CN104628354A

CN104628354A - 一种纳米改性自渗透水性修复材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104628354A
Application number: CN201510071671.1A
Authority: CN
Inventors: 孟涛; 彭勇; 杨潮军; 李媛媛
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2035-02-11
Also published as: CN104628354B

Abstract

本发明的纳米改性自渗透水性修复材料，其组分及其质量分数为：纳米SiO₂ 3~5%；聚合物10~15%；水玻璃10~15%；聚羧酸减水剂1~2%；消泡剂0.2~0.3%；表面活性剂1~2%；氯化钙3~5%；螯合剂1~2%；其余为水。其制备方法：先将聚合物、消泡剂和聚羧酸减水剂加入到一半的水搅拌溶解，过滤除去不溶物得到溶液A；再将氯化钙和螯合剂加入到剩余的另一半水中，搅拌混合均匀得到混合物B；把水玻璃、纳米SiO₂和表面活性剂混合均匀得到混合物C；把混合物B和C加入到溶液A中，混合均匀即可。本发明的纳米改性自渗透水性修复材料具备好的抗压、抗折和粘结强度，特别适用于因荷载、磨损和腐蚀造成的混凝土结构的修复。

Description

一种纳米改性自渗透水性修复材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具备自渗透功能和良好的早期力学性能和粘结性能的水性修复材料，适合于因荷载、磨损、腐蚀等破坏的混凝土结构的修复。

背景技术

混凝土是应用最广泛的工程材料，但是在其服役期间，由于混凝土本身不密实以及抗拉和耐腐蚀能力不足，所以容易因荷载、磨损或腐蚀造成裂缝、剥落等破坏，影响到结构的安全和正常使用。

虽然，目前有很多针对破损混凝土结构的修复材料，但都各有特点，适合不同的修复领域。例如，聚合物水泥基修复材料具有良好的粘结性能和耐腐蚀性能，但其因聚合物延缓水化而早期强度较低，在较低温度下更是如此，容易影响到修复工程进度，因此较适合我国南方地区以及温度较高的夏季使用；树脂基修复材料具有强度较高、渗透性强、耐腐蚀性极强的特点，但其与混凝土基层的粘结较差、在潮湿环境中易剥落，因此适合在上部构件、不长期接触水的环境中使用；粘贴玻璃纤维、碳纤维和聚丙烯纤维布可以改善构件的抗裂性能、提高承载能力，但造价较高，而且其修复主要在外层，不能深入混凝土内部进行修复，无法改善内部疏松、性能不佳的混凝土基体的性能，因此适合承载力不足的构件的修复加固；水泥基渗透结晶材料或者深度渗透密封剂等能渗人混凝土孔隙内部，改善内部混凝土密实度，其修复机理主要依靠活性物质和水泥碱性水化产物发生化学反应而填充内部孔隙，然而该反应特别依赖于碱性水泥水化产物的浓度和分布，而且较单一的反应产物和填充机理难以满足不同破损形式不同龄期不同密实程度的混凝土结构修复，因此修复效果不稳定。

目前，纳米材料在水泥基材料中的应用已逐步得到科研界和产业界的重视，由于纳米材料的超细填充作用和晶核作用，能显著提高水泥基材料的水化速率和密实度，从而改善其早期力学性能和耐久性能。

因此，如果能在自渗透材料的基础上，发挥纳米材料和聚合物的超叠加效应，形成一种粒径小、渗透力强、反应速度快、粘结性能好的修复材料，则会显著改善破损混凝土结构的修复效果。

发明內容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种纳米改性自渗透水性修复材料及其制备方法。

本发明的纳米改性自渗透水性修复材料，其组分及其质量分数如下：

纳米SiO₂ 3%~5%；

聚合物 10%~15%；

水玻璃 10%~15%；

聚羧酸减水剂 1%~2%；

消泡剂 0.2%~0.3%；

表面活性剂 1%~2%；

氯化钙 3%~5%；

螯合剂 1%~2%；

其余为水，上述组分之和为100%。

上述的纳米SiO₂的粒径为30-50nm。所述的聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物。所述的消泡剂是有机硅聚醚复合消泡剂。所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。所述的螯合剂为乙二胺四乙酸（EDTA）。

本发明的纳米改性自渗透水性修复材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按权利要求1配比取各组分，将聚合物、消泡剂和聚羧酸减水剂加入到一半的水中搅拌溶解，然后过滤去除不溶物；

