混凝土裂缝修补材料的初步研究

2014-02-27 05:28郑炳峰
治淮 2014年10期
关键词:水玻璃极差钢渣

王 兵 郑炳峰

(安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000 江苏省交通科学研究院股份有限公司南京210017)

混凝土裂缝修补材料的初步研究

王 兵 郑炳峰

(安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000 江苏省交通科学研究院股份有限公司南京210017)

随着当前基础设施建设的发展,国内混凝土的用量与日俱增,但由于水泥基材料具有抗拉强度低、收缩大等缺陷,导致混凝土工程经常会出现早期裂缝的问题,为保证安全需对裂缝进行修补。本文对以钢渣、矿渣为主要原料制备而成的地聚合物裂缝修补材料进行研究,得出配合比范围,为进一步研究其性能提供了初始材料。

混凝土裂缝 修补材料 地聚合物 配合比

1 引言

目前国内常用的裂缝修补方法有结构补强法、表面处理法、灌浆法、填充法。结构补强法是使用钢筋混凝土围套在构件外部或结构裂缝四周浇筑,将结构构件箍紧,以增加结构构件受力面积;表面处理法是采用弹性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及渗透性防水剂等,涂覆于裂缝表面,最终达到减少以至消除裂缝的目的;灌浆法是使用特定的施工设备,将树脂浆液、水泥浆液或聚合物浆液等专用的灌浆材料灌入裂缝内部,依靠灌浆材料的固化和黏结作用达到修补裂缝的目的;填充法是将修补材料直接填充于裂缝中的一种方法,可以恢复防水性、耐久性以及部分恢复结构整体性。

本文尝试以地聚合物作为裂缝修补材料,对水泥基材料早期裂缝进行修补。地聚合物材料是高强和高性能混凝土设计的重要组成部分,可以是天然材料、工业废渣或副产品,例如粉煤灰、高炉矿渣或偏高岭土等,通常作为火山灰材料用于混凝土中,并且对增强混凝土的力学性能和耐久性有重要的影响。

2 地聚合物材料的制备

2.1概述

本文采用碱—矿渣—钢渣复合体系来制备地聚合物。首先通过正交试验,制备地聚合物裂缝修补材料,以地聚合物的抗折强度和抗压强度作为评价材料性能的主要技术指

标,通过进一步优化抗渗试验确定地聚合物愈缝材料的最优配合比。在此基础上,最终确定裂缝修补材料的配方。

2.2试验内容

2.2.1正交试验

采用正交试验制备地聚合物,用正交表安排试验首先看因素的水平,选取因素水平相同的正交表,然后看因素的数目,因素的个数不能超过正交表的列数,允许有空白列。

制备地聚合物愈缝材料的原材料包括钢渣、矿渣、水玻璃、氢氧化钠和水。试验指标是3d,7d,28d地聚合物的抗折强度和抗压强度,根据分析,影响抗折强度和抗压强度的主要因素为钢渣掺量(记做A),水灰比(记做B),氢氧化钠掺量(记做C),水玻璃模数(记做D)。根据初步试验和对文献的查阅,总结得出此次试验每种物质的掺量大小。每个因素分别取3个水平做实验,得因素与水平表,见表1。

2.2.2试验结果与分析

将养护龄期为3d、7d、28d的地聚合物取出做抗折强度和抗压强度,强度测定结果和极差分析结果如表2~4所示。

表3 7d地聚合物强度极差分析

从表2可以看出,养护3d的地聚合物抗压强度均达到45.4MPa以上,最高达到59.3MPa,体现出地聚合物具有早强的特点。水玻璃作为激发剂,矿渣和钢渣的水硬性可以在较短的时间内被激发出来。从极差分析结果来看,4个因素对抗压强度的影响大小顺序为:A>C>B>D。这是因为钢渣的掺量(A)会影响到复合胶凝材料本身的性能,如活性物质的含量,而作为主体物质,胶凝材料活性物质的含量直接影响

