CN105347761A - 一种快速防腐修补砂浆及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速防腐修补砂浆及其制备方法与应用，其原料包括以下重量份数的组分：改性环氧乳液20-30份、固化剂为2-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-25份，普通硅酸盐水泥80-90份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.05份、缓凝剂0.1-0.5份、淀粉醚0.1-0.3份和水5-10份。本发明的快速防腐修补砂浆能够有效降低修补砂浆的柔性，提高砂浆对基层裂缝的抵抗能力，提高砂浆层的整体耐久性，能够满足市政污水管道的通水要求。

Description

一种快速防腐修补砂浆及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及化学建筑材料技术领域，特别是涉及一种快速防腐修补砂浆及其制备方法与应用。

背景技术

混凝土和钢筋混凝土作为主要的建筑材料广泛应用于各种领域。然而混凝土构筑物和钢筋混凝土构筑物在长期的使用过程中，受到重荷载、冻融循环、氯离子的渗透、表面磨蚀、腐蚀介质的侵蚀等因素的影响，寿命会缩短；例如，在我国主要城市里许多地下混凝土污水管道均因生活污水的腐蚀出现了大量的破损，如果重新进行更换，势必会严重影响市政交通、污水排放等多方面的正常秩序，但如能进行及时修复及加强管道的表面防护，则可以在不影响居民正常生活和出行的前提下，大大延长混凝土污水管道的使用寿命。

一般的溶剂型修补材料，如聚脲防水涂料、玻璃钢等，对基层含水率有低于5％的要求，而混凝土管壁的含水率较高(远高于5％)，因此并不适合。另一种水性聚合物乳液砂浆也是选择之一。

目前性能优秀的快速防腐修补砂浆多使用聚合物乳液或聚合物干粉，可选用的聚合物乳液品种较多，如常用的丁苯乳液、丙烯酸乳液等，这些聚合物乳液对水泥凝结时间影响不大，易于配出快速硬化的防腐修补砂浆；其修补原理主要是靠乳液失水成膜，达到修复的目的，但是在腐蚀环境下，成膜物质会部分溶出，大大影响了修补砂浆的耐腐蚀性能。而另外一些如聚醋酸乙烯酯乳液、水性环氧乳液等大多数聚合物乳液均会对水泥产生一定程度的缓凝，修补砂浆的强度发展缓慢，因此很难应用于快速修补砂浆的制备。

总之，现有的修补砂浆中能够做到强度快速发展的，耐腐蚀性相对较差；耐腐蚀性好的，如水性环氧乳液，强度又发展较慢，不适合用于许多抢修的工程中。例如，海港大坝的潮差部位需要修补，通常要求修补时间低于20小时，如修补材料的强度发展太慢，就会被海水冲刷掉；城市中污水管道的修补，或大型使用中的污水厂的池壁的修补及表面防腐防护，通常要求修补后24小时必须通水，否则大量的生活污水无法正常排放。因此迫切需要一种既能够做到强度快速发展，耐腐蚀性还要好的修补砂浆。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种能用于轻度腐蚀环境下受损混凝土构筑物的快速防腐修补砂浆，其原料包括以下重量份数的组分：改性环氧乳液20-30份、固化剂为2-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-25份，普通硅酸盐水泥70-80份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.05份、缓凝剂0.1-0.5份、淀粉醚0.1-0.3份和水5-10份。

所述改性环氧乳液为水性环氧乳液和丙烯酸乳液按重量比9：1混合而成的混合液，所述水性环氧乳液由环氧树脂和阴离子表面活性剂及溶剂混合乳化得到，或由环氧树脂和非离子表面活性剂及溶剂混合乳化得到，乳化后环氧树脂含量为45wt％-55wt％；优选的，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸、烷基甘油醚磺酸盐和烷基苯磺酸钠等中的一种或几种，所述非离子表面活性剂选自聚氧乙烯醚磷酸三酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚等中的一种或几种，所述溶剂可选自二甲苯和溶剂汽油等中的一种或几种。

所述固化剂为胺类固化剂，优选聚酰胺和/或脂肪族多元胺，脂肪族多元胺优选乙烯基三胺、二亚乙基三胺和氨乙基哌嗪等中的一种或几种，乙烯基三胺可选自三乙烯四胺和四乙烯五胺等中的一种或几种。

