CN105084844B - 一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料及其制备方法。其特征在于它是由各原料重量份数为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液5~40份、水性固化剂5~20份、速凝剂0.4~1.0份、水性增粘松香树脂乳液2~10份、减水剂0.2~1.0份、硅灰5~15份、石英粉40~60份、水10~30份制备而成。本发明采用硫铝酸盐水泥和速凝剂以缩短修补材料的凝结时间，提高其水下抗分散性，利用环氧树脂乳液改善水泥基修补材料力学性能及其与基层的粘结强度。所制备的环氧树脂乳液改性水泥基修补材料具有凝结时间短、水下抗分散性高、水下粘结性能好等特点，可用于水下和潮湿环境中混凝土裂缝修补。

Description

一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土具有抗压强度高、成本低廉、施工方便等优点，在土木工程中得到广泛应用。但水泥混凝土在内外因素的作用下不可避免地会出现裂缝，而裂缝是混凝土结构承载能力、防水性和耐久性降低的主要原因。随着经济的快速发展，水库大坝、水电站、调水工程和码头等水工建筑的数量越来越多。相对于一般混凝土建筑物，裂缝对于水工混凝土建筑物危害更大。由于裂缝的存在，会导致水工混凝土建筑物出现渗漏、化学侵蚀、冻融破坏，严重降低其使用功能和缩短其使用寿命。

环氧树脂水泥砂浆常用于水泥混凝土修补。由于普通环氧树脂不能在水中进行固化，因此普通环氧树脂水泥砂浆只适用于干燥基面上的混凝土裂缝修补。为满足在潮湿基面上混凝土裂缝的修补，环氧乳液水泥砂浆已被开发应用。但现有环氧乳液水泥砂浆由于在水下凝结时间长、水下抗分散性差、与基层粘结强度低，导致其不适用于水下混凝土裂缝快速修补。因此，开发具有水下凝结时间短、水下抗分散性高和与基层粘结强度高等优点的环氧树脂乳液改性水泥基修补材料对于水工混凝土裂缝水下快速修补具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料及其制备方法，该环氧树脂乳液改性水泥基修补材料具有水下凝结时间短、水下抗分散性高和与基层粘结强度高的优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，其特征在于它是由硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水经机械搅拌制备而成，各原料重量份数为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液5～40份、水性固化剂5～20份、速凝剂0.4～1.0份、水性增粘松香树脂乳液2～10份、减水剂0.2～1.0份、硅灰5～15份、石英粉40～60份、水10～30份。

所述的硫铝酸盐水泥为R·SAC42.5硫铝酸盐水泥。

所述的环氧树脂乳液是由反应型乳化剂和环氧树脂E-51通过相反转法在机械高速分散条件下制备而成，其制备方法为：

(1)反应型乳化剂的制备：①按各组分质量配比为：聚乙二醇PEG-4000:环氧树脂E-51:25wt％的氢氧化钠水溶液:蒸馏水＝50:10:4:60，选取聚乙二醇PEG4000、环氧树脂E-51、氢氧化钠水溶液和蒸馏水；②将聚乙二醇PEG4000和环氧树脂E-51在三口烧瓶中混合，并加热到75℃至两者熔融；然后将25wt％的氢氧化钠水溶液逐滴加入三口烧瓶，控制温度在75℃反应3小时；待反应完成后，加入蒸馏水稀释乳化剂，即可得到反应型乳化剂；

(2)按各组分质量配比为：环氧树脂E-51:乙二醇单乙醚:反应型乳化剂:蒸馏水＝20:2:3:28选取环氧树脂E-51、乙二醇单乙醚、反应型乳化剂和蒸馏水；

(3)将预先加热到75℃的环氧树脂E-51、乙二醇单乙醚和反应性乳化剂加入反应罐中，在1000～2000rpm转速下缓慢滴加蒸馏水，待蒸馏水加完后，温度达到75℃再在3000～4000rpm转速下分散15min，即得到环氧树脂乳液。

