专利名称：耐高温碱矿渣胶凝材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种胶凝材料及其制备方法。
背景技术：
目前，碳纤维布在加固混凝土结构中大量应用，其在绝氧情况下具有良好的耐高温性能，即在低于100(TC时，温度对碳纤维布抗拉强度影响很小。但在有氧情况下，当温度达400°C时会发生明显氧化，碳纤维布的强度随之下降。目前常用的建筑加固胶粘剂为环氧类有机胶，其玻璃化温度Tg大约在65 82V,当环境温度达到玻璃态转化温度Tg时，有机胶粘剂的粘结强度将急剧降低，丧失其传递纤维间剪力和与混凝土共同工作的基础，极易导致碳纤维布与混凝土的剥离，使碳纤维布的强度得不到充分发挥，不能耐高温。
发明内容
本发明是要解决现有建筑加固胶粘剂玻璃化温度过低，在高温下极易导致碳纤维布与混凝土的剥离，不能耐高温的问题，提供耐高温碱矿渣胶凝材料及其制备方法。本发明耐高温碱矿渣胶凝材料由矿渣粉、钾水玻璃、氢氧化钠和水制成；其中矿渣粉与钾水玻璃的质量比为1 0.2 0.3，矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.04 0.05， 矿渣粉与水的质量比为1 0.35 0.45;所述钾水玻璃的模数为2. 79。上述耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，按以下步骤进行一、向模数为2. 79的钾水玻璃中加入氢氧化钠搅拌均勻，使钾水玻璃的模数为0. 8 1. 2 ；二、将矿渣粉倒入搅拌锅中，再倒入模数为0. 8 1. 2的钾水玻璃，搅拌1 2min，然后向搅拌锅中倒入水，搅拌 2 8min，即得到耐高温碱矿渣胶凝材料；所述矿渣粉与模数为2. 79的钾水玻璃的质量比为1 0.2 0.3，矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.04 0.05，矿渣粉与水的质量比为 1 0. 35 0. 45。矿渣受钾水玻璃激发下的水化过程为由钾水玻璃水解生成KOH和Si (OH)4，然后矿渣玻璃体的Ca2+、Mg2+吸附水玻璃介质中的0H—，矿渣中的02_吸附质子形成氢氧化物和水， 使矿渣玻璃体解体、溶解；最后Ca(OH)2与反应生成的Si (OH)4形成难溶的水化硅酸钙凝胶和类沸石类矿物。产物多为空间网络结构，具有良好的胶凝性和稳定性。在常温下用本发明的碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土梁的力学性能与用有机胶粘贴碳纤维布加固混凝土梁相当，在火灾下耐高温碱矿渣胶凝材料可使碳纤维布与混凝土梁板有效共同工作。同时该碱矿渣胶凝材料具有快硬早强、抗渗性、粘结锚固性能均较优良，以及成本低和污染小等突出优点。本发明的碱矿渣胶凝材料作为粘贴碳纤维布和植筋的建筑加固胶粘剂，具有耐高温的特性，首先，该碱矿渣胶凝材料在700°C时抗压强度与其在常温下的抗压强度相当，将碱矿渣胶凝材料制成20mmX20mmX20mm的立方体，测得其常温下抗压强度达到82. IOMPa, 700°C时抗压强度达到78.85MPa。其次，碱矿渣胶凝材料在常温下面内剪切强度可达 1. 43 1. 48MPa,与环氧类有机胶面内剪切强度相当，而在700°C高温下碱矿渣胶凝材料面内剪切强度仍可达0. 98 1. 05MPa，远远优于环氧类有机胶高温剪切效果；碱矿渣胶凝材料面内剪切试验呈现界面处混凝土被剥离的理想破坏模式，有效地解决了高温下用环氧类有机胶粘贴碳纤维布极易与混凝土剥离的问题。
图1为具体实施方式
二十三制得的碱矿渣胶凝材料在20°C下的SEM照片；图2 为具体实施方式
二十三制得的碱矿渣胶凝材料在200°C下的SEM照片；图3为具体实施方式
二十三制得的碱矿渣胶凝材料在400°C下的SEM照片；图4为具体实施方式
二十三制得的碱矿渣胶凝材料在600°C下的SEM照片；图5为具体实施方式
二十三制得的碱矿渣胶凝材料在800°C下的SEM照片；图6为具体实施方式
二十三制得的碱矿渣胶凝材料在 1000°C下的SEM照片；图7为具体实施方式
二十三制得的碱矿渣胶凝材料经不同高温后的 X射线衍射图；图8在高温条件下碱矿渣胶凝材料与水泥石抗压强度随温度的变化关系曲线，-▲-表示水泥石，-■-表示耐高温碱矿渣胶凝材料。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式耐高温碱矿渣胶凝材料由矿渣粉、钾水玻璃、氢氧化钠和水制成；其中矿渣粉与钾水玻璃的质量比为1 0. 2 0. 3，矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.04 0.05，矿渣粉与水的质量比为1 0. 35 0. 45 ；所述钾水玻璃的模数为 2. 79。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是矿渣粉与钾水玻璃的质量比为1 0.2。