本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)高延性砂漿材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、排水管網(wǎng)的完整通暢是市政工程基本要求，大多數(shù)城市排水管道以混凝土材料為主。運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的排水管道由于長(zhǎng)期失修、結(jié)構(gòu)老化，出現(xiàn)了不同程度的損壞，同時(shí)，一部分近期建設(shè)的管道也由于局部地質(zhì)條件等原因出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性和功能性缺陷。加大排水管道的修復(fù)和改造對(duì)于提高城市管道輸送能力十分重要。

2、根據(jù)管道缺陷類型、缺陷程度以及施工條件，修復(fù)方式可分為開(kāi)挖修復(fù)和非開(kāi)挖修復(fù)。噴涂法是一種常用的非開(kāi)挖修復(fù)方法，其修復(fù)技術(shù)與縮徑法、穿插法、內(nèi)襯法、灌漿法等非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的顯著區(qū)別在于，噴涂法依附于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)成型，施工速度快，過(guò)流斷面損失小，靈活性強(qiáng)，可適應(yīng)管道直徑、截面形狀、曲率等變化，形成的內(nèi)襯與原結(jié)構(gòu)可較好結(jié)合。噴涂法有水泥砂漿噴涂、環(huán)氧樹(shù)脂及聚酯樹(shù)脂噴涂等方法，通常用化學(xué)類噴涂的方法是非結(jié)構(gòu)性的，而砂漿噴涂依據(jù)噴層厚度，可以認(rèn)為是非結(jié)構(gòu)性的或半結(jié)構(gòu)性的。當(dāng)前的噴涂砂漿存在強(qiáng)度低、易開(kāi)裂、界面粘結(jié)性能差以及長(zhǎng)期服役耐久性劣化等問(wèn)題，而高延性水泥基材料(ecc)的使用可大大降低由于材料收縮而導(dǎo)致的開(kāi)裂及其引起的耐久性問(wèn)題。ecc材料是基于細(xì)觀力學(xué)的性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，由水泥砂漿作為基體，以纖維作為增強(qiáng)材料制備而成。ecc中具有滑動(dòng)硬化性能的纖維可以在材料出現(xiàn)初裂縫后橋接基體繼續(xù)承擔(dān)遞增的荷載，同時(shí)抑制局部脆性開(kāi)裂并確保ecc產(chǎn)生多重細(xì)密的微裂縫，使ecc具備高延性。

3、公開(kāi)號(hào)為cn105060784a的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種用于水工泄水建筑物修補(bǔ)的高延性水泥基材料，其抗沖耐磨強(qiáng)度高、與基體粘結(jié)和變形協(xié)調(diào)性良好，但其極限拉伸應(yīng)變僅為1％～3％，其彎曲延性仍然不夠優(yōu)異。公開(kāi)號(hào)為cn112745085a的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種可噴射pva-ecc高延性水泥基復(fù)合材料，其抗?jié)B性較好，單軸拉伸拉應(yīng)變?cè)?％～5％，有明顯的多縫開(kāi)裂現(xiàn)象和應(yīng)變硬化，但抗壓強(qiáng)度在40mpa～50mpa，力學(xué)性能仍然不夠優(yōu)異。從ecc材料的性能發(fā)展規(guī)律與斷裂力學(xué)角度，盡管現(xiàn)有ecc的極限拉伸應(yīng)變可超過(guò)3％，但抗壓強(qiáng)度較低；成熟的超高性能混凝土(uhpc)和ecc均無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高抗壓強(qiáng)度、高延性(多縫開(kāi)裂)和應(yīng)變硬化特性的特殊性能需求，這也是ecc材料研發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵難題。