所述的水性固化剂是对常用的胺类固化剂进行扩链改性制备得到，其合成步骤为：

(1)按各组分摩尔配比为：聚乙二醇PEG4000:甲基四氢苯酐:环氧树脂E51:三乙烯四胺＝1:2:2.5:2选取聚乙二醇PEG4000、甲基四氢苯酐、环氧树脂E51和三乙烯四胺；

(2)将聚乙二醇PEG4000和甲基四氢苯酐加入具有回流冷凝装置的三口烧瓶中在90℃反应1.5～2小时；待温度降到70℃后，再加入环氧树脂E-51，控制温度在70℃反应3小时；待温度降到65℃后，滴加三乙烯四胺，控制温度在65℃反应3小时，即可得到水性固化剂，其具有较好的固化功能和水溶性。

所述的速凝剂为铝酸钠或碳酸锂。

所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。

所述的石英粉细度为200目。

上述一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)按各原料重量份数为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液5～40份、水性固化剂5～20份、速凝剂0.4～1.0份、水性增粘松香树脂乳液2～10份、减水剂0.2～1.0份、硅灰5～15份、石英粉40～60份、水10～30份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

(2)将称取的硫铝酸盐水泥、硅灰和石英粉加入搅拌锅中，在60r/min的速度下搅拌20～30s，然后加入水、环氧树脂乳液、水性增粘松香树脂乳液和减水剂，在60r/min的速度下搅拌60～80s，最后加入水性固化剂和速凝剂，在60r/min的速度下搅拌20～30s，即可得到环氧树脂乳液改性水泥基修补材料。

本发明的有益效果是：

(1)硫铝酸盐水泥具有早强、高强、高抗渗和高抗冻等优点，采用硫铝酸盐水泥，并辅助铝酸钠或碳酸锂速凝剂，可以大大缩短修补材料的凝结时间，提高其水下抗分散性；

(2)环氧树脂具有固化方便、粘结力强、力学性能优、收缩性小、耐化学腐蚀性强等特点，将其制备成环氧树脂乳液可以与水泥砂浆共同使用，但现有环氧树脂乳液砂浆，因环氧树脂乳液均采用普通乳化剂制备，固化速度慢，且低分子量乳化剂会影响环氧树脂与基层的粘结性，不适用于水下裂缝修补。本发明利用聚乙二醇与环氧树脂反应，首先制备出了两端为环氧基团、中间为聚乙二醇长链的反应型乳化剂，将该乳化剂与环氧树脂通过相反转法制备的环氧树脂乳液，一方面利用该乳化剂制备的环氧树脂乳液粒径小(1μm左右)，固化速度快，另一方面该乳化剂所含有的环氧基团可通过水性固化剂与环氧树脂形成化学结合，增强了环氧树脂与基层的粘结性，适用于水下裂缝修补。

(3)本发明中所使用水性固化剂是通过对胺类固化剂进行扩链改性制备得到，聚乙二醇分子链中的羟基赋予固化剂的亲水性，同时聚乙二醇和环氧树脂链段的引入增大了固化剂的分子链长，从而使固化剂与环氧树脂乳液具有很好的相容性，且增强了修补材料固化后的韧性和粘结性。

(4)在水下进行裂缝修补需首先将修补材料紧密粘贴在裂缝表面，故修补材料在水中应具有很好的初粘性。本发明采用水性增粘松香树脂乳液显著提高了在水中修补材料与裂缝面的初粘性，保证了修补材料在固化过程中可紧密粘贴在裂缝表面而不脱落。

(5)将硫铝酸盐水泥、水性增粘松香树脂乳液、速凝剂、减水剂、硅灰、石英粉和水以及本发明制备的环氧树脂乳液和水性固化剂进行混合得到的环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，在水中进行裂缝修补时，水性增粘松香树脂乳液可赋予修补材料与基层优良的初粘性，在速凝剂辅助作用下硫铝酸盐水泥可以快速水化凝结，提高了修补材料水下抗分散性，环氧树脂乳液与水性固化剂可以快速固化，形成互穿网络结构，改善了水泥基修补材料力学性能及其与基层的粘结强度。所制备的环氧树脂乳液改性水泥基修补材料具有凝结时间短、水下抗分散性高、与基层粘结强度高等特点，可用于水下和潮湿环境中混凝土裂缝修补。