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是矿渣粉与钾水玻璃的质量比为1 0.3。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是矿渣粉与钾水玻璃的质量比为1 0.25。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一不同的是矿渣粉与钾水玻璃的质量比为1 0.观6。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.04。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.05。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.046。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是矿渣粉与水的质量比为1 0.35。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是矿渣粉与水的质量比为1 0.45。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是矿渣粉与水的质量比为1 0.408。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十二 本实施方式耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，按以下步骤进行一、向模数为2. 79的钾水玻璃中加入氢氧化钠搅拌均勻，使钾水玻璃的模数为0. 8 1. 2 ；二、将矿渣粉倒入搅拌锅中，再倒入模数为0. 8 1. 2的钾水玻璃，搅拌1 2min，然后向搅拌锅中倒入水，搅拌2 8min，即得到耐高温碱矿渣胶凝材料；所述矿渣粉与模数为 2.79的钾水玻璃的质量比为1 0.2 0.3，矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0. 04 0.05，矿渣粉与水的质量比为1 0.35 0.45。本实施方式中矿渣粉、钾水玻璃和氢氧化钠均为市售产品。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十二不同的是步骤一中使钾水玻璃的模数为0.8。其它与具体实施方式
十二相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十二不同的是步骤一中使钾水玻璃的模数为1.2。其它与具体实施方式
十二相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十二不同的是步骤一中使钾水玻璃的模数为0. 9 1. 1。其它与具体实施方式
十二相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十二不同的是步骤一中使钾水玻璃的模数为1。其它与具体实施方式
十二相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十二至十六之一不同的是步骤二中第一次搅拌lmin。其它与具体实施方式
十二至十六之一相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十二至十六之一不同的是步骤二中第一次搅拌aiiin。其它与具体实施方式
十二至十六之一相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十二至十八之一不同的是步骤二中第二次搅拌aiiin。其它与具体实施方式
十二至十八之一相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十二至十八之一不同的是步骤二中第二次搅拌8min。其它与具体实施方式
十二至十八之一相同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
十二至十八之一不同的是步骤二中第二次搅拌4 6min。其它与具体实施方式
十二至十八之一相同。
具体实施方式
二十二 本实施方式与具体实施方式
十二至十八之一不同的是步骤二中第二次搅拌5min。其它与具体实施方式
十二至十八之一相同。
具体实施方式
