CN106316283A - 高相容性修补砂浆及其制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高相容性修补砂浆，包括如下重量份数的组分：石英砂50‑60份硅酸盐水泥30‑40份石膏5‑10份碳酸锂0.4‑1份矿物填料4‑7份所述矿物填料包括矿渣、粉煤灰和石灰石粉，按照重量比，所述矿渣：粉煤灰：石灰石粉=1:3‑4:4‑6。本发明的有益效果为：在被用于修复现存待修复的建筑物时，该高相容性修补砂浆与待修复基材之间的相容性较高。

Description

高相容性修补砂浆及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及砂浆领域，特别涉及一种高相容性修补砂浆及其制备方法和使用方法。

背景技术

公开号为CN104045291A的中国专利公开了一种水泥基自流平砂浆。该砂浆在普通硅酸盐水泥中加入早期强度高的特种水泥，并且和多种早强剂和缓凝剂互配，使得砂浆的可工作时间长，凝结时间短，早期强度高。砂浆中添加了高分子聚合物，该高分子聚合物的成膜时间短，性能好，能够极大的提升自流平凝结后的砂浆表面的光滑和平整度，提高砂浆的耐磨性。为了补偿水泥水化产生的体积收缩，砂浆中加入了减缩剂和膨胀剂，极大地减少了砂浆硬化后所产生的裂纹和开裂等现象。

迄今为止，现存待修复的建筑物绝大部分是以无机的水泥基材料混凝土作为主要的建筑材料。但是，当该砂浆被用于修复现存待修复的建筑物时，砂浆与待修复基材性能的相容性普遍较差，容易导致砂浆与待修复基材之间因不相容而脱粘失效，有待改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种高相容性修补砂浆。在被用于修复现存待修复的建筑物时，该高相容性修补砂浆与待修复基材之间的相容性较高。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高相容性修补砂浆，包括如下重量份数的组分：

石英砂 50-60份

硅酸盐水泥 30-40份

石膏 5-10份

碳酸锂 0.4-1份

矿物填料 4-7份

所述矿物填料包括矿渣、粉煤灰和石灰石粉，按照重量比，所述矿渣∶粉煤灰∶石灰石粉＝1∶3-4∶4-6。

通过采用上述技术方案，石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒。石英石亦称硅石，是一种质地坚硬、耐磨、化学性质稳定的硅酸盐类矿物。石英砂是自流平砂浆中的集料，起到骨架的作用。石英砂具有棱角，不利于流动，与水泥的粘结较好，耐磨性好，强度高。

石膏可以控制水泥的水化速度，调节凝结时间，提高早期强度，降低干缩变形，改善水泥的耐久性等。碳酸锂能够明显加快混凝土凝结时间，提高混凝土负温强度增长率，改变混凝土内部孔结构的分布、减小混凝土总空隙率而使混凝土在掺入碳酸盐后抗渗性能有所提高。

矿渣是通过粒化高炉矿渣研磨得到的细粉。粒化高炉矿渣是熔融高炉矿渣经水或空气急冷而成的细小颗粒状矿渣。用水急冷的又称水淬或者水渣。高炉矿渣的主要成分是SiO₂和CaO，一般这两种成分的总量在90％以上。由于急冷矿渣具有玻璃质结构，因而具有较高的活性。磨细矿渣的作用效应也包括减水效应、火山灰活性和微集料效应，但又不同于粉煤灰的三大效应。在水泥水化初期，矿渣微粉分布并包裹在水泥颗粒的表面，起到了延缓和减少水泥初期水化产物相互搭接的隔离作用，因此具有一些减水作用而增大混凝土或砂浆的流动度，并且使流动度经时损失也有所改善。矿渣微粉的反应活性要优于粉煤灰，能够提供更多的水化产物，对降低水泥石孔隙率方面有更明显的作用。已有研究表明，掺矿渣微粉的混凝土或者砂浆，一般不影响早期强度，但当矿渣微粉的掺量较低时，起不到降低水化热温升的作用。

粉煤灰是燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉，属于火山灰质活性混合材料，其主要成分是硅、铝和铁的氧化物，具有潜在的水化活性。粉煤灰颗粒多呈球形，粒径多在45μm以下，可以不用粉磨直接用于干拌砂浆。沈旦申在1980年就指出粉煤灰具有三大效应：即形态减水效应、火山灰活性效应及微集料效应。粉煤灰的形态减水效应是指粉煤灰内含有大量的玻璃体微珠，呈球形，掺入砂浆中可以减少砂浆的内摩擦阻力，提高砂浆的和易性。粉煤灰中二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁等活性物质的含量超过70％，尽管这些活性成分不单独具有水硬性，但在氢氧化钙和硫酸盐的激发下，可生成水化硅酸钙、钙钒石等物质，使材料的后期强度明显增加，同时由于此时水泥已经进行了充分的水化，在结构中存在大量的毛细孔隙，粉煤灰的水化产物能够堵塞这些毛细孔隙，提高材料的密实性和抗渗性。这就是粉煤灰的活性效应。粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰可以填充在水泥凝胶体的毛细孔和气孔之间，使水泥凝胶体更加密实。粉煤灰的二次反应较慢，因此相当长时间内粉煤灰在浆体中充当微集料的角色，而后物理填充和水化反应填充共存，这比单独的惰性填料填充效应具有优势。

