CN104973835A - 混凝土修补用改性水泥浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土修补用改性水泥浆料及其制备方法，包括如下步骤：a)选用预定量的水泥、集料和粉煤灰进行混合；b)在自来水中加入预定量的丁苯乳液、消泡剂和早强剂，然后和步骤a)中的混合料进行拌和；c)控制砂浆的流动度在140±5mm范围内，再分别测定新拌砂浆的跳桌流动度、容重，确定新拌砂浆的跳桌流动度、容重与待修补混凝土大致相同时，浇注成型进行修补。本发明提供的混凝土修补用改性水泥浆料及其制备方法，能够加快水泥浆体的初凝，提高砂浆的减水率，使新拌砂浆的容重减小；并明显提高砂浆的折压比和粘结强度，使得快速修补后的混凝土的耐久性更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥浆料及其制备方法，尤其涉及一种混凝土修补用改性水泥浆料及其制备方法。
背景技术
混凝土建筑物和构件在使用期间受腐蚀而产生破损的现象屡见不鲜。许多在潮湿环境或工业环境下的混凝土正在呈现出受腐蚀破坏的迹象。在有色冶金、化学、造纸等工业企业中，20％～70％的混凝土构筑物受到各种腐蚀性介质的作用而引起结构材料腐蚀，受腐蚀构筑物的重建是耗资巨大的工程.它不但要耗用大量的资金.而且还将因建筑物的停用造成生产或生活方面的巨大经济损失：有关资料报导，此项经济损失约占国民收入的1.25％。如美国混凝土工程的维修费和重建费高达数千亿美元。
而对受腐蚀混凝土进行局部修补不仅可以事半功倍，还不影响建筑物的正常使用。因此在世界范围对混凝土修补材料及混凝土修补技术的研究已日益为人们所重视。而普通硷(砂浆)与混凝土界面粘结力低、耐腐蚀性能差，因此不能用于受腐蚀混凝土结构的修补。比如传统的修补方法用环氧树脂砂浆或树脂混凝土对受腐蚀破坏的混凝土进行修复。这种修补材料可以在混凝土界面提供足够的粘结力并可以防止旧混凝土进一步受腐蚀，但其不足在于树脂砂浆或混凝土的造价太高，较大面积的修补或非极为重要的建筑物一般难以承受。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种混凝土修补用改性水泥浆料及其制备方法，能够加快水泥浆体的初凝，提高砂浆的减水率，使新拌砂浆的容重减小；并明显提高砂浆的折压比和粘结强度，使得快速修补后的混凝土的耐久性更好。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种混凝土修补用改性水泥浆料，包含如下组分：水泥、集料、粉煤灰、丁苯乳液、消泡剂和早强剂。
上述的混凝土修补用改性水泥浆料，其中，所述改性水泥浆料中各组分的重量百分含量如下：
上述的混凝土修补用改性水泥浆料，其中，所述改性水泥浆料中还包含膨胀剂和增稠剂，所述膨胀剂的重量百分含量为0～2.5％，所述增稠剂的重量百分含量为0～2.5％；所述膨胀剂为ZY型膨胀剂，所述增稠剂为钠基膨润土和甲基羟丙基纤维素醚复合增稠剂,所述羟丙基甲基纤维素和钠基膨润土的重量之比为1：10。
上述的混凝土修补用改性水泥浆料，其中，所述改性水泥浆料中还包含稻壳灰，所述水泥为硫铝酸盐水泥，所述集料为粒径小于4.75毫米的天然砂，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述水泥、集料和稻壳灰的重量比为4:2:1。
