CN102659369A - 一种环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于化学建筑材料技术领域的一种环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆及其制备方法。本发明配制的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆施工性能好，早期强度高，后期强度稳步发展，无收缩，可根据不同工程要求选择适宜的配方组成；早期强度增长迅速，修补速度快，4小时即可开放交通，4H抗压强度大于25MPa，4H抗折强度大于3.5MPa；与旧混凝土基层的粘结强度高，28天正拉粘结强度大于2.5MPa；抗冻性和抗渗性好。主要解决现有混凝土道桥快速修补砂浆开放交通时间长﹑与旧混凝土基材粘结强度小﹑耐久性差等问题。

Description

一种环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆及其制备方法

技术领域

本发明属于化学建筑材料技术领域，具体涉及一种环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆及其制备方法。

背景技术

混凝土虽因经久耐用而作为主要的建筑材料广泛应用于各种领域，但其构筑物在建设或服役过程中，常因设计不当﹑施工质量不好或所处服役环境的影响，如重荷载﹑氯离子渗透﹑冻融循环﹑碳化﹑表面磨蚀﹑腐蚀介质侵蚀和地震等因素而引起损伤，这些损伤虽然最初是浅表面的，对构筑物的结构或性能影响较小，但若对其不加修补或加固，随着时间的推移，这种损伤会逐渐延伸至内层结构材料，最终影响构筑物使用性能和使用寿命，甚至影响结构的安全性，因而对已损坏的混凝土进行修补是十分必要的。

目前我国的道路总里程达200多万公里，其中水泥混凝土路面因强度高，承载能力强和耐久性好等优点而占据总里程的60%左右。据不完全统计，我国现有的水泥混凝土路面有50%-60%出现了诸如裂缝﹑断板﹑错台﹑破碎﹑脱空或空洞等各种类型的病害，对这些病害及时进行快速处治，将有助于保障交通通畅，减少修补工程对交通的影响，提高路面服务质量和延长路面使用寿命，取得的经济效益和社会效益极其显著。

对水泥混凝土路面进行快速修补时，选择合适的快速修补材料，以缩短开放交通时间，减少修补工程对交通的影响；以增强修补材料与旧混凝土的粘结能力，提高修补材料的耐久性，这是路面快速修补技术的关键。目前水泥混凝土路面快速修补材料大致分为三类：无机类早强水泥砂浆或混凝土﹑有机类合成树脂砂浆或混凝土﹑有机-无机复合类聚合物水泥砂浆或混凝土。无机类早强水泥砂浆或混凝土的早期强度发展较快，且因价格低廉主要适宜于大面积修补，但这类修补材料凝结时间太短，对施工要求较高，且脆性较大﹑抗裂性差﹑一些耐久性指标如防水性能，抗冻性能，耐磨性等均较差，尤其是与旧混凝土之间的粘结力非常低，当受冲击后很容易脱落；有机类合成树脂砂浆或混凝土一般都具有优良的耐久性能，且与旧混凝土的粘结强度也较高，但这类材料与普通混凝土是截然不同的两种材料，两者的弹性模量与热膨胀系数差异很大，在修补旧混凝土时，需要对两者界面进行处理，否则，在外力作用下，界面区易产生较大的应力而造成破坏。另外，此类材料在生产和使用过程中有较多的有机溶剂挥发，环保性差，同时价格较高，这在很大程度上限制了它的应用。相对而言，有机-无机复合类聚合物水泥砂浆或混凝土兼具有机材料与无机材料的优点，具有良好的耐久性，与旧混凝土也具有良好的粘结强度，价格也较低，因而是一种较为有效的，也是很有发展前景的修补材料，目前已成为国际上的发展趋势。这类材料通常是采用聚合物乳液改性无机类早强水泥砂浆或混凝土，在众多使用的聚合物乳液中，如聚醋酸乙烯酯乳液﹑丙烯酸酯乳液等均会对水泥产生一定程度的缓凝，导致修补砂浆或混凝土的早期强度发展缓慢，因此很难配制出快速修补材料。国内外基本上都在使用进口的丁苯乳液制备快速修补材料，如美国陶氏生产的DL470丁苯乳液和德国巴斯夫生产的623丁苯乳液，这是因为丁苯乳液基本上对水泥没有缓凝作用，在CN 1415572A“一种聚合物改性快速修补材料”和CN101481236A“水泥混凝土路面错台快速修补材料及其修补方法”两专利文献中均采用丁苯乳液作为改性剂，而对于环氧乳液作为改性剂配制快速修补砂浆方面的文献鲜见报道。