石灰石粉的主要成分碳酸钙，能够明显降低砂浆的水化热，从而减少砂浆的升温裂痕。石灰石具有成核作用，能够吸附溶液中的钙离子，在早期促进水化，有利于砂浆的早期强度发展。

本发明进一步设置为：按照重量份，还包括钙矾石0.5-1份。

通过采用上述技术方案，高表面/体积比导致的蒸发作用和剧烈的水化反应会引起砂浆显著的化学收缩使其易产生收缩开裂。钙矾石具有良好的膨胀性，能够填充到砂浆微孔中，产生适度膨胀，抵消砂浆凝固时产生的收缩应力，从而起到补偿收缩的作用。

本发明进一步设置为：还包括缓凝剂0.01-0.05份。

通过采用上述技术方案，缓凝剂能够降低水泥或石膏水化速度和水化热，使砂浆能够在较长时间内保持塑性，延长凝结时间。

本发明进一步设置为：所述缓凝剂选用二聚磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种。

通过采用上述技术方案，二聚磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠均为磷酸盐。磷酸盐能够与氢氧化钙反应生成不溶磷酸钙，阻碍水化进行，从而起到缓凝作用，但是磷酸则毫无缓凝作用。

本发明进一步设置为：按照重量份，还包括保水剂0.03-0.05份。

通过采用上述技术方案，保水剂能够保证砂浆具有足够的保水能力，防止水分的过渡蒸发和基层的吸水而开裂和降低砂浆的强度。

本发明进一步设置为：所述保水剂为羧烷基纤维素，所述烷基选用C1-C4的饱和烷基。

通过采用上述技术方案，纤维素羧烷基醚的钠盐，属阴离子型纤维素醚，为白色或乳白色纤维状粉末或颗粒，具吸湿性。在碱性溶液中很稳定，遇酸则易水解。pH在3-11范围内时，羧烷基纤维素的粘度随pH值波动不大。

本发明进一步设置为：按照重量份，还包括消泡剂0.6-1份。

通过采用上述技术方案，砂浆用于铺设地面，施工厚度薄，希望具有较少的气泡。由于砂浆已经具有一定的含气量，掺入聚合物和其他外加剂后，含气量会增加，而在砂浆的中使用消泡剂，能够减少气泡的产生。加入消泡剂可使体系中泡沫液膜的表面张力升高，失去自我修复作用，黏度降低，最终导致该液膜的力学平衡受到破坏而使泡沫破裂，达到消泡的目的。

本发明进一步设置为：所述消泡剂选用聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷、乙二醇硅氧烷中的一种。

通过采用上述技术方案，聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷、乙二醇硅氧烷均为有机硅类消泡剂。常温下是不挥发的油状液体，在水、动植物油及矿物油中不溶，或溶解度很小，既能耐高温，也能耐低温。化学性能惰性，物理性性能稳定，无生物活性。

本发明另一发明目的在于提供一种高相容性修补砂浆的制备方法，包括如下步骤：

Step1：按照重量份，称取石英砂50-60份、硅酸盐水泥30-40份、石膏5-10份、碳酸锂0.4-1份、矿物填料4-7份、钙矾石0.5-1份、缓凝剂0.01-0.05份、保水剂0.03-0.05份、消泡剂0.6-1份；

Step2：将称量得到的组分搅拌均匀得到产品。

通过采用上述技术方案，各组分能够进行充分混合，促进各组分能够相互作用，发挥相互作用。

本发明还有一发明目的在于提供一种高相容性修补砂浆的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：打磨地面，将局部凸起的地方磨平，打磨后清理地面；

步骤2：将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物均匀地涂在地面上；

步骤3：按照重量比高相容性修补砂浆：水＝5∶1将高相容性修补砂浆和水进行混合，搅拌均匀得到浆料；

步骤4：将浆料倒在地面上，摊平，待其自平并干透即可。

通过采用上述技术方案，使砂浆在待施工的地面上能够自流平，同时具有速凝、早强的特点，缩短工期和降低人工成本。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、在修补砂浆的配比中，降低有机物类的修补材料的占比，增大无机修补材料的占比，以无机成分为主，辅之以少量有机物改性，同时使用硅酸盐水泥，使修补砂浆在外力作用和温湿变化下发生的各种弹、塑性变化与待修复基材较一致，从而使修补砂浆与待修复基材之间具有较好的相容性；

