一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶及其制备方法技术

技术编号：43873537 阅读：11 留言：0更新日期：2024-12-31 18:57

本发明专利技术涉及建筑凝胶材料技术领域，特别是涉及一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶及其制备方法，按重量份数计包括以下组成成分：凝胶基材30‑100份、细骨料5‑10份、粗骨料5‑15份、增强纤维0.5‑1份、硼酸铝晶须0.03‑0.04份、纳米碳酸钙0.1‑0.2份、水20‑40份；其中凝胶基材包括电石渣、膨润土、偏高岭土，电石渣、膨润土、偏高岭土的质量比为(1‑3)：(1‑3)：(1‑4)，电石渣为氯碱工厂电石渣原浆放置后的沉积物。本发明专利技术采用上述技术方案解决了现有技术中水泥基加固材料成本高、粘结强度低、抗压强度差的问题。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑凝胶材料，特别是涉及一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶及其制备方法。

技术介绍

1、近年来，随着桥梁跨度的增加，对于承台、塔座等大体积混凝土结构部位的质量要求也越来越严格，然而由于大体积混凝土截面尺寸大，其在施工过程时，水泥的水化反应会产生大量水化热，而混凝土为热的不良导体，热量聚集在内部不易散发，而表面散热较快，这样在混凝土内部和表层形成较大温差，导致不均匀的温度变形和温度应力，一旦拉应力超过混凝土的即时抗拉强度，就会在混凝土内部或表面产生热裂缝或贯通裂缝。裂缝的出现，不仅影响结构外观质量，更重要的是会破坏结构的整体性和稳定性，严重时会导致结构不能正常使用。因此，为了防止桥梁发生严重损坏，需要对其进行改造和加固。

2、混凝土结构加固材料主要有水泥基加固材料、钢材及焊接材料、纤维和纤维复合材料、胶粘剂和阻锈剂，其中应用最为广泛的是水泥基加固材料即胶凝材料。传统的水泥基加固材料存在着一些问题：(1)大多采用不可再生的自然资源，材料选择范围狭小；(2)加固养护周期长，新旧混凝土粘结强度低，抗压强度差；这些问题使得混凝土结构加固的材料成本高，总体造价高，限制了混凝土加固的效果，进而对桥梁的加固产生不良的影响。

3、因此，开发一种低成本、粘结强度高、抗压强度好的凝胶材料有利于提高桥梁的加固效果。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶及其制备方法，解决了现有技术中水泥基加固材料成本高、粘结强度低、抗压强度差的问题。

<p>2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，按重量份数计包括以下组成成分：凝胶基材30-100份、细骨料5-10份、粗骨料5-15份、增强纤维0.5-1份、硼酸铝晶须0.03-0.04份、纳米碳酸钙0.1-0.2份、水20-40份；

3、其中凝胶基材包括电石渣、膨润土、偏高岭土，电石渣、膨润土、偏高岭土的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-4)，电石渣为氯碱工厂电石渣原浆放置后的沉积物。

4、优选的，细骨料的粒径为30-50μm，细骨料包括再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料。

5、优选的，粗骨料的粒径为0.15-5.00mm，粗骨料为天然河砂。

6、优选的，增强纤维包括长度分别为12-15mm、6-10mm、2-5mm的碳纤维，各个长度碳纤维的质量比为(2～3):(1～2):(0.1～1.5)。不同长度的纤维能够跨越基体的裂缝，使其发展受阻，从而达到抗裂增强的目的。

7、优选的，电石渣按重量份数计包括以下组分：cao 50-60份、sio2 7-10份、al2o3 1-2份、fe2o3 2-10份、mgo 5-7份、na2sio3 0.3-0.7份、na2co3 0.05-0.1份、nacl 0.2-0.4份。

8、优选的，偏高岭土按重量份数计包括以下组分：sio2 50-65份，al2o3 40-60份。

9、一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)按照比例称取电石渣、膨润土、偏高岭土和水，加入到混料机中搅拌，混合均匀得到混合料a；

