[发明专利]一种水工混凝土结构修补用高延性水泥基复合材料

说明书

一种水工混凝土结构修补用高延性水泥基复合材料，质量份数组成如下，水泥20～60份、粉煤灰0～80份、磨细矿渣0～80份、轻质钙粉5～10份、纳米SiO₂ 1～5份、细集料25～40份、水20～40份、减水剂0.1～1份、聚乙烯醇纤维0.5～2.5份。本发明的水工混凝土结构修补用高延性水泥基复合材料，拌合物的含气量7～10%；28天龄期时，单轴拉伸应变≥5.0%，立方体抗压强度≥60MPa，抗冻性能≥F500，抗硫酸盐侵蚀性能≥KS300，抗氯离子渗透性能D_RCM≤2.0×10^‑12m²/s，与基底结构混凝土拉伸粘结强度≥5.0MPa。本发明提供的水工混凝土结构修补用高延性水泥基复合材料，在不掺加引气剂、防腐剂和增稠剂的情况下，具有优异的耐久性能，与既有结构协同作用能力强，修补加固效果显著。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水工混凝土结构修补用高延性水泥基复合材料及其应用。

背景技术

我国的水利水电工程在水力发电、防洪减灾、工农业用水、航运、水产和环保旅游等方面，发挥了巨大的社会效益和经济效益。水工混凝土建筑物和其他建筑物一样，建成投入运行后，逐步步入“中老年”，各种老化和病害问题已逐渐显露出来，有些已严重影响工程的安全运行。水工混凝土建筑物修补加固工作已经成为我国当前水利水电工程中十分突出的问题。

水工结构物大多处于严酷服役环境下。在高寒地区，结构物对材料抗冻性要求较高，极端低温在-20℃～-40℃，通常要求抗冻性≥F350，甚至≥F400；在盐渍土环境下或海洋环境下，存在腐蚀性的硫酸根离子、氯离子以及其他侵蚀性离子，要求结构混凝土具有较高的抗硫酸盐、抗氯离子侵蚀能力，明确要求≥KS200、D_RCM≤4.0×10^-12m²/s等。

目前亟待解决的问题是传统的修补材料无法满足严酷环境下结构混凝土修补的高耐久性技术要求。水泥基材料尽管强度高，但存在明显的脆性破坏的特征，抗拉变形能力低、脆性大、易开裂，抗冻性和抗离子侵蚀等耐久性能不足等，在修补工程上使用时，经常在很短的时间里就产生开裂、脱粘、剥蚀的现象。而有机高分子修补材料，如环氧砂浆、环氧胶泥、聚脲、聚合物砂浆等，尽管粘结强度高，但成本高昂且由于环氧的热膨胀系数是混凝土的两倍以上，使修补层与基底混凝土的温度变形严重不协调，在经历数个寒暑的高低温交替以后，会产生修补层整体脱落、过早失效的现象。因此，水工混凝土修补进入了“坏了修，修了坏”的恶性循环。

在混凝土结构的修补加固中，修复质量的好坏不仅决定着结构的安全性和水利水电设施正常使用功能的发挥，也牵涉到巨额补强加固维修费用。因此，非常有必要开发高耐久、高粘结性能、高变形性能的新型的修补材料，延长修补的时间间隔，降低维护的经济成本。

发明内容

针对目前传统修补材料在严酷服役条件下的耐久性不足、与既有结构协同作用能力弱的问题，本发明提供一种具有高耐久性能、高粘结能力和高变形能力的水工混凝土结构修补用高延性水泥基复合材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水工混凝土结构修补用高延性水泥基复合材料，所述复合材料按照质量份数由以下组分组成：水泥20～60份、粉煤灰0～80份、磨细矿渣0～80份、轻质钙粉5～10份、纳米SiO₂1～5份、细集料25～40份、水20～40份、减水剂0.1～1份、聚乙烯醇纤维0.5～2.5份。

所述水泥为通用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥中的一种，强度等级≥42.5。

所述粉煤灰为I级或II级F类粉煤灰。

所述磨细矿渣为S75级及以上矿渣。