所述消泡剂为非离子水性消泡剂，优选有机硅消泡剂和/或聚醚类消泡剂；所述早强剂为锂盐，优选碳酸锂和/或氢氧化锂；所述缓凝剂为工业酒石酸和/或硼酸。

快速防腐修补砂浆的原料包括以下重量份数的组分：改性环氧乳液25-30份、固化剂为2.5-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-25份，普通硅酸盐水泥75-80份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.05份、缓凝剂0.1-0.5份、淀粉醚0.1-0.3份和水5-10份；优选改性环氧乳液27-30份、固化剂为2.8-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-23份，普通硅酸盐水泥77-80份、石英砂170-200份、早强剂0.03-0.05份、缓凝剂0.1-0.3份、淀粉醚0.1-0.2份和水8-10份；或优选改性环氧乳液30份、固化剂为2.7-3份、消泡剂0.14-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20份，普通硅酸盐水泥75-80份、石英砂170-200份、早强剂0.03份、缓凝剂0.3-0.5份、淀粉醚0.1-0.2份和水8份。

或，其原料包括以下重量份数的组分：水性环氧乳液24.3-27份，丙烯酸乳液2.7-3份时，固化剂为2.5-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-24份，普通硅酸盐水泥77-80份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.03份、缓凝剂0.2-0.3份、淀粉醚0.15-0.2份和水8-10份；此时优选水性环氧乳液27份，丙烯酸乳液3份时，固化剂为3份、消泡剂0.15份、硫铝酸盐早强水泥20份，普通硅酸盐水泥80份、石英砂200份、早强剂0.03份、缓凝剂0.3份、淀粉醚0.2份和水8份。

或，其原料包括以下重量份数的组分：水性环氧乳液25.2-27份，丙烯酸乳液2.8-3份时，固化剂为2.7-2.8份、消泡剂0.10-0.14份、硫铝酸盐早强水泥20-23份，普通硅酸盐水泥75-79份、石英砂160-170份、早强剂0.03-0.05份、缓凝剂0.3-0.5份、淀粉醚0.1-0.2份和水5-8份；此时优选水性环氧乳液27份，丙烯酸乳液3份时，固化剂为2.7份、消泡剂0.14份、硫铝酸盐早强水泥20份，普通硅酸盐水泥75份、石英砂170份、早强剂0.03份、缓凝剂0.5份、淀粉醚0.1份和水8份。

本发明的另一个目的在于提供一种制备上述快速防腐修补砂浆的方法，将改性环氧乳液、消泡剂和固化剂混合成液料；将硫铝酸盐早强水泥、普通硅酸盐水泥、石英砂、早强剂、缓凝剂和淀粉醚混合成粉料；将液料和粉料混合后加水调整稠度即可。

具体包括以下步骤：

(1)、按重量份数分别称取20-30份改性环氧乳液、消泡剂0.10-0.15份及固化剂2-3份倒入容器中搅拌均匀，得到液料待用；

(2)、在强制搅拌机中先将硫铝酸盐早强水泥20-25份、普通硅酸盐水泥70-80份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.05份、缓凝剂0.1-0.5份和淀粉醚0.1-0.3份搅拌均匀，得到粉料待用；

(3)、将步骤(1)得到液料和步骤(2)得到的粉料混合均匀，再加入5-10份的水调整砂浆的稠度，搅拌3～5分钟即得所述快速防腐修补砂浆。

本发明的还一个目的在于提供一种上述快速防腐修补砂浆在快速修补轻度腐蚀环境下受损的混凝土构筑物及在混凝土构筑物表面形成保护层，防止其再次被腐蚀中的应用。

(1)、本发明的快速防腐修补砂浆通过加入10wt％的丙烯酸乳液对水性环氧乳液进行改性，从而能够有效降低修补砂浆的柔性，提高砂浆对基层裂缝的抵抗能力，提高砂浆层的整体耐久性。

(2)、本发明采用硫铝酸盐早强水泥与普通硅酸盐水泥作为复配体系，较大程度上提高了快速防腐修补砂浆的早期强度，同时将快速防腐修补砂浆的28天的收缩率控制在0.03％以下，有效解决了缓凝问题。

(3)、以改性后的水性环氧乳液作为水泥基材的改性剂，同时对水泥基材进行改性，所配制得到的快速防腐修补砂浆施工操作时间大于30分钟，24小时抗压强度超过10MPa，能够满足市政污水管道的通水要求。