2、砂浆的pH过低，会导致钢筋表面无法形成钝化膜，不利于钢筋的保护。但当pH高于11时，羧烷基纤维素的粘度下降，使砂浆的粘结强度降低。碳酸锂在本发明中作为早强剂，如果pH值过小，将导致碳酸锂产生CO₂分解，造成早强效果减弱，而且使砂浆中气泡增多。因此，在本发明中，砂浆的pH调控尤为重要。羧烷基纤维素中存在羧基，能够电离出少量的质子氢，而磷酸盐缓凝剂作为弱酸盐，能够结合质子氢。羧烷基纤维素和磷酸盐缓凝剂的复配使用能够对本发明的pH起到维稳的作用，使各组分的性能能够充分发挥；

3、本发明人通过对砂浆的组分和配比进行优化设计，并通过对砂浆的制备方法和使用方法进行优化设计，增强砂浆的实际使用效果。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1

Step1：按照重量份，称取石英砂53份、硅酸盐水泥30份、石膏5份、碳酸锂0.8份、矿物填料4份、钙矾石1份、二聚磷酸钠0.01份、羧甲基纤维素0.03份、聚二甲基硅氧烷1份；

Step2：将称量得到的组分搅拌均匀得到产品。

矿物填料包括矿渣、粉煤灰和石灰石粉，按照重量比，矿渣∶粉煤灰∶石灰石粉＝1∶3∶4。

实施例2

Step1：按照重量份，称取石英砂50份、硅酸盐水泥40份、石膏6份、碳酸锂0.2份、矿物填料5份、钙矾石0.9份、三聚磷酸钠0.02份、羧乙基纤维素0.04份、氟硅氧烷0.9份；

Step2：将称量得到的组分搅拌均匀得到产品。

矿物填料包括矿渣、粉煤灰和石灰石粉，按照重量比，矿渣∶粉煤灰∶石灰石粉＝1∶3∶6。

实施例3

Step1：按照重量份，称取石英砂55份、硅酸盐水泥38份、石膏8份、碳酸锂0.4份、矿物填料6份、钙矾石0.7份、六偏磷酸钠0.03份、羧丙基纤维素0.05份、乙二醇硅氧烷0.8份；

Step2：将称量得到的组分搅拌均匀得到产品。

矿物填料包括矿渣、粉煤灰和石灰石粉，按照重量比，矿渣∶粉煤灰∶石灰石粉＝1∶4∶4。

实施例4

Step1：按照重量份，称取石英砂57份、硅酸盐水泥36份、石膏10份、碳酸锂0.6份、矿物填料7份、钙矾石0.6份、二聚磷酸钠0.04份、羧异丙基纤维素0.03份、聚二甲基硅氧烷0.7份；

Step2：将称量得到的组分搅拌均匀得到产品。

矿物填料包括矿渣、粉煤灰和石灰石粉，按照重量比，矿渣∶粉煤灰∶石灰石粉＝1∶4∶6。

实施例5

Step1：按照重量份，称取石英砂60份、硅酸盐水泥34份、石膏7份、碳酸锂1份、矿物填料5份、钙矾石0.5份、三聚磷酸钠0.05份、羧丁基纤维素0.04份、氟硅氧烷0.6份；

Step2：将称量得到的组分搅拌均匀得到产品。

矿物填料包括矿渣、粉煤灰和石灰石粉，按照重量比，矿渣∶粉煤灰∶石灰石粉＝1∶3∶5。

实施例6

步骤1：打磨地面，将局部凸起的地方磨平，打磨后清理地面；

步骤2：将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物均匀地涂在地面上；

步骤3：按照重量比高相容性修补砂浆：水＝5∶1将高相容性修补砂浆和水进行混合，搅拌均匀得到浆料；

步骤4：将浆料倒在地面上，摊平，待其自平并干透即可。

参照JC/T 985-2005地面用水泥基自流平砂浆测定实施例1-5的初始流动度、20min流动度、2h抗压强度、4h抗压强度、24h抗压强度、24h粘结强度。

参照GB/T1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法测定实施例1-5的初凝时间和终凝时间。

表1实施例1-5性能试验记录表

注：初凝时间是指水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性的时间；终凝时间是指水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间。