4、鑒于排水管網(wǎng)的服役環(huán)境，其污水水質(zhì)抽查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)污水codcr最高值達(dá)到了740mg/l，也即排水管內(nèi)污水水質(zhì)將顯著促進(jìn)微生物的繁殖與生長(zhǎng)，這也對(duì)修復(fù)材料的耐生物腐蝕性能提出了更高的要求。排水管網(wǎng)混凝土管道材料自身呈堿性，長(zhǎng)期經(jīng)受ph為(6.5～9.5)污水沖刷時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)侵蝕與沖刷破壞，造成水化硫酸鈣等產(chǎn)物分解、液相堿度降低，從而導(dǎo)致混凝土管道結(jié)構(gòu)分解失穩(wěn)。排水管內(nèi)污水水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化、管內(nèi)濕周波動(dòng)以及有機(jī)物含量等多因素的疊加，將對(duì)排水管修復(fù)砂漿的長(zhǎng)期耐久形成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)傳統(tǒng)的噴涂砂漿強(qiáng)度低、易開(kāi)裂以及耐久性差的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種新型高強(qiáng)高延性砂漿材料，該材料流動(dòng)性與抗流掛性較好，力學(xué)性能優(yōu)異，粘結(jié)強(qiáng)度高，抗裂性能良好，適用于排水管網(wǎng)缺陷的噴涂修復(fù)。具體的技術(shù)方案如下：

2、一方面，本發(fā)明提出了一種高強(qiáng)高延性砂漿材料，所述砂漿材料由粉體材料和液體材料組成；

3、所述粉體材料包括以下重量份原料：

4、硅酸鹽水泥30～35份，磷石膏-赤泥-鋼渣改性混合物10～15份，磨細(xì)礦粉15～25份，輕燒氧化鎂5～8份，橡膠粉5～10份，人工細(xì)砂36～40份和改性纖維1.2～1.8份；

5、所述液體材料包括以下重量份原料：聚丙烯酸樹(shù)脂乳液50～90份，聚乙烯醇1～5份，交聯(lián)劑1～3份，水30～34份，減水劑1.5～1.8份，減縮劑1～3份和防腐劑2～5份。

6、進(jìn)一步地，所述磷石膏-赤泥-鋼渣改性混合物由磷石膏、赤泥和鋼渣按照2:1:1的質(zhì)量比組成。

7、進(jìn)一步地，所述磨細(xì)礦粉為s95礦渣粉；所述輕燒氧化鎂中mgo含量不低于90％；

8、所述橡膠粉為硫化橡膠粉；

9、所述人工細(xì)砂的最大粒徑不超過(guò)160μm，表觀密度不低于2700kg/m3。

10、進(jìn)一步地，所述改性纖維為聚合物纖維和有機(jī)溶劑混合后經(jīng)微波處理后得到。

11、進(jìn)一步地，所述聚丙烯酸樹(shù)脂乳液的分子量為15000～20000，固含量為45～55％，粘度為1000-5000cps；

12、所述聚乙烯醇的分子量為10000～15000，固含量為30～40％，粘度為1000～5000cps；

13、所述交聯(lián)劑為氧化鋅無(wú)機(jī)交聯(lián)劑；

14、所述減水劑為聚羧酸類高性能減水劑，其減水率不低于25％；

15、所述減縮劑為氨基醇類減縮劑，其28天減縮率超過(guò)20％；

16、所述防腐劑為xypex?admix?c-500系列防水防腐蝕添加劑。

17、第二方面，本發(fā)明還提出了所述的高強(qiáng)高延性砂漿材料的制備方法，包括以下步驟：

18、將聚丙烯酸樹(shù)脂乳液、聚乙烯醇和1/5的總水量進(jìn)行混合攪拌，攪拌均勻后得到混合液；

19、向所述混合液中依次加入交聯(lián)劑、減水劑、減縮劑和份防腐劑，繼續(xù)攪拌均勻后得到液體混合材料；

20、將人工細(xì)砂、硅酸鹽水泥、磷石膏-赤泥-鋼渣改性混合物、磨細(xì)礦粉、輕燒氧化鎂、橡膠粉依次加入攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌后得到粉體混合材料；