具体实施方式

发明人在研究中发现用于修补工程的现有乳液中，水性环氧乳液的防腐效果最好，如能解决其的缓凝问题，将有较好的推广前景。

目前制备水性环氧乳液的方法主要有两种：

第一种是在环氧树脂中加入水性固化剂，利用水性固化剂对环氧树脂进行自乳化，制备得到水性环氧乳液。但是由于水性固化剂价格是普通环氧树脂固化剂的两倍，且其用量是其他方法的二倍以上，因此该方法的造价非常高。另一方面，由于用水性固化剂进行乳化，形成的并不只是水性环氧乳液，而是水性环氧乳液与固化剂的混合体，二者很快会发生固化反应，因此这种乳液不能长时间放置，只能现用现配，不便于运输、储存和使用。再一方面，由于环氧树脂是偏脆性的材料，加入水泥基材中，收缩率较大，材料的抗裂性较差，制备得到的水性环氧乳液只能用作快硬水泥的快速修补砂浆，适用范围太窄。

另外一种是利用表面活性剂对环氧树脂进行乳化，直接制备出性能稳定的水性环氧乳液(不含固化剂)。和上述水性环氧乳液一样，由于环氧树脂是偏脆性的材料，加入水泥基材中，收缩率较大，材料的抗裂性较差，制备得到的水性环氧乳液对水泥缓凝且偏脆性。

于是，本发明将水性环氧乳液进行改性，然后与普通固化剂等混合制备得到一种新型的快速防腐修补砂浆，并发现水性环氧乳液与固化剂混合后与混凝土基层的粘结力明显优于其它乳液。本发明利用柔性丙烯酸乳液改性水性环氧乳液解决了普通水性环氧乳液的脆性问题，用复配水泥(硫铝酸盐早强水泥复配普通硅酸盐水泥)解决了缓凝问题。

本发明提供了一种快速防腐修补砂浆，该修补砂浆能够快速修补轻度腐蚀环境下受损的混凝土构筑物，并在混凝土构筑物表面形成保护层，防止其再次被腐蚀。本发明的快速防腐修补砂浆的原料配方包括按以下重量份数计的组分：

改性环氧乳液20-30份，

固化剂2-3份，

消泡剂0.10-0.15份，

石英砂150-200份，

硫铝酸盐早强水泥20-25份，

普通硅酸盐水泥80-90份，

早强剂0.01-0.05份，

缓凝剂0.1-0.5份，

淀粉醚0.1-0.3份，和

水5-10份。

其中，改性环氧乳液由水性环氧乳液和丙烯酸乳液按重量比9:1混合得到。丙烯酸乳液为商购产品(巴斯夫生产的丙烯酸乳液，牌号为：S400)。水性环氧乳液一种方式是由环氧树脂与阴离子表面活性剂及溶剂混合乳化得到，阴离子表面活性剂可选自十二烷基苯磺酸、烷基甘油醚磺酸盐、烷基苯磺酸钠等中的一种或几种；另一种方式是由环氧树脂与非离子表面活性剂及溶剂混合乳化得到，非离子表面活性剂可选自聚氧乙烯醚磷酸三酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚等中的一种或几种；溶剂可选用二甲苯、溶剂汽油等中的一种或几种；阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和溶剂的种类对本发明的效果没有限制。乳化后，水性环氧乳液中的环氧树脂含量在50wt％±5wt％。

固化剂为胺类固化剂，可选自聚酰胺和/或脂肪族多元胺，脂肪族多元胺可以是三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺等中一种或几种；

消泡剂为非离子水性消泡剂，可选自有机硅消泡剂和/或聚醚类消泡剂(如海川公司生产的水性消泡剂，牌号为F111)；

硫铝酸盐早强水泥和普通硅酸盐水泥均为商购产品(硫铝酸盐早强水泥购自唐山北极熊建材有限公司，北极熊牌；普通硅酸盐水泥为冀东水泥厂生产，牌号为：42.5R)。

早强剂为锂盐，可选自400目的碳酸锂和/或氢氧化锂。

缓凝剂为工业酒石酸和/或硼酸。

淀粉醚为商购产品，可以改善快速防腐修补砂浆的施工性作用。

以上选用的各材料均可商购获得。

本发明使用改性环氧乳液对修补砂浆进行改性，从机理上讲，环氧树脂属于热固性材料，本身与固化剂反应后会形成耐腐蚀的交联结构，同时与水泥基材也会形成互穿的网状结构，会使修补砂浆的耐腐蚀性增强；再利用硫铝酸盐早强水泥和普通硅酸盐水泥的复配解决了现有修补砂浆的缓凝问题；同时再配合组分中的早强剂、缓凝剂、消泡剂和淀粉醚等的综合作用，使本发明的修补砂浆同时具有快速修补受损的混凝土构筑物和耐腐蚀的性能。

