CN103387363B - 一种水泥基修补砂浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥基修补砂浆，包括下列组分：硅酸盐水泥、砂、膨胀剂和减缩剂，所述膨胀剂为氧化钙膨胀剂或硫铝酸钙－氧化钙复合膨胀剂。同时使用减缩剂和氧化钙膨胀剂或硫铝酸钙－氧化钙复合膨胀剂，利用两种材料的组合增效作用，使修补砂浆经过短时间保湿养护后可以暴露于干燥环境，并在持续干燥环境中保持无收缩，能够可靠地防止砂浆裂缝。

Description

一种水泥基修补砂浆

技术领域

本发明涉及一种砂浆，尤其涉及一种水泥基修补砂浆。

背景技术

水泥基修补砂浆是混凝土结构维修或补强加固最常用的材料。但是，要取得好的维修或补强加固效果，水泥基修补砂浆除应具备要求的强度外，还需要具备在旧有结构上不收缩或不开裂。水泥基修补砂浆会产生两种类型的收缩——“自收缩”和“干燥收缩”，修补砂浆的收缩受到旧有混凝土结构的限制会产生裂缝或使界面粘结破坏，使维修或补强加固达不到预期效果。克服水泥基修补砂浆易收缩开裂的缺点是保证维修、补强加固质量的前提。

防止砂浆收缩裂缝的技术措施主要有两类：（1）使用纤维提高砂浆的抗裂能力。纤维没有减小收缩的功能，其作用是在同样收缩量情况下，使裂缝分散和数量变多，乃至使裂缝细到肉眼不可见。然而，使用纤维的成本高、操作复杂。（2）控制砂浆收缩低于引发裂缝的收缩率。根据机理的不同，控制或降低砂浆收缩的技术方法分为“减小收缩”和“微膨胀补偿收缩”两种。

“减小收缩”的方法是依靠减缩剂（表面活性剂）降低水的表面张力，从而降低水泥浆体内部孔隙在干燥过程产生的凹液面收缩压，达到减小自收缩的效果，但减缩剂对干缩没有作用。“减小收缩”的砂浆总体还是收缩，在干燥环境中干缩较大时，砂浆还是可能开裂。

“微膨胀补偿收缩”是在砂浆中掺加膨胀剂产生微量膨胀，使砂浆总的收缩得到部分、全部或超量补偿。但在实际解决砂浆与混凝土收缩裂缝问题上，常常达不到预期效果，因为各种膨胀剂均有其适宜的使用条件和环境，基本都需要早期足够的湿养护时间产生膨胀和后期不干燥环境维持膨胀。

现在，最常用和最基本的膨胀剂为硫铝酸钙（CSA，代号“A”）类、氧化钙（CaO，代号“C”）和硫铝酸钙－氧化钙复合类（代号“AC”），特点如下：

硫铝酸钙膨胀剂（A类）：硫铝酸钙膨胀剂产生的膨胀是可逆的，需要早期湿养护产生膨胀和后期的潮湿环境维持膨胀。从实际测试结果来看，掺加硫铝酸钙膨胀剂的砂浆在干燥环境中会产生收缩，因此，硫铝酸钙膨胀剂不能为修补砂浆提供可靠的“收缩补偿”。

氧化钙膨胀剂：氧化钙膨胀剂具有更大的膨胀能，一般湿养护2天左右就能完成膨胀。氢氧化钙相对稳定，可与空气中二氧化碳反应转化为碳酸钙（即碳化），该反应非常缓慢，也伴随少量收缩（碳化收缩），一般对收缩裂缝没有明显影响。与硫铝酸钙相比，氧化钙的膨胀效果更好，对环境湿度的依赖性相对小，但这种膨胀在持续干燥环境也会随干燥收缩的增长而逐步消失，最终转变为收缩。

硫铝酸钙－氧化钙复合膨胀剂（AC类）：一般含60~80%过烧氧化钙（CaO），其余部分为硫铝酸钙。这种复合膨胀剂兼有氧化钙和硫铝酸钙膨胀剂的特性，但氧化钙含量较高，性能与氧化钙膨胀剂类似。