二十三本实施方式耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，按以下步骤进行一、向模数为2. 79的28. 6g钾水玻璃中加入4. 6g氢氧化钠搅拌均勻，使钾水玻璃的模数为0. 8 ；二、将IOOg矿渣粉倒入搅拌锅中，再倒入模数为0. 8的钾水玻璃，搅拌lmin， 然后向搅拌锅中倒入40. Sg水，搅拌5min，即得到耐高温碱矿渣胶凝材料。本实施方式所述矿渣粉的级别为S95。本实施方式制得的耐高温碱矿渣胶凝材料的待用时间不超过lh。使用该碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土结构时，需将碳纤维布在碱矿渣胶凝材料中浸泡并杵捣 15min，然后将浸透碱矿渣胶凝材料的碳纤维布粘贴在打磨平整的混凝土结构表面。本实施方式的碱矿渣胶凝材料在20°C下的SEM照片如图1，碱矿渣胶凝材料在 200°C下的SEM照片如图2，碱矿渣胶凝材料在400°C下的SEM照片如图3，碱矿渣胶凝材料在600°C下的SEM照片如图4，碱矿渣胶凝材料在800°C下的SEM照片如图5，碱矿渣胶凝材料在1000°C下的SEM照片如图6。可以看出在600°C以前，碱矿渣胶凝材料的显微结构未发
生明显变化。本实施方式的碱矿渣胶凝材料经不同高温后的X射线衍射图如图7所示，M表示 Ca2MgSi2O7，碱矿渣胶凝材料在600 800°C区间内，开始发生固相反应，生成镁黄长石，物相组成由非晶体相转变为晶体相，水化硅酸钙(C-S-H)凝胶结构有较多裂缝出现。作为对比，选取了普通硅酸盐水泥P. 0425，制备与碱矿渣胶凝材料相同尺寸 (20mmX20mmX20mm的立方体)的水泥净浆试块，与碱矿渣胶凝材料同时进行耐高温试验， 以比较二者耐高温性能的差别。抗压强度随温度的变化关系曲线如图8所示，可以看出相同水灰比的情况下，碱矿渣胶凝材料耐高温性能优于由普通硅酸盐水泥制备的水泥石。
权利要求
1.耐高温碱矿渣胶凝材料，其特征在于耐高温碱矿渣胶凝材料由矿渣粉、钾水玻璃、氢氧化钠和水制成；其中矿渣粉与钾水玻璃的质量比为1 0.2 0.3，矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.04 0.05，矿渣粉与水的质量比为1 0.35 0.45 ；所述钾水玻璃的模数为2. 79。
2.根据权利要求1所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于矿渣粉与钾水玻璃的质量比为1 0.观6。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.046。
4.根据权利要求3所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于矿渣粉与水的质量比为1 0.408。
5.权利要求1所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，按以下步骤进行一、向模数为2. 79的钾水玻璃中加入氢氧化钠搅拌均勻，使钾水玻璃的模数为0. 8 1. 2 ；二、将矿渣粉倒入搅拌锅中，再倒入模数为0. 8 1. 2的钾水玻璃，搅拌1 2min，然后向搅拌锅中倒入水，搅拌2 8min，即得到耐高温碱矿渣胶凝材料；所述矿渣粉与模数为2. 79的钾水玻璃的质量比为1 0. 2 0. 3，矿渣粉与氢氧化钠的质量比为1 0.04 0.05，矿渣粉与水的质量比为1 0.35 0.45。
6.根据权利要求5所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于步骤一中使钾水玻璃的模数为0.8。
7.根据权利要求5所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于步骤一中使钾水玻璃的模数为1.2。
8.根据权利要求5所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于步骤一中使钾水玻璃的模数为1。
9.根据权利要求5或6所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于步骤二中第一次搅拌lmin。
10.根据权利要求9所述的耐高温碱矿渣胶凝材料的制备方法，其特征在于步骤二中第二次搅拌5min。
全文摘要
耐高温碱矿渣胶凝材料及其制备方法，涉及一种胶凝材料及其制备方法。本发明是要解决现有建筑加固胶粘剂玻璃化温度过低，在高温下极易导致碳纤维布与混凝土的剥离，不能耐高温的问题。耐高温碱矿渣胶凝材料由矿渣粉、钾水玻璃、氢氧化钠和水制成。方法一、向钾水玻璃中加入氢氧化钠搅拌均匀，调节钾水玻璃的模数；二、将矿渣粉倒入搅拌锅中，再倒入钾水玻璃搅拌，然后向搅拌锅中倒入水搅拌，即得到耐高温碱矿渣胶凝材料。本发明的碱矿渣胶凝材料在700℃高温下的抗压强度与其在常温下相当；面内剪切强度远远优于环氧类有机胶，面内剪切试验呈现界面处混凝土被剥离的理想破坏模式。应用于建筑加固材料领域。
文档编号C04B7/14GK102351443SQ20111019980
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者朱晶, 王英, 郑文忠, 陈伟宏 申请人:哈尔滨工业大学