CN101786831B - 低粘度高性能混凝土结构快速修补剂 - Google Patents

低粘度高性能混凝土结构快速修补剂 Download PDF

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本发明涉及一种低粘度高性能混凝土结构快速修补剂及其制备方法，属化学建筑材料领域。组分1：甲基丙烯酸甲酯，100份；组分2：甲基丙烯酸丁酯，28～35份；组分3：过氧化苯甲酰，3.0～3.8份；组分4：环氧树脂，15～20份；组分5：KH-570，10～19份；组分6：甲基丙烯酸，3.5～4.0份；组分7：二甲基苯胺，0.8～1.2份；组分8：无机填料，0～20份。本发明除保留“甲凝”修补材料所固有的低粘度高渗透性外，还具有较高的力学强度，较低的收缩率以及良好的耐久性能。能满足混凝土结构微细裂缝快速修补的要求。

Description

低粘度高性能混凝土结构快速修补剂
技术领域
本发明涉及一种主要用于混凝土结构(包括机场道面、高速公路道面、混凝土桥梁、建筑工程等)微细裂缝的快速修补剂及其制备方法，属化学建筑材料领域。
背景技术
混凝土是一种非均质脆性材料，在自身结构形成过程中，由于温度收缩、化学收缩和不均匀沉降等因素极易产生微细裂缝；在实际服役过程中，由于外荷载、干湿交替和冻融循环等作用也极易导致裂缝的产生。这些微细裂缝如不及时处理，在各种劣化因素的反复作用下，会不断扩展、加剧，出现掉角、断板等现象，降低结构体的使用寿命、影响混凝土结构的稳定性及安全性。目前，关于低粘度高性能混凝土结构微细裂缝快速修补剂的研究与应用鲜有报道，主要是集中在公路道面和建筑物较宽裂缝的修补上。常用的修补材料主要有三类：
第一类，无机修补材料，主要由普通水泥和集料配制的砂浆和混凝土以及使用特种水泥(如超细水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥等)和功能组分(如微膨胀组分、减水组分等)配制的水泥基材料。专利号为03129103.1的中国专利“高性能无收缩水泥基灌浆材料及其制备方法”公开了一种高性能无收缩水泥基灌浆材料，该材料由硅酸盐水泥、硫铝酸盐熟料、膨润土、甲基萘磺酸钠缩合物、消泡材料、石英砂等按一定的重量配比组成。该灌浆材料的渗透性能和粘结性能较差。
第二类，无机材料和有机材料复合的聚合物修补材料，主要有聚合物(如丙烯酸乳液、丁苯乳液等)改性砂浆及混凝土等。专利号为200410016578.2的中国专利“混凝土裂缝灌浆修补材料”公开了一种混凝土裂缝灌浆修补材料。由普通硅酸盐水泥、纤维素、聚醋酸乙烯酯乳胶粉、萘磺酸甲醛缩合物减水材料、硫铝酸钙、石膏、石灰石粉组成。该种材料的固化时间较长，粘结强度及其他相关力学性能还有待提高。
第三类，有机高分子材料，如糠酮树脂，环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸酯等各种树脂材料。专利号为200610035544.7的中国专利“一种改性乙烯基酯树脂灌浆材料及其制备方法和施工方法”公开了一种改性乙烯基酯树脂灌浆材料及其制备方法和施工方法。该灌浆材料是一种疏水性的、以自由基引发固化的灌浆材料。包括如下组分：环氧树脂；丙烯酸类化合物；催化材料；稀释材料；二异氰酸酯；小分子醇；双亲性组分；引发材料；促进材料，成分复杂且各成分的价格较高。制备方法分为三步，方法繁琐，制备条件要求较高。其施工方法为先用水乳液灌注混凝土裂缝，0.1～36.0小时后，将改性乙烯基酯树脂灌浆材料搅拌均匀后灌注混凝土裂缝，2～4天方可，施工操作复杂。
综上所述，现有的修补材料或存在与旧混凝土粘结强度低、固化时间长、只适用于大面积破损修补等缺点，或存在收缩变形大、粘度高、脆性大等不足，很难满足混凝土结构微细裂缝的修补要求。为了实现对混凝土结构微细裂缝的快速修补，开发出粘度低、固化速度快、力学性能及耐久性能优良，成本低且利于规模化生产和使用的快速修补材料是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种在满足可灌性和快速固化的条件下，具有良好的力学性能、耐久性和经济环保性的低粘度高性能快速修补剂及制备方法。
一种低粘度高性能混凝土结构快速修补剂，其特征在于其组分和质量百分比为：
组分1：甲基丙烯酸甲酯，100份；
组分2：甲基丙烯酸丁酯，28～35份；
组分3：过氧化苯甲酰，3.0～3.8份；
组分4：环氧树脂，15～20份；
组分5：KH-570，10～19份；
组分6：甲基丙烯酸，3.5～4.0份；
组分7：二甲基苯胺，0.8～1.2份；
组分8：无机填料，0～20份。
所述的低粘度高性能混凝土结构快速修补剂，其特征在于组分4是：双酚A型环氧树脂，型号为E-44。
所述的低粘度高性能混凝土结构快速修补剂，其特征在于组分5是：有机硅KH-570为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
所述的低粘度高性能混凝土结构快速修补剂，其特征在于组分8是：42.5级及以上的硅酸盐水泥，其性能满足GB175-2007“通用硅酸盐水泥”。