同时，交通部门要求混凝土道桥快速修补材料4H抗压强度达到25MPa，4H抗折强度达到3.5MPa以重新开放交通，才不会影响交通，此外还要求与旧混凝土正拉粘结强度大于2.5MPa，而上述快速修补材料一般均难以同时满足这些强度指标要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述快速修补材料的缺点和不足，提供一种价格适宜，施工性能好，能满足交通部门4H开放交通，同时具有优异粘结强度和耐久性的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆及其制备方法。

本发明所述的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆由A、B、C三组分和外加水组成，其中各组分之间质量比为A组分：B组分：外加水：C组分=1：(1.5-2)：(1.0-6)：(10-40)；

所述A组分按质量份计的配方是：环氧树脂100份﹑环氧活性稀释剂0-20份﹑增韧剂10-20份﹑消泡剂0.1-0.3份；

所述B组分按质量份计的配方是：固化剂100份﹑固化促进剂3-8份﹑偶联剂0.5-2份；

所述C组分按质量份计的配方是：快硬水泥100份﹑填料100-250份﹑偏高岭土5-30份﹑无机晶须5-20份﹑早强剂0.2-0.5份﹑缓凝剂0.1-0.5份﹑减水剂0.1-0.5份。

A组分中所述的环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂中的一种或两种。

A组分中所述的环氧活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚（AGE）、苯基缩水甘油醚（PGE）、正丁基缩水甘油醚（BGE）、聚乙二醇双缩水甘油醚（PEGGE）、二缩水甘油醚（DGE）中的一种或几种的混合物。

A组分中所述的增韧剂为奇士增韧剂QS-BE、QS-BC、QS-EC、QS-CC中的一种或几种的混合物。

A组分中所述的消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂。

B组分中所述的固化剂为水性环氧固化剂GCA01或GCA02中的一种。

B组分中所述的固化促进剂为苯酚、双酚A、间苯二酚、DMP-30、三氟化硼单乙胺中的一种。

B组分中所述的偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷（A-15）﹑KH-550﹑KH-560﹑KH-570﹑苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种。

C组分中所述的快硬水泥为快硬硫铝酸盐水泥。

C组分中所述的填料为20-70目石英砂。

C组分中所述的无机晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为50-200μm。

C组分中所述的早强剂为硫酸铝与氟化钙按1:2-2:1质量比配制的混合物。

C组分中所述的缓凝剂为硼酸。

C组分中所述的减水剂为聚羧酸盐高效减水剂。

C组分中所述的偏高岭土的制备过程如下：将高岭土粉末在600-950℃的温度下煅烧4-6小时，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为8000-15000m²/kg，即得偏高岭土。

上述环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆的制备方法，其具体步骤为：

1）A组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得A组分，包装储存；

2）B组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得B组分，包装储存；

3）C组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得C组分，包装储存；

4）环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆的制备：各组分之间质量比为A组分：B组分：外加水：C组分=1：(1.5-2)：(1.0-6)：(10-40)；具体工艺为：先将A组分与B组分混合直至形成均匀的乳白色乳液，然后外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，搅拌均匀即得环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆。

