材料的拌合物組成成分包括：普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、水、精細骨料、粉煤 灰、硅灰、偏高嶺土、可再分散乳膠粉、改性膨潤土、羥丙基甲基纖維素、聚羧酸系減水劑和 聚乙烯醇纖維；拌合物的組分質量比為普通硅酸鹽水泥：鋁酸鹽水泥：水：精細骨料：粉煤 灰：硅灰：偏高嶺土 ：可再分散乳膠粉：改性膨潤土：羥丙基甲基纖維素：聚羧酸系減水劑 =(10%?15%):(0·1%?1%):(15%?20%):(10%?15%):(20%?55%):(0·5%?1· 5%):(1%?2· 5%): (1. 5%?2. 5%): ((λ 02%?0· 15%): (0· 01%?05%): ((λ 05%?0· 2%)，所述精細骨料的最大粒徑不 大于0· 5mm ;所述聚乙烯醇纖維長度為8~12mm，聚乙烯醇纖維摻量為超高韌性水泥基復合 材料材料總體積的1. (Γ2. 5%。2. 根據權利要求1所述的能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料，其特征在于所述 聚乙烯醇纖維可以從以下兩種中選擇：第一種纖維長度為8mm，直徑為0.039mm，抗拉強 度為1620MPa，彈性模量為42.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料，其特征在于所述能用于噴射的超高韌性水泥基復合材料的拌合物組成成分包括：普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、水、精細骨料、粉煤灰、硅灰、偏高嶺土、可再分散乳膠粉、改性膨潤土、羥丙基甲基纖維素、聚羧酸系減水劑和聚乙烯醇纖維；拌合物的組分質量比為普通硅酸鹽水泥：鋁酸鹽水泥：水：精細骨料：粉煤灰：硅灰：偏高嶺土：可再分散乳膠粉：改性膨潤土：羥丙基甲基纖維素：聚羧酸系減水劑=（10%~15%）：（0.1%~1%）：（15%~20%）：（10%~15%）：（20%~55%）：（0.5%~1.5%）：（1%~2.5%）：（1.5%~2.5%）：（0.02%~0.15%）：（0.01%~0.05%）：（0.05%~0.2%），所述精細骨料的最大粒徑不大于0.5mm；所述聚乙烯醇纖維長度為8~12mm，聚乙烯醇纖維摻量為超高韌性水泥基復合材料材料總體積的1.0~2.5％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐世烺，李慶華，王激揚，周斌，黃博滔，
申請(專利權)人：杭州固華復合材料科技有限公司，浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33