综上所述，使用减缩剂减少砂浆收缩和使用膨胀剂产生微膨胀补偿收缩，比较适合潮湿环境的砂浆防裂；在持续干燥的环境，单纯使用减缩剂或膨胀剂只能起到“减”“缓”收缩作用，不能有效地控制砂浆干缩和防止裂缝，甚至可能增大收缩。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥基修补砂浆，其在持续干燥环境中能够有效防止收缩。

本发明提供一种水泥基修补砂浆，包括下列组分：硅酸盐水泥、砂、膨胀剂和减缩剂，所述膨胀剂为氧化钙膨胀剂或硫铝酸钙－氧化钙复合膨胀剂。

作为改进，本发明的水泥基修补砂浆，包括按重量份计的下列组分：

硅酸盐水泥      100份；

砂              250~400份；

膨胀剂          6~12份；

减缩剂          1~6份。

作为进一步改进，本发明的水泥基修补砂浆，包括按重量份计的下列组分：

硅酸盐水泥      100份；

砂              250~350份；

膨胀剂          6~10份；

减缩剂          1~5份。

作为进一步改进，本发明的水泥基修补砂浆，还包括按按重量份计的减水剂0~1.5份。

作为更进一步改进，本发明的水泥基修补砂浆，还包括按按重量份计的减水剂0.1~0.2份。

作为进一步改进，所述减缩剂为聚醇类减缩剂。

作为更进一步改进，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。

本发明采用硅酸盐水泥作为基础胶凝材料；使用砂作为骨料；使用高效减水剂降低砂浆稠度（改善流动度或工作性）；使用时自来水作为拌合水。

在试验研究和各种减缩剂与膨胀剂的效果对比中，减缩剂与氧化钙膨胀剂（C类）或硫铝酸钙－氧化钙（AC类）的组合具有良好的叠加效应，能够有效地延缓砂浆微膨胀在干燥环境消失速率，并在3个月以上的持续干燥作用下，砂浆处于无收缩状态。经过这样长龄期，砂浆的干缩或体积已经趋于稳定，并已经发展出较高强度，因此继续在干燥环境中，也不会产生显著收缩或产生裂缝。对比在干燥环境中单独使用减缩剂、单独使用C类或AC类膨胀剂与组合使用减缩剂与C类或AC类膨胀剂的效果，结果显示：组合使用减缩剂和膨胀剂时，减缩剂减小了收缩，但C类或AC类膨胀剂则产生了更大的膨胀率（与无减缩剂时对比），即：组合产生的效果超过了二者单独使用效果的算数加和，二者之间有相互增效作用。

因此，本发明同时使用减缩剂（SRA）和氧化钙（C类）膨胀剂或硫铝酸钙－氧化钙复合膨胀剂（AC类），利用两种材料的组合增效作用，使修补砂浆经过短时间（1～2天）保湿养护后可以暴露于干燥环境，并在持续干燥环境中保持无收缩，不借助纤维增强就能够可靠地防止砂浆裂缝。

本发明特别适合在修补砂浆上应用，因为对在役混凝土结构维修或补强加固，一般允许的保湿养护时间短，许多结构处于持续干燥环境，要求修补砂浆在持续干燥环境中具备不收缩开裂的性能。应用本发明制作的修补砂浆，能够确保混凝土结构特别是长期处于干燥环境的混凝土结构维修或补强加固的质量。

具体实施方式

本发明对硅酸盐水泥和砂没有特殊要求；减缩剂可以为市售减缩剂，例如聚醇类减缩剂。本发明实施例中，硅酸盐水泥采用42.5和52.5强度等级的普通硅酸盐水泥（PO水泥）；砂采用天然河沙，级配符合标准JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中砂的要求；膨胀剂采用氧化钙膨胀剂（C类，脂膜包覆生石灰）和硫铝酸钙－氧化钙复合膨胀剂（AC类，HCSA）；减水剂采用粉体聚羧酸系和萘系减水剂；减缩剂采用粉体产品（DSR-450，白色粉末，有效含量50%，ADEKA公司出品）；拌合水用自来水。各实施例的修补砂浆的原料组成及使用时的拌和水用量见表1。

