本發(fā)明涉及建筑凝膠材料，特別是涉及一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著橋梁跨度的增加，對于承臺、塔座等大體積混凝土結(jié)構(gòu)部位的質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格，然而由于大體積混凝土截面尺寸大，其在施工過程時(shí)，水泥的水化反應(yīng)會產(chǎn)生大量水化熱，而混凝土為熱的不良導(dǎo)體，熱量聚集在內(nèi)部不易散發(fā)，而表面散熱較快，這樣在混凝土內(nèi)部和表層形成較大溫差，導(dǎo)致不均勻的溫度變形和溫度應(yīng)力，一旦拉應(yīng)力超過混凝土的即時(shí)抗拉強(qiáng)度，就會在混凝土內(nèi)部或表面產(chǎn)生熱裂縫或貫通裂縫。裂縫的出現(xiàn)，不僅影響結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量，更重要的是會破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不能正常使用。因此，為了防止橋梁發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，需要對其進(jìn)行改造和加固。

2、混凝土結(jié)構(gòu)加固材料主要有水泥基加固材料、鋼材及焊接材料、纖維和纖維復(fù)合材料、膠粘劑和阻銹劑，其中應(yīng)用最為廣泛的是水泥基加固材料即膠凝材料。傳統(tǒng)的水泥基加固材料存在著一些問題：(1)大多采用不可再生的自然資源，材料選擇范圍狹??；(2)加固養(yǎng)護(hù)周期長，新舊混凝土粘結(jié)強(qiáng)度低，抗壓強(qiáng)度差；這些問題使得混凝土結(jié)構(gòu)加固的材料成本高，總體造價(jià)高，限制了混凝土加固的效果，進(jìn)而對橋梁的加固產(chǎn)生不良的影響。

3、因此，開發(fā)一種低成本、粘結(jié)強(qiáng)度高、抗壓強(qiáng)度好的凝膠材料有利于提高橋梁的加固效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中水泥基加固材料成本高、粘結(jié)強(qiáng)度低、抗壓強(qiáng)度差的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠，按重量份數(shù)計(jì)包括以下組成成分：凝膠基材30-100份、細(xì)骨料5-10份、粗骨料5-15份、增強(qiáng)纖維0.5-1份、硼酸鋁晶須0.03-0.04份、納米碳酸鈣0.1-0.2份、水20-40份；

3、其中凝膠基材包括電石渣、膨潤土、偏高嶺土，電石渣、膨潤土、偏高嶺土的質(zhì)量比為(1-3)：(1-3)：(1-4)，電石渣為氯堿工廠電石渣原漿放置后的沉積物。

4、優(yōu)選的，細(xì)骨料的粒徑為30-50μm，細(xì)骨料包括再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料。

5、優(yōu)選的，粗骨料的粒徑為0.15-5.00mm，粗骨料為天然河砂。

6、優(yōu)選的，增強(qiáng)纖維包括長度分別為12-15mm、6-10mm、2-5mm的碳纖維，各個(gè)長度碳纖維的質(zhì)量比為(2～3):(1～2):(0.1～1.5)。不同長度的纖維能夠跨越基體的裂縫，使其發(fā)展受阻，從而達(dá)到抗裂增強(qiáng)的目的。

7、優(yōu)選的，電石渣按重量份數(shù)計(jì)包括以下組分：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、優(yōu)選的，偏高嶺土按重量份數(shù)計(jì)包括以下組分：sio2?50-65份，al2o3?40-60份。

9、一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠的制備方法，包括以下步驟：

10、(1)按照比例稱取電石渣、膨潤土、偏高嶺土和水，加入到混料機(jī)中攪拌，混合均勻得到混合料a；

11、(2)向混合料a中加入硼酸鋁晶須、納米碳酸鈣，攪拌均勻得到混合料b；

12、(3)向混合料b中加入細(xì)骨料、粗骨料、增強(qiáng)纖維，進(jìn)行高速攪拌，得到混合凝膠。

13、優(yōu)選的，步驟(1)中攪拌時(shí)間為1-3min，攪拌速率為30～50r/min。

14、優(yōu)選的，步驟(2)中攪拌時(shí)間為0.5-2min，攪拌速率為30～50r/min。

15、優(yōu)選的，步驟(3)中攪拌時(shí)間為1-2min，攪拌速率為120～160r/min。

16、本發(fā)明的有益效果：

17、(1)本發(fā)明利用電石渣中含有的關(guān)鍵堿性組分協(xié)同作為廢堿激發(fā)劑，充分誘導(dǎo)偏嶺高土的活性觸發(fā)，能夠快速水化縮聚形成由硅氧四面體和鋁氧四面體所構(gòu)成的膠凝結(jié)構(gòu)，使水化硅酸鈣/水化硅鋁酸鈣凝膠增多，大幅度提高了復(fù)合凝膠的密實(shí)度，提高了體系的抗壓強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)廢堿充分利用，可有效降低堿激發(fā)膠凝材料生產(chǎn)成本。