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，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，所采用的环氧树脂乳液是由反应型乳化剂和环氧树脂E-51通过相反转法在机械高速分散条件下制备而成，其制备方法为：(1)反应型乳化剂的制备：①按各组分质量配比为：聚乙二醇PEG-4000:环氧树脂E-51:25wt％的氢氧化钠水溶液:蒸馏水＝50:10:4:60，选取聚乙二醇PEG4000、环氧树脂E-51、氢氧化钠水溶液和蒸馏水；②将聚乙二醇PEG4000和环氧树脂E-51在三口烧瓶中混合，并加热到75℃至两者熔融；然后将25wt％的氢氧化钠水溶液逐滴加入三口烧瓶，控制温度在75℃反应3小时；待反应完成后，加入蒸馏水稀释乳化剂，即可得到反应型乳化剂；(2)按各组分质量配比为：环氧树脂E-51:乙二醇单乙醚:反应型乳化剂:蒸馏水＝20:2:3:28选取环氧树脂E-51、乙二醇单乙醚、反应型乳化剂和蒸馏水；(3)将预先加热到75℃的环氧树脂E-51、乙二醇单乙醚和反应性乳化剂加入反应罐中，在1500rpm转速下缓慢滴加蒸馏水，待蒸馏水加完后，温度达到75℃再在3500rpm转速下分散15min，即得到环氧树脂乳液。

以下实施例中，所采用的水性固化剂是对常用的胺类固化剂进行扩链改性制备得到，其合成步骤为：(1)按各组分摩尔配比为：聚乙二醇PEG4000:甲基四氢苯酐:环氧树脂E51:三乙烯四胺＝1:2:2.5:2选取聚乙二醇PEG4000、甲基四氢苯酐、环氧树脂E51和三乙烯四胺；(2)将聚乙二醇PEG4000和甲基四氢苯酐加入具有回流冷凝装置的三口烧瓶中在90℃反应1.5小时；待温度降到70℃后，再加入环氧树脂E-51，控制温度在70℃反应3小时；待温度降到65℃后，滴加三乙烯四胺，控制温度在65℃反应3小时，即可得到水性固化剂，其具有较好的固化功能和水溶性。

以下实施例中，所采用的减水剂为聚羧酸高效减水剂。所采用的石英粉细度为200目。所述的水性增粘松香树脂乳液为广州松宝化工有限公司生产的松香树脂乳液，另外现有的水性增粘松香树脂乳液均可适用于本发明。

实施例1：

称取100份硫铝酸盐水泥、10份硅灰和50份石英粉加入搅拌锅中，在60r/min的速度下搅拌20～30s；再加入28份水、10份环氧树脂乳液、5份水性增粘松香树脂乳液和0.5份减水剂，在60r/min的速度下搅拌60～80s；最后加入6份水性固化剂和0.5份碳酸锂，在60r/min的速度下搅拌20～30s，即可得到环氧树脂乳液改性水泥基修补材料。

分别测试该环氧树脂乳液改性水泥基修补材料的初凝和终凝时间、1d的抗压强度和抗折强度、水陆强度比和水下粘结抗折强度。初凝和终凝时间、1d的抗压强度和抗折强度测试参照《聚合物改性水泥砂浆试验规程》DL/T 5126-2001进行。其它性能测试方法如下：

环氧树脂乳液改性水泥基修补材料的水陆强度比是指该材料在水中成型与养护条件下的抗压强度与在空气中成型养护条件下的抗压强度的比值，是反映修补材料抗水分散作用及水下力学强度特征主要指标之一。水陆强度比值越大，材料的水下抗分散性越好。试验中将水中成型试件和空气中成型试件1d的抗压强度比，作为抗分散性能的指标。

