CN101857416A - 聚合物乳液改性快速修补砂浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物乳液改性快速修补砂浆及其制备方法，该快速修补砂浆由丙烯酸乳液、消泡剂、硫铝酸盐早强水泥、石英砂、高效减水剂、早强剂、缓凝剂、聚丙烯纤维组成，可广泛用于受损混凝土及砂浆的快速修复工程以及混凝土表面的找平及防护。本发明的快速修补砂浆具有良好的防水性能，施工可操作时间长、强度增长快，耐久性能好的优点。

Description

聚合物乳液改性快速修补砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种聚合物乳液改性水泥快速修补砂浆其生产方法。
背景技术
混凝土和钢筋混凝土作为主要的建筑材料广泛应用于各种领域。混凝土构筑物在长期的使用过程中，受到重荷载、冻融循环、氯离子的渗透、表面磨蚀、腐蚀介质的侵蚀等因素的影响，许多混凝土出现了开裂、剥落、空鼓等现象，大大地影响了工程的使用寿命。我国属地震频发的国家之一，地震对现有的混凝土建筑物，包括民用建筑、混凝土路面、桥面、工业厂房的混凝土都具有非常大的破坏，砂浆及混凝土受损自然是非常严重的。对于地震中受损的混凝土构筑物，如能在短期内完成修复或加固，余震对混凝土的结构的破坏将会减低到最小的程度，对于大量处于海水差部位的混凝土修补，采用快速修补也同样非常必要。因此，我们应该选择具有高耐久性的修补砂浆或其它修补材料进行修复，这样可以为国家节约巨大的重建费用。如果以上不同种形式的破损混凝土不进行及时修复，将会严重地影响到混凝土的耐久性，这直接关系到人民群众的生命安全。
九十年代初，我国研制的快速修补砂浆主要使用早强水泥掺入适量的早强剂进行配制，该修补砂浆的早期强度发展较快，但材料的防水性能、、抗氯离子渗透、抗冻性等耐久性较差，对受损混凝土构筑物不能够持久地加固及防护，现已在修补工程中逐渐被淘汰。随着国家综合实力的提高，我国已开始广泛使用聚合物乳液改性水泥基材料配制修补砂浆及修补混凝土，由于聚合物乳液掺入水泥基材中能够较好地克服以上的弊病，采用聚合物乳液改性水泥基材目前也是国际上发展的趋势。在众多使用的聚合物乳液中，如聚醋酸乙烯酯乳液、环氧乳液等均会对水泥产生一定程度的缓凝，修补砂浆的强度发展缓慢，因此很难配制出快速修补砂浆。国内外基本上都在使用进口丁苯乳液对水泥基材进行改性配制快速修补材料，如美国陶氏生产的DL470丁苯乳液及德国巴斯夫生产的623丁苯乳液。这主要是因为丁苯乳液对水泥基材基本上没有缓凝的作用，在CN 1415572A“一种聚合物改性快速修补材料”、CN 101481236A“水泥混凝土路面错台快速修补材料及其修补方法”上述两个专利文献中均采用丁苯乳液作为改性剂。而对于丙烯酸乳液，通常认为该乳液对水泥基材具有很大的缓凝作用，不适合用于配制快速修补砂浆，因此，在配制快速修补砂浆方面至今没有文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种性能优良，用于快速修补受损混凝土构筑物的聚合物乳液改性修补砂浆及其生产方法。该修补砂浆以改性的丙烯酸乳液作为水泥基材的改性剂，同时对水泥基材进行改性，所配制的快速修补砂浆施工操作时间大于30分钟，修补砂浆的4小时抗压强度超过20MPa。
具体来讲，本发明聚合物乳液改性水泥快速修补砂浆的原料配方包括以下重量份数比的组分：硫铝酸盐早强水泥100份，石英砂200-300份、高效减水剂0.8-1.2份，缓凝剂0.10-0.50份、早强剂0.05-0.2份、聚丙烯纤维2.0-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.15份、水20-30份。
所述丙烯酸乳液为重量比分别为90％的牌号为209丙烯酸乳液及10％的牌号为510TS丙烯酸乳液组成，上述两种乳液由北京东联化工厂生产。
所述石英砂为40～70目。所述高效减水剂为三聚氰胺减水剂。所述缓凝剂为工业硼酸。所述早强剂为400目碳酸锂。
