水泥結合的材料的製作方法

2023-05-21 01:12:11

專利名稱：水泥結合的材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1或3的前序部分所述的水泥結合的材料。
無數例子表明鋼筋混凝土結構的耐久性大大低於設計的耐久性。因此在工業國有達一半的國家建築支出將用於對已有的建築物的維修上。而且這些維修措施常常並不能達到所需耐久性。這是因為缺少可以使新建築和對已有建築維護具有所需耐久性的高效的材料和材料系統。
出現的損傷主要是由於下述機理造成的1.水泥結合的材料易碎裂並且在硬化時將受到不同程度的收縮變形。這兩種現象將導致綜合的內應力狀況並在構件的表面形成裂縫。這些裂縫將易於使既會破壞混凝土(硫酸鹽)又會導致腐蝕鋼筋(露水鹽中的氯化物)的物質的進入。腐蝕產物將具有比原來大一至三倍的體積，導致混凝土開裂和鋼筋暴露。
2.水泥結合的材料是多孔的系統，所述系統將因虹吸、擴散和滲透作用將有害的物質(硫酸鹽、氯化物、酸)吸收到表面的孔隙系統中。
3.通常的水泥結合的材料(首先是混凝土)在澆入模板後必須用振搗器搗實，以便獲得均勻的結構。此道工序有時進行的並不是充分的，以至混凝土不均勻並局部增大對有害物質的吸收。
目前已經有可以避免或緩解所述各項損壞機理的措施和產品。例如在EP-A-0 286 112中披露了對水泥沙漿或混凝土增強的合成纖維，所述合成纖維由具有最大抗拉強度為80公斤/mm2的單絲構成。另外在US-A-4,261,754中披露了一種增強纖維，所述增強纖維由定向的聚烯烴構成，以便對諸如水泥等結合材料進行增強。所述纖維在縱向上具有可變的截面和粗糙化的表面，所述粗糙化係指具有小纖維。在US-A-4,483,727中披露了一種製造聚乙烯纖維束的方法，所述纖維束用於對諸如水泥、混凝土、石膏等易碎裂材料進行增強。另外在US-A-4,968,561中披露了一種由聚乙烯醇構成的合成單絲，所述合成單絲用於對水泥沙漿或混凝土的增強。在US-A-5,399,195中披露了一種製造水泥材料的方法，所述水泥材料可以減少水泥的自動開裂。為此添加有每束由10至10000根絲構成的合成纖維束。纖維絲主要由聚烯烴、聚烯烴衍生物和聚酯構成。另外在US-A-6,071,436和US-A-6,174,461中披露了所謂的防蝕劑。在US-A-5,531,812和US-A-6,139622中披露了所謂的疏水劑，該疏水劑將使混凝土的表面防水。為此採用由烷氧基矽烷、有機矽烷和有機矽烷樹脂構成的水溶液。
但缺少可以與迄今通常的方法相比耐久性可以提高几倍的抑制所有損壞機理及其原因的材料系統的有效方案。
本發明的目的在於提出一種水泥結合的材料，該材料具有較高的耐久性並且特別適用於對已有的建築物進行維修。
該目的通過採用具有權利要求1或3特徵的材料得以實現。
本發明材料的優點是通過採用物料疏水劑可以防止含有有害物質的水的滲入並因此通過修復可以大大提高耐久性。通過添加具有遷移能力的防蝕劑可對鋼筋追加進行防鏽保護。
在從屬權利要求和下面的說明中對本發明的進一步優點做了表述，其中對照在附圖中所示的實施例對本發明做了進一步說明。圖中示出