所述的低粘度高性能混凝土结构快速修补剂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：室温下将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、KH-570、甲基丙烯酸混合搅拌待溶液变透明后，在80～83℃的温度条件下反应时间为21～25min，粘度达到40～65mPa·s后，冷却到室温，加入无机填料在超声下分散15min，最后按比例加入固化材料二甲基苯胺，得到低粘度高性能混凝土结构快速修补剂。
丙烯酸酯与环氧树脂反应，分子链中引入了具有刚性的苯环，使分子链的自由转动受到影响，增加了材料的强度及分子链的长度。由于环氧树脂链上存在羟基使树脂具有极性，并促进其对极性底基表面的粘合，所以引入环氧树脂可以提高树脂对极性表面的粘合程度，使修复材料具有较好的粘结性能。环氧树脂的加入使分子链支链基团体积增大，材料的收缩率有较大幅度的下降。加入有机硅KH-570可以改善丙烯酸酯与环氧树脂的交联性，增加材料的强度，由于KH-570上的Si-O键可以与无机填料中的无机盐反应增加了修补剂中的有机成分与无机成分的相容性，另外Si-O键具有较好的耐高温性能，增加了材料的热稳定性。
室温下搅拌至混合物溶液透明可以使得各组分相互分散均匀；利用超声分散仪器可以尽量使无机填料分散均匀，防止填料粒子间凝聚沉降。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明所述修补剂制备及施工操作简便。
(2)本发明制备的快速修补剂的粘度约为65mPa·s～195mPa·s，能快速地渗透到微细裂缝中，渗透深度可达15cm～35cm，能够满足微细裂缝的修补要求。
(3)本发明制备的快速修补剂的固化时间小于60min，可满足一些混凝土结构如机场及高速道面的快速修补要求，减少经济损失。
(4)本发明制备的快速修补剂具有良好的力学性能，其拉伸强度可达34MPa以上，弯曲强度可达50MPa以上；压缩强度大于60MPa。且与老混凝土的粘结力强，一般可达混凝土整体抗折强度的90％，钢-钢拉伸剪切强度值大于10MPa。
(5)本发明制备的快速修补材料的收缩率小，紫外光老化、盐溶液腐蚀及冻融循环后力学强度的损失率较低。
具体实施方式
实施例1
(1)低粘度高性能混凝土结构快速修补剂包括下述按重量份数计的组分：
组分1：甲基丙烯酸甲酯，100份；
组分2：甲基丙烯酸丁酯，28份；
组分3：过氧化苯甲酰，3.0份；
组分4：环氧树脂，16份；
组分5：KH-570，10份；
组分6：甲基丙烯酸，3.5份；
组分7：二甲基苯胺，1.2份；
组分8：硅酸盐水泥，0份。
(2)低粘度高性能混凝土结构快速修补剂的制备
室温下将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、KH-570、甲基丙烯酸混合搅拌待溶液变透明后，在80℃的温度条件下反应25min，粘度达到65mPa·s后，冷却到室温，最后按比例加入固化材料二甲基苯胺，得到低粘度高性能混凝土结构快速修补剂。
实施例2
(1)低粘度高性能混凝土结构快速修补剂包括下述按重量份数计的组分：
组分1：甲基丙烯酸甲酯，100份；
组分2：甲基丙烯酸丁酯，32份；
组分3：过氧化苯甲酰，3.3份；
组分4：环氧树脂，20份；
组分5：KH-570，14份；
组分6：甲基丙烯酸，3.7份；
组分7：二甲基苯胺，1.0份；
组分8：硅酸盐水泥，10份。
(2)低粘度高性能混凝土结构快速修补剂的制备
室温下将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、KH-570、甲基丙烯酸混合搅拌待溶液变透明后，在81℃的温度条件下反应22min，粘度达到45mPa·s后，冷却到室温，加入无机填料在超声下分散15min，测量粘度为119mPa·s，最后按比例加入固化材料二甲基苯胺，得到低粘度高性能混凝土结构快速修补剂。
实施例3
(1)低粘度高性能混凝土结构快速修补剂包括下述按重量份数计的组分：
组分1：甲基丙烯酸甲酯，100份；
组分2：甲基丙烯酸丁酯，35份；
组分3：过氧化苯甲酰，3.8份；
组分4：环氧树脂，15份；
组分5：KH-570，19份；
组分6：甲基丙烯酸，4.0份；
组分7：二甲基苯胺，0.8份；
组分8：硅酸盐水泥，20份。
(2)低粘度高性能混凝土结构快速修补剂的制备
室温下将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、KH-570、甲基丙烯酸混合搅拌待溶液变透明后，在83℃的温度条件下反应时间为21min，粘度达到40mPa·s后，冷却到室温，加入无机填料在超声下分散20min，测量粘度为195mPa·s最后按比例加入固化材料二甲基苯胺，得到低粘度高性能混凝土结构快速修补剂。
上述实施例制备的修补材料的具体性能及GB 50367-2006《混凝土结构加固设计规范》对裂缝修补胶(注射剂)基本性能指标要求的基本性能如下：
Figure G2010100182270D00061
注：上述性能测试均按GB 50367-2006《混凝土结构加固设计规范》中规定的标准进行测试，胶砂试样粘结强度参照日本工业标准JIS A6024进行。收缩率参照《HG/T 2625-1994环氧浇铸树脂线性收缩率的测定》进行。粘度参照GB/T2797-1995《胶粘剂粘度的测定》进行。固化时间参照GB/T 14074.7-1993《木材胶粘剂及其树脂检验方法 固化时间测定法》进行。