上述的混凝土修补用改性水泥浆料，其中，所述改性水泥浆料中各组分的重量百分含量如下：水泥40％；集料20％；粉煤灰15％；丁苯乳液5％；早强剂5％；消泡剂0.5％；膨胀剂2％；增稠剂2.5％；稻壳灰10％。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其中，包括如下步骤：a)选用预定量的水泥、集料和粉煤灰进行混合；b)在自来水中加入预定量的丁苯乳液、消泡剂和早强剂，然后和步骤a)中的混合料进行拌和；c)控制砂浆的流动度在140±5mm范围内，再分别测定新拌砂浆的跳桌流动度、容重，确定新拌砂浆的跳桌流动度、容重与待修补混凝土大致相同时，浇注成型进行修补。
上述的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其中，所述步骤a)中还添加有稻壳灰，所述稻壳灰由稻壳在530℃～580℃温度下燃烧后粉磨而成，所述步骤b)中还添加有膨胀剂和增稠剂，各组分的预定重量百分含量控制如下：水泥40％；集料20％；粉煤灰15％；丁苯乳液5％；早强剂5％；消泡剂0.5％；膨胀剂2％；增稠剂2.5％；稻壳灰10％。
上述的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其中，所述丁苯乳液的固含量为50％－52％，PH值为7.8－10，密度1.01g/cm3，平均粒径150nm,玻璃化温度为13℃。
上述的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其中，所述早强剂为碳酸锂、甲酸钙、脱硫石膏和亚硝酸钠复合早强剂，所述碳酸锂、甲酸钙、脱硫石膏和亚硝酸钠的重量之比为0.1:0.5:2.5:2.5。
上述的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其中，所述消泡剂为液态液氢化合物，聚乙二醇和非结晶性二氧化硅的混合物，所述液态液氢化合物，聚乙二醇和非结晶性二氧化硅的重量之比为0.5:2.5:2.5。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的混凝土修补用改性水泥浆料及其制备方法，能够加快水泥浆体的初凝，提高砂浆的减水率，使新拌砂浆的容重减小；并明显提高砂浆的折压比和粘结强度，使得快速修补后的混凝土的耐久性更好。
附图说明
图1为本发明水泥浆体初凝时间随聚合物掺量百分比的趋势图；
图2为本发明水泥浆体终凝时间随聚合物掺量百分比的趋势图；
图3为本发明聚合物对水泥砂浆的减水作用示意图；
图4为本发明聚合物及其消泡剂对水泥砂浆容重的影响示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提供的混凝土修补用改性水泥浆料，包含如下组分：水泥、集料、粉煤灰、丁苯乳液、消泡剂和早强剂；所述改性水泥浆料中各组分的重量百分含量如下：
本发明提供的混凝土修补用改性水泥浆料，所述改性水泥浆料中还包含膨胀剂和增稠剂，所述膨胀剂的重量百分含量为0～2.5％，所述增稠剂的重量百分含量为0～2.5％；所述膨胀剂为ZY型膨胀剂，所述增稠剂为钠基膨润土和甲基羟丙基纤维素醚复合增稠剂,所述羟丙基甲基纤维素和钠基膨润土的重量之比优选为1：10，可以较为方便地调节灌浆料的粘稠度，从而使得浆体具有更好的流动性。
本发明提供的混凝土修补用改性水泥浆料，所述水泥优选为硫铝酸盐水泥；所述集料优选为粒径小于4.75毫米的天然砂；所述粉煤灰优选为鸭河口I级粉煤灰，45微米筛余率6.56％，密度2.32g/cm3；所述乳胶粉优选为聚醋酸乙烯酯可再分散乳胶粉RE5044N。本发明的改性水泥浆料中还可包含稻壳灰，稻壳灰中SiO2含量很高，煅烧良好的无定形稻壳灰具有很高的活性，稻壳灰由纳米尺度的SiO2凝胶粒子(约50nm)疏松地粘而成。稻壳灰结构中除了以往报道的微米尺度的蜂窝孔(约10μm)外，还含大量由SiO2凝胶粒子非紧密粘聚而形成的纳米尺度孔隙(<50nm)，纳米尺度的SiO2粒子和纳米尺度的大量孔隙使得稻壳灰具有较大的比表面，水泥、集料和稻壳灰的重量比优选为4:2:1，以便充分利用各组分粒子之间的空间大小，改善水泥和混凝土的性能。各组分的预定重量百分含量控制如下：水泥40％；集料20％；粉煤灰15％；丁苯乳液5％；早强剂5％；消泡剂0.5％；膨胀剂2％；增稠剂2.5％；稻壳灰10％。