圖1為在拉應力的作用下開裂的示意圖；圖2為說明與開裂對照的應變硬化的示意圖；圖3示出物料疏水；圖4為氯化物滲透深度示意圖；圖5隧道截面示意圖，和圖6示出對受損混凝土的修復的三個步驟。
在附圖中分別用相同的附圖標記表示相同的部件，如果沒有明確地其它說明的話，則首次的說明適用於所有附圖。
已知混凝土由諸如天然的未溶解的石灰、白榴火山灰、天然的或卜特蘭-水泥等礦物質膠結劑，並由諸如巖石粉、煙道塵和微矽酸鹽等一種或多種礦物質填料，和/或沙子或小石子等一種骨料構成。為此將約1∶2配比的水和水泥進行混合併接著以確定的比例添加礦物質填料和/或礦物質骨料。在拉應力作用下這種標準的混凝土的最大的彈性延伸率約為0.01％。在此所述系統的水泥結合的材料由已知的混凝土混合物構成，所述混合物附加具有一份由以礦物質膠結劑或水泥的重量為基準的0.5至20重量％的硬脂酸鹽、矽酸鹽、矽烷或矽氧烷構成的物料疏水劑和一份可遷移的防蝕劑，所述防蝕劑由0.1至20公斤/m3材料的亞硝酸鹽、苯甲酸鹽、氨基醇或單氟磷酸鈉構成。另外還可以添加由鋼製成的柔韌的金屬纖維和/或由聚烯烴構成的非金屬纖維，所述聚烯烴例如是高結晶的聚乙烯、聚乙烯醇或芳族聚醯胺，所述纖維的縱橫比為10至1000，優選200至600，其抗拉強度為0.8至4.0GPa和其揚氏模量為20至230GPa，優選大於25GPa，以總容積為基準其容積分量為0.1至4.0％，優選0.5至3.0％。另外添加諸如聚苯乙烯泡沫塑料球、微空心球、泡沫玻璃或微孔粘土等輕質骨料。必要時還可以添加諸如高效稀釋劑、收縮還原劑、收縮補償劑、穩定劑、加氣劑、硬化減緩劑、硬化加速劑、去泡沫劑等其它的添加劑。
在圖1中示出在水泥結合的材料的各種配比組合情況下在變形造成的拉應力的作用下出現的開裂。圖1a示出在沒有增強纖維的混凝土中的開裂在應力約為3N/mm2時將劇烈地出現局部材料的軟化，從而出現應變去硬化並使水泥結合的材料在出現約2mm裂縫時斷裂。圖1b示出如本說明書開始時對已有技術所述的在纖維增強的材料中的開裂。在圖中各個大的裂縫10被纖維11橋接，從而可以實現較大的拉伸能力。其中強度將略有線性下降。圖1c示出本發明的水泥結合的材料中的開裂，其中存在非常小的或所謂的微裂縫13。另外添加有可變分量的柔韌的金屬和/或非金屬的由鋼或聚烯烴(高結晶的聚乙烯、聚乙烯醇、芳族聚醯胺)構成的纖維。纖維容積分量以總容積為基準在0.1至4.0％之間，優選0.5至3.0％，纖維的縱橫比在10至1000範圍內，優選在200至600範圍內。抗拉強度在0.8至4GPa，揚氏模量在20至230GPa，優選大於25GPa。經證明，在分量為0.1至約0.7容積％時仍能保持圖1b所示的性能。在分量約為0.7％至3.0％時仍能達到圖1c所示的性能。
圖2示出具有微裂縫的水泥結合材料的應變硬化。在最大應變大約為8％時將出現去硬化，因此將形成較大的裂縫14並使在混凝土中的應力略有線性下降。
圖3示出在沒有物料疏水劑(圖3a)和具有物料疏水劑(圖3b)的混凝土中的氯化物的滲透深度。從圖中可以清楚地看出一直達到鋼筋21的被沾染區20。在鋼筋21下面的混凝土構件22未被沾染。如果這時用物料疏水劑對混凝土進行塗覆，則氯化物的滲透深度接近為零，即最多幾mm。在圖4中的相應的曲線示出對兩種材料測出的滲透深度。在用3％的氯化物溶液對表面接觸180天後進行測量。W/Z表示水與水泥的比例，在此作為測量的標準採用1∶2。