聚合物乳液改性水泥快速修补砂浆的组配优选石英砂200-250份、高效减水剂0.8-1.2份，缓凝剂0.10-0.25份、早强剂0.05-0.2份、聚丙烯纤维2.0-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.15份、水20-30份。
另一优选组配为：石英砂200-300份、高效减水剂0.8-1.0份，缓凝剂0.10-0.25份、早强剂0.1-0.2份、聚丙烯纤维2.2-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.15份、水26-30份。
再一优选组配为：石英砂230-250份、高效减水剂0.8-0.9份，缓凝剂0.15-0.25份、早强剂0.1-0.2份、聚丙烯纤维2.2-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.12份、水26-28份。
本发明的聚合物乳液改性快速修补砂浆的制备方法，是按上述组配，将丙烯酸乳液及消泡剂倒入容器中搅拌均匀待用，在强制搅拌机中先将水泥及聚丙烯纤维分散均匀，再加入石英砂、高效减水剂、缓凝剂、早强剂搅拌均匀，使用时，将容器中的液料按比例加入所配制的粉料中，并加入适量的水并调整砂浆的稠度，搅拌3～5分钟即得本修补材料。
采用以上方案，本发明的聚合乳液改性快速修补砂浆具有以下特点：
(1)采用的209丙烯酸乳液对水泥基材有一定程度的促凝作用，和硫铝酸盐早强水泥的适应性较好，能够较快地提高修补砂浆的早期强度。同时掺入柔性较好的510TS丙烯酸乳液后，协同聚丙烯纤维，能够较好地改善修补材料的脆性，提高砂浆的抗折强度。
(2)水泥基材中采用缓凝剂及早强剂双掺技术，这样能够较好地调整修补砂浆的凝结时间及早期硬化时间，和只掺入早强剂的修补砂浆相比，本发明施工可操作时间加长，同时还能保证砂浆在4小时内的早期强度增长仍然较快。
(3)水泥基材中掺入复配的丙烯酸聚合物乳液后，丙烯酸聚合物在修补砂浆中形成连续的膜状结构，并填充砂浆内部的毛细孔，这样有利于提高修补砂浆的粘结强度，同时砂浆的防水性、抗冻性、抗氯离子渗透性等耐久性能也大大提高。
具体实施方式
本发明提供的聚合物乳液改性水泥快速修补砂浆，主要由以下原料在下述重量配比范围内组配得到：硫铝酸盐早强水泥100份，石英砂200-300份、高效减水剂0.8-1.2份，缓凝剂0.10-0.50份、早强剂0.05-0.2份、聚丙烯纤维2.0-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.15份、水20-30份。理论上和实际应用中，以上数值范围内任意数值点的排列组合的方式组配得到的产物均为有效的，恕不一一罗列，但也应视为本发明已经公开的内容。
其中，以复合丙烯酸乳液作为水泥基材的改性剂，对水泥基材进行改性。所用的丙烯酸乳液是由按重量分别为90％的牌号为209丙烯酸乳液(209乳液，丙烯酸酯共聚体的水分散体)及10％的牌号为510TS丙烯酸乳液(非离子型苯乙烯-丙烯酸酯共聚体的水分散体)组成，两种乳液由北京东联化工厂生产。采用的209丙烯酸乳液对水泥基材有一定程度的促凝作用，和硫铝酸盐早强水泥的适应性较好，能够较快地提高修补砂浆的早期强度。同时掺入柔性较好的510TS丙烯酸乳液后，协同聚丙烯纤维，能够较好地改善修补材料的脆性，提高砂浆的抗裂性。
硫铝酸盐早强水泥：可用标号为42.5的硫铝酸盐早强水泥，在本发明中作为早强型胶凝材料。
石英砂：40～70目。在本发明中作为填料。
高效减水剂：三聚氰胺减水剂。在本发明中降低修补砂浆的水灰比，提高修补砂浆的后期强度。
缓凝剂：工业硼酸。在本发明中用于抑制对硫铝酸盐早强水泥在30分钟内的剧烈的水泥水化反应，确保修补砂浆具有较好的施工性。
早强剂：400目碳酸锂。在本发明中用于促进早强水泥的早期强度快速增长。
聚丙烯纤维：可用长度为5～6mm的聚丙烯纤维，在本发明中作为提高修补砂浆的抗折强度，减少砂浆在塑性阶段的收缩裂缝。
消泡剂：可使用液体状的有机硅消泡剂。在本发明中用于去除丙烯酸乳液中的气泡，提高修补砂浆的致密性。
以上原料均可市购。
