CN108863188A - 一种单组份界面剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单组份界面剂及其制备方法，包括按重量份计的以下有效成分：树脂15‑30份；硅烷乳液1‑5份；螯合剂2‑10份；水泥20‑40份；矿物掺合料5‑10份；骨料30‑50份；单组份界面剂的制备方法为，将有效成分的粉剂，按比例于常温下混合均匀，即得；通过螯合剂调节单组份界面剂浆液中的反应环境，通过产生量多、分散、但小晶体和针状形貌，形成优越的界面粘结强度。

Description

一种单组份界面剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种单组份界面剂及其制备方法，属于建筑施工材料技术领域。

背景技术

在建筑领域，建筑物的老化和损坏现象常见的。由于经济和社会因素等原因，不便拆除重建，因此对于混凝土老化、开裂、剥蚀等问题，会采用补强加固方式进行处理。因此，在混凝土施工或维护工程中常遇到新旧混凝土界面结合问题。一般来说不采用粘接剂时，新旧混凝土界面粘结强度较低，易形成结构薄弱面，而由于新旧混凝土材料、龄期等不同，在一定环境下，其干缩变形、温度变形等难以协调，在结合面产生拉应力和剪应力，这使本来就较为薄弱的新旧混凝土结合面开裂，从而给结构留下安全隐患。

现有技术中，在界面剂中加入膨胀剂，其目的是通过膨胀效应抵消水泥水化硬化过程中的干缩，从而使过渡层的结构比较密实，但膨浆的水化产物——大晶体钙矾石，形成了强的取向层，对界面的粘结强度有消极的影响。此外，还有以有机聚合物作为界面剂，其界面的粘结强度的产生在理论上主要依靠分子力，即范德华力，而分子力与分子距离的六次方成反比。由于混凝土在微观上是一种疏松多孔结构，能与界面剂紧密接触的老混凝土的分子是有限的，所以，界面粘结强度不尽如人意。

有研究提出新老混凝土界面粘结模型，并与集料-水泥界面模型进行了对比，认为新老混凝土粘结界面分为渗透层、反应层和渐变层，其中反应层以及与渗透层的连结对界面的性能其决定性作用，而修补界面的晶体尺寸越小，结构越密实，过渡层的连接越紧密，界面的粘结强度越高。浆液与细颗粒之间以及水泥石中的晶体之间其作用的主要是范德华力。由于水泥水化物C-S-H凝胶和钙矾石(AFt)可以填充混凝土中的骨架孔隙，产生粘结作用，所以粘结剂中晶体的形成速度、大小、形状、密度等，对界面粘结强度有很大的关联。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种单组份界面剂，该单组份界面剂通过螯合剂的加入以及用量调节界面剂浆液中的反应环境，通过产生量多、分散、但小晶体和针状形貌，形成优越的界面粘结强度。

本发明的第二个目的在于提供上述单组份界面剂的制备方法。

实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种单组份界面剂，包括按重量份计的以下有效成分：

螯合剂用于对单组份界面剂中的金属离子进行螯合，控制界面剂浆液中的金属，可以防止大晶体的产生，使得结晶细化，结晶程度变弱，结晶尺寸符合水泥颗粒孔隙的孔径，使得浆液更为密度更高；并且，螯合作用使得浆液产生OH^-环境，有利于形成小晶体和针状形貌，能够辐射式地嵌入骨架孔隙，并形成网状连接，大大提高粘结强度。

进一步地，包括按重量份计的以下有效成分：

进一步地，树脂为苯丙乳胶和聚乙烯醇树脂中的至少一种。

进一步地，螯合剂为植酸。

植酸也称肌醇六磷酸，其6个带负电的磷酸根基团，与金属阳离子结合，是一种金属多齿螯合剂，其与金属螯合后，螯合物大小可以均匀分布于水泥分子的间隙中，促进界面剂浆液分子的分散。

进一步地，水泥为粉煤灰硅酸盐水泥。

粉煤灰的水化一定程度下可受Ca(OH)₂激化，但由于粉煤灰能与水泥水化产物反应生成尺寸小比表面积大的水化硅酸钙，而且其本身颗粒细小，容易填充混凝土的孔隙和毛细管通道，密实混凝土，因此其长期性能优越。

进一步地，矿物掺合料为纳米碳酸钙。

纳米碳酸钙掺入后，会以纳米碳酸钙为微晶核，在水泥水化产物表面发生大量键合，形成更多的C-S-H凝胶相，在原有的网络结构基础上，建立一个新的以纳米碳酸钙为节点的三位空间网络，进而影响混凝土的力学性能，改善韧性，加速水泥的水化。

进一步地，纳米碳酸钙的粒径范围为8-30nm。

该粒径的纳米碳酸钙能够很好地控制单组份界面剂的水化速度。

进一步地，骨料为砂。

进一步地，砂的粒径为0.5-2mm。

骨料在混凝土中起骨架和支撑作用，该粒径的骨料，能够对粘结界面起到良好的支撑作用，并且骨料之间的间隙有利于晶体的形成和穿设，构建均匀稳固的支撑结构。单组份界面剂中的骨料用量较常规技术的水泥浆较低，用于调节界面剂浆液的密度。

