复合型水下混凝土裂缝高效修补材料试验研究.pdf
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1、第 4 2卷 第 4期 2 0 1 1年 2 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 42 No 4 Fe b, 2 011 文章 编 号 : 1 0 0 14 1 7 9( 2 0 1 1 ) 0 40 0 8 40 4 复合型水下混凝土裂缝高效修补材料试验研究 石 妍, 王 迎 春 , 李 家 正 , 杨 华 全 ( 长 江 科 学 院 水 利 部 水 工程 安 全 与病 害 防 治工 程 技 术 研 究 中心 , 湖 北 武 汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 : 迄今 为止 , 鲜 有 一 种修 补 材 料 能 在 完 全 充 水条 件 下 完 成 一
2、 定开 度 混 凝 土 裂缝 的修 补 工 作 , 因此 设计 一种 适用于水下施 工的修补材料 具有重要意义。该修补材料是 以无机材料为主体 的复合材料 , 利 用了复合水泥和 添加剂的叠加效应 。主要满足 3个性能要 求: 良好 的水 下抗 分散 性、 水 下快凝 、 与老混凝土粘 结性 强。对此 , 开展 了一 系列试验研究工作 , 并 由试验结果初步确定了材料 的核 心组 分及掺 量范围 , 并就性 能展 开 了微观机 理分析 , 为下一步该材料耐久性 、 施工性 能等的试验研 究奠 定了基础。 关键词 : 混 凝 土 裂缝 ;水下 修 补 材 料 ;凝 结 时 间 ;水 下抗 分 散
3、 性 ;粘 结 强 度 中图 法 分 类号 :T V 4 3 文 献 标 志 码 :A 设 计一种适 用于水 下施工 的混凝土裂 缝修补 材料 有着重 要 的 现实 意 义 j 。与普 通 的水 泥 灌 浆 或 修 补 材料 相比 , 复合 型 水 下混 凝 土 裂缝 修 补 材 料应 具 有 3 个特点 : 良好的水下抗分散性 ; 水下快凝; 与 老混凝 土粘结性 强 。同时 , 还 要具 有 无机 水硬 性 材 料 优 良的耐 久性 以及 有机材 料 良好 的弹性 。 本文 试验研究 的修补材 料确定 为以无机 材料为 主 体的复合材料, 通过优选原材料组分 , 调整水泥和多种 添加 剂的
4、 匹配关系 , 并 对修 补材料 的凝 结时 问 、 水 下抗 分 散性及粘结抗 拉强度 进行室 内试验 。新材料 以粉状 形式储 存 , 使用 前按 比例 加 水搅 拌 , 即成 膏 状浆 体 , 无 需模 板直接进 行水下 混凝 土 裂缝 的 封堵 , 入 水 后几 分 钟 内即可 固化 , 并与老混 凝土形 成牢 固粘 结 。 l 试验原材料 为改善水泥 基材 的凝结时 间 、 提高早 期强度性 能 、 稳定后 期强度 以及减少 收缩 , 并节 约成本 , 试 验采用 硫 铝酸盐水 泥 ( S A C) 与 硅 酸盐 系 列 水 泥 ( O P C) 进 行 复 合 “ 。骨料成分 选用
5、低 收缩且化 学性能 稳定 的级 配 石英砂 。速凝剂 和增 黏剂 为市售化学 药剂 。原 材料 的 品种及 用途见 表 1 。 表 1 原 材料 品种 及 用 途 2 试验 内容及结果 2 1水 泥复 合 试 验 图 1为 S A CO P C复 合 水 泥 试验 的凝 结 时 间 曲 线 , 图 2为 S A C O P C复合水 泥试验 的抗压强度 曲线 。 图 1的 结 果 表 明 , S A C 中 掺 入 2 0 6 O 的 O P C, 其 凝结 时间均较 纯 S AC缩 短 。当 O P C掺量 低 于 5 0 时 , 随 O P C掺 量 的增 大 , 混合 水 泥 的凝 结
