一种海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺

本发明涉及混凝土，具体涉及一种海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、跨海大桥是跨越海湾、海峡、深海、入海口或其它海洋水域的桥梁，由于跨海大桥深入海洋环境，其面临的自然条件复杂恶劣。混凝土是建设跨海大桥的主要建筑材料，跨海大桥长期处于高盐、高湿的环境中，一旦水分和盐分沿着裂纹等破损的部位进入其中，会造成桥梁结构中的钢筋加速腐蚀，尤其是氯离子的进入会破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋的腐蚀速率加快，影响桥梁的力学性能，造成安全性下降。除此之外，其他处于海洋环境中的混凝土结构也面临着类似的问题，因此，对这类海工混凝土结构的破损部位进行及时修补非常必要。

3、采用水泥基修补材料对海工混凝土结构上的裂纹等破损部位进行修补是目前普遍使用的手段。然而，由于修补材料与混凝土结构之间存在明显的界面，而且经常出现结合不够紧密的现象，从而导致修补后的部位仍然存在渗漏问题。随着服役时间的增加，混凝土结构内部的钢筋仍然会出现加速腐蚀的现象。另外，经过一定时间的海水侵蚀、冲刷后，修补材料容易从混凝土结构上脱落。因此，采用能够和混凝土结构之间紧密结合，并具有良好防渗性能的修补材料是确保修复效果的关键所在。

技术实现思路

1、针对上述的问题，本发明提供一种海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺。本发明的含有乳化沥青的修补砂浆不仅与混凝土结构之间的粘合能力强，而且具有良好的防水抗渗性能，提高了修复效果。具体地，本发明的技术方案如下所述。

2、一种海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，包括如下步骤：

3、（1）将氧化石墨烯（go）分散到强碱液中形成碱性悬混液，备用。

4、（2）将钢渣细骨料与聚羧酸减水剂的水溶液混合形成湿料，然后边搅拌边喷洒所述碱性悬混液，然后将得到的混合物在密闭环境中加热反应。完成后将得到的产物干燥，即得改性细骨料，备用。

5、（3）取如下原料：硅酸盐水泥300~400重量份、所述改性细骨料410~462重量份、活化煤矸石70~90重量份、粉煤灰90~120重量份、硅灰35~50重量份、乳化沥青100~150重量份。先将硅酸盐水泥、改性细骨料、活化煤矸石、粉煤灰和硅灰混合均匀，然后加入所述乳化沥青和水混匀，即得所述修补砂浆。

6、进一步地，步骤（1）中，所述氧化石墨烯和强碱液的比例为1g：30~40ml。可选地，所述强碱液的浓度为2~4mol/l。

7、进一步地，步骤（1）中，所述强碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾溶液等中的任意一种。

