阅读说明：本技术 一种钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料及其制备方法 (Concrete layer repairing material for steel-concrete composite beam and preparation method thereof ) 是由 周骏宇 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料及其制备方法,属于混凝土修补材料领域。本发明的钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料,由MgO、水玻璃、砂、石、矿渣、PTB乳液和水组成,各组分质量百分数为：MgO 0.5％～4.5％、水玻璃0.5％～6.0％、砂20％～50％、石0％～55％、矿渣14.0％～31.5％、PTB乳液0.5％～1.5％、水6.5％～10.0％,各组分质量百分数和为100％。本发明的钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料具有环保性和工作性好、凝结时间短且凝结时间可控、早期强度高、防水性好、粘结性(与混凝土或钢质材料基底粘结)和耐久性优异等优点,具有较好的市场应用前景。(The invention discloses a concrete layer repairing material of a steel-concrete composite beam and a preparation method thereof, belonging to the field of concrete repairing materials. The concrete layer repairing material of the steel-concrete composite beam comprises MgO, water glass, sand, stone, slag, PTB emulsion and water, and comprises the following components in percentage by mass: 0.5 to 4.5 percent of MgO, 0.5 to 6.0 percent of water glass, 20 to 50 percent of sand, 0 to 55 percent of stone, 14.0 to 31.5 percent of slag, 0.5 to 1.5 percent of PTB emulsion and 6.5 to 10.0 percent of water, wherein the sum of the mass percentages of the components is 100 percent. The concrete layer repairing material of the steel-concrete composite beam has the advantages of environmental protection, good workability, short setting time, controllable setting time, high early strength, good waterproofness, excellent cohesiveness (the concrete or steel material substrate is bonded), excellent durability and the like, and has better market application prospect.)

一种钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土修补材料领域，具体涉及一种钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料及其制备方法。

背景技术

钢-混凝土组合结构是大跨度桥梁常用的结构形式之一，其主要结构有钢箱梁上预埋剪力连接件(剪力键、剪力钉等)然后浇筑混凝土层组成。裂缝和坑槽病害是钢-混凝土组合结构中混凝土层的主要破坏形式，然而，裂缝和坑槽病害采用传统的混凝土修补材料修复后，在修复界面处很容易发生二次破坏，主要是修补材料和钢质桥面或原混凝土接触面粘结界面断裂失效，使得修补材料丧失边界支撑，造成钢-混凝土组合结构中混凝土层修复失效，进而导致钢桥面铺装层产生再次破坏。传统的钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料具有制备方式繁琐、成本高、满足开放交通要求强度的时间长、与钢桥面板粘结力低和在疲劳荷载作用下易脱落等缺点，严重制约了钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料的推广和应用。

目前，国内已申请的多个有关混凝土修补材料的专利，但未发现有关钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料的有关报道。如CN108328977A专利公开了一种混凝土修补材料；CN108911632A专利公开了一种混凝土修补材料及其制备方法；CN108546071A专利公开了一种混凝土修补材料及其制备方。专利CN109574611A公开了一种路面快速修补环保水泥基材料及其制备和使用方法，这些专利的修补材料均能有效的粘结在混凝土基面上，但均不能运用在钢基面混凝土的修补，而且材料组分较多，成本高，凝结时间不可控，不便于大规模生产施工。本发明采用环保水泥基材料(由水玻璃等具有碱性的激发剂激发矿渣所产生的胶凝材料)进行修补，通过特定原料配比，可使得该材料与钢质基面或混凝土基面粘结可靠。并可通过调控水玻璃温度控制凝结时间，操作方便，产业化前景广阔。

发明内容

针对上述背景技术中存在的缺陷与问题，本发明提供了一种钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明首先提供的是一种钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料。该钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料由MgO、水玻璃、砂、石、矿渣、PTB乳液和水组成，各组分质量百分数为：MgO 0.5％～4.5％、水玻璃0.5％～6.0％、砂20％～50％、石0％～55％、矿渣14.0％～31.5％、PTB乳液0.5％～1.5％、水6.5％～10.0％，各组分质量百分数和为100％。