粘结强度越强，表明砂浆与待修复基材的相容性越强。

从表1可知，实施例1-5的流动度大、凝结时间短、抗压强度和粘结强度大。在实施例1-5中，实施例3的流动度、凝结时间、抗压强度和粘结强度性能最佳。

对比例1

选用公开号为CN104045291A的中国专利的实施例3作为对比例1。

对比例2

与实施例3的区别在于去除六偏磷酸钠，其他均与实施例3相同。

对比例3与实施例3的区别在于去除羧丙基纤维素，其他均与实施例3相同。

对比例4

与实施例4的区别在于同时去除六偏磷酸钠和羧丙基纤维素，其他均与实施例3相同。

参照JC/T 985-2005地面用水泥基自流平砂浆测定实施例3和对比例1-4的初始流动度、20min流动度、2h抗压强度、4h抗压强度、24h抗压强度、24h粘结强度。

参照GB/T1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法测定实施例3和对比例1-4的初凝时间和终凝时间。

表2实施例3和对比例1-4性能试验记录表

	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
						初始流动度/mm	219	183	219	210	210
20min流动度/mm	215	177	196	203	192
						初凝时间/min	42	54	33	42	33
终凝时间/min	58	81	58	58	58
						2h抗压强度/MPa	21	13	19	15	15
4h抗压强度/MPa	32	22	27	24	24
						24h抗压强度/MPa	53	46	50	48	48
24h粘结强度/MPa	3.1	1.8	2.7	2.4	2.4

注：初凝时间是指水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性的时间；终凝时间是指水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间。

粘结强度越强，表明砂浆与待修复基材的相容性越强。

从表2可得出以下结论：

对比实施例3和对比例1可知，实施例3在初始流动度、20min流动度、初凝时间、终凝时间、2h抗压强度、4h抗压强度、24h抗压强度和24h粘结强度上的性能均优于对比例1。

对比实施例3和对比例2-4可知，羧丙基纤维素能够提高2h抗压强度、4h抗压强度、24h抗压强度、24h粘结强度等性能，而六偏磷酸钠则的加入则未产生影响。但是，当六偏磷酸钠和羧丙基纤维素协同使用时，对于2h抗压强度、4h抗压强度、24h抗压强度、24h粘结强度等指标的提高效果均优于羧丙基纤维素单独对2h抗压强度、4h抗压强度、24h抗压强度、24h粘结强度的提高效果。可见，在本发明中，六偏磷酸钠和羧丙基纤维素之间能够相互作用，增强本发明的抗压强度、粘结强度。同时，六偏磷酸钠能够提高本发明的20min流动度和初凝时间这两个指标上的性能，而羧丙基纤维素能够提高本发明的初始流动度、20min流动度这两个指标上的性能。当六偏磷酸钠和羧丙基纤维素协同使用时，对于20min流动度的增强效果要大于六偏磷酸钠和羧丙基纤维素各自对20min流动度的增强效果之和。可见，在本发明中，六偏磷酸钠和羧丙基纤维素之间能够相互作用，增强本发明的20min流动度这个指标上的性能。

Claims (10)

1.一种高相容性修补砂浆，其特征是：包括如下重量份数的组分：

石英砂50-60份

硅酸盐水泥30-40份

石膏5-10份

碳酸锂0.4-1份

矿物填料4-7份

所述矿物填料包括矿渣、粉煤灰和石灰石粉，按照重量比，所述矿渣：粉煤灰：石灰石粉=1:3-4:4-6。

2.根据权利要求1所述的高相容性修补砂浆，其特征是：按照重量份，还包括钙矾石0.5-1份。

3.根据权利要求1所述的高相容性修补砂浆，其特征是： 还包括缓凝剂0.01-0.05份。

4.根据权利要求3所述的高相容性修补砂浆，其特征是：所述缓凝剂选用二聚磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种。

5.根据权利要求1所述的高相容性修补砂浆，其特征是：按照重量份，还包括保水剂0.03-0.05份。

6.根据权利要求5所述的高相容性修补砂浆，其特征是：所述保水剂为羧烷基纤维素，所述烷基选用C1-C4的饱和烷基。

7.根据权利要求1所述的高相容性修补砂浆，其特征是：按照重量份，还包括消泡剂0.6-1份。

8.根据权利要求7所述的高相容性修补砂浆，其特征是：所述消泡剂选用聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷、乙二醇硅氧烷中的一种。

9.一种高相容性修补砂浆的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

Step1：按照重量份，称取石英砂50-60份、硅酸盐水泥30-40份、石膏5-10份、碳酸锂0.4-1份、矿物填料4-7份、钙矾石0.5-1份、缓凝剂0.01-0.05份、保水剂0.03-0.05份、消泡剂0.6-1份；

Step2：将称量得到的组分搅拌均匀得到产品。

10.一种高相容性修补砂浆的使用方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1：打磨地面，将局部凸起的地方磨平，打磨后清理地面；

步骤2：将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物均匀地涂在地面上；

步骤3：按照重量比高相容性修补砂浆：水=5:1将高相容性修补砂浆和水进行混合，搅拌均匀得到浆料；

步骤4：将浆料倒在地面上，摊平，待其自平并干透即可。