[发明专利]一种具有界面粘结状态自诊断功能的高抗拉强度水泥基修补材料及其制备方法

说明书

一种具有界面粘结状态自诊断功能的高抗拉强度水泥基修补材料及其制备方法，属于水泥修补材料技术领域。所述的修补材料的原料按照质量百分数由水9.88%~15.89%、细骨料35.29%~44.89%、水泥35.29~36.56%、硅灰1.35%~3.53%、粉煤灰4.49%~5.29%、碳纳米纤维0.018%~0.023%、碳纤维0.21%~0.48%、纳米二氧化硅0.22%~1.06%、膨胀剂2.24%~2.82%、减水剂0.14%~0.18%组成。本发明制备的水泥基修补材料具有高抗拉强度，3MPa以上的修补界面粘结强度，200欧姆厘米以下的电阻率，可通过修补界面电阻变化的测量进行界面粘结状况自诊断，可有效恢复和提升混凝土结构安全服役性能。本发明通过纳米二氧化硅提高界面处硅酸钙凝胶含量，进而提高修补界面粘结强度，同时，通过碳纳米纤维和碳纤维协同组成的多尺度导电网络实现基于界面电阻变化的修补界面粘结状态自诊断。

技术领域

本发明属于水泥修补材料技术领域，具体涉及一种具有界面粘结状态自诊断功能的高抗拉强度水泥基修补材料及其制备方法。

背景技术

在此处当今，我国面临着基础设施建设接近甚至达到设计服役年限，部分结构出现明显损坏，需要投入大量的资金进行既有建筑的修复和维修，加固与改进。耐久性方面不仅体现在混凝土的基础设施中，而且还体现在混凝土的修补方面，修补界面受到物理化学因素的侵蚀，往往成为修复结构的薄弱区，过早的性能退化达不到修复效果。这就要求水泥基修补材料及修复界面具有强度高、耐久性好、变形好等特点，并且应实时掌握修复界面的粘结健康状态。但目前高界面性能的水泥基修补材料及技术较少，尤其缺乏有效的界面粘结状态的评价技术。

修补材料有很多种：水泥基材料，改性水泥基材料，聚合物改性水泥基材料以及纯聚合物材料。早期修补混凝土结构材料用普通硅酸盐水泥净浆或者砂浆，但由于新老混凝土界面薄弱，常常在界面出现裂缝和脱粘。修补材料往往会收缩产生细微裂缝致使界面粘结力下降，普通水泥砂浆修补材料使得新老混凝土界面的干缩应力增大，容易使界面发生较大变形而失效。因此，新老混凝土的界面是混凝土的薄弱面，为了改善新老混凝土的界面性能，可以进行老混凝土表面粗糙处理，可以改善界面的咬合粘结力。表面粗糙度的处理，只是增大了新老混凝土的界面机械咬合力，并没有改善界面的微观结构。并且，界面处理时产生的微裂缝可能会导致界面加速失效。基于这个原因，欧洲混凝土规范规定：对基底混凝土清理、凿毛等处理产生的带裂缝或者易剥落的混凝土必须采用清除或者补强措施。因此，改善界面自身的化学粘结是提高修补界面长期有效性的关键。

使用环氧改性界面剂与环氧砂浆修补材料，能提高新老混凝土的粘结抗剪强度和粘结抗拉强度，但是，聚合物改性砂浆做修补材料会使得修补材料和老混凝土出现明显的分界，原因是二者的耐久性不同，修补材料的渗透性和氯化物含量和老混凝土有所差别，使得混凝土的腐蚀发生在限制的区域，腐蚀速率会加快；此外，抗渗性的差异会使得基体混凝土吸水饱和体积增大，而修补材料抗渗性好，二者体积增大存在很大差异，故会在界面产生拉应力和剪应力，最终导致出现分层，新老混凝土的破坏，因此修复材料应与周围的混凝土有相似的成分、密度、弹性模量、热膨胀系数以及收缩性和渗透性。键入背景技术描述段落。

发明内容

在本发明的目的是为了解决现有水泥基修补材料抗拉强度低、耐久性差、体积收缩大、与老混凝土协同作用能力差、无法进行界面脱粘自诊断的问题，提供一种具有界面粘结状态自诊断功能的高抗拉强度水泥基修补材料及其制备方法，该方法是在充分了解修补材料作用机理和优缺点的基础上，结合结构健康监测的先进理念与技术而得到的。制备的水泥基修补材料充分利用宏观短切碳纤维和纳米尺度的纳米碳纤维形成多尺度增强网络，与既有混凝土结构同根同源，有较高的相容性，同时具有较高的抗拉强度，利用纳米尺度氧化硅材料的吸附驱动性和火山灰活性增加界面水化硅酸钙凝胶含量而增强界面的粘结力，同时能够通过界面电阻自诊断界面粘结状态的变化，对提高修复结构长期服役安全性有重要作用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：