在圖5中示意示出具有受損範圍26內的隧道截面25。在對該範圍內進行修復時需要進行圖6a至6c的下述步驟。
為此將把裂縫的受到沾染的被覆的混凝土26直至相應的鋼筋21進行剝離(圖6a和6b)。通常在鋼筋下面的混凝土構件22未被沾染。接著用新型的經疏水處理的水泥結合的材料27進行塗覆，所述材料具有附加的可遷移的防蝕劑28，所述防蝕劑經混凝土遷移到鋼筋21上並防止鋼筋繼續受到腐蝕。
新型的水泥結合的材料的組成部分具有對受損機理的下述作用一方面纖維的作用在於將由於收縮產生的變形分布在整個表面，使之沒有或僅存在微量開口的裂紋，不會因這些裂紋由於吸收有害的物質而產生危害。另一方面對諸如住宅建築等特定的應用可以省去傳統的鋼筋增強，從而完全避免了鏽蝕損害。本發明的水泥結合的材料的性能是由於下述因素實現的纖維將對由於應力而出現的微裂紋進行橋接，防止繼續開裂並將機械應力傳遞到相鄰的區域，在相鄰的區域同樣會產生微型的裂縫等。因此在水泥結合的材料上只產生很小的裂紋。通過所謂的多裂紋形成的現象較之沒有纖維的水泥結合的材料將大大提高耐應力-和變形能力。
物料疏水劑是以硬脂酸鹽、矽酸鹽、矽烷或矽氧烷為基的物質，所述疏水劑在製作時添加給水泥結合的材料並大幅度地減小硬化的材料的毛細孔的接觸角。因而可以大幅度地減少吸溼，首先減少對含有有害物質的水的吸收，從而可以避免或至少明顯地減弱上述有害機理的作用(見圖3和4)。物料疏水劑的重量分量為以礦物質膠結劑的重量為基準的0.5至20重量％。
防蝕劑是以亞硝酸鹽、苯甲酸鹽、氨基醇或單氟磷酸鈉為基的物質，其雙極分子經對增強鋼筋或鋼纖維的加成將導致對鋼的鈍化和因此防鏽(抑制陰極和陽極的局部反應)。其重量分量為0.1至20公斤/m3水泥結合的材料(見圖6)。
高效水泥稀釋劑是以聚羧酸酯、蜜胺或硫酸萘為基的物質並且一方面進行添加以便減少水泥結合的材料對水的需求，從而將導致孔隙率的降低和收縮變形的幅度變小，並因此導致耐久性的提高。另一方面，在預定的條件下添加入足夠的量度，將導致水泥結合的材料的自動緻密。自動緻密將導致避免由於利用振搗器未充分實現外部搗實而出現的結構不均勻的狀況。因此可以實現非常均勻的材料。高效稀釋劑的含量以膠結劑質量為基準為0.1至3％。這意味著可以不採用振搗器搗實。
對材料的構件的振動可以實現對不同的稠度的調整，因而可以有不同的應用，即在採用溼式和乾式噴塗方法機器或人工用手利用一個模板，振搗或自動緻密，或在工地現場或在預製件生產中進行(擠壓)。應用例在住宅建築中靜負荷非常小。因此可以用如上所述的纖維增強的水泥結合材料替代用鋼筋增強的混凝土結構。另外可以對採用的材料的稠度自我緻密地進行調整。因此不僅省去了敷設鋼筋，而且也省去了用振搗器的搗實程序。
在對地上隧道的護壁修復時必須剝離直至靠外面的被鏽蝕的鋼筋下面的層的混凝土被覆。在重新建立表面時採用物料疏水的水泥結合的材料，所述材料具有纖維增強劑並含有可遷移的防蝕劑。由於纖維增強避免了新被覆層表面上裂紋的出現。防蝕劑在牆面內進行遷移並保護已有的鋼筋避免受到新的或繼續的鏽蝕或對已有的鋼筋重新進行鈍化處理。物料疏水劑避免含有有害物質的水的滲透。採用這種修復的方式實現的耐久性高於原有建築的耐久性或高於採用一種其它的修復措施實現的耐久性(見圖4)。