到碱激发的效果。作为辅助物质,氢氧化钠掺量(C)、水灰比(B)、水玻璃模数(D)对强度的影响相对较小。

对于养护3d的地聚合物抗折强度,在1.81MPa以上,最高达到5.16MPa,极差分析结果显示,4个因素对抗折强度的影响大小顺序为:D>A>C>B。与抗压强度极差分析结果有所不同的是,水灰比(B)对抗折强度的影响最小。

根据各因素水平关系,结合各因素极差的大小,得到强度较好的配合比为A2B2C1D1和A2B3C1D1。

养护7d的地聚合物抗压强度有一定的增长,在50.9MPa以上,见表3,最高达到66.4MPa,说明在这段时间内,地聚合物抗压强度持续发展。从极差分析结果来看,4个因素对抗压强度的影响大小顺序为:B>D>A>C。养护7d的地聚合物抗折强度也有增长,在3.87MPa以上,最高达到6.71MPa。从极差分析结果来看,4个因素对抗压强度的影响大小顺序为:B>C>D>A。根据各因素水平关系,结合各因素极差的大小,得到强度较好的配合比为A1B2C3D1和A1B2C2D1。

养护28d的地聚合物抗压强度有一定的增长,见表4,在70.4MPa以上,最高达到93.1MPa,说明在28d中,地聚合物抗压强度持续不断地发展,较为均衡,后期还有发展的潜力。从极差分析结果来看,4个因素对抗压强度的影响大小顺序为:A>C>D>B。养护28d的地聚合物抗折强度也有增长,在5.46MPa以上,最高达到10.50MPa,后期抗折强度的发展非常大,根据各因素水平关系,结合各因素极差的大小,得到强度较好的配合比为A1B3C2D1和A3B2C1D2。

表4 28d地聚合物强度极差分析

2.3配合比范围

根据3d、7d、28d地聚合物强度的实验结果,存在一定的差异,但是先结合极差分析,能够初步确定配合比的范围。钢渣的掺量(A)为34%~38%,水灰比(B)为0.25,氢氧化钠掺量(C)为4%~7%,水玻璃模数(D)为1.2。

2.4配合比的优化

根据前面的分析,此次试验主要是确定钢渣的掺量。根据两次正交试验结果,钢渣掺量依次取34%、35%、36%、37%、38%制备地聚合物抗渗试块,按照顺序依次编号为1~5号,每组成型3个。在标准条件下,养护至28d,水压均为1.5MPa,取出做抗渗试验,试验结果表明1~5号的试块渗水高度分别为1.1cm、1.0cm、0.7cm、1.1cm、0.9cm。

从数据中可以看出随着钢渣掺量的增加,抗渗能力也随之逐渐增加,抗渗性能明显增强,当钢渣掺量为36%,抗渗能力达到最大,当钢渣掺量增加为37%时,抗渗能力又开始降低。试验最后显示3号抗渗能力最强,因此,最终选择钢渣掺量为36%。根据上述试验结果分析,得出地聚合物愈缝材料最佳的配合比为:钢渣的掺量(A)为36%、矿渣的掺量为64%、水灰比(B)为0.25、氢氧化钠掺量(C)为4%~7%、水玻璃模数(D)为1.2。

3 结语

地聚合物愈缝材料主要的生产原料是工业废渣,充分利用和开发这些资源,对保护环境、节约能源都有很强的现实意义。

本文通过正交试验,得出了混凝土愈缝材料地聚合物的配合比范围,即钢渣掺量为36%,矿粉掺量为64%,水灰比为0.25,氢氧化钠掺量为4%~7%,水玻璃模数为1.2。通过进一步试验,预期还能够得到地聚合物的最优配合比,这部分工作将在今后的研究中展开。

地聚合物的抗渗性能十分优越,可以满足实际需求,流动性也很好。但是地聚合物的干缩较大,原因主要是矿渣和钢渣自身的性能存在一定的缺陷,应对地聚合物的配合比进行进一步的优化,寻找一些干缩性能较小的原材料,从而使其使用性能更加满足市场的需求■

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