6、 时 间逐 渐缩短 , O P C掺量 4 0 时凝 结 最 快 , 初 凝 为 7 m i n , 终 凝 为 1 2 rai n , 而纯 S A C的初凝 时间和 终凝 时间分别 为 6 5 , 1 6 8 mi n ; 当 O P C掺量 超 过 5 0 时 , 随 O P C掺量 的 增 大 , S A CO P C混 合 水 泥 的凝 结 时 间 又 逐 渐 延 长。 收 稿 日期 : 2 01 00 43 0 基金项目: 中央级公益性科研 院所基本科研 业务费( Y J J 0 8 0 8 ) ; 公益性行业科研专项资金项 目( 2 0 0 9 0 1 0 6 6 ) 作者简介
7、: 石 妍 , 女 , 博士, 主要从 事水工建筑材料研 究。Em a i l : s h i y a n 0 8 1 7 y a h o o C O B e n 第 4期 石 妍 , 等 : 复合型水下混凝土裂缝高效修补材料试验研 究 8 5 分 析其 原 因为 : 当 S A C中掺 有 O P C时 , O P C 的碱 度 比 S A C高 , 会促 进 S A C的水化 , 且 随 O P C掺量 的增 大 , 混 合 水泥 的碱度 逐渐 增大 , 水化 逐渐 加快 , 凝结 时 间逐渐 缩 短 ; 当 OP C掺量 超过 S AC水 泥 总量 的 5 0 后 , 随着 O P C掺
8、量 的继 续增 大 , 水 泥 中水 化极 快 的 C A S 含 量 逐 渐减少 , 因此混合 水泥 的凝结 又逐 渐减 慢 。 纯 S A C 8 : 2 6 d 1 : 6 纯 0 1 c 水泥配 比 ( S A C 0 P C) S AC与 OP C不 同配 比的 凝 结 时 间 曲线 纯 S A C R + 2 6 4 2 8 纯 0 P C 水泥配 比 ( s c 0 P C ) 图 2 S A C与 OP C不 同 配 比 的 抗 压 强 度 曲线 图 2的结 果 表 明 , S A CO P C混 合 水 泥 的 强 度 随 O P C所 占 比例 的 变 化 和 龄期 的不
9、同表 现 出不 同 的趋 势 。试验 所 用 的纯 S A C水 泥 的 早期 强 度 高 于 纯 O P C 水 泥 , 水泥 复合后 强度 降低 , 在 3 d之 前 稍高 于 或与 纯 O P C水泥基 本相 当。2 8 d时 , O P C含量 小 于 4 0 时 , 复合 水 泥 强 度 比较 接 近 S A C, 都 明 显 高 于纯 O P C水 泥 。另外 , 与抗 压强 度 曲线 相 比 , 抗折 强度 发展 相对 稳 定 , 且 当 S A C : O P C= 6 : 4时 , 复合 水泥 的强度 稍高 。 综上 , 初步 选用 复合水 泥 比例为 S A C : O P
10、 C= 6 : 4 。 2 2 添加剂对水 泥性能影响试 验 表 2为 添加剂 对水 泥标 准稠 度及 凝结 时间影 响 的 试验 结果 。结果 表 明 , 速凝 剂 和增黏 剂 的加入 , 均提 高 了水 泥的标 准稠度 用 水 量 , 且 掺 量 越 大 , 标 稠 越 高 ; 速 凝剂 的快凝 效果 较 明显 , 在 掺 量大 于 3 时尤 为 明显 ; 增 黏剂在水 泥 中起缓 凝作 用 , 且 掺量 达 到 0 6 时 , 缓 凝效 果 已经 非 常明显 。 试验 复合水 泥和 添加剂 的相容性 。将 所有 材料 组 分混 合加 水搅拌 , 浆体 搅拌 程 序如下 : 按 比例称 取
11、材 料 各组 分重 量 , 将 粉状原 材料 倒入 砂浆搅 拌机 中 , 选 择手 动模 式 , 先 慢速 干拌 均 匀 , 搅 拌 过程 中加 水 , 然后 快 速 搅拌 3 0 S , 或 砂浆 出 现 均匀 粘 稠 的 腻子 状 态 即停 止 搅 拌 。观察得 知 , 各 组分 混合 加水后 没有 异常现 象 , 适 当 调整水 灰 比 、 胶砂 率 及 添加 剂 掺 量 , 可 以配 制 出黏 稠 、 快凝 、 有一 定抗水 流能 力 、 水 下强 度不 断增长 的复合 材 料 表 2 添 加 剂 对 水 泥 标 稠 及 凝 结 时 间 影 响 结 果 2 3 修补材料性能试验 通过