环氧树脂乳液改性水泥基修补材料的水下粘结抗折强度参照日本材料科学协会《非结构用聚合物水泥砂浆的标准实验方法》，具体实验方法如下：将40mm×40mm×160mm的普通水泥砂浆试件从中间折断，获得两个40mm×40mm×80mm试件，取其中一个试件放入试模内，折断面为粘结面，浇水使其表面保持湿润，然后将环氧树脂乳液改性水泥基修补材料浇入试模中后粘结成40mm×40mm×160mm的新试件，立即将新试件置于水中养护，1d后拆模，继续在水中养护，3d后取出测定其粘结抗折强度。

相关性能测试结果列于表1。

实施例2：

一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，各组分配比按重量份数计为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液25份、水性固化剂14份、碳酸锂0.5份、水性增粘松香树脂乳液6份、减水剂0.6份、硅灰9份、石英粉45份和水23份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂(采用碳酸锂)、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

制备方法同实施例1。性能测试结果见表1。

实施例3：

一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，各组分配比按重量份数计为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液35份、水性固化剂18份、碳酸锂0.6份、水性增粘松香树脂乳液5份、减水剂0.4份、硅灰12份、石英粉55份和水14份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂(碳酸锂)、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

制备方法同实施例1。性能测试结果见表1。

实施例4：

一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，各组分配比按重量份数计为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液24份、水性固化剂13份、铝酸钠0.5份、水性增粘松香树脂乳液9份、减水剂0.6份、硅灰10份、石英粉50份和水25份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂(采用铝酸钠)、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

制备方法同实施例1。性能测试结果见表1。

实施例5：

一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，各组分配比按重量份数计为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液26份、水性固化剂15份、铝酸钠0.8份、水性增粘松香树脂乳液6份、减水剂0.6份、硅灰8份、石英粉45份和水20份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂(铝酸钠)、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

制备方法同实施例1。性能测试结果见表1。

实施例6：

一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，各组分配比按重量份数计为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液25份、水性固化剂14份、铝酸钠0.5份、水性增粘松香树脂乳液6份、减水剂0.9份、硅灰10份、石英粉50份和水22份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂(铝酸钠)、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

制备方法同实施例1。性能测试结果见表1。

表1环氧树脂乳液改性水泥基修补材料实施例性能测试结果

表1说明了采用本发明制备的环氧树脂乳液改性水泥基修补材料具有凝结时间短、水下抗分散性高、与基层粘结强度高等优点，可适用于在水中修补混凝土的裂缝。

实施例7：

一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料的制备方法，它包括以下步骤：

(1)按各组分重量份数为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液5份、水性固化剂5份、速凝剂0.4份、水性增粘松香树脂乳液2份、减水剂0.2份、硅灰5份、石英粉40份和水10份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

所述的速凝剂为碳酸锂；

(2)将称取的硫铝酸盐水泥、硅灰和石英粉加入搅拌锅中，在60r/min的速度下搅拌20s，然后加入水、环氧树脂乳液、水性增粘松香树脂乳液和减水剂，在60r/min的速度下搅拌60s，最后加入水性固化剂和速凝剂，在60r/min的速度下搅拌20s，即可得到环氧树脂乳液改性水泥基修补材料。

性能测试同实施例1，性能测试结果说明该环氧树脂乳液改性水泥基修补材料具有水下凝结时间短、水下抗分散性高和与基层粘结强度高的优点。

实施例8：

一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料的制备方法，它包括以下步骤：

(1)按各组分重量份数为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液40份、水性固化剂20份、速凝剂1.0份、水性增粘松香树脂乳液10份、减水剂1.0份、硅灰15份、石英粉60份和水30份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

所述的速凝剂为碳酸锂；

(2)将称取的硫铝酸盐水泥、硅灰和石英粉加入搅拌锅中，在60r/min的速度下搅拌30s，然后加入水、环氧树脂乳液、水性增粘松香树脂乳液和减水剂，在60r/min的速度下搅拌80s，最后加入水性固化剂和速凝剂，在60r/min的速度下搅拌30s，即可得到环氧树脂乳液改性水泥基修补材料。