采用以上技术方案，本发明的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆具有以下特点：

（1）环氧乳液性能可控。采用不同种类，不同掺量的改性剂对环氧乳液体系进行改性，不同的配方组成赋予环氧乳液优异的力学性能和工艺性能。环氧活性稀释剂赋予环氧树脂适宜的黏度，便于其被乳化；增韧剂赋予环氧树脂固化物优异的韧性，提高其抗冲击性能和抗裂性能；固化促进剂改善环氧树脂的固化速率，提高其固化物早期强度；偶联剂增强环氧树脂与被粘物之间的粘接力，提高环氧树脂固化物的耐久性；消泡剂改善环氧乳液的表面张力，去除环氧乳液在搅拌过程中产生的气泡，提高硬化浆体的力学性能和抗渗性能。

（2）环氧乳液的固化速度在一定范围内可控，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。

（3）水泥基材中采用缓凝剂与早强剂双掺技术，能够较好地调整修补砂浆的凝结时间和早期硬化时间，与只掺入早强剂的修补砂浆相比，本发明的施工可操作时间延长，同时还能保证砂浆在4小时内的早期强度增长仍然较快。同时，采用偏高岭土作为强度促进剂，进一步促进了体系早期强度的发展。

（4）采用硫酸钙晶须作为无机纤维增强材料，该材料是形状类似于短纤维而尺寸远小于短纤维的须状单晶体，其直径极小,长径比极大,具有高度有序的原子排列结构，几乎没有通常大晶体中存在的缺陷，具有极优良的物理化学性质和优异的机械性能。与通常应用的有机短纤维相比，硫酸钙晶须与各种无机填料的相容性更好，分散性更好，基本不存在分散性的问题，基本不影响砂浆的工作性能，在砂浆中形成一种均匀乱向分布的状态，使结构应力分散，产生二级加强效果，从而有效提高砂浆的抗裂强度﹑抗压强度和抗折强度。

（5）采用有机-无机复合胶凝体系，使修补砂浆兼具有机材料和无机材料两者的优势。环氧乳液掺入水泥基材中后，伴随着水泥水化进程的加快，体系中含水量迅速减少，环氧乳液固化速率加快，环氧树脂固化物在修补砂浆中形成连续的膜结构，并填充砂浆内部的毛细孔，与无机材料紧密粘结，从而形成有机-无机复合砂浆。借助于环氧树脂的韧性﹑粘结力和密封性，复合砂浆的抗折强度﹑抗裂强度和粘结强度显著提高，同时复合砂浆的防水性﹑抗冻性﹑抗离子渗透性等耐久性也大大提高。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.施工性能好，早期强度高，后期强度稳步发展，无收缩，可根据不同工程要求选择适宜的配方组成，因而，既能极大地方便工程的现场施工，又能提高工程的经济效益；

2.早期强度增长迅速，修补速度快，4小时即可开放交通，为交通畅通提供了便利，具有显著的经济社会效益。4H抗压强度大于25MPa，4H抗折强度大于3.5MPa；

3.与旧混凝土基层的粘结强度高，28天正拉粘结强度大于2.5MPa；

4.抗冻性和抗渗透性好。

主要解决现有混凝土道桥快速修补砂浆开放交通时间长﹑与旧混凝土基材粘结强度小﹑耐久性差等问题。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。以下各实施例中所述的份数为质量份。

实施例1：

1）A组分的制备：将环氧树脂E-44 100份﹑丙烯基缩水甘油醚10份﹑奇士增韧剂QS-BE15份﹑有机硅类消泡剂0.1份，依次加入反应釜中，搅拌5-10分钟即得A组分，包装储存；

2）B组分的制备：将上海绿嘉水性涂料有限公司生产的水性环氧固化剂GCA01 100份(有效成分含量：50wt%，其余成分为水）﹑DMP-30 5份﹑偶联剂KH-550 1份，依次加入反应釜中，搅拌3-5分钟即得B组分，包装储存；