本发明还提供一种上述混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，包括如下步骤：
a)选用预定量的水泥、集料和粉煤灰进行混合；
b)在自来水中加入预定量的丁苯乳液、消泡剂和早强剂，然后和步骤a)中的混合料水进行拌和；各组分的预定重量百分含量控制如下：水泥30～70％；集料12.5～52.5％；粉煤灰12～15％；丁苯乳液5～15％；早强剂0.25～5.5％；消泡剂0.25～1％；
c)控制砂浆的流动度在140±5mm范围内，再分别测定新拌砂浆的跳桌流动度、容重，确定新拌砂浆的跳桌流动度、容重与待修补混凝土大致相同时，浇注成型进行修补。
本发明的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，所述步骤a)中还添加有稻壳灰，所述步骤b)中还添加有膨胀剂和增稠剂，各组分的预定重量百分含量控制如下：水泥40％；集料20％；粉煤灰15％；丁苯乳液5％；早强剂5％；消泡剂
0.5％；膨胀剂2％；增稠剂2.5％；稻壳灰10％。所述丁苯乳液的固含量为50％－52％，PH值为7.8－10，密度1.01g/cm3，平均粒径150nm,玻璃化温度为13℃。所述早强剂为碳酸锂、甲酸钙、脱硫石膏和亚硝酸钠复合早强剂，所述碳酸锂、甲酸钙、脱硫石膏和亚硝酸钠的重量之比优选为0.1:0.5:2.5:2.5。
在稻壳加热过程中，100℃以后由于内在水的蒸发，稻壳开始发生重量损失。在350℃，挥发物开始燃烧，重量损失加剧，从400℃到500℃，残余的碳发生氧化反应，生成二氧化碳逸出，重量损失主要发生在此阶段，灰分中的二氧化硅以非晶态形式存在，在600℃以后，在某些情况下可以发现晶态的石英生成。随着温度的升高，逐渐出现二氧化硅的其他结晶形式，首先是方石英的形成，然后在更高温度下，形成鳞石英。在900℃以后长时间加热生成的稻壳灰都是晶态的二氧化硅。由于稻壳的热敏性比较高，想要获取大比表面积的稻壳灰必须严格控制燃烧温度。为了获得燃烧完全而非晶态二氧化硅含量高的稻壳灰，所述稻壳灰最好由稻壳在530℃～580℃温度下燃烧后粉磨而成。
实验例
1、原材料
水泥：试验采用超早强硫铝酸盐水泥。
集料：胶砂试验用的标准砂。
粉煤灰：鸭河口I级粉煤灰，45微米筛余率6.56％，需水率92％，密度2.32g/cm3。
聚合物：聚合物采用上海高桥巴斯夫分散体有限公司的丁苯乳液SD623，其固含量为50％－52％，PH值为7.8－10，密度1.01g/cm3，平均粒径150nm,玻璃化温度13℃。
消泡剂为液态液氢化合物，聚乙二醇和非结晶性二氧化硅的混合物，所述液态液氢化合物，聚乙二醇和非结晶性二氧化硅的重量之比为0.5:2.5:2.5，外观密度约340g/L。
拌和水采用自来水。
2、样品制备与测试
制备方法参照GBJ56-83的水泥净浆试验方法。本试验中用于抗折强度，抗压强度，体积密度，干缩性能和粘结强度测试的砂浆均按照优选的质量百分含量进行配比制备。砂浆制备时，拌合水的用量根据新拌砂浆流动度确定，所有砂浆的流动度控制在(140±5)mm范围内。按各自相应的水灰比混料，混料时先将聚合物掺入水中，然后按水泥胶砂强度测定方法(GB197—83)搅拌，再分别测定新拌砂浆的跳桌流动度、容重。成型后将试块放入养护室内，在温度20±2℃下养护24小时后脱模，后在温度为20℃、相对湿度为(65±5)％的空气中或水温为20℃的水中养护至龄期，然后测定试块的抗折强度，抗压强度，粘结强度。
