[发明专利]一种可喷射早强型超高韧性砂浆混凝土体系及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可喷射早强型超高韧性砂浆混凝土体系及其制备方法。本发明所述可喷射早强型超高韧性砂浆混凝土体系由铝酸盐水泥、早强剂、调凝剂、触变剂、减水剂、消泡剂与特种纤维等材料组成，通过各组份的优化可实现其流变特性、早强行为、喷射施工及与基体强粘结特性的调节，获得的可喷射早强型超高韧性砂浆混凝土体系可用于常规建筑工程、道路及军事工程的快速修补。

技术领域

本发明涉及纤维增强砂浆混凝土领域，尤其涉及一种可喷射早强型超高韧性砂浆混凝土体系及其制备方法。

背景技术

工程的快速构筑与工程设施的抢修恢复是提升效率、确保工程安全的重要保障，而快速修补材料是实现抢修抢建的关键，同时要求其具有快速开放、高效施工、高韧强黏结低收缩的特性。超高韧混凝土具有应变硬化特性、优异的裂缝控制能力、优异的抗冻融性能等优异性能，在桥梁工程、道路路面工程、地下工程、抗震结构、抗冲击结构的新建与修复具有广泛的应用前景。

目前，常用快速修补材料包括：普通水泥混凝土和砂浆、快硬硅酸盐水泥、特种水泥(高铝、硫铝酸盐、磷酸镁等)、聚合物混凝土、超高韧性纤维增强水泥基复合材料等。快硬硅酸盐水泥1h的抗压强度可达10～30MPa，1d强度可达28d强度的75％～90％，但是仍然存在干缩大、界面黏结差等缺点。快硬早强高铝水泥的1d抗压强度达到25～45MPa，但后期强度会出现比较明显的倒缩现象。磷酸镁水泥具有快凝快硬、高早期强度、高黏结强度、干缩变形小等优良性能，但是其凝结硬化速度过快，缺乏有效的凝结时间调节措施。聚合物或聚合物改性混凝土可有效提高界面黏结性能、断裂韧性以及变形性能等，但其与基材的相容性较差。

现有超高韧混凝土的抗压强度处于20-50MPa水平，喷射是超高韧混凝土快速施工典型方式之一，它具有效率高等特征，但通常是以牺牲混凝土强度为前提，超高韧喷射混凝土的强度普遍为20-30MPa。随着高强与超高强混凝土结构的修建、修补与加固的应用日益增多，普通强度的高韧性混凝土已经难以满足实际需求，因此在高强基础上实现超高韧与喷射施工已经成为亟待突破的瓶颈。

随着龄期与强度的增长，超高韧混凝土的极限拉伸应变逐渐下降，为了实现并保持其超高韧性，从纤维本体、纤维-基体界面黏结性能二个方面，对作为关键组份之一的纤维提出了系列要求。从纤维角度看，目前满足上述力学性能要求的仅有碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维与高强高模聚乙烯醇纤维。前两种纤维因其价格异常昂贵难以成功应用，国际上超高韧混凝土常用的高强高模PVA纤维被日本可乐丽公司垄断，严重制约了我国高韧性水泥基材料的发展。

超高韧混凝土是否能够顺利喷射施工主要由其流变性能决定。喷射施工要求基体具有较好的流变性满足泵送要求，同时具有较高的粘聚性可与喷射面紧密黏结。Li(Li VC；Fischer G and Lepech,M.D.Shotcreting with ECC[J].Spritzbeton-tagungAlpbach,2009)等人采用减水剂、增稠剂、铝酸钙水泥等技术，实现了水泥基材料具有两阶段流变特性，同时满足新拌状态下泵送时的流变性能要求和喷射过程中粘聚性要求。近来年，国内研究机构通过优化配合比、控制水灰比以及掺入胶粉、增稠剂以及触变剂等助剂，实现了超高韧混凝土顺利喷射施工(徐世烺,周斌,李庆华,等.喷射超高韧性水泥基复合材料的力学性能研究[J].水利学报,2015(5):619-625.)。然而，为提高超高韧混凝土的强度，水胶比需进一步降低。随着水胶比降低，固相浓度大幅度增加，减水剂用量增加，导致浆体粘度大幅度提高。浆体流变性能是影响泵送的关键因素，浆体粘度增加将显著提高其泵送阻力，增大泵送难。此外，浆体粘度同样是影响纤维分散的关键因素。纤维增强混凝土中纤维分布、流变性能以及力学性能三者间是存在联系。刘建忠(刘建忠,张丽辉,李长风,刘加平.聚乙烯醇纤维在水泥基复合材料中的分散性表征及调控[J].硅酸盐学报,2015,43(8):1061-1066.)等人定量表征了混凝土内纤维的三维分散与取向性，揭示了分散与取向分布对混凝土力学性能有重要的影响。浆体粘度较大时，纤维易团结，难以均匀分散，为达相同的力学性能指标，需提高纤维用量，进而导致泵性性能进一步降低。