21、將所述粉體混合材料加入液體混合材料中進(jìn)行攪拌，再加入改性纖維總量的1/2攪拌后，加入剩余的改性纖維繼續(xù)攪拌后得到砂漿材料。

22、進(jìn)一步地，所述磷石膏-赤泥-鋼渣改性混合物按照以下步驟制備：

23、將磷石膏、赤泥和鋼渣按照2:1:1質(zhì)量比混合均勻；

24、將混合后的物料經(jīng)過(guò)200～300℃高溫煅燒堿熱改性；

25、將改性后的物料冷卻至室溫后，粉磨至比表面積不小于500m2/kg的磷石膏-赤泥-鋼渣改性混合物。

26、進(jìn)一步地，所述改性纖維按照以下步驟制備：

27、將聚合物纖維進(jìn)行超聲清洗后與處理液混合；

28、將混合液進(jìn)行微波處理10～20min后，烘干得到表面改性的改性纖維。

29、進(jìn)一步地，所述處理液為去離子水、異丙醇、乙醇或者乙二醇。

30、第三方面，本發(fā)明提出了所述的方法制備的高強(qiáng)高延性砂漿材料在排水管網(wǎng)修復(fù)過(guò)程中的應(yīng)用。

31、本發(fā)明的提出的高強(qiáng)高延性噴涂修復(fù)材料由粉體和液體雙組份組成，其中粉體材料的硅酸鹽水泥、磷石膏-赤泥-鋼渣改性混合物、礦粉經(jīng)過(guò)級(jí)配優(yōu)化形成緊密堆積結(jié)構(gòu)，輕燒氧化鎂和減縮劑降低修復(fù)材料體積收縮變形，改性纖維起到橋聯(lián)增韌作用，使得修復(fù)材料在承受外部荷載作用下通過(guò)纖維滑移釋放能量、提高其抗裂能力；而且，磷石膏-赤泥-鋼渣改性混合物采用固廢原材料進(jìn)行了堿熱重整，具備高早強(qiáng)和優(yōu)異抗硫酸鹽侵蝕能力，非常適用于排水管道的腐蝕環(huán)境。液體組分中的聚丙烯酸樹(shù)脂乳液和聚乙烯醇聯(lián)用可以有效改善水泥基材料的黏度，增強(qiáng)其流動(dòng)性和施工性能，并提高水泥基材料與管網(wǎng)表面的附著力，實(shí)現(xiàn)修復(fù)材料與管網(wǎng)基底的良好粘結(jié)；聚乙烯醇和防腐劑可以提升修復(fù)材料在潮濕、侵蝕環(huán)境下的耐水性和耐生物侵蝕性能，從而保障管網(wǎng)修復(fù)后的長(zhǎng)期服役和耐久。

32、本發(fā)明制得的雙組分修復(fù)材料通過(guò)有機(jī)-無(wú)機(jī)材料復(fù)合實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高韌性協(xié)調(diào)發(fā)展，抗壓強(qiáng)度超過(guò)50mpa且極限應(yīng)變能力達(dá)到3.3～5.5％，突破了傳統(tǒng)ecc材料高韌但強(qiáng)度不高的技術(shù)瓶頸。而且非常適用于排水管網(wǎng)特征環(huán)境，具有優(yōu)異的耐水性和耐生物腐蝕性能，相比單一組分材料具有更好的粘接性能、操控時(shí)間更長(zhǎng)、適用范圍更廣、耐久性更優(yōu)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，綜合性能優(yōu)。

33、本發(fā)明提出修復(fù)材料采用了粉體與液體的雙組份形式，施工過(guò)程中可以提供較長(zhǎng)的操控時(shí)間，并且雙組份材料可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配比調(diào)整，適用于不同修復(fù)場(chǎng)景并滿足不同工況需求，且原材料來(lái)源簡(jiǎn)單，無(wú)機(jī)粉體材料采用工業(yè)固廢磷石膏、赤泥和鋼渣用作原材料并經(jīng)過(guò)堿熱重整改性，在獲得高早強(qiáng)同時(shí)具備優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性能；有機(jī)材料在生產(chǎn)和使用階段都具有低揮發(fā)性，無(wú)機(jī)材料與有機(jī)材料聯(lián)合使用不僅性能優(yōu)異，而且沒(méi)有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和隱患，安全環(huán)保。

34、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。