进一步地，所述的MgO为900℃下煅烧1.5h的MgO，平均粒径为33.292μm。

进一步地，所述的水玻璃模数为1.0～1.5，水玻璃温度10℃～60℃，水玻璃的质量按Na₂O当量计。

进一步地，所述的砂粒径为0.15mm～4.75mm。

进一步地，所述的石子粒径为4.75mm～15mm。

进一步地，所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣粉。

进一步地，所述的PTB乳液是乙烯-氯乙烯-乙烯酯产品，白色乳液状。其物理性能指标为粘性：80～120mPa.s、固体含量：52±1wt％、比重：1.1、pH值：7～9。

进一步地，所述的水为水玻璃中水和外加水的质量和。

本发明还提供了所述钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)计量：按上述比例分别计量各组成材料；

(2)拌合干料：将矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟；

(3)制备修补材料：将水玻璃温度控制在要求温度(通过加热或冷却等措施)，然后和PTB乳液一起溶解在水中，搅拌2～3分钟，制得外加剂溶液；然后将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料。

本发明的主要机理为：

(1)通过水玻璃温度的变化控制混凝土凝结时间，随着水玻璃温度的增大，混凝土凝结时间显著降低，这使凝结时间可控。另外体系中水玻璃还可以提供较强的碱性环境，使得矿渣内部的Si-O和Al-O四面体快速产生解聚和缩聚反应，形成致密的空间网状结构。

(2)水玻璃激发的碱矿渣混凝土和PTB乳液具有极好的粘结性。当PTB乳液掺入到钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料中时，PTB乳液在钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料内部形成聚合物网状空间结构，这抑制了钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料内部微裂缝的发展，使水泥基材料具有较好的柔韧性、力学性能(粘结强度和抗压强度等)和耐久性，粘结在钢质材料(钢箱梁等)粘结效果极好。

(3)该修补材料具有凝结时间快和早期强度高等优点，但也存在收缩易产生裂缝的缺点。MgO掺入修补材料中，生成的Mg(OH)₂和类水滑石具有一定的膨胀性，明显抑制其收缩开裂问题，避免后期强度倒缩的缺陷，保证工程质量。

与现有的混凝土修补材料技术相比，本发明具有以下优点：

1)凝结时间可控。可通过调整水玻璃温度，控制该修补材料的凝结时间，满足施工和通车要求。本发明用于钢-混凝土组合梁的混凝土层修补，要求快速通车且要求与钢桥面粘结良好。

2)PTB乳液具有减水效果，且具备极好的防水性、粘结性和非凡的柔韧性，是一种有机粘结剂，其在失水时产生强度；该环保水泥(指矿渣和水玻璃组成)是一种无机粘结剂，其产生强度时需要消耗水。将无机和有机粘结剂相结合，取长补短，使添加了PTB乳液的水泥基材料具有很好的工作性、韧性、强度和耐久性。而且水玻璃激发的碱矿渣混凝土粘结性也好，与PTB混合使用，使得其与旧混凝土和钢质材料(钢箱梁等)粘结强度高，在各种荷载作用下不易脱落。

3)MgO是一种膨胀剂，加入碱激发混凝土中，增加混凝土的体积稳定性，使其避免收缩开裂问题。此外，本发明大量消耗固体废物矿渣，不仅环保效益明显，而且可以大幅度降低钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料的成本。

具体实施方式

本发明提供的是一种钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料及其制备方法。该钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料由MgO、水玻璃、砂、石、矿渣、PTB乳液和水组成，各组分质量百分数为：MgO 0.5％～4.5％、水玻璃0.5％～6.0％、砂20％～50％、石0％～55％、矿渣14.0％～31.5％、PTB乳液0.5％～1.5％、水6.5％～10.0％，各组分质量百分数和为100％。