2）将氯化钙和螯合剂加入到剩余的另一半水中，搅拌混合均匀；

3）把模数为3.2-3.5、质量浓度为35%的液体水玻璃以及质量浓度为30%、粒径为30-50nm的纳米SiO₂水性分散液和表面活性剂搅拌混合均匀；

4）将步骤2）和步骤3）得到的混合物加入到步骤1）得到的溶液中，搅拌均匀，得到纳米改性自渗透水性修复材料。

制备过程中，所述的聚羧酸减水剂的固含量为40%；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述的螯合剂为乙二胺四乙酸；所述的消泡剂是有机硅聚醚复合消泡剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备工艺简单，由于纳米材料的超细填充和晶核作用以及聚合物的水化和粘结作用，制得的纳米改性自渗透水性修复材料具备更加良好的抗压、抗折和粘结强度等力学性能以及更加紧密的微观结构特征，同时材料的渗透结晶效果以及在裂缝和孔洞修复时的水密性和粘结性能也得以提高，从而明显改善了修复后混凝土结构的力学和耐久性能，特别适用于因荷载、磨损和腐蚀造成的混凝土结构的修复。

具体实施方式

以下通过实例进一步对本发明进行描述。

实施例1

1）按质量分数配比取各组分：纳米SiO₂（30%质量浓度，粒径为30nm）3%；聚合物（乙烯-醋酸乙烯共聚物）10%；水玻璃（模数为3.2-3.5，质量浓度为35%）10%；40%固含量的聚羧酸减水剂 1%；有机硅聚醚复合消泡剂0.2%；表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠）1%；氯化钙3%；EDTA螯合剂1%；其余为水，上述组分之和为100%。

2）将聚合物、消泡剂和聚羧酸减水剂加入到一半的水中搅拌溶解，然后过滤去除不溶物；

3)将氯化钙和EDTA螯合剂加入到剩余的另一半的水中，搅拌混合均匀；

4)把模数为3.2-3.5、质量浓度为35%的液体水玻璃以及纳米SiO₂水性分散液和十二烷基苯磺酸钠表面活性剂搅拌混合均匀。

5)把步骤3）和步骤4）得到的混合物加入到步骤2)得到的溶液中，搅拌均匀，得到纳米改性自渗透水性修复材料。

按照纳米改性自渗透水性修复材料：水：42.5级普通硅酸盐水泥=0.25：4：10的配比，拌合3分钟得到掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂。将水泥胶砂浇筑成40*40*160mm试件，按照《建筑砂浆基本性能试验方法》，在规定条件下养护后进行抗折和抗压强度试验，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：3天抗折强度从3.8MPa提升至5.1MPa，升幅为34.2%；3天抗压强度从19.3MPa提升至22.7MPa，升幅约17.6%。28天抗折强度从7.1MPa提升至8.2MPa，升幅为15.5%；28天抗压强度从47.5MPa提升至51.6MPa，升幅约8.6%。

将上述方法得到的水泥胶砂用钢制垫板浇筑在水泥砂浆基层上，按照《建筑砂浆基本性能试验方法》，在规定条件下养护、安装夹具后测试14天拉伸粘结强度，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：强度从0.68 MPa提升至1.14MPa，升幅为67.6%。

将上述方法得到的水泥胶砂浇筑成顶部直径为70mm、底部直径为80mm、高度为30mm的试件进行抗渗试验，在规定条件下养护28天测试一次渗透压力，然后把已经渗水的试件进行再次养护28天后测试二次渗透压力，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：一次渗透压力从0.6MPa提高到1.5MPa，二次渗透压力从0.2 MPa提高到1.2MPa。

实施例2

1）按质量分数配比取各组分：纳米SiO₂（30%质量浓度，粒径为50nm）5%；聚合物（乙烯-醋酸乙烯共聚物）15%；水玻璃（模数为3.2-3.5，质量浓度为35%）10%；40%固含量的聚羧酸减水剂2%；有机硅聚醚复合消泡剂0.3%；表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠）2%；氯化钙3%；EDTA螯合剂1%；其余为水，上述组分之和为100%。

5) 把步骤3）和步骤4）得到的混合物加入到步骤2)得到的溶液中，搅拌均匀，得到纳米改性自渗透水性修复材料。

按照纳米改性自渗透水性修复材料：水：42.5级普通硅酸盐水泥=0.25：4：10的配比，拌合3分钟得到掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂。将水泥胶砂浇筑成40*40*160mm试件，按照《建筑砂浆基本性能试验方法》，在规定条件下养护后进行抗折和抗压强度试验，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：3天抗折强度从3.8MPa提升至5.4MPa，升幅为42.1%；3天抗压强度从19.3MPa提升至23.0MPa，升幅约19.2%。28天抗折强度从7.1MPa提升至8.5MPa，升幅为19.7%；28天抗压强度从47.5MPa提升至52.2MPa，升幅约9.9%。