以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。

本发明的快速防腐修补砂浆用下述方法制备得到，具体包括以下步骤：

(1)、按重量份数分别称取水性环氧乳液、丙烯酸乳液、消泡剂及固化剂倒入容器中搅拌均匀，得到液料待用；

(2)、在强制搅拌机中先将硫铝酸盐早强水泥、普通硅酸盐水泥、石英砂、早强剂、缓凝剂、淀粉醚搅拌均匀，得到粉料待用；

(3)、将步骤(1)得到液料按比例加入步骤(2)得到的粉料中，再加入5-10份水调整砂浆的稠度，搅拌3～5分钟即得本发明的快速防腐修补砂浆。

按上述方法制备得到一系列本发明的快速防腐修补砂浆，各原料配方的加料量见表1。

表1本发明快速防腐修补砂浆的各原料配方重量份数

参照《聚合物水泥防水砂浆》JC/T984－2011中的性能检测方法对本发明实施例1-实施例6的快速防腐修补砂浆和比较例1、比较例2进行检测。所有实施例的结果差异不大，表2和表3列出检测结果(以实施例2和实施例6为例)，表2为砂浆的性能参数测定结果，表3为砂浆的耐腐蚀性能的测定。

表2本发明快速防腐修补砂浆的性能检测结果

表3本发明快速防腐修补砂浆的耐腐蚀检测结果

表2和表3的数据显示，实施例2和实施例6的快速防腐修补砂浆一天的抗压强度均能达到10Mpa以上，抗折强度均在4.5Mpa以上，而比较例1和比较例2一天的抗压强度和抗折强度则分别不超过3MPa和1MPa，可见本发明的快速防腐修补砂浆一天的抗压强度和抗折强度明显高于比较例1和比较例2的。其次，实施例2和实施例6的初凝时间均大于30分钟但不超过60min，既保证了足够的施工操作时间，又能快速初凝，适合用于快速修补；比较例1和比较例2的初凝时间则在4小时以上，明显不适宜于快速修复。第三，实施例2和实施例6可将28天的收缩率控制在0.03％以下，而比较例1和比较例2则无法实现。以上数据说明水性环氧乳液和丙烯酸乳液均会对水泥产生强烈的缓凝作用，比较例1中由于未掺入丙烯酸乳液，其压折比较高(4.56)，28天抗折强度也较低(8.4MPa)，大大增加了修补层出现裂缝的风险，比较例2单独使用丙烯酸乳液及硫铝酸盐早强水泥配制快速修补砂浆，其耐腐蚀性能明显低于本发明含有水性环氧乳液的修补砂浆(见表3)，并且砂浆的粘结力也比本发明明显要低(见表2)。

总之，本发明的快速防腐修补砂浆可广泛应用于受损混凝土构筑物的修复，尤其适合对耐腐蚀有要求的场合，如污水管道、海洋堤坝等构筑物的表面防护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种快速防腐修补砂浆，其特征在于，其原料包括以下重量份数的组分：改性环氧乳液20-30份、固化剂为2-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-25份，普通硅酸盐水泥70-80份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.05份、缓凝剂0.1-0.5份、淀粉醚0.1-0.3份和水5-10份。

2.根据权利要求1所述快速防腐修补砂浆，其特征在于，所述改性环氧乳液为水性环氧乳液和丙烯酸乳液按重量比9：1混合而成的混合液，所述水性环氧乳液由环氧树脂和阴离子表面活性剂及溶剂混合乳化得到，或由环氧树脂和非离子表面活性剂及溶剂混合乳化得到，乳化后环氧树脂含量为45wt％-55wt％；优选的，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸、烷基甘油醚磺酸盐和烷基苯磺酸钠等中的一种或几种，所述非离子表面活性剂选自聚氧乙烯醚磷酸三酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚等中的一种或几种，所述溶剂可选自二甲苯和溶剂汽油等中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述快速防腐修补砂浆，其特征在于，所述固化剂为胺类固化剂，优选聚酰胺和/或脂肪族多元胺，脂肪族多元胺优选乙烯基三胺、二亚乙基三胺和氨乙基哌嗪等中的一种或几种，乙烯基三胺可选自三乙烯四胺和四乙烯五胺等中的一种或几种。

