超早强修补砂浆的研制与应用

超早强修补砂浆的研制与应用江苏省建筑科学研究院高性能土木工程材料国家重点实验室干粉砂浆技术交流会刘加平江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.2汇报纲要研究背景及研究思路研究内容与关键技术超早强修补砂浆材料研制工程应用江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.3研究背景与思路江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.4研究背景运营里程接近1万公里在建里程超过1万公里已成为世界上高铁运营里程最长、在建规模最大的国家2004年初，国务院批准《中长期铁路网规划》线路平顺安全运营轨道板精度梁面高程控制箱梁架设精度板式无砟轨道桥梁结构为主（京沪高铁桥梁比例：86%）高速铁路对线路平顺性要求非常高轨道板精度、梁面高程与箱梁完整性控制是关键环节！江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.5研究背景技术来源——新建箱梁桥面为什么需要大规模修补？梁面平整度？江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.6高速铁路对预制箱梁桥面水平度的要求高速铁路箱梁桥面主要存在的缺陷梁面平整度是保证列车平稳行驶的前提，梁面前后左右上下1m2范围内误差不能超过2毫米，4m2范围内误差不能超过8毫米……梁面大面积的气泡孔蜂窝麻面梁面收缩裂纹梁面平整度较差缺棱掉角及表面损坏……..外观要求严格修补施工工期紧质量要求高缺乏修补措施修补砂浆材料严峻考验研究背景江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.7梁面精准调平材料—既要超早强，又要自流平和良好界面粘结超早强：2h强度大于20MPa高流动性：自流平、自密实（30min自流平性不损失）高粘结强度：大于2.5MPa高耐久：100年设计使用寿命研究背景高铁建设为超早强修补砂浆材料带来了挑战江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.8研究思路结合高铁对快速修补砂浆材料的技术要求及水泥基材料水化硬化特征，以低碱硫铝酸盐水泥为研究对象。承需解决的关键技术问题：流动度损失，凝结非常快；掺入缓凝强度发展慢，后期强度下降；与硅酸盐水泥混凝土界面相容性问题体积膨胀的稳定性;与高效减水剂的适应性问题江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.9研究内容与关键技术江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.10研究内容缓凝技术超早强技术超早强砂浆材料工作性提升超早强砂浆材料抗裂性提升超早强砂浆材料界面粘结提升高铁梁面超早修补砂浆材料超早强技术关键性能提升制备与工程应用如何解决对立矛盾？江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.11低碱硫铝酸盐水泥缓凝技术研究低碱硫铝酸盐水泥缓凝理论模型的构想与设计水化快，小时水化热高；强度发展较快；后期强度不到缩；具有微膨胀特性。低碱硫铝酸盐水泥矿物组成：无水硫铝酸钙、β型硅酸二钙及石膏缓凝思路：引入化学物质在水化初始形成包裹层，包裹低碱硫铝酸盐水泥熟料颗粒，延迟钙矾石的生成，从而起到缓凝作用。江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.12缓凝组分B对低碱硫铝酸盐水泥缓凝作用理论分析引入化学物质B在水化初始形成包裹层，包裹硫铝酸盐水泥熟料颗粒，延迟钙矾石的生成。B和氢氧化钙反应生成条状或板状六边形晶体缓凝组分B水化产物形成的包裹层缓凝组分B水化产物SEM照片低碱硫铝酸盐水泥缓凝技术研究江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.13缓凝组分B对低碱硫铝酸盐水泥缓凝作用微观分析掺B后低碱硫铝酸盐水泥水化30min微观试验结果缓凝组分B水化产物衍射峰缓凝组分B缓凝的机理是其水化产物包裹在水泥颗粒表面抑制了水泥水化。低碱硫铝酸盐水泥缓凝技术研究江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.1410203040502θ/oAFtC4A3SCA2CaSO4CaCO3β-C2SC-S-H10203040502θ/oAFtC4A3SCA2CaSO4CaCO3β-C2SC-S-HCAS+硼砂CSA-1dCSA+缓凝-1d缓凝组分B加入低碱硫铝酸盐水泥中能延缓其水化，从而起到缓凝作用缓凝组分B使水化速率降低反而更有利于低碱硫铝酸盐水泥的充分水化10203040502θ/oAFtC4A3SCA2CaSO4CaCO3β-C2SC-S-H10203040502θ/oAFtC4A3SCA2CaSO4CaCO3β-C2SC-S-HCAS+硼砂CSA+缓凝-28dCSA-28dX-ray衍射结果与分析低碱硫铝酸盐水泥缓凝技术研究江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.15掺量不足，缓凝效果不好；过量时，包裹层较厚，水化产物AFm及AFt形成的结晶压力不足以导致包裹膜破裂，影响工程质量和进度；掺量较大时，后期下降很明显。