实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种如上所述的单组份界面剂的制备方法，将有效成分的粉剂，按比例于常温下混合均匀，即得。

本发明的配方设计原理如下：在单组份界面剂加水后凝结硬化过程中，产生C-S-H凝胶体，胶体向外辐射到老混凝土的孔隙内，并且和新混凝土同时水化反应而互相连接渗透成为整体。然而，单组份界面剂中的螯合剂，对单组份界面剂中的金属离子进行螯合，减少界面剂浆液中金属离子，还有降低Ca(OH)₂的量，使得结晶细化，结晶程度变弱，结晶的尺寸更容易嵌入水泥颗粒孔隙间，使得浆液密度更高。另外，螯合作用钝化金属离子后，浆液中产生OH^-的环境，OH^-环境使钙矾石形成时浆液中过饱和度比水中高，钙矾石趋向于形成小晶体和针状形貌，该形状和大小符合孔隙和毛细管通道，有利于填充混凝土的孔隙和毛细管通道。但是如果钙矾石形成的过饱和度很高，溶液中含有超过量的Ca²⁺，使得形成的钙矾石过于细小，在扫描电镜下放大30000倍才可观察到钙矾石小晶体，达不到增加单组份界面剂的界面粘结强度的效果。但是，Ca(OH)₂又与C-S-H凝胶体的产生有直接的影响，因此，单组份界面剂需要在保证单组份界面剂加水反应时，溶液中含有一定量的Ca(OH)₂来保证C-S-H凝胶体的生成，但又需要调节溶液中Ca²⁺以实现晶体的大小和形状有利于新旧混凝土的粘合，OH^-的环境对螯合作用的产生也有一定影响，因此该效果需通过控制螯合剂、水泥、骨料等组分的用量配比实现。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过螯合剂调节单组份界面剂浆液中的反应环境，通过产生量多、分散、但小晶体和针状形貌，形成优越的界面粘结强度；

2、本发明无需加入膨胀剂，水化反应速度稳定，能够克服干缩的现象。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1

一种单组份界面剂，包括按重量份计的以下有效成分：

以上成分的粉剂，按比例于常温下混合均匀，即得。

实施例2

一种单组份界面剂，包括按重量份计的以下有效成分：

以上成分的粉剂，按比例于常温下混合均匀，即得。

实施例3

一种单组份界面剂，包括按重量份计的以下有效成分：

以上成分的粉剂，按比例于常温下混合均匀，即得。

对以上单组份界面剂进行测试：

1、《普通混凝土力学性能试验方法》的劈裂抗拉强度试验方法，

采用混凝土强度等级：

试验例1：老混凝土C20，新混凝土C25；

试验例2：老混凝土C30，新混凝土C35；

对比例1的单组份界面剂为同新混凝土水灰比的水泥净浆；

对比例2的单组份界面剂为掺有膨胀剂的水泥浆；

实施例1-3以水灰比W/C＝0.35常温下混合，得到浆液；

老混凝土浇注成型150×150×150mm³标准养护室养护28天后表面处理，涂刷单组份界面剂浆液，再浇注新混凝土，成型后标准养护室养护至龄期，进行测试，结果如表格1所示。

表格1实施例1-3及对比例的劈裂抗拉强度(MPa)

2、钻芯拉拔试验：

按JGJ T 384-2016《钻芯法检测混凝土强度技术规程》进行，

试验例的新老混凝土、对比例、实施例设置同劈裂抗拉强度试验；将老混凝土插捣成型，成型尺寸250×250×500mm³，人工凿毛法处理粘结表面，室外自然养护3个月，然后将单组份界面剂涂于粘结界面，厚度不超过3mm，浇注新混凝土，厚度60mm，插捣成型，室外自然养护至龄期，钻芯，测粘结面拉拔强度，结果如表格2所示。

表格2实施例1-3及对比例的钻拉强度(MPa)

从表格1和2可以得知，本发明的单组份界面剂对于不同强度等级的混凝土，均能表现出良好的粘结强度，并且随时间增加，其粘合强度逐渐提升，120天后趋于稳定。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单组份界面剂，其特征在于，包括按重量份计的以下有效成分：

2.如权利要求1所述的单组份界面剂，其特征在于，包括按重量份计的以下有效成分：

3.如权利要求1所述的单组份界面剂，其特征在于，所述树脂为苯丙乳胶和聚乙烯醇树脂中的至少一种。

4.如权利要求1所述的单组份界面剂，其特征在于，所述螯合剂为植酸。

5.如权利要求1所述的单组份界面剂，其特征在于，所述水泥为粉煤灰硅酸盐水泥。

6.如权利要求1所述的单组份界面剂，其特征在于，所述矿物掺合料为纳米碳酸钙。

7.如权利要求6所述的单组份界面剂，其特征在于，所述纳米碳酸钙的粒径范围为8-30nm。

8.如权利要求1所述的单组份界面剂，其特征在于，所述骨料为砂。

9.如权利要求8所述的单组份界面剂，其特征在于，所述砂的粒径为0.5-2mm。

10.一种如权利要求1所述的单组份界面剂的制备方法，其特征在于，将有效成分的粉剂，按比例于常温下混合均匀，即得。