3）C组分的制备：将快硬硫铝酸盐水泥100份﹑40-70目石英砂与20-40目石英砂按质量比为4：1的混合物200份﹑偏高岭土20份﹑洛阳亮东非金属材料科技开发有限公司生产的平均直径为1-8μm，平均长度为50-200μm的硫酸钙晶须15份﹑质量比为1:1的硫酸铝与氟化钙混合物0.3份﹑硼酸0.2份﹑聚羧酸盐高效减水剂0.2份，依次加入反应釜中，搅拌3-5分钟即得C组分，包装储存；

4）环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆的制备：上述各组分之间质量比为A组分：B组分：外加水：C组分=1：2：1.15：18；具体工艺为：先将A组分与B组分搅拌3-5分钟，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加入外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，拌和3-5分钟即得环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆。

整个体系中水灰比为0.40，水灰比中的水包括固化剂所含水和外加水。外加水的质量由固化剂的含水率和水灰比换算而得。

实施例2：

1）A组分的制备：将环氧树脂E-51 100份﹑丙烯基缩水甘油醚5份﹑奇士增韧剂QS-BE15份﹑有机硅类消泡剂0.1份，依次加入反应釜中，搅拌5-10分钟即得A组分，包装储存；

2）B组分的制备：将水性环氧固化剂GCA01 100份﹑DMP-30 5份﹑偶联剂KH-550 1份，依次加入反应釜中，搅拌3-5分钟即得B组分，包装储存；

3）C组分的制备：将快硬硫铝酸盐水泥100份﹑40-70目石英砂与20-40目石英砂按质量比为4：1的混合物200份﹑偏高岭土20份﹑硫酸钙晶须15份﹑质量比为1:1的硫酸铝与氟化钙混合物0.35份﹑硼酸0.2份﹑聚羧酸盐高效减水剂0.2份依次加入反应釜中，搅拌3-5分钟即得C组分，包装储存；

4）环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆的制备：上述各组分之间质量比为A组分：B组分：外加水：C组分=1：2：1.15：18；具体工艺为：先将A组分与B组分搅拌3-5分钟，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加入外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，拌和3-5分钟即得环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆。

整个体系中水灰比为0.40，水灰比中的水包括固化剂所含水和外加水。外加水的质量由固化剂的含水率和水灰比换算而得。

实施例3：

1）A组分的制备：将环氧树脂NPEF170 100份﹑奇士增韧剂QS-BE 15份﹑有机硅类消泡剂0.1份，依次加入反应釜中，搅拌5-10分钟即得A组分，包装储存；

2）B组分的制备：将水性环氧固化剂GCA01 100份﹑DMP-30 5份﹑偶联剂KH-550 1份，依次加入反应釜中，搅拌3-5分钟即得B组分，包装储存；

3）C组分的制备：将快硬硫铝酸盐水泥100份﹑40-70目石英砂与20-40目石英砂按质量比为4：1的混合物200份﹑偏高岭土20份﹑硫酸钙晶须15份﹑质量比为1:1的硫酸铝与氟化钙混合物0.35份﹑硼酸0.2份﹑聚羧酸盐高效减水剂0.2份，依次加入反应釜中，搅拌3-5分钟即得C组分，包装储存；

4）环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆的制备：上述各组分之间质量比为A组分：B组分：外加水：C组分=1：2：1.15：18；具体工艺为：先将A组分与B组分搅拌3-5分钟，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加入外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，拌和3-5分钟即得环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆。

整个体系中水灰比为0.40，水灰比中的水包括固化剂所含水和外加水。外加水的质量由固化剂的含水率和水灰比换算而得。

实施例4：

1）A组分的制备：将环氧树脂NPEF170 100份﹑丙烯基缩水甘油醚2份﹑奇士增韧剂QS-BE 10份﹑有机硅类消泡剂0.1份，依次加入反应釜中，搅拌5-10分钟即得A组分，包装储存；

