CN105130314A - 用于混凝土快速修补的改性水泥浆料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，包含如下组分：水泥、集料、粉煤灰、乳胶粉、消泡剂和早强剂；各组分的重量百分含量如下：水泥30～70％；集料15～55％；粉煤灰12～15％；乳胶粉2.5～7.5％；早强剂0.25～5.5％；消泡剂0.25～1％；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％。本发明提供的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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、粘结强度和抵抗氯离子渗透能力，使得快速修补后的混凝土的耐久性更好。

Description

用于混凝土快速修补的改性水泥浆料

技术领域

本发明涉及一种水泥浆料，尤其涉及一种用于混凝土快速修补的改性水泥浆料。

背景技术

混凝土及钢筋混凝土结构以经久耐用著称，但因设计不当、施工质量不好或所使用的环境的影响，如氯离子侵蚀、冰冻和碳化等因素而引起损伤，这些损伤虽然最初是浅表面的，然而随时间的推移，他们会延伸到内层结构材料，影响建筑物的使用寿命，甚至影响结构的安全性。我国大规模基本建设已有二十多年，已有大量混凝土工程亟待修复，开发一种性能优越，价格合理的混凝土修补材料有着重要意义。

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。但是普通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，但由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用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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、粘结强度和抵抗氯离子渗透能力，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用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，包含如下组分：水泥、集料、粉煤灰、乳胶粉、消泡剂和早强剂。

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其中，所述改性水泥浆料中各组分的重量百分含量如下：

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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％。

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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。

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其中，所述改性水泥浆料中各组分的重量百分含量如下：

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其中，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，所述稻壳灰由稻壳在530℃～580℃温度下燃烧后粉磨而成。

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其中，所述水泥为硫铝酸盐水泥。

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其中，所述乳胶粉为聚醋酸乙烯酯可再分散乳胶粉RE5044N。

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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。

上述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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：本发明提供的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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、粘结强度和抵抗氯离子渗透能力，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为本发明粉煤灰对乳胶粉改性水泥砂浆的减水率随聚合物掺量趋势图；

图5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；

图6为本发明粉煤灰对乳胶粉改性水泥砂浆的减水率随聚合物掺量趋势图。

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。

本发明提供的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，包含如下组分：水泥、集料、粉煤灰、乳胶粉、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：

本发明提供的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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。

本发明提供的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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。所述改性水泥浆料中还包含稻壳灰，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。各组分的优选重量百分含量如下：水泥40％；集料20％；粉煤灰15％；乳胶粉5％；早强剂5％；消泡剂0.5％；膨胀剂2％；增稠剂2.5％；稻壳灰10％。

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。

本发明提供的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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。

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：选用乳胶粉作为聚合物，乳胶粉优选为聚醋酸乙烯酯可再分散乳胶粉RE5044N。

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，当乳胶粉的掺量为5％和7.5％时，使得初凝时间都缩短了5min；乳胶粉对水泥浆体的终凝则影响很小，掺量为2.5％和5％时乳胶粉对水泥浆体的终凝没有影响，当掺量为7.5％时水泥浆体终凝时间略有缩短。

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胶粉掺量的增加先增大后趋于平缓，其最大减水率在聚合物掺量为5％和7.5％时达到18.52％。从减水趋势可以看出，乳胶粉对水泥砂浆的减水作用不如乳液，随着乳胶粉掺量的增大，砂浆减水率先增大到18.52％后即保持不变。究其原因，可能由于乳液较乳胶粉的颗粒分散均匀，颗粒之间可相互滑动，形成均匀密实的聚合物膜，有利于水泥的水化作用；而如果分散不良，颗粒聚结不均，会形成多孔的聚合物膜，对水泥的水化作用不利。