本发明聚合物乳液改性快速修补砂浆的制备：将丙烯酸乳液及消泡剂倒入容器中搅拌均匀成待用液料，在强制搅拌机中先将水泥及聚丙烯纤维分散均匀，再加入石英砂、高效减水剂、缓凝剂、早强剂搅拌均匀成粉料，使用时，将容器中的液料按比例加入所配制的粉料中，并加入适量的水并调整砂浆的稠度，搅拌3～5分钟即得本修补材料。
本发明的聚合乳液改性快速修补砂浆使用丙烯酸乳液进行改性，从机理上讲，由于乳液加入到新拌水泥砂浆时，在搅拌过程中聚合物颗粒均匀分散到水泥浆体中，随着水化进行，乳液中的聚合物颗粒便逐渐聚集在毛细孔中，并且覆盖在毛细孔的内表面，在水化过程中，水泥基材凝胶体上和孔隙中紧密堆积的聚合物颗粒便凝聚成连续的薄膜，形成与水化水泥浆体互穿基质的混合体，改善了其断裂性能，有效地防止微裂缝的产生与扩展，此外聚合物与水泥发生一定程度的化学反应，从而提高了抗折强度和劈裂抗拉强度、粘结强度。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1、
用下述方法制备聚合乳液改性快速修补砂浆，具体方法包括以下步骤：
将丙烯酸乳液20公斤(其中209乳液18公斤，510TS乳液2公斤)、消泡剂0.1公斤倒入容器中搅拌均匀待用，在强制搅拌机中先将硫铝酸盐早强水泥100公斤(石家庄特种水泥厂生产的42.5硫铝酸盐早强水泥)、及2.2公斤聚丙烯纤维分散均匀，再加入230公斤石英砂、0.9公斤高效减水剂、0.15公斤缓凝剂、0.1公斤早强剂搅拌均匀，使用时，将容器中的液料按比例加入所配制的粉料中，并加入28公斤左右的水并调整砂浆的稠度，搅拌3～5分钟即得本修补材料。
参照《聚合物水泥防水砂浆》JC/T 984-2005中的性能检测方法对本发明聚合乳液改性快速修补砂浆进行检测。检测结果如表1所示。
表1聚合物乳液改性快速修补砂浆性能检测结果
Figure BSA00000161777100051
以上检测数据表明：修补砂浆在配制4小时后，抗压强度超过了20MPa，同时施工的操作时间大于30分钟(初凝时间为40min)，完全能够满足快速修补工程的需要。修补砂浆的抗折强度及粘结强度要高于普通聚合物砂浆的性能要求，砂浆收缩值较低，抗开裂性大大提高。
实施例2～5
采用表2的原料，用实施例1相同的方法制备快速修补砂浆，检测结果参见表3。
表2快速修补砂浆原料
  原料(kg)   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5
  硫铝酸盐早强水泥   100   100   100   100
  石英砂   250   200   250   300
  高效减水剂   0.8   1.0   1.2   0.9
  缓凝剂   0.25   0.10   0.20   0.5
  早强剂   0.2   0.15   0.05   0.18
  聚丙烯纤维   2.5   2.2   2.0   2.3
  209乳液   27   18   21.6   22.5
  510TS乳液   3   2   2.4   2.5
  原料(kg)   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5
  消泡剂   0.12   0.15   0.12   0.1
  水   26   30   20   21
表3快速修补砂浆的性能检测
Figure BSA00000161777100061
以上检测结果说明，本发明的快速修补砂浆可以通过各配比之间的调整，均能够满足4小时后的抗压强度超过20MPa的指标。掺入适量的丙烯酸乳液后，修补砂浆的抗折强度、粘结强度、抗渗性均有较大提高。
对照例：
用下述方法制备对照快速修补砂浆，对照例使用修补砂浆中常用的聚乙烯-聚醋酸乙烯乳液，具体方法包括以下步骤：
称取硫铝酸盐早强水泥100公斤(石家庄特种水泥厂生产的42.5硫铝酸盐早强水泥)，石英砂250公斤、三聚氰胺高效减水剂1.0公斤，早强剂碳酸锂0.15公斤、聚丙烯纤维2.3公斤搅拌均匀，待用，然后将聚乙烯-聚醋酸乙烯乳液30公斤、消泡剂0.15公斤搅拌均匀，并加入待用的粉料中，同时加入23公斤左右的水，搅拌时采用强制式搅拌机搅拌3～5分钟即得对照修补材料。
参照《聚合物水泥防水砂浆》JC/T 984-2005中的性能检测方法对对照聚合乳液改性修补砂浆进行检测。检测结果如表4所示。