存在问题：缓凝组分B对低碱硫铝酸盐水泥缓凝作用试验分析B对低碱硫铝酸盐水泥水化的影响低碱硫铝酸盐水泥缓凝技术研究江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.16低碱硫铝酸盐水泥快硬超早强技术研究低碱硫铝酸盐水泥快硬超早强理论模型的构想与设计早强模型设计基于以上包裹层缓凝技术，要达到在较短时间内突破缓凝包裹层，使水泥颗粒凝结硬化主要有两种模型：引入外界阳离子降低液相Ca+、SO42-及Al3+浓度，提供钙矾石结晶必需的晶核;引入小分子和较小的离子渗透通过包裹层，并立即参与反应。A-Ca-Na-SigelA-Sicrystals包裹层Crystals江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.17低碱硫铝酸盐水泥快硬超早强模型的试验验证凝结时间测试结果0.0000.0010.0020.0030.0040.00550556065707580859095100Settime(min)Accelerator(%)初凝(min)终凝(min)FOX8H:0.4%；retarder:0.40%；w/c=0.260.0000.0010.0020.0030.0040.0051618202224262830Settime(min)Accelerator(%)初凝(min)终凝(min)FOX8H:0.2%;Retarder:0.2%;w/c=0.26.0.4%retarder0.2%retarder可通过控制缓凝和超早强组分的量来控制低碱硫铝酸盐水泥的凝结硬化时间。低碱硫铝酸盐水泥快硬超早强技术研究江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.180.000.010.020.030.040.050.061.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.5Compressivestrength（MPa）Dosage(%)retarder0.4%retarder0.2%纯低碱硫铝酸盐水泥体系2h24hCompressivestrength0.000.010.020.030.040.050.0633343536373839Compressivestrength（MPa）Dosage(%)retarder0.4%retarder0.2%纯低碱硫铝酸盐水泥体系24h2hCompressivestrength早强组分可明显提高低碱硫铝酸盐水泥的小时强度。低碱硫铝酸盐水泥快硬超早强模型的试验验证小时强度测试结果低碱硫铝酸盐水泥快硬超早强技术研究江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.190.000.010.020.030.040.050.06474849505152Compressivestrength（MPa）Dosage(%)retarder0.4%retarder0.2%纯低碱硫铝酸盐水泥体系7d0.000.010.020.030.040.050.06505152535455Compressivestrength（MPa）Dosage(%)retarder0.4%retarder0.2%纯低碱硫铝酸盐水泥体系7dCompressivestrength28dCompressivestrength早强组分可解决由缓凝组分引起的低碱硫铝酸盐水泥的后期强度降低的问题。低碱硫铝酸盐水泥快硬超早强模型的试验验证后期强度测试结果低碱硫铝酸盐水泥快硬超早强技术研究江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.20低碱硫铝酸盐水泥快硬而不速凝的调控0501001502002503000.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.050Hydrationheatrate(W/g)Timne(min)SACSAC+PCASAC+retarderSAC+acceleratorSAC+Retarder+Accelerator+PCASACSAC+RetarderSAC+PCASAC+AcceleratorSAC+P+R+A050100150200250Hydrationheat(J/g)Cementitiousmaterials水化放热速率水化放热量通过控制缓凝组分、早强组分、减水剂组分的掺量以及复合技术可实现低碱硫铝酸盐水泥水化放热过程的优化与调控。水化放热速率和水化热分析江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.212h强度达到32MPa有效解决了既要缓凝又要超早强的对立矛盾初凝时间大于45min调控钙矾石成核与生长速率0102030405060708090100123456789101112Compressivestrength/MPaW/L=0.13W/L=0.135W/L=0.142h3h8h24h28dh56dh90dh120d180d360dTime低碱硫铝酸盐水泥快硬而不速凝的调控温度敏感性问题？？？江苏省建筑科学研究院有限公司JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.22低碱硫铝酸盐水泥微膨胀调控技术15min30min60min1d-0.10.00.10.20.30.40.50.60.7Expansionratio(%)Time早强：20/万早强：50/万早强：80/万早强：100/万膨胀率：0.1%小时膨胀率早期竖向膨胀性能早期微膨胀控制通过微