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。

3.3粉煤灰对乳胶粉改性水泥砂浆的减水作用

表3

从表3和图4可以看出，粉煤灰对乳胶粉改性水泥砂浆同样具有减水作用，粉煤灰取代水泥使得聚合物对水泥的减水作用减小，当乳胶粉掺量为2.5％、5％、7.5％时，粉煤灰取代水泥使得乳胶粉对水泥砂浆的减水率分别减小了50％、34％、20％；因此可以说，对于乳胶粉改性的水泥砂浆，掺入粉煤灰不利于改善其流动性。究其原因，可能由于粉煤灰含碳量高，且粉煤灰为多孔的微玻璃结构使得粉煤灰具有吸附作用，使得粉煤灰在砂浆中引入的有效气泡降低，所以降低了乳胶粉改性的水泥砂浆的减水作用。

3.4聚合物改性水泥砂浆的容重及其影响因素

请继续参见图5，乳胶粉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。

在乳胶粉砂浆中加入消泡剂容重的变化很小。由图6可以看出，粉煤灰的加入使得乳胶粉改性水泥砂浆的容重增大。究其原因，主要是由于粉煤灰的掺入填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重(表观密度)只有水泥的2/3左右，而且颗粒好(质量好的粉煤灰含有大量玻璃珠)，因此能填充的更密实。同时粉煤灰的细微颗粒均匀分散到水泥浆体中，会成为大量水化物沉积的核心，随着水化龄期的进展，这些细微颗粒填充水泥砂浆孔隙改善了砂浆孔结构(微集料效应)，同时粉煤灰的吸附作用降低了浆体中聚合物的浓度，使得乳液产生的气泡减少。所以粉煤灰的加入使得乳胶粉改性水泥砂浆的容重增大。

3.5聚合物改性水泥砂浆的强度及其影响因素如下表所示：

表4

由表4可以看出，对于乳胶粉改性的水泥砂浆，除聚合物掺量为5％的砂浆试块水养护更有利于其3天抗折强度外，其余的都在空气中养护具有更高的抗折强度。原因可能由于乳胶粉的耐水性不如丁苯乳液，在空气养护的试块由于水分的散失，聚合物在水泥浆体中更易形成空间网络结构，从而强度较高。总的说来，空气中养护对提高乳胶粉改性水泥砂浆的抗折强度更有利。

由表4可以看出，在空气中养护条件下，掺乳胶粉的水泥砂浆的抗折强度则是在聚合物掺量为2.5％和7.5％时，抗折强度随龄期的增长而增大，且变化较为平缓。而当聚合物掺量为5％时，抗折强度先减小后增大。

由上可见，本发明采用聚醋酸乙烯酯乳胶粉RE5044N对硫铝酸盐快速修补，具有如下特点：(1)乳胶粉对水泥净浆没有减水作用，加快水泥浆体的初凝，对水泥浆体的终凝影响不明显。(2)乳胶粉对水泥砂浆有减水作用，消泡剂的加入对减水作用没有影响，而粉煤灰的加入则降低了乳胶粉的减水作用。(3)乳胶粉降低砂浆的容重，消泡剂对乳胶粉改性砂浆容重的影响很小，粉煤灰的加入增大改性砂浆的容重。(4)乳胶粉掺量为7.5％时可提高砂浆的抗折强度，而乳胶粉的加入降低了砂浆抗压强度，但可提高砂浆的折压比。消泡剂和粉煤灰的加入对提高乳胶粉砂浆的抗压和抗折强度不利。(5)乳胶粉可明显提高修补材料的粘结性能，改善其干缩性能，提高修补材料的抵抗氯离子渗透能力。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15～55％；粉煤灰12～15％；乳胶粉2.5～7.5％；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、粘结强度和抵抗氯离子渗透能力。

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)

1.一种用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其特征在于，包含如下组分：水泥、集料、粉煤灰、乳胶粉、消泡剂和早强剂。

2.如权利要求1所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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％。

4.如权利要求3所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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.如权利要求4所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其特征在于，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，所述稻壳灰由稻壳在530℃～580℃温度下燃烧后粉磨而成。

7.如权利要求1所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其特征在于，所述水泥为硫铝酸盐水泥。

8.如权利要求1所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，其特征在于，所述乳胶粉为聚醋酸乙烯酯可再分散乳胶粉RE5044N。

9.如权利要求1所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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1所述的用于混凝土快速修补的改性水泥浆料，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。