專利名稱：基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料。
背景技術(shù)：
混凝土是當(dāng)今世界使用最廣泛、應(yīng)用量最大的一種建筑材料。由于混凝土抗拉強(qiáng)度低、干縮大、韌性差，加上環(huán)境多變、施工質(zhì)量不佳或設(shè)計不當(dāng)?shù)扔绊?，混凝土往往會產(chǎn)生病害，縮短使用壽命。為延長混凝土建筑物的使用壽命，必須對產(chǎn)生病害的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)加固?；炷两Y(jié)構(gòu)加固材料主要有水泥基加固材料、鋼材及焊接材料、纖維和纖維復(fù)合材料、膠粘劑和阻銹劑，其中應(yīng)用最為廣泛的是水泥基加固材料。傳統(tǒng)的水泥基加固材料存在著諸多問題，如施工工藝要求嚴(yán)格，加固養(yǎng)護(hù)周期長，材料選擇范圍小，總體造價高等。普通的水泥基快速加固材料制備工藝復(fù)雜，凝結(jié)時間不合理，施工時間緊張，后期強(qiáng)度倒縮， 并且水泥水化放熱集中，容易出現(xiàn)冷縫。因此，開發(fā)性能優(yōu)良且施工簡單、濕作業(yè)時間短、早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度不倒縮的專用加固材料是當(dāng)務(wù)之急。鋼渣是鋼鐵工業(yè)主要廢渣之一，我國鋼渣的綜合利用率小，大量的鋼渣堆積不僅占用土地、污染環(huán)境，同時也是對資源的極大浪費。用鋼渣作為集料代替砂生產(chǎn)快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，可以減少對天然砂的開采，解決鋼渣大量堆積問題。鋁酸鹽水泥凝結(jié)硬化速度快，水化放熱量集中，具有很強(qiáng)的耐熱性和抗侵蝕性。礦渣粉、粉煤灰和硅灰是工業(yè)副產(chǎn)品。 用鋼渣取代天然砂，以鋁酸鹽水泥-礦渣粉-粉煤灰-硅灰作為復(fù)合膠凝體系來生產(chǎn)快硬早強(qiáng)加固材料，不僅解決了現(xiàn)階段我國水泥基加固材料存在的問題，還提高了鋼渣、礦渣、 粉煤灰和硅灰自身的經(jīng)濟(jì)附加值，為建筑業(yè)的節(jié)能減排和低碳化創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件， 符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本發(fā)明制備的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料主要由鋁酸鹽水泥、礦渣粉、粉煤灰和硅灰作為膠凝材料，以鋼渣作為集料，并加入緩凝劑、減水劑、乳膠粉、纖維素醚、消泡劑和聚乙烯醇纖維制備而成，它施工簡單，強(qiáng)度發(fā)展快，抗裂性好，體積穩(wěn)定性及耐久性好。本發(fā)明可供鋼渣處理廠和加固材料廠生產(chǎn)，廣泛適用于建筑物及碼頭、橋梁、大壩、鐵路和隧道等的加固，還可用于普通的結(jié)構(gòu)施工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工作性好，早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度不倒縮，體積穩(wěn)定性好，耐久性好的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料。本發(fā)明提出的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，以鋁酸鹽水泥、 礦渣粉、粉煤灰和硅灰作為復(fù)合膠凝材料，以鋼渣作為集料并輔以多種外加劑和纖維。本發(fā)明提出的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，由鋁酸鹽水泥、 鋼渣、礦渣粉、粉煤灰、硅灰、緩凝劑、減水劑、乳膠粉、纖維素醚、消泡劑和聚乙烯醇纖維組
4成，各組分的重量比為
鋁酸鹽水泥100鋼渣100-400礦渣粉10-45粉煤灰5-35硅灰5-15緩凝劑0. 002-0. 01減水劑0. 05-3乳膠粉1-4纖維素醚0. 01-0. 15消泡劑0. 02-0. 15聚乙烯醇纖維0. 05-0. 8。 各組份較佳的重量比為
鋁酸鹽水泥100鋼渣150-400礦渣粉15-40粉煤灰10-35硅灰5-10緩凝劑0.002-0 008減水劑0. 10-2.50乳膠粉1. 0-3. 5纖維素醚0. 01-0.12消泡劑0. 02-0.12聚乙烯醇纖維0. 1-0. 6O本發(fā)明中，所述鋁酸鹽水泥為CA-50、CA-60或CA-70鋁酸鹽水泥中的一種。本發(fā)明中，所述鋼渣為堿度系數(shù)不小于1.6的經(jīng)過熱燜或陳化處理的鋼渣，最大粒徑為5mm，其顆粒級配與天然砂基本相同，堆積密度為1700-1900kg/m3。其中各粒徑范圍所占重量百分比2. 5mm-5mm 為 8. 38% ；1. 25mm_2. 5mm 為 9. 50% ；0. 16mm-l. 25mm 為 78. 90% ； 大于0，小于等于0. 16mm為3. 22%。本發(fā)明中，所述礦渣粉為S75礦渣粉或S95礦渣粉中的一種。本發(fā)明中，所述粉煤灰為I級高鈣粉煤灰，其游離氧化鈣含量< 3.0%，燒失量 (5. 0%。本發(fā)明中，所述硅灰為平均粒徑為0. 2-0. 3 μ m,比表面積彡20000m2/kg的硅灰。本發(fā)明中，所述緩凝劑為羥基羧酸鹽類緩凝劑。本發(fā)明中，所述減水劑為聚羧酸系減水劑或萘系減水劑中的一種。本發(fā)明中，所述纖維素醚的粘度為2，OOOmPa. s-10, OOOmPa. S。本發(fā)明中，所述聚乙烯醇纖維的拉伸強(qiáng)度> 800MPa，彈性模量> 25MPa，斷裂伸度 4%-m，直徑 l-500mm。本發(fā)明提出的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料的制備方法，具體步驟如下