性能测试同实施例1，性能测试结果说明该环氧树脂乳液改性水泥基修补材料具有水下凝结时间短、水下抗分散性高和与基层粘结强度高的优点。

Claims (6)

1.一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，其特征在于它是由硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水经机械搅拌制备而成，各原料重量份数为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液5～40份、水性固化剂5～20份、速凝剂0.4～1.0份、水性增粘松香树脂乳液2～10份、减水剂0.2～1.0份、硅灰5～15份、石英粉40～60份、水10～30份；

所述的水性固化剂的合成步骤为：

(1)按各组分摩尔配比为：聚乙二醇PEG4000:甲基四氢苯酐:环氧树脂E51:三乙烯四胺＝1:2:2.5:2选取聚乙二醇PEG4000、甲基四氢苯酐、环氧树脂E51和三乙烯四胺；

(2)将聚乙二醇PEG4000和甲基四氢苯酐加入具有回流冷凝装置的三口烧瓶中在90℃反应1.5～2小时；待温度降到70℃后，再加入环氧树脂E-51，控制温度在70℃反应3小时；待温度降到65℃后，滴加三乙烯四胺，控制温度在65℃反应3小时，即可得到水性固化剂；

所述的环氧树脂乳液的制备为：

(1)反应型乳化剂的制备：①按各组分质量配比为：聚乙二醇PEG-4000:环氧树脂E-51:25wt％的氢氧化钠水溶液:蒸馏水＝50:10:4:60，选取聚乙二醇PEG4000、环氧树脂E-51、氢氧化钠水溶液和蒸馏水；②将聚乙二醇PEG4000和环氧树脂E-51在三口烧瓶中混合，并加热到75℃至两者熔融；然后将25wt％的氢氧化钠水溶液逐滴加入三口烧瓶，控制温度在75℃反应3小时；待反应完成后，加入蒸馏水稀释乳化剂，即可得到反应型乳化剂；

(2)按各组分质量配比为：环氧树脂E-51:乙二醇单乙醚:反应型乳化剂:蒸馏水＝20:2:3:28选取环氧树脂E-51、乙二醇单乙醚、反应型乳化剂和蒸馏水；

(3)将预先加热到75℃的环氧树脂E-51、乙二醇单乙醚和反应性乳化剂加入反应罐中，在1000～2000rpm转速下缓慢滴加蒸馏水，待蒸馏水加完后，温度达到75℃再在3000～4000rpm转速下分散15min，即得到环氧树脂乳液。

2.根据权利要求1所述的一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，其特征在于，所述的硫铝酸盐水泥为R·SAC42.5硫铝酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，其特征在于，所述的速凝剂为铝酸钠或碳酸锂。

4.根据权利要求1所述的一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。

5.根据权利要求1所述的一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料，其特征在于，所述的石英粉细度为200目。

6.如权利要求1所述的一种环氧树脂乳液改性水泥基修补材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)按各原料重量份数为：硫铝酸盐水泥100份、环氧树脂乳液5～40份、水性固化剂5～20份、速凝剂0.4～1.0份、水性增粘松香树脂乳液2～10份、减水剂0.2～1.0份、硅灰5～15份、石英粉40～60份、水10～30份，选取硫铝酸盐水泥、环氧树脂乳液、水性固化剂、速凝剂、水性增粘松香树脂乳液、减水剂、硅灰、石英粉和水；

(2)将称取的硫铝酸盐水泥、硅灰和石英粉加入搅拌锅中，在60r/min的速度下搅拌20～30s，然后加入水、环氧树脂乳液、水性增粘松香树脂乳液和减水剂，在60r/min的速度下搅拌60～80s，最后加入水性固化剂和速凝剂，在60r/min的速度下搅拌20～30s，即可得到环氧树脂乳液改性水泥基修补材料。