12、以上试 验结 果 , 初 步 确 定 修补 材 料 采 用复 合 水泥 比例 为 S A C : O P C = 6 : 4 , 胶 砂率 为 C S a=2 0 2 5 , 速 凝 剂掺 量 为 3 5 , 增 黏 剂掺 量 为 0 3 0 6 。在此 基础 上 , 继 续开 展 以下 试验 。 2 3 1 凝 结 时 间 试 验 凝 结 时间试 验 按 G B T 1 3 4 61 9 8 9 水泥 标 准 稠 度 用水 量 、 凝 结 时 间 、 安 定 性 检 验 方 法 进 行 , 用 防 水 修补材 料代 替 规 范 中 的 水 泥 , 材 料 搅 拌 时 间 为 3 0 S 。
13、其 中试 件 的养护 分别 在 水上 和水 下 进行 , 以测 定 修 补 材 料 的水上 及水 下凝结 时 间。材料 各组 分掺量 凝结 时 间见表 3 。 按 照配制 目标 , 水下 修补 材 料 的凝 结 时 间为 1 5 3 5 m i n较 合适 。 由表 3可 知 , 在进 行 的 1 2组试 验配 比 中 , 第 l 2组 的终 凝 时间过 长 , 第 1 组 的终凝 时 间过短 , 其 他 的 1 0组 配 比都 满足 要求 。随着 水灰 比增加 , 材 料 的凝结 时间稍 有延 长 ; 胶 砂 率 增加 , 凝 结 时 问 缩短 ; 速 凝 剂和增 黏剂 对凝 结 时 间有
14、着 相 反 的影 响 规 律 , 这 与 前 述符 合 , 因此二 者 同时使用 时 , 即可通 过掺量 的变 化 来 合理 调节修 补材 料 的凝 结 时间 。水上 与水下 试验 的 结果 差 异很小 。 2 3 2 水 下抗 分 散 性 试 验 按 照 D L T 5 1 1 7 2 0 0 0 水 下不 分散混 凝土试 验规 程 抗 分 散 性 试 验 方 法 , 测 定 水 泥 流 失 量 及 p H 值 变 化 , 评价 修补 材料在 水 中施工前 后 的抗分 散性 ( 表 3 ) 。 水 泥流失 量测 定需做 如下 修改及 规定 : 在 3 6 0 m m 高 铁皮 桶底 部 放
15、一 广 口的 容 器 , 桶 内装 水 至 3 0 0 m m 高 度 。拌 制 1 k g 修补 材料 , 从 水 面 自由落 体倒 入水 中 l 0 O O O 0 0 O O 图 0 。 。 专 嚼 蜒 8 6 人 民 长 江 2 0 1 1篮 的容器 内 , 使之全 部进 入水 下 容 器 中 , 不 得洒 漏 , 静 置 5 ra i n 。将容器 从水 中提起 , 排掉 修补浆 体上 表面残 留 的水 , 然 后称其重 量 , 同时 , 测定 修 补 浆体 在水 中 自由 落下后水 的 p H值 。由表 3结 果可 见 , 加 入 速 凝 剂及 增黏剂后 , 材料 的水下抗分 散性
16、大 大改善 , 水 泥流失 量 显著减 小 , p H值 有 所 降 低 , 均 达 到 D L T 5 l 1 72 0 0 0 的技术要求 。 表 3 材 料 各 组分 掺 量 凝 结 时 间及 抗 分 散 性试 验结 果 编号w c c s 。速 凝剂 增 黏 剂 抗 分 散 性 终 凝 性 能 要 求实 漶 值性 能 要 求实 铡 值 一 I 5 一 l 2 8 , 5 2 4 l 5 一 l 2 8 6 一 ( I 5 一 I 2 一 l 7 l 5 2 2 l 2 9 2 5 1 5 一 ( 1 2 一 i 8 J 5 一 l 2 8 8 3 l l , 5 1 5 l 2 9 一
17、 ( 1 5 一 ( 1 2 2 5 J 5 2 3 ( j 2 9 3 5 1 5 O 8 l 2 9 8 0 (1 5 一 (1 2 7 0 4 5 2 5 8 0 4 5 2 5 9 0 4 5 2 5 】 O O 5 O 2 5 1 l 0 5 0 2 5 l 2 0 5 0 2 5 2 3 3 粘 结抗 拉 强度 试 验 粘 结强度 的试验 根 据 J T J 2 7 0 9 8 水运 工 程 混凝 土试验 规程 中“ A 7水 泥砂 浆粘 结 强度检 测 ” 方 法进 行 。首先制作 “ 8 ” 字模基 准砂 浆试 件 ( 配 比为 水泥 : 标 准砂 : 水 =1 : 2 : 0
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