(1)按以下各粒徑范圍所占重量百分比配制鋼渣2.5mm-5mm為8. 38% ；1. 25mm_2. 5mm 為 9. 5% ；0. 16mm-l. 25mm 為 78. 9% ；大于 0，小于等于 0. 16mm 為 3. 22% ；
(2)按照原料配比稱取各原料；
(3)將稱量好的各原料經(jīng)過機(jī)械攪拌，混合至均勻狀態(tài)，即得所需產(chǎn)品。本發(fā)明提出的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料的使用方法，具體步驟如下準(zhǔn)確稱取基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料和水，先將水加入攪拌機(jī)，隨著攪拌機(jī)葉片轉(zhuǎn)動，將快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料勻速投入攪拌機(jī)。攪拌均勻后即可施工。加水量為本發(fā)明材料重量的10%-15%。本發(fā)明中，鋁酸鹽水泥作為主要的膠凝組分，礦渣粉、粉煤灰和硅灰作為摻合料， 與水泥一起組成復(fù)合膠凝體系。鋁酸鹽水泥凝結(jié)速度快，早期強(qiáng)度高，且結(jié)構(gòu)致密、抗?jié)B性、 抗腐蝕性優(yōu)良。礦渣粉中Si02、Ca0和Al2O3總含量約達(dá)90%，在水化過程中生成水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣凝膠能夠促進(jìn)體系的強(qiáng)度發(fā)展，起到復(fù)合膠凝效應(yīng)和微集料效應(yīng)。摻加高鈣粉煤灰可以節(jié)約水泥，減少用水量，改善體系的和易性，減少快速早強(qiáng)加固材料的徐變和熱膨脹性，提高抗?jié)B性。硅灰是一種比表面積大，活性很高的火山灰質(zhì)材料，其SiO2含量約為75%-96%，在水化反應(yīng)中，它能夠填充水泥顆粒間的孔隙，使?jié){體更致密，同時與水化產(chǎn)物生成凝膠體，可顯著提高抗壓、抗折、防腐、抗沖擊及耐磨性能，并且可以延長快速早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料的使用壽命。鋼渣耐磨性好，顆粒形狀和自然級配好，容積密度大，抗變形、破碎、磨損能力強(qiáng)， 吸水性、抗凍融能力等性能指標(biāo)等都很好，用于作集料，可以大大提高快速加固材料的強(qiáng)度和抗變形能力。緩凝劑可以延緩體系的凝結(jié)時間，延長可施工時間，還可以防止產(chǎn)生冷縫。減水劑的加入可以降低體系用水量，提高其流變性及可塑性，使其強(qiáng)度提高，減少收縮，延長壽命。 乳膠粉可以提高體系的內(nèi)聚力和柔韌性，增大拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。纖維素醚起著保水、增稠、延緩水泥水化動力和改善施工性能等作用。消泡劑可以減少澆筑成型中帶入的空氣泡和水泥顆粒間的堆積空隙等有害孔，提高體系致密性和強(qiáng)度。之所以選用聚乙烯醇纖維，在于體系堿度較低，若選用常用的鋼纖維，則存在銹蝕危害。聚乙烯醇纖維強(qiáng)度和模量高，耐酸堿性能均較佳，可以替代鋼纖維在加固材料中使用，且經(jīng)濟(jì)上比較節(jié)約。本發(fā)明為一種快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其流動度大，粘聚性和保水性好，具有優(yōu)良的和易性和施工性，便于提高生產(chǎn)和施工效率。本發(fā)明產(chǎn)品大量采用工業(yè)廢棄物為原材料， 材料成本低，并且濕作業(yè)時間短，綜合加固造價低，具有很高的環(huán)境效益和社會效益。本發(fā)明產(chǎn)品強(qiáng)度發(fā)展快且強(qiáng)度高，收縮率小，耐久性好，能夠滿足不同的加固需要。本發(fā)明可供鋼渣處理廠和加固材料廠生產(chǎn)，廣泛適用于建筑物、碼頭、橋梁、大壩、鐵路和隧道的加固工程，還可用于普通的結(jié)構(gòu)施工。
具體實施例方式下面通過實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實施例1，基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，按CA-50鋁酸鹽水泥 100，鋼S 100，S75礦渣粉10，粉煤灰5，硅灰5，緩凝劑0. 002，聚羧酸系減水劑0. 05，乳膠粉1，纖維素醚0. 01，消泡劑0. 02，聚乙烯醇纖維0. 05的重量比配制而成。按加固材料總重量的10%加水?dāng)嚢杈鶆?，即得所需產(chǎn)物。性能測試結(jié)果見表1。實施例2，基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，按CA-60鋁酸鹽水泥 100，鋼渣400，S95礦渣粉45，粉煤灰35，硅灰15，緩凝劑0.010,萘系減水劑3. 