18、(2)本發(fā)明中使用的納米碳酸鈣為納米級增強(qiáng)材料，通過其納米效應(yīng)和硼酸鋁晶須協(xié)同作用，促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展，又具有一定減水增強(qiáng)效果。并且硼酸鋁晶須機(jī)械性能優(yōu)異，尺寸小，在體系中分散性好，當(dāng)凝膠材料基體強(qiáng)度形成后，可以通過微觀增強(qiáng)作用增加凝膠的密實(shí)度和后期強(qiáng)度。

19、(3)本發(fā)明中以碳纖維作為增強(qiáng)纖維，一方面可以起到增強(qiáng)骨架的作用，另一方面還可以改善混合過程中基料之間團(tuán)聚的發(fā)生。而不同長度的纖維能夠跨越基體的裂縫，使其發(fā)展受阻，從而達(dá)到抗裂增強(qiáng)的目的。

20、(4)本發(fā)明中膨潤土在水中分散呈膠體懸浮液，增加體系的粘稠度，同時(shí)細(xì)骨料分散于膠體懸浮也中，提高了膨潤土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、均勻性和致密性，可以有效提高凝膠材料的稠度，從而提高材料的粘結(jié)強(qiáng)度，然后與粗骨料混合，由于膨潤土具有一定的粘性，減小了粗骨料的分離，進(jìn)而提高了凝膠材料的抗壓強(qiáng)度。

21、(5)本發(fā)明利用再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料作為細(xì)骨料，再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料可就地取材，且處理費(fèi)用低，電石渣為氯堿工廠電石渣原漿放置后的沉積物，實(shí)現(xiàn)了廢物的再利用，即本發(fā)明滿足了建筑垃圾、生活垃圾與工廠生產(chǎn)廢棄物的再生資源化利用的趨勢，解決了環(huán)境污染問題。

22、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)包括以下組成成分：凝膠基材30-100份、細(xì)骨料5-10份、粗骨料5-15份、增強(qiáng)纖維0.5-1份、硼酸鋁晶須0.03-0.04份、納米碳酸鈣0.1-0.2份、水20-40份；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠，其特征在于：細(xì)骨料的粒徑為30-50μm，細(xì)骨料包括再生建筑垃圾粉料和再生玻璃粉料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠，其特征在于：粗骨料的粒徑為0.15-5.00mm，粗骨料為天然河砂。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠，其特征在于：增強(qiáng)纖維包括長度分別為12-15mm、6-10mm、2-5mm的碳纖維，各個(gè)長度碳纖維的質(zhì)量比為(2～3):(1～2):(0.1～1.5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠，其特征在于：電石渣按重量份數(shù)計(jì)包括以下組分：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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠，其特征在于：偏高嶺土按重量份數(shù)計(jì)包括以下組分：sio2?50-65份，al2o3?40-60份。

7.一種如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠的制備方法，其特征在于：步驟(1)中攪拌時(shí)間為1-3min，攪拌速率為30～50r/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠的制備方法，其特征在于：步驟(2)中攪拌時(shí)間為0.5-2min，攪拌速率為30～50r/min。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠的制備方法，其特征在于：步驟(3)中攪拌時(shí)間為1-2min，攪拌速率為120～160r/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及建筑凝膠材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種橋梁加固含碳纖維混合凝膠及其制備方法，按重量份數(shù)計(jì)包括以下組成成分：凝膠基材30?100份、細(xì)骨料5?10份、粗骨料5?15份、增強(qiáng)纖維0.5?1份、硼酸鋁晶須0.03?0.04份、納米碳酸鈣0.1?0.2份、水20?40份；其中凝膠基材包括電石渣、膨潤土、偏高嶺土，電石渣、膨潤土、偏高嶺土的質(zhì)量比為(1?3)：(1?3)：(1?4)，電石渣為氯堿工廠電石渣原漿放置后的沉積物。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中水泥基加固材料成本高、粘結(jié)強(qiáng)度低、抗壓強(qiáng)度差的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：司金艷,郭英偉,傅俊峰,馬立旺,楊志文,王海瑞,楊洪濤,曹敬春,楊檬,范乃振,李偉,錢根樂,張維昌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京市市政工程研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30