8、进一步地，步骤（2）中，所述钢渣细骨料与聚羧酸减水剂的水溶液的比例为1g：1~2ml。可选地，所述聚羧酸减水剂的水溶液质量分数为3~7%。

9、进一步地，步骤（2）中，所述钢渣细骨料与碱性悬混液的比例为1g：0.8~1.2ml。可选地，所述钢渣细骨料的粒径为0.2~0.5mm。

10、进一步地，步骤（2）中，所述加热温度为70~90℃，反应时间为40~55min。

11、进一步地，步骤（2）中，所述干燥温度为50~60℃，时间为1.5~2h。

12、进一步地，步骤（3）中，所述乳化沥青的固含量为50~65%。

13、进一步地，步骤（3）中，根据水灰比0.28~0.33加入所述水。所述“灰”包括硅酸盐水泥、粉煤灰和硅灰。

14、进一步地，所述活化煤矸石采用如下方法制备：将煤矸石微粒和氢氧化钠固体粉末混匀后进行热处理，完成后将得到的产物冷却，然后进行机械研磨、筛分，即得活化煤矸石。

15、进一步地，所述煤矸石微粒和氢氧化钠固体粉末的质量比为1：0.13~0.17。

16、进一步地，所述热处理温度为500~600℃，处理时间为20~30min。

17、进一步地，所述活化煤矸石的粒径在0.1~0.2mm之间。

18、本发明具有以下方面的有益技术效果：本发明的水泥基复合砂浆将水泥胶凝材料和乳化沥青复合，所述乳化沥青不仅可以增强修补砂浆与混凝土结构之间的粘接性能。同时，所述乳化沥青还能够有效提高修补砂浆形成的保护层整体的防水抗渗性。另外，所述乳化沥青还使本发明的修补砂浆具备二次修复的作用，当修补材料发生微裂纹，可通过加热使沥青熔融的方式对所述微裂纹进行修复，确保对破损部位的修补效果。另外，本发明的修补砂浆大量利用了煤矸石、钢渣、粉煤灰和硅灰，不仅有利于这些工业固废的资源化利用，而且提高了修补砂浆的力学性能。然而，由于钢渣的体积安定性不足，容易导致修补砂浆中产生裂纹，导致修复效果下降。因此，本发明先在钢渣细骨料上施加了聚羧酸减水剂的水溶液，从而在钢渣上负载减水剂。当进一步施加氧化石墨烯和强碱溶液形成的碱性悬混液并加热反应后，一方面，所述钢渣中的体积安定性不良的主要因素氧化钙与水反应，有效改善了钢渣的体积安定性。另一方面，碱性悬混液提供的氢氧根离子能够攻击钢渣表面的硅钙、硅铝质惰性矿物相结构，促使这些矿物相结构解聚形成[sio4]4-和 [alo4]5-四面体。在砂浆材料的水化阶段，这些四面体结构在水泥水化产生钙离子作用下反应形成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝材料，不仅使钢渣细骨料与修补砂浆基体之间结合力更强，而且增加了胶凝材料的量，从而提高修补砂浆的力学强度。同时，本发明利用所述减水剂携带的丰富的羧基基团以及碱性悬混液提供的碱性环境，使氧化石墨烯上的羟基在碱液催化下与所述羧基进行脱水缩合，将氧化石墨烯与减水剂连接，从而精准地将氧化石墨烯接枝到钢渣细骨料上，提高细骨料与修补材料基体之间结合力和致密性，提高修补材料的力学性能。

19、另外，煤矸石是一种在采煤过程中产生的固体废弃物，产量巨大，大量的煤矸石在露天的堆积带来了很多环境问题。由于煤矸石中存在碳质组分，其进入本发明的修补材料中后，在服役过程中海水提供的水分作用下容易发生吸水后产生一系列反应，导致煤矸石颗粒出现膨胀、粉化等问题，进而造成修补材料本身开裂。为此，本发明将煤矸石与氢氧化钠固体粉末在高温下进行处理，此时煤矸石本身可起到一定的燃料作用，在去除碳质的同时还利用氢氧化钠对煤矸石进行高温活化，提高煤矸石的胶凝活性。同时，所述活化煤矸石进入修补材料中后，活化煤矸石上负载的残留的氢氧化钠溶于水中后形成碱液还能够对所述粉煤灰、硅灰进行激发，提高粉煤灰、硅灰的胶凝活性，使所述煤矸石、粉煤灰、硅灰能够利用水泥水化产生的氢氧化钙进行二次水化，形成更多的胶凝物质，提高修补材料的力学性能和抗渗性能。

技术特征：

1.一种海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述氧化石墨烯和强碱液的比例为1g：30~40ml；可选地，所述强碱液的浓度为2~4mol/l。

3.根据权利要求1所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述强碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾溶液中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述钢渣细骨料与聚羧酸减水剂的水溶液的比例为1g：1~2ml；可选地，所述聚羧酸减水剂的水溶液质量分数为3~7%。

5.根据权利要求1所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述钢渣细骨料与碱性悬混液的比例为1g：0.8~1.2ml；可选地，所述钢渣细骨料的粒径为0.2~0.5mm。

6.根据权利要求1所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述加热温度为70~90℃，反应时间为40~55min。

7.根据权利要求1所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述乳化沥青的固含量为50~65%。

8.根据权利要求1-7任一项所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述干燥温度为50~60℃，时间为1.5~2h；可选地，步骤（3）中，根据水灰比0.28~0.33加入所述水。

9.根据权利要求1-7任一项所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，所述活化煤矸石采用如下方法制备：将煤矸石微粒和氢氧化钠固体粉末混匀后进行热处理，完成后将得到的产物冷却，然后进行机械研磨、筛分，即得活化煤矸石。

10.根据权利要求9所述的海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺，其特征在于，所述煤矸石微粒和氢氧化钠固体粉末的质量比为1：0.13~0.17；

技术总结
本发明涉及混凝土技术领域，具体公开一种海工混凝土结构裂纹修补水泥基复合砂浆的制备工艺。该工艺包括如下步骤：（1）将GO分散到强碱液中形成碱性悬混液。（2）将钢渣细骨料与聚羧酸减水剂的水溶液混合形成湿料，然后边搅拌边喷洒所述碱性悬混液，然后将得到的混合物在密闭环境中加热反应。完成后将得到的产物干燥，即得改性细骨料。（3）取如下原料：硅酸盐水泥、改性细骨料、粉煤灰、硅灰、乳化沥青。先将硅酸盐水泥、改性细骨料、活化煤矸石、粉煤灰和硅灰混合均匀，然后加入所述乳化沥青和水混匀，即得所述修补砂浆。本发明的含有乳化沥青的修补砂浆不仅与混凝土结构之间的粘合能力强，而且具有良好的防水抗渗性能，提高了修复效果。

技术研发人员：杨涛,郭远新,孔哲,徐晨洋,梁文君
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20