2）B组分的制备：将水性环氧固化剂GCA02 100份﹑DMP-30 5份﹑偶联剂KH-550 1份，依次加入反应釜中，搅拌3-5分钟即得B组分，包装储存；

3）C组分的制备：将快硬硫铝酸盐水泥100份﹑40-70目石英砂与20-40目石英砂按质量比为4：1的混合物150份﹑偏高岭土10份﹑硫酸钙晶须10份﹑质量比为1:1的硫酸铝与氟化钙混合物0.4份﹑硼酸0.2份﹑聚羧酸盐高效减水剂0.2份，依次加入反应釜中，搅拌3-5分钟即得C组分，包装储存；

4）环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆的制备：上述各组分之间质量比为A组分：B组分：外加水：C组分=1：1.5：1.58：16；具体工艺为：先将A组分与B组分搅拌3-5分钟，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加入外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，拌和3-5分钟即得环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆。

整个体系的水灰比为0.40，水灰比中的水包括固化剂所含水和外加水，外加水的质量由固化剂的含水率和水灰比换算而得。

实施例1-4的C组分中偏高岭土的制备过程如下：将高岭土粉末在800-900℃的温度下煅烧5小时，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为11000-13000m²/kg，即得偏高岭土。

实施例1-4制得的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆测试结果如下：

Claims (6)

1.一种环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆，其特征在于，其由A、B、C三组分和外加水组成，其中各组分之间质量比为A组分：B组分：外加水：C组分=1：(1.5-2)：(1.0-6)：(10-40)；

所述A组分按质量份计的配方是：环氧树脂100份﹑环氧活性稀释剂0-20份﹑增韧剂10-20份﹑消泡剂0.1-0.3份；

所述B组分按质量份计的配方是：固化剂100份﹑固化促进剂3-8份﹑偶联剂0.5-2份；

所述C组分按质量份计的配方是：快硬水泥100份﹑填料100-250份﹑偏高岭土5-30份﹑无机晶须5-20份﹑早强剂0.2-0.5份﹑缓凝剂0.1-0.5份﹑减水剂0.1-0.5份。

2.根据权利要求1所述的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆，其特征在于，所述的A组分中环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂中的一种或两种；环氧活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、聚乙二醇双缩水甘油醚、二缩水甘油醚中的一种或几种的混合物；增韧剂为奇士增韧剂QS-BE、QS-BC、QS-EC、QS-CC中的一种或几种的混合物；消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂。

3.根据权利要求1所述的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆，其特征在于，所述B组分中固化剂为水性环氧固化剂GCA01或GCA02中的一种；固化促进剂为苯酚、双酚A、间苯二酚、DMP-30、三氟化硼单乙胺中的一种；偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷﹑KH-550﹑KH-560﹑KH-570﹑苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种。

4.根据权利要求1所述的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆，其特征在于，所述的C组分中快硬水泥为快硬硫铝酸盐水泥；填料为20-70目石英砂；无机晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为50-200μm；早强剂为硫酸铝与氟化钙按1:2-2:1质量比配制的混合物；缓凝剂为硼酸；减水剂为聚羧酸盐高效减水剂。

5.根据权利要求1所述的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆，其特征在于，C组分中所述的偏高岭土的制备过程如下：将高岭土粉末在600-950℃的温度下煅烧4-6小时，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为8000-15000m²/kg，即得偏高岭土。

6.一种制备权利要求1-5任一所述的环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆的方法，其特征在于，其具体步骤为：

1）A组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得A组分，包装储存；

2）B组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得B组分，包装储存；

3）C组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得C组分，包装储存；

4）环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆的制备：各组分之间质量比为A组分：B组分：外加水：C组分=1：(1.5-2)：(1.0-6)：(10-40)；具体工艺为：先将A组分与B组分混合直至形成均匀的乳白色乳液，然后外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，搅拌均匀即得环氧乳液改性混凝土道桥快速修补砂浆。