4.根据权利要求1-3任一所述快速防腐修补砂浆，其特征在于，所述消泡剂为非离子水性消泡剂，优选有机硅消泡剂和/或聚醚类消泡剂；所述早强剂为锂盐，优选碳酸锂和/或氢氧化锂；所述缓凝剂为工业酒石酸和/或硼酸。

5.根据权利要求1-4任一所述快速防腐修补砂浆，其特征在于，其原料包括以下重量份数的组分：改性环氧乳液25-30份、固化剂为2.5-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-25份，普通硅酸盐水泥75-80份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.05份、缓凝剂0.1-0.5份、淀粉醚0.1-0.3份和水5-10份；优选改性环氧乳液27-30份、固化剂为2.8-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-23份，普通硅酸盐水泥77-80份、石英砂170-200份、早强剂0.03-0.05份、缓凝剂0.1-0.3份、淀粉醚0.1-0.2份和水8-10份；或优选改性环氧乳液30份、固化剂为2.7-3份、消泡剂0.14-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20份，普通硅酸盐水泥75-80份、石英砂170-200份、早强剂0.03份、缓凝剂0.3-0.5份、淀粉醚0.1-0.2份和水8份。

6.根据权利要求1-5任一所述快速防腐修补砂浆，其特征在于，其原料包括以下重量份数的组分：水性环氧乳液24.3-27份，丙烯酸乳液2.7-3份时，固化剂为2.5-3份、消泡剂0.10-0.15份、硫铝酸盐早强水泥20-24份，普通硅酸盐水泥77-80份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.03份、缓凝剂0.2-0.3份、淀粉醚0.15-0.2份和水8-10份；此时优选水性环氧乳液27份，丙烯酸乳液3份时，固化剂为3份、消泡剂0.15份、硫铝酸盐早强水泥20份，普通硅酸盐水泥80份、石英砂200份、早强剂0.03份、缓凝剂0.3份、淀粉醚0.2份和水8份。

7.根据权利要求1-6任一所述快速防腐修补砂浆，其特征在于，其原料包括以下重量份数的组分：水性环氧乳液25.2-27份，丙烯酸乳液2.8-3份时，固化剂为2.7-2.8份、消泡剂0.10-0.14份、硫铝酸盐早强水泥20-23份，普通硅酸盐水泥75-79份、石英砂160-170份、早强剂0.03-0.05份、缓凝剂0.3-0.5份、淀粉醚0.1-0.2份和水5-8份；此时优选水性环氧乳液27份，丙烯酸乳液3份时，固化剂为2.7份、消泡剂0.14份、硫铝酸盐早强水泥20份，普通硅酸盐水泥75份、石英砂170份、早强剂0.03份、缓凝剂0.5份、淀粉醚0.1份和水8份。

8.制备权利要求1-7任一所述快速防腐修补砂浆的方法，其特征在于，将改性环氧乳液、消泡剂和固化剂混合成液料；将硫铝酸盐早强水泥、普通硅酸盐水泥、石英砂、早强剂、缓凝剂和淀粉醚混合成粉料；将液料和粉料混合后加水调整稠度即可。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)、按重量份数分别称取20-30份改性环氧乳液、消泡剂0.10-0.15份及固化剂2-3份倒入容器中搅拌均匀，得到液料待用；

(2)、在强制搅拌机中先将硫铝酸盐早强水泥20-25份、普通硅酸盐水泥70-80份、石英砂150-200份、早强剂0.01-0.05份、缓凝剂0.1-0.5份和淀粉醚0.1-0.3份搅拌均匀，得到粉料待用；

(3)、将步骤(1)得到液料和步骤(2)得到的粉料混合均匀，再加入5-10份的水调整砂浆的稠度，搅拌3～5分钟即得所述快速防腐修补砂浆。

10.权利要求1-7任一所述快速防腐修补砂浆在快速修补轻度腐蚀环境下受损的混凝土构筑物及在混凝土构筑物表面形成保护层，防止其再次被腐蚀中的应用。