3、实验结果与分析
3.1 聚合物对改性水泥浆料的凝结时间的影响如下表所示：
表1
由表1和图1，图2可以看出，丁苯乳液对水泥的初凝和终凝过程都有明显的滞缓作用，且随着聚合物掺量百分比的增加，滞缓作用越明显，如当丁苯乳液的掺量为15％时，初凝时间和终凝时间相比纯水泥浆体推迟了24min和50min。究其原因，主要是因为聚合物乳液与水泥颗粒成膜将水泥颗粒包围而阻止了水泥颗粒的水化作用，也防碍了已水化的水化产物从水泥表面离开，因此，水泥浆体的凝结时间延长很多，且随着掺量的增大，滞缓作用越显著。
3.2 聚合物对水泥砂浆的减水作用
表2
本实施例不添加稻壳灰，水泥和集料按照1:1的比例进行配比，由表2和图3可以看出，水泥砂浆的减水率随着乳液掺量的增加先增大后减小，在乳液掺量为10％时减水率达到最大值22.22％。聚合物的减水作用，一方面主要是因为聚合物颗粒在体系中起到轴承作用，另一方面聚合物乳液中含有一定的表面活性剂，这两方面都改变了水泥浆体的流动性，减少了砂浆的用水量。聚合物对水泥净浆减水作用不如对水泥砂浆明显，一个可能的原因是由于在砂浆中加入砂，砂较水泥粘聚性降低，从而使得聚合物在水泥砂浆中分散均匀，颗粒之间可相互滑动，形成均匀密实的聚合物膜，利于水泥水化，从而减水作用更明显。
在聚合物水泥砂浆中加入消泡剂同样对水泥砂浆具有减水作用，消泡剂的加入使得丁苯乳液对水泥砂浆的减水作用改变，在丁苯乳液掺量为5％时消泡剂不影响乳液的减水作用，当丁苯乳液掺量为10％时，消泡剂加入使得减水率下降了42％，当丁苯乳液的掺量为15％时，消泡剂的加入使得减水率下降了27％。
3.3 聚合物改性水泥砂浆的容重及其影响因素
请继续参见图4，聚合物的加入使得水泥砂浆的容重下降，原因可能是以下两点，一方面由表2可以看出，聚合物的加入使得砂浆减水导致容重下降；另一方面可能由于聚合物的引气作用使得砂浆含气量增大，从而容重下降。从聚合物掺量对水泥砂浆容重的影响趋势来看，在聚合物乳液含固量为51％，丁苯乳液在水泥砂浆中引入了更多的气泡，所以乳液改性水泥砂浆的容重较小。
由图4可以看出，消泡剂的加入反而在乳液改性水泥砂浆中引入了更多的气泡，使得乳液改性水泥砂浆容重降低，当乳液掺量分别为5％，10％，15％,消泡剂的加入使得容重降低了17％，11％，11％。
3.4 聚合物改性水泥砂浆的强度及其影响因素如下表所示：
表3
由表3可以看出，对于丁苯乳液SD623改性的水泥砂浆，在空气中养护的砂浆试块3天抗折强度较高，对聚合物掺量分别为0％，5％，10％，15％的砂浆试块，空气中养护抗折强度较水养抗折强度分别提高了11％，34％，44％，10％。而对于14天抗折强度，对于不掺聚合物的砂浆在空气中养护抗折强度更高。对于掺丁苯乳液的砂浆试块则水养护对抗折强度的提高有利。究其原因，可能由于丁苯乳液具有较好的耐水性能，所以14天时，水中养护的试块具有较高的抗折强度。
由表3可以看出，在空气中养护条件下，不掺聚合物的水泥砂浆和掺丁苯乳液的水泥砂浆随龄期的变化趋势相同，都时先增大后减小，即在3天时抗折强度达最大值，到14天抗折强度又减低。