00，乳膠粉 4，纖維素醚0. 15，消泡劑0. 15，聚乙烯醇纖維0. 80的重量比配制而成。按加固材料總重量的15%加水?dāng)嚢杈鶆?，即得所需產(chǎn)物。性能測試結(jié)果見表1。實施例3，基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，按CA-70鋁酸鹽水泥 100，鋼渣350，S95礦渣粉25，粉煤灰15，硅灰8，緩凝劑0. 008，萘系減水劑1. 80，乳膠粉3， 纖維素醚0. 10，消泡劑0. 06，聚乙烯醇纖維0. 09的重量比配制而成。按加固材料總重量的 1 加水?dāng)嚢杈鶆蚣吹盟璁a(chǎn)物。性能測試結(jié)果見表1。實施例4，基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，按CA-50鋁酸鹽水泥 100，鋼渣250，S75礦渣粉35，粉煤灰20，硅灰12，緩凝劑0. 005，聚羧酸系減水劑0. 20，乳膠粉2，纖維素醚0. 06，消泡劑0. 04，聚乙烯醇纖維0. 40的重量比配制而成。按加固材料總重量的13%加水?dāng)嚢杈鶆蚣吹盟璁a(chǎn)物。性能測試結(jié)果見表1。
權(quán)利要求
1.基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于由鋁酸鹽水泥、鋼渣、 礦渣粉、粉煤灰、硅灰、緩凝劑、減水劑、乳膠粉、纖維素醚、消泡劑和聚乙烯醇纖維組成，各組分的重量比為鋁酸鹽水泥100鋼渣100-400礦渣粉10-45粉煤灰5-35硅灰5-15緩凝劑0. 002-0. 01減水劑0. 05-3乳膠粉1-4纖維素醚0. 01-0. 15消泡劑0. 02-0. 15聚乙烯醇纖維0. 05-0. 8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于各組份的重量比為鋁酸鹽水泥100鋼渣150-400礦渣粉15-40粉煤灰10-35硅灰5-10緩凝劑0. 002-0. 008減水劑0. 10-2. 5乳膠粉1. 0-3. 5纖維素醚0. 01-0. 12消泡劑0. 02-0. 12聚乙烯醇纖維0. 1-0. 6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述鋁酸鹽水泥為CA-50、CA-60或CA-70鋁酸鹽水泥中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述鋼渣為堿度系數(shù)不小于1. 6的經(jīng)過熱燜或陳化處理的鋼渣，且其顆粒級配與天然砂基本相同，堆積密度為1700-1900kg/m3 ；其中各粒徑范圍所占重量百分比2. 5mm-5mm為 8. 38%, 1. 25mm-2. 5mm 為 9. 50%, 0. 16mm_l. 25mm 為 78. 9%，大于 0，小于等于 0. 16mm 為 3. 22%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述礦渣粉為S75礦渣粉或S95礦渣粉中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述粉煤灰為I級高鈣粉煤灰，其游離氧化鈣含量彡3. 0%，燒失量彡5. 0%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述硅灰的平均粒徑為0. 2-0. 3 μ m，比表面積彡20000m2/kgo
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述緩凝劑為羥基羧酸鹽類緩凝劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述減水劑為萘系減水劑或聚羧酸系減水劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述纖維素醚的粘度為2，OOOmPa. s-10, OOOmPa. s。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料，其特征在于所述聚乙烯醇纖維的拉伸強(qiáng)度大于等于800MPa，彈性模量大于等于25MPa，斷裂伸度 4%-m，直徑 l-500mm。
全文摘要
本發(fā)明屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鋁酸鹽水泥和鋼渣的快硬早強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固材料。由鋁酸鹽水泥、鋼渣、礦渣粉、粉煤灰、硅灰、緩凝劑、減水劑、乳膠粉、纖維素醚、消泡劑和聚乙烯醇纖維組成。使用本發(fā)明可解決普通水泥基加固材料施工難度大，濕作業(yè)時間長以及早期強(qiáng)度低的問題。本發(fā)明采用復(fù)合膠凝材料、輔以鋼渣集料、復(fù)合外加劑和纖維，干混包裝供應(yīng)，現(xiàn)場加水?dāng)嚢韬蠹纯墒褂?，具有施工容易、早期?qiáng)度高、抗裂性好、抗?jié)B性好、收縮率小和耐久性優(yōu)等特性，適用于建筑物、碼頭、橋梁、大壩、鐵路和隧道等的加固工程。
文檔編號C04B18/14GK102295447SQ20111014305
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者周棟梁, 孫振平, 龐敏, 楊潔 申請人:同濟(jì)大學(xué)