【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水泥基復合材料，具體為能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料及其制備方法。
技術介紹
1、水工混凝土面板體積龐大但厚度較小，建造過程中施工不規范易產生潛在薄弱部位及微裂縫。在服役期間，北方面板易遭受凍脹、冰推和侵蝕破壞，南方面板易遭受碳化、霉變侵蝕等病害。這些問題嚴重影響水工結構安全性，因此混凝土面板需要及時維修。許多重要的水工結構需常年保持較高水位，水下面板裂縫及破損部位較為隱蔽且修補困難。現有修補方法多為使用圍堰對水下部位進行隔水處理后進行修復或使用水下灌漿料和水下混凝土進行修補。然而使用圍堰修補面板期間將降低水工結構的服役能力甚至使其停止運行。制造滿足需求的圍堰難度較大且造價較高，隨著水位的提高，水壓力逐漸增大，圍堰制造難度成倍上漲，消耗大量資源且修補效果不佳。水下灌漿料及水下混凝土雖然能夠暫時對裂縫進行修補，但仍然無法有效阻止裂縫擴展，作用于混凝土面板的復雜應力將于潛在薄弱部位釋放，造成面板的繼續開裂。其中大型水工結構面板因復雜的荷載環境使得修復效果更差。
2、科研人員通過改變混凝土的組分，研制出可與水直接接觸的水下不分散混凝土。應變硬化水泥基復合材料(engineered?cementitious?composties，簡稱ecc)具有超高韌性，極限拉應變一般>3％，飽和多縫開裂，裂縫寬度小于0.1mm的特點，可以控制混凝土在各種荷載和變形下的裂縫寬度，提高混凝土結構的抗裂、防滲性能，有效解決混凝土脆性較大、易開裂的問題。在水工結構中，ecc已成功應用于大壩修補、輸水渡槽的修補等實際工程中。
技術實現思路
1、(一)解決的技術問題
2、針對現有技術的不足，本專利技術提供了能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，該材料采用淡化海砂替代河沙，是一種可減輕因建筑對河沙過度開采而對河周邊土質的危害并可水下澆筑的應變硬化水泥基復合材料(water-castable?engineered?cementitiouscomposties，簡稱wecc)。wecc作為一種新型工程水泥基復合材料(ecc)，既包含了ecc高延性高耗能的特點，同時具備了可水下澆筑不分散的特點，解決了圍堰修補過程中水工結構物服役能力降低甚至喪失的問題，實現了在原有服役能力不降低的情況下進行修補，同時彌補了水下灌漿料修補后潛在薄弱環節易再次出現裂縫的問題。
3、(二)技術方案
4、為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
5、能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，其特征在于：由如下重量分數的原料組成：水泥10％-30％、粉煤灰40％-60％、硅灰0.5％-1.5％、水10％-20％、海砂10％-20％、絮凝劑1％-2％、早強劑0％-2.5％、減水劑0.1％-0.5％，所述材料還包括纖維，所述纖維摻量為總體積的2％。
6、優選的，所述水泥為強度等級為p·o?42.5級普通硅酸鹽水泥，所述粉煤灰為i級粉煤灰，所述硅灰為普通硅灰，所述海砂為已淡化處理的海砂，所述絮凝劑為普通絮凝劑，所述早強劑為通用型早強劑，所述減水劑為聚羧酸系減水劑，所述纖維包括pe、pva、碳纖維中的一種或多種，所述水為日常生活用水。
7、優選的，由如下重量分數的原料組成：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水19.3％，所述纖維摻量為總體積的2％，用于制備強度要求高的混凝土。
8、優選的，由如下重量分數的原料組成：水泥12.7％、粉煤灰49.6％、硅灰1.3％、海沙15.9％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水18.9％，所述纖維摻量為總體積的2％，用于制備延性要求高、耗能要求高的混凝土。
9、本專利技術還提供了一種能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料的制備方法，其特征在于：將水泥、粉煤灰、硅灰、海沙、絮凝劑、早強劑、減水劑按比例放入攪拌機中，低速攪拌2min，使各干料充分混合，將水按比例倒入攪拌機中，中速攪拌5min，使干料與水充分混合，得到具有較好流動性的漿體，將體積摻量為2％的纖維緩慢撒入攪拌的漿體中，并中速攪拌3min，高速攪拌1min，以達到使纖維均勻分散的目的，制成可水下澆筑成型的纖維水泥基材料。
10、優選的，所述原材料按以下重量份配比：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水19.3％，所述纖維為pva纖維，所制備的材料具有較高的強度，適于對強度要求高的結構維修加固。
11、優選的，所述原材料按以下重量份配比：水泥12.7％、粉煤灰49.6％、硅灰1.3％、海沙15.9％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水18.9％，所述纖維為pva纖維，所制備的材料具有較高的延性，適于對延性要求高的結構維修加固。
12、本專利技術所提供的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料的制備方法制備的混凝土，在澆筑時采用導管法進行澆筑，導管為剛性導管或柔性導管，能夠盡量減少拌合料與水接觸，減小水下混凝土的性能損失。
13、(三)有益效果
14、由于采用了上述技術方案，本專利技術的有益效果是：