本发明钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料，其制备过程为：

(1)计量：按上述比例分别计量各组成材料；

(2)拌合干料：将矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟；

(3)制备修补材料：将水玻璃的温度控制在要求温度，然后和PTB乳液一起溶解在水中，搅拌2～3分钟，制得外加剂溶液；然后将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料。

实施例1

本发明的钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料适用于深度40mm的坑槽修补，主要由MgO、模数2.0的水玻璃、砂、石(粒径4.75mm～15mm)、矿渣、PTB乳液和水组成，各组分质量百分数为：MgO 0.5％、水玻璃6％、砂25％、石38％、矿渣20％、PTB乳液0.5％、水10％，各组分质量百分数和为100％。

本发明钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料制备方法的具体步骤为：

(1)计量：按上述比例分别计量各组成材料；

(2)拌合干料：将矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟；

(3)制备修补材料：将水玻璃温度控制在60±2℃，然后和PTB乳液一起溶解在水中，搅拌2～3分钟，制得外加剂溶液；然后将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料。

对钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料的初凝时间、满足开放交通要求强度的时间、1d抗压强度、1d抗折强度、与基底的粘结强度进行测定，满足开放交通要求强度的时间21min、1d抗压强度54MPa、1d抗折强度5.0MPa、与基底(混凝土)的粘结强度2.2MPa，与基底(钢板)的粘结强度1.7MPa。满足《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》(JT/T 1211.1-2018)中CRRM-I的要求。

实施例2

本发明的钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料适用于深度30mm的坑槽修补，主要由MgO、模数1.0的水玻璃、砂、石(粒径4.75mm～10mm)、矿渣、PTB乳液和水组成，各组分质量百分数为：MgO 2.5％、水玻璃0.5％、砂20％、石55％、矿渣14％、PTB乳液1.5％、水6.5％，各组分质量百分数和为100％。

本发明钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料制备方法的具体步骤为：

(1)计量：按上述比例分别计量各组成材料；

(2)拌合干料：将矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟；

(3)制备修补材料：将水玻璃温度控制在10±2℃，然后和PTB乳液一起溶解在水中，搅拌2～3分钟，制得外加剂溶液；然后将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料。

对钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料的初凝时间、满足开放交通要求强度的时间、1d抗压强度、1d抗折强度、与基底的粘结强度进行测定，满足开放交通要求强度的时间55min、1d抗压强度44MPa、1d抗折强度5.6MPa、与基底(混凝土)的粘结强度2.1MPa，与基底(钢板)的粘结强度2.0MPa。满足《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》(JT/T 1211.1-2018)中CRRM-III的要求。

实施例3

本发明的钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料适用于深度5mm的裂缝修补，主要由MgO、模数1.5的水玻璃、砂(粒径0.00mm～1.25mm)、石、矿渣、PTB乳液和水组成，各组分质量百分数为：MgO 4.5％、水玻璃5.0％、砂50％、矿渣31.5％、PTB乳液1.0％、水8.0％，各组分质量百分数和为100％。

本发明钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料制备方法的具体步骤为：

(1)计量：按上述比例分别计量各组成材料；

(2)拌合干料：将矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟；

(3)制备修补材料：将水玻璃温度控制在35±2℃，然后和PTB乳液一起溶解在水中，搅拌2～3分钟，制得外加剂溶液；然后将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料。

对钢-混凝土组合梁的混凝土层修补材料的初凝时间、满足开放交通要求强度的时间、1d抗压强度、1d抗折强度、与基底的粘结强度进行测定，满足开放交通要求强度的时间30min、1d抗压强度49MPa、1d抗折强度5.4MPa、与基底(混凝土)的粘结强度2.3MPa，与基底(钢板)的粘结强度2.9MPa。满足《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》(JT/T 1211.1-2018)中CRRM-II的要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。