本发明修补砂浆的使用方法有两种：（1）预混法：先按各组分配比将干粉料（水泥、砂、粉体减水剂、膨胀剂和粉体减缩剂）预混均匀形成修补砂浆干粉料；称好拌合水30~60份（如果使用液体减缩剂，先将减缩剂倒入拌合水中搅拌）装在拌合桶中；然后，将部分干粉料倒入拌合水中，边搅拌边将剩余干粉料加入拌合水中，搅拌至均匀即可使用。（2）现场配料法：在施工现场按各组分配比称量所有原料，先将粉状材料（砂、水泥、膨胀剂或粉体减水剂、减缩剂）倒入砂浆搅拌机，干拌0.5～1分钟，然后边搅拌边加入拌合水30~60份（如果使用液体减水剂和减缩剂，应先将减水剂和减缩剂加入拌合水中，再加入搅拌机），搅拌至砂浆均匀。修补砂浆施工完成后，暴露表面进行1～2天保湿养护（采用覆盖湿布、喷洒养护剂或覆盖塑料薄膜等方法），就能够暴露于干燥环境。实施例1-5中采用预混法。高效减水剂用量和拌合水用量可根据需要的砂浆稠度（高或低流动度）和硬化强度（30～70MPa）调整。

各实施例修补砂浆的新拌流动度、强度与收缩的测试结果见表1。试验测试方法如下：（1）流动度：采用GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测试；（2）抗压强度：试件（40x40x160mm）成型和抗压强度测试按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》规定的程序与方法进行，试件养护程序与养护条件与测膨胀试件相同；（3）膨胀率：采用GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》附录A“限制膨胀率试验方法”进行试件成型、试件长度测定和膨胀率计算，试件成型与养护环境温度保持20±2^oC，但试件脱模与初始长度测定时间改为“试件成型后6小时”，养护方法与条件改为“脱模后将试件用塑料薄膜密封包裹保湿，然后测定试件初始长度，至试件成型后24±1小时去掉包裹塑料薄膜，将试件放置在相对湿度RH50~60%的干燥环境”，定期测定试件长度变化。

表1：实施例修补砂浆使用原料组成、重量份配比和性能

为了进行对比，进行如下单独使用膨胀剂或减缩剂的对比试验，原料配比和性能详见表2：

对比1：单独掺加硫铝酸钙膨胀剂（A型）的砂浆，保湿养护1天后放置在干燥环境（相对湿度60％），膨胀在10天左右内就完全消失，然后开始收缩；继续在干燥环境，会产生更大收缩（与不用膨胀剂相比）。可见，硫铝酸钙膨胀剂不能为修补砂浆提供可靠的“收缩补偿”。

对比2和3：单独掺加氧化钙（C型）或硫铝酸钙－氧化钙（AC型）膨胀剂的砂浆，保湿养护1天后放置在干燥环境（相对湿度60％），膨胀在30天左右消失，然后开始收缩；继续在干燥环境，也会产生更大的收缩。

对比4：单独掺加减缩剂（SRA）的砂浆，保湿养护1天后放置在干燥环境（相对湿度60％），砂浆会产生收缩，但收缩量减小（与基准砂浆对比）。

表2：单独使用膨胀剂或减缩剂对砂浆收缩的影响对比

Claims (1)

1.一种水泥基修补砂浆，包括按重量份计的下列组分：

硅酸盐水泥      100份；

砂              250~350份；

膨胀剂          6~10份；

聚醇类减缩剂    1~6份；

聚羧酸系减水剂  0.1~0.2份；

所述膨胀剂为氧化钙膨胀剂或硫铝酸钙－氧化钙复合膨胀剂。