15、(1)本專利技術采用淡化海砂等替代河沙，可減輕因建筑對河沙過度開采而對河周邊土質的危害，同時降低材料成本。此外，本專利技術不僅具有ecc高延性高耗能的特點，同時具備了可水下澆筑不分散的特點。不采用圍堰，直接進行修補，解決了圍堰修補過程中水工結構物服役能力降低甚至喪失的問題，實現了在原有服役能力不降低的情況下進行修補，同時彌補了水下灌漿料修補后潛在薄弱環節易再次出現裂縫的問題。并且本專利技術的材料具有優異的耗能能力，可合理釋放外部產生的復雜應力，避免有害裂縫的產生，提高水下面板耐久性。修補期間水工結構可正常運行，降低修補過程中的時間、資源和人力消耗，能夠及時對水工結構裂縫存在部位進行修補。
16、(2)本專利技術提供了適宜的材料配比并結合制備方法、澆筑方法，共同協同作用，提高了混凝土的性能，降低了水下澆筑時性能的損失。并且本專利技術提供了兩種最佳的材料配比，分別適用于對強度要求大和對延性、耗能要求大的使用場景，可以直接進行工程應用，具有較好的推廣應用價值。
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1.能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，其特征在于：由如下重量分數的原料組成：水泥10％-30％、粉煤灰40％-60％、硅灰0.5％-1.5％、水10％-20％、海砂10％-20％、絮凝劑1％-2％、早強劑0％-2.5％、減水劑0.1％-0.5％，所述材料還包括纖維，所述纖維摻量為總體積的2％。
2.根據權利要求1所述的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，其特征在于：所述水泥為強度等級為P·O?42.5級普通硅酸鹽水泥，所述粉煤灰為I級粉煤灰，所述硅灰為普通硅灰，所述海砂為已淡化處理的海砂，所述絮凝劑為普通絮凝劑，所述早強劑為通用型早強劑，所述減水劑為聚羧酸系減水劑，所述纖維包括PE、PVA、碳纖維中的一種或多種，所述水為日常生活用水。
3.根據權利要求1所述的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，其特征在于：由如下重量分數的原料組成：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水19.3％，所述纖維摻量為總體積的2％，用于制備強度要求高的混凝土。
4.根據權利要求1所述的能夠水
5.一種能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料的制備方法，其特征在于：將水泥、粉煤灰、硅灰、海沙、絮凝劑、早強劑、減水劑按比例放入攪拌機中，低速攪拌2min，使各干料充分混合，將水按比例倒入攪拌機中，中速攪拌5min，使干料與水充分混合，得到具有較好流動性的漿體，將體積摻量為2％的纖維緩慢撒入攪拌的漿體中，并中速攪拌3min，高速攪拌1min，以達到使纖維均勻分散的目的，制成可水下澆筑成型的纖維水泥基材料。
6.根據權利要求5所述的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料的制備方法，其特征在于：所述原材料按以下重量份配比：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水19.3％，所述纖維為PVA纖維，所制備的材料具有較高的強度，適于對強度要求高的結構維修加固。
7.根據權利要求5所述的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料的制備方法，其特征在于：所述原材料按以下重量份配比：水泥12.7％、粉煤灰49.6％、硅灰1.3％、海沙15.9％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水18.9％，所述纖維為PVA纖維，所制備的材料具有較高的延性，適于對延性要求高的結構維修加固。
8.根據權利要求5-7任一所述的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料的制備方法制備的混凝土，在澆筑時采用導管法進行澆筑，導管為剛性導管或柔性導管，能夠盡量減少拌合料與水接觸，減小水下混凝土的性能損失。
...【技術特征摘要】
1.能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，其特征在于：由如下重量分數的原料組成：水泥10％-30％、粉煤灰40％-60％、硅灰0.5％-1.5％、水10％-20％、海砂10％-20％、絮凝劑1％-2％、早強劑0％-2.5％、減水劑0.1％-0.5％，所述材料還包括纖維，所述纖維摻量為總體積的2％。
2.根據權利要求1所述的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，其特征在于：所述水泥為強度等級為p·o?42.5級普通硅酸鹽水泥，所述粉煤灰為i級粉煤灰，所述硅灰為普通硅灰，所述海砂為已淡化處理的海砂，所述絮凝劑為普通絮凝劑，所述早強劑為通用型早強劑，所述減水劑為聚羧酸系減水劑，所述纖維包括pe、pva、碳纖維中的一種或多種，所述水為日常生活用水。
3.根據權利要求1所述的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，其特征在于：由如下重量分數的原料組成：水泥13.0％、粉煤灰50.5％、硅灰1.3％、海砂14.3％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水19.3％，所述纖維摻量為總體積的2％，用于制備強度要求高的混凝土。
4.根據權利要求1所述的能夠水下澆筑的高延性水泥基復合材料，其特征在于：由如下重量分數的原料組成：水泥12.7％、粉煤灰49.6％、硅灰1.3％、海沙15.9％、絮凝劑1.3％、早強劑0.1％、減水劑0.2％、水18.9％，所述纖維摻量為總體積的2％，用于制備延性要求高、耗能要求高的混凝土。
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