在地下隧道中經常採用噴塗混凝土方式對斷裂的隧道截面進行被覆，或採用鋼纖維混凝土。另一種方案在於採用疏水的和纖維增強的水泥結合的材料。物料疏水劑避免具有侵蝕性的(例如含有硫酸鹽的)山水的滲透，纖維承擔靜功能。因此不存在鋼被腐蝕的危險並避免了混凝土受到有害物質的影響。
在特定應用情況下，例如在進行如圖6所示的修復時，其中在剝離受損的陳舊的混凝土以後不僅塗覆一層，而是兩層新的材料，對底下的第一層新材料可以不採用纖維並且僅附加物料疏水劑和防蝕劑，這是因為只有上面的第一層才會受到乾燥並因此受到產生裂紋的危險的影響。對上面的第二層材料與此相反可以省去防蝕劑並且另外僅附加有纖維和物料疏水劑。
權利要求
1.一種水泥結合的材料，具有礦物質膠結料、礦物質添加劑和/或礦物質骨料，其特徵在於，具有一份物料疏水劑，所述疏水劑以礦物質膠結劑的重量為基準由0.5至20重量％的硬脂酸鹽、矽酸鹽、矽烷或矽氧烷構成；和一份可遷移的防蝕劑，所述防蝕劑由0.1至20公斤/m3材料的亞硝酸鹽、苯甲酸鹽、氨基醇或單氟磷酸鈉構成。
2.按照權利要求1所述的材料，其特徵在於，還具有一份柔韌的纖維，所述纖維的縱橫比為10至1000，優選200至600，其抗拉強度為0.8至4.0GPa和其揚氏模量為20至230GPa，優選大於25GPa，以總容積為基準其容積分量為0.1至4.0％，優選0.5至3.0％。
3.一種水泥結合的材料，具有礦物質膠結料、礦物質添加劑和/或礦物質骨料，其特徵在於，具有一份物料疏水劑，所述疏水劑以礦物質膠合劑的重量為基準由0.5至20重量％的硬脂酸鹽、矽酸鹽、矽烷或矽氧烷構成；和一份柔韌纖維，所述纖維的縱橫比為10至1000，優選200至600，其抗拉強度為0.8至4.0GPa和其揚氏模量為20至230GPa，優選大於25GPa，以總容積為基準其容積分量為0.1至4.0％，優選0.5至3.0％。
4.按照權利要求2或3所述的材料，其特徵在於，柔韌的纖維由鋼和/或聚烯烴構成，尤其是由高結晶的聚乙烯、聚乙烯醇或芳族聚醯胺構成。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的材料，其特徵在於，至少具有一種由聚苯乙烯泡沫塑料球、微空心球、泡沫玻璃或微孔粘土構成的骨料。
6.按照權利要求1至5中任一項所述的材料，其特徵在於，具有諸如高效稀釋劑、收縮還原劑、收縮補償劑、穩定劑或加氣劑等其它的添加劑。
全文摘要
本發明涉及一種新型的水泥結合的材料，具有礦物質膠結劑、礦物質添加劑和/或礦物質骨料，所述材料具有一份物料疏水劑，所述疏水劑以礦物質膠結劑的重量為基準由0.5至20重量％的硬脂酸鹽、矽酸鹽、矽烷或矽氧烷構成，和一份可遷移的防蝕劑，所述防蝕劑由0.1至20公斤/m
文檔編號C04B103/65GK1430589SQ01810085
公開日2003年7月16日 申請日期2001年5月25日 優先權日2000年5月24日
發明者馬丁·博伊姆爾, 喬瓦尼·馬丁諾拉 申請人:馬丁·博伊姆爾, 喬瓦尼·馬丁諾拉