从对照例的检测结果来看，修补砂浆即使在同时使用早强水泥及早强剂后，4小时后的抗压及抗折强度均较低，难以满足快速修补砂浆的要求，修补砂浆掺入聚乙烯-聚醋酸乙烯乳液后，砂浆的早期强度发展缓慢，抗折强度及粘结强度均要低于本明的快速修补砂浆。
表4对照聚合物乳液改性快速修补砂浆性能检测结果
Figure BSA00000161777100071
以上实例显示，本发明的聚合物乳液改性快速修补砂浆具有较长的操作时间，早期强度发展较快，28天的抗折、抗压强度高、粘结强度及抗渗性好，可广泛应用于受损混凝土构筑物的修复，同时也可用于旧混凝土的表面快速修补，这类混凝土包括大坝潮差部位混凝土、混凝土道路、桥面、机场跑道等。

Claims (10)

1.一种聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：由原料包括以下重量份的组分制备得到：硫铝酸盐早强水泥100份，石英砂200-300份、高效减水剂0.8-1.2份，缓凝剂0.10-0.50份、早强剂0.05-0.2份、聚丙烯纤维2.0-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.15份、水20-30份。
2.根据权利要求1所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：所述丙烯酸乳液为重量比分别为90％的209乳液及10％的510TS乳液组成，上述两种乳液由北京东联化工厂生产。
3.根据权利要求1所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：所述石英砂为40～70目。
4.根据权利要求1所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：所述高效减水剂为三聚氰胺减水剂。
5.根据权利要求1所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：所述缓凝剂为工业硼酸。
6.根据权利要求1所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：所述早强剂为400目碳酸锂。
7.根据权利要求1至6任一所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：优选石英砂200-250份、高效减水剂0.8-1.2份，缓凝剂0.10-0.25份、早强剂0.05-0.2份、聚丙烯纤维2.0-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.15份、水20-30份。
8.根据权利要求1至6任一所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：优选石英砂200-300份、高效减水剂0.8-1.0份，缓凝剂0.10-0.25份、早强剂0.1-0.2份、聚丙烯纤维2.2-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.15份、水26-30份。
9.根据权利要求1至6任一所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆，其特征在于：优选石英砂230-250份、高效减水剂0.8-0.9份，缓凝剂0.15-0.25份、早强剂0.1-0.2份、聚丙烯纤维2.2-2.5份、丙烯酸乳液20-30份、消泡剂0.10-0.12份、水26-28份。
10.一种制备权利要求1～9任一所述的聚合物乳液改性快速修补砂浆的制备方法，其特征在于：将丙烯酸乳液及消泡剂倒入容器中搅拌均匀成待用液料，在强制搅拌机中先将水泥及聚丙烯纤维分散均匀，再加入石英砂、高效减水剂、缓凝剂、早强剂搅拌均匀成粉料，将液料加入所配制的粉料中，并加入水调整砂浆的稠度，搅拌3～5分钟即得。
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