Claims (5)

1.一种低粘度高性能混凝土结构快速修补剂，其特征在于其组分质量份数：
组分1：甲基丙烯酸甲酯，100份；
组分2：甲基丙烯酸丁酯，28～35份；
组分3：过氧化苯甲酰，3.0～3.8份；
组分4：环氧树脂，15～20份；
组分5：KH-570，10～19份；
组分6：甲基丙烯酸，3.5～4.0份；
组分7：二甲基苯胺，0.8～1.2份；
组分8：无机填料，0～20份。
2.根据权利要求1所述的低粘度高性能混凝土结构快速修补剂，其特征在于组分4是：双酚A型环氧树脂，型号为E-44。
3.根据权利要求1所述的低粘度高性能混凝土结构快速修补剂，其特征在于组分5是：有机硅KH-570为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的低粘度高性能混凝土结构快速修补剂，其特征在于组分8是：42.5级及以上的硅酸盐水泥，其性能满足GB175-2007“通用硅酸盐水泥”。
5.一种权利要求1～4项任一项所述的低粘度高性能混凝土结构快速修补剂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：室温下将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、过氧化苯甲酰、KH-570、甲基丙烯酸混合搅拌待溶液变透明后，在80～83℃的温度条件下反应时间为21～25min，粘度达到40～65mPa.s后，冷却到室温，加入无机填料在超声下分散15～20min，最后按比例加入固化材料二甲基苯胺，得到低粘度高性能混凝土结构快速修补剂。 
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