由上可见，本发明采用丁苯乳液作为对硫铝酸盐快速修补材料，具有如下特点：(1)对水泥浆体的初凝和终凝时间有明显的滞缓作用。(2)对水泥砂浆具有明显的减水作用；降低了砂浆的容重，消泡剂的加入降低乳液改性砂浆的容重；明显提高砂浆的14天折压比，改善了修补砂浆的柔韧性。(3)提高了砂浆的粘结强度，明显改善修补材料的粘结性能。但是消泡剂的加入过多不利于材料强度的提高。综合上述情况，本发明的改性水泥浆料中各组分的重量百分含量优选如下：水泥30～70％；集料12.5～52.5％；粉煤灰12～15％；丁苯乳液5～15％；早强剂0.25～5.5％；消泡剂0.25～1％；从而很好地兼顾多种性能指标，加快水泥浆体的初凝，提高砂浆的减水率，使新拌砂浆的容重减小；并明显提高砂浆的折压比和粘结强度。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种混凝土修补用改性水泥浆料，其特征在于，包含如下组分：水泥、集料、粉煤灰、丁苯乳液、消泡剂和早强剂。
2.如权利要求1所述的混凝土修补用改性水泥浆料，其特征在于，所述改性水泥浆料中各组分的重量百分含量如下：
3.如权利要求1所述的混凝土修补用改性水泥浆料，其特征在于，所述改性水泥浆料中还包含膨胀剂和增稠剂，所述膨胀剂的重量百分含量为0～2.5％，所述增稠剂的重量百分含量为0～2.5％；所述膨胀剂为ZY型膨胀剂，所述增稠剂为钠基膨润土和甲基羟丙基纤维素醚复合增稠剂,所述羟丙基甲基纤维素和钠基膨润土的重量之比为1：10。
4.如权利要求3所述的混凝土修补用改性水泥浆料，其特征在于，所述改性水泥浆料中还包含稻壳灰，所述水泥为硫铝酸盐水泥，所述集料为粒径小于4.75毫米的天然砂，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述水泥、集料和稻壳灰的重量比为4:2:1。
5.如权利要求4所述的混凝土修补用改性水泥浆料，其特征在于，所述改性水泥浆料中各组分的重量百分含量如下：
6.一种混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，所述改性水泥浆料为权利要求1中的混凝土修补用改性水泥浆，其特征在于，包括如下步骤：
a)选用预定量的水泥、集料和粉煤灰进行混合；
b)在自来水中加入预定量的丁苯乳液、消泡剂和早强剂，然后和步骤a)中的混合料进行拌和；
c)控制砂浆的流动度在140±5mm范围内，再分别测定新拌砂浆的跳桌流动度、容重，确定新拌砂浆的跳桌流动度、容重与待修补混凝土大致相同时，浇注成型进行修补。
7.如权利要求6所述的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中还添加有稻壳灰，所述稻壳灰由稻壳在530℃～580℃温度下燃烧后粉磨而成，所述步骤b)中还添加有膨胀剂和增稠剂，各组分的预定重量百分含量控制如下：水泥40％；集料20％；粉煤灰15％；丁苯乳液5％；早强剂5％；消泡剂0.5％；膨胀剂2％；增稠剂2.5％；稻壳灰10％。
8.如权利要求6所述的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其特征在于，所述丁苯乳液的固含量为50％－52％，PH值为7.8－10，密度1.01g/cm3，平均粒径150nm,玻璃化温度为13℃。
9.如权利要求6所述的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其特征在于，所述早强剂为碳酸锂、甲酸钙、脱硫石膏和亚硝酸钠复合早强剂，所述碳酸锂、甲酸钙、脱硫石膏和亚硝酸钠的重量之比为0.1:0.5:2.5:2.5。
10.如权利要求6所述的混凝土修补用改性水泥浆料的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为液态液氢化合物，聚乙二醇和非结晶性二氧化硅的混合物，所述液态液氢化合物，聚乙二醇和非结晶性二氧化硅的重量之比为0.5:2.5:2.5。
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