将上述方法得到的水泥胶砂用钢制垫板浇筑在水泥砂浆基层上，按照《建筑砂浆基本性能试验方法》，在规定条件下养护、安装夹具后测试14天拉伸粘结强度，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：强度从0.68 MPa提升至1.19MPa，升幅为75.0%。

将上述方法得到的水泥胶砂浇筑成顶部直径为70mm、底部直径为80mm、高度为30mm的试件进行抗渗试验，在规定条件下养护28天测试一次渗透压力，然后把已经渗水的试件进行再次养护28天后测试二次渗透压力，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：一次渗透压力从0.6MPa提高到1.6MPa，二次渗透压力从0.2 MPa提高到1.3MPa。

实施例3

1）按质量分数配比取各组分：纳米SiO₂（30%质量浓度，粒径为40nm）5%；聚合物（乙烯-醋酸乙烯共聚物）15%；水玻璃（模数为3.2-3.5，质量浓度为35%）15%；40%固含量的聚羧酸减水剂2%；有机硅聚醚复合消泡剂0.3%；表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠）2%；氯化钙5%；EDTA螯合剂2%；其余为水，上述组分之和为100%。

2)将聚合物、消泡剂和聚羧酸减水剂加入到一半的水中搅拌溶解，然后过滤去除不溶物；

按照纳米改性自渗透水性修复材料：水：42.5级普通硅酸盐水泥=0.25：4：10的配比，拌合3分钟得到掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂。将水泥胶砂浇筑成40*40*160mm试件，按照《建筑砂浆基本性能试验方法》，在规定条件下养护后进行抗折和抗压强度试验，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：3天抗折强度从3.8MPa提升至5.6MPa，升幅为47.4%；3天抗压强度从19.3MPa提升至23.1MPa，升幅约19.7%。28天抗折强度从7.1MPa提升至8.7MPa，升幅为22.5%；28天抗压强度从47.5MPa提升至52.3MPa，升幅约10.1%。

将上述方法得到的水泥胶砂用钢制垫板浇筑在水泥砂浆基层上，按照《建筑砂浆基本性能试验方法》，在规定条件下养护、安装夹具后测试14天拉伸粘结强度，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：强度从0.68 MPa提升至1.22MPa，升幅为79.4%。

将上述方法得到的水泥胶砂浇筑成顶部直径为70mm、底部直径为80mm、高度为30mm的试件进行抗渗试验，在标准条件下养护28天测试一次渗透压力，然后把已经渗水的试件进行再次养护28天后测试二次渗透压力，并与未掺入纳米改性自渗透水性修复材料的水泥胶砂进行对比：一次渗透压力从0.6MPa提高到1.8MPa，二次渗透压力从0.2 MPa提高到1.4MPa。

本发的纳米改性自渗透水性修复材料，一方面能通过混凝土表面孔隙或裂缝自由渗透到混凝土内部深处，与水泥的水化产物发生化学反应，修复混凝土裂缝和孔隙；另一方面还可通过纳米材料的超细填充作用和水化作用以及聚合物的粘结增强作用，提高材料的渗透结晶效果以及在裂缝和孔洞修复时的水密性和粘结性能，明显改善了修复后钢筋混凝土结构的力学、耐久性能和微观密实度，这种纳米改性自渗透水性修复材料特别适用于因荷载、磨损和腐蚀造成的钢筋混凝土结构的修复。

以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种纳米改性自渗透水性修复材料，其特征在于它的组分及其质量分数如下：

纳米SiO₂ 3%~5%；

聚合物 10%~15%；

水玻璃 10%~15%；

聚羧酸减水剂 1%~2%；

消泡剂 0.2%~0.3%；

表面活性剂 1%~2%；

氯化钙 3%~5%；

螯合剂 1%~2%；

其余为水，上述组分之和为100%。

2.根据权利要求1所述的纳米改性自渗透水性修复材料，其特征在于所述的纳米SiO₂的粒径为30-50nm。

3.根据权利要求1所述的纳米改性自渗透水性修复材料，其特征在于所述的聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物。

4.根据权利要求1所述的纳米改性自渗透水性修复材料，其特征在于所述的消泡剂是有机硅聚醚复合消泡剂。

5.根据权利要求1所述的纳米改性自渗透水性修复材料，其特征在于所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

6.根据权利要求1所述的纳米改性自渗透水性修复材料，其特征在于所述的螯合剂为乙二胺四乙酸。

7.制备权利要求1所述的纳米改性自渗透水性修复材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的纳米改性自渗透水性修复材料的制备方法，其特征在于所述的聚羧酸减水剂的固含量为40%。

9.根据权利要求7所述的纳米改性自渗透水性修复材料的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述的螯合剂为乙二胺四乙酸；

所述的消泡剂是有机硅聚醚复合消泡剂。