11、(2)向混合料a中加入硼酸铝晶须、纳米碳酸钙，搅拌均匀得到混合料b；

12、(3)向混合料b中加入细骨料、粗骨料、增强纤维，进行高速搅拌，得到混合凝胶。

13、优选的，步骤(1)中搅拌时间为1-3min，搅拌速率为30～50r/min。

14、优选的，步骤(2)中搅拌时间为0.5-2min，搅拌速率为30～50r/min。

15、优选的，步骤(3)中搅拌时间为1-2min，搅拌速率为120～160r/min。

16、本专利技术的有益效果：

17、(1)本专利技术利用电石渣中含有的关键碱性组分协同作为废碱激发剂，充分诱导偏岭高土的活性触发，能够快速水化缩聚形成由硅氧四面体和铝氧四面体所构成的胶凝结构，使水化硅酸钙/水化硅铝酸钙凝胶增多，大幅度提高了复合凝胶的密实度，提高了体系的抗压强度，实现废碱充分利用，可有效降低碱激发胶凝材料生产成本。

18、(2)本专利技术中使用的纳米碳酸钙为纳米级增强材料，通过其纳米效应和硼酸铝晶须协同作用，促进混凝土早期强度的发展，又具有一定减水增强效果。并且硼酸铝晶须机械性能优异，尺寸小，在体系中分散性好，当凝胶材料基体强度形成后，可以通过微观增强作用增加凝胶的密实度和后期强度。

19、(3)本专利技术中以碳纤维作为增强纤维，一方面可以起到增强骨架的作用，另一方面还可以改善混合过程中基料之间团聚的发生。而不同长度的纤维能够跨越基体的裂缝，使其发展受阻，从而达到抗裂增强的目的。

20、(4)本专利技术中膨润土在水中分散呈胶体悬浮液，增加体系的粘稠度，同时细骨料分散于胶体悬浮也中，提高了膨润土的结构强度、均匀性和致密性，可以有效提高凝胶材料的稠度，从而提高材料的粘结强度，然后与粗骨料混合，由于膨润土具有一定的粘性，减小了粗骨料的分离，进而提高了凝胶材料的抗压强度。

21、(5)本专利技术利用再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料作为细骨料，再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料可就地取材，且处理费用低，电石渣为氯碱工厂电石渣原浆放置后的沉积物，实现了废物的再利用，即本专利技术满足了建筑垃圾、生活垃圾与工厂生产废弃物的再生资源化利用的趋势，解决了环境污染问题。

22、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。

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【技术保护点】

1.一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于，按重量份数计包括以下组成成分：凝胶基材30-100份、细骨料5-10份、粗骨料5-15份、增强纤维0.5-1份、硼酸铝晶须0.03-0.04份、纳米碳酸钙0.1-0.2份、水20-40份；

2.根据权利要求1所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于：细骨料的粒径为30-50μm，细骨料包括再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于：粗骨料的粒径为0.15-5.00mm，粗骨料为天然河砂。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于：增强纤维包括长度分别为12-15mm、6-10mm、2-5mm的碳纤维，各个长度碳纤维的质量比为(2～3):(1～2):(0.1～1.5)。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于：电石渣按重量份数计包括以下组分：CaO 50-60份、SiO2 7-10份、Al2O3 1-2份、Fe2O3 2-10份、MgO5-7份、Na2SiO3 0.3-0.7份、Na2CO3 0.05-0.1份、NaCl0.2-0.4份。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于：偏高岭土按重量份数计包括以下组分：SiO2 50-65份，Al2O3 40-60份。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中搅拌时间为1-3min，搅拌速率为30～50r/min。

9.根据权利要求7所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中搅拌时间为0.5-2min，搅拌速率为30～50r/min。

10.根据权利要求7所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)中搅拌时间为1-2min，搅拌速率为120～160r/min。

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于：细骨料的粒径为30-50μm，细骨料包括再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于：粗骨料的粒径为0.15-5.00mm，粗骨料为天然河砂。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁加固含碳纤维混合凝胶，其特征在于：电石渣按重量份数计包括以下组分：cao 50-60份、sio2 7-10份、al2o3 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：司金艳，郭英伟，傅俊峰，马立旺，杨志文，王海瑞，杨洪涛，曹敬春，杨檬，范乃振，李伟，钱根乐，张维昌，
申请(专利权)人：北京市市政工程研究院，
类型：发明
国别省市：

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