CN108947419B - 一种结构专用修补砂浆及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构专用修补砂浆，包括以下重量份数的组分：普通硅酸盐水泥350‑500份；硫铝酸盐水泥50‑150份；石英砂20‑40目100‑200份；石英砂41‑70目300‑350份；蒙脱土20‑50份；丁苯乳液30‑50份；可再分散乳胶粉1‑10份；淀粉醚1‑5份；纤维素醚1‑5份；聚羧酸减水剂0.5‑2份；缓凝剂1‑3份；纤维1‑10份；复合早强剂1‑5份。本发明结构专用修补砂浆通过各组分的选择和重量配比，综合利用各组分自身优良的性能，组分间相互取长补短、共同作用，得到的砂浆收缩率低，获得了较高的粘结强度、抗拉抗压等力学性能，且性价比高。

Description

一种结构专用修补砂浆及制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，主要涉及一种结构专用修补砂浆及其制备方法。

背景技术

修补砂浆是一种用于混凝土结构表面缺陷和加固施工的专用砂浆，具有较高的抗压强度、粘结性、抗裂性和防水性。可在工业及民用已开裂的混凝土建筑物表面进行修补，或在已损坏及不能满足设计要求的工业民用建筑进行修复。现有的修补材料包括无机修补材料如普通硅酸盐水泥修补砂浆、聚合物修补材料以及聚合物改性修补材料。其中，聚合物修补材料以各种聚合物作为胶结料，具有粘结强度高、养护时间短、耐久性好等突出优点，但与水泥基材相容性不好且成本高；聚合物改性修补材料利用聚合物对水泥基材料进行改性，虽然一定程度上提高了修补材料与水泥基材的相容性，但是成本较高，影响了这种修补材料的应用；目前的无机修补材料普通硅酸盐水泥修补砂浆具有强度高和相容性好优点，但存在粘结强度低、收缩率大、易脱落等问题。

公开号CN102249629A的专利申请提出了一种丙烯酸酯乳液改性水泥基修补砂浆，该砂浆由硅酸盐水泥、石英砂、丙烯酸酯乳液、减水剂、聚丙烯纤维、纤维素醚、消泡剂和水组成，各组分的重量份为：硅酸盐水泥100；0.50～2.0mm的石英砂50～220；小于0.50mm的石英砂10～100；丙烯酸酯乳液5～80；减水剂0～1.0；聚丙烯纤维0.5～5.0；纤维素醚0～1；消泡剂0～1.2；水0～60。从该技术方案说明书实施例可看出，丙烯酸酯乳液掺入量偏高时得到的砂浆性能较好，由此也导致了造价昂贵，不利于所述修补砂浆的推广使用。公开号CN107324737A的专利申请公开了一种混凝土板用修补砂浆及制备方法，所述砂浆包括如下组分：硫铝酸盐水泥60～88份、石英砂100～150份、重钙粉10～25份、膏状凹凸棒石粘土15～30份、高岭土13～18份、聚丙烯酰胺22～27份、聚乙烯醇5～19份、石墨烯0.5～2.6份、木质素磺酸盐0.9～2.2份、玻璃纤维5～9份、消泡剂3～7份、早强剂0.2～0.4份。但该申请所述修补砂浆并没有公开砂浆的粘结强度、抗拉抗压等相关性能。

因此，研究开发一种既能够与混凝土具有较好的相容性，又具有较好的粘结性能和机械强度，且性价比高的修补砂浆，具有重要的现实意义，符合目前建筑行业的要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种结构专用修补砂浆及制备方法，所述修补砂浆应用于建筑领域，不仅能够与建筑混凝土具有较好的相容性，还具有较高的粘结强度、抗拉抗压等力学性能，且所述修补砂浆性价比高，具有较好的应用价值。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种结构专用修补砂浆，包括以下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥350-500份；

硫铝酸盐水泥50-150份；

石英砂20-40目100-200份；

石英砂41-70目300-350份；

蒙脱土20-50份；

丁苯乳液30-50份；

可再分散乳胶粉1-10份；

淀粉醚1-5份；

纤维素醚1-5份；

聚羧酸减水剂0.5-2份；

缓凝剂1-3份；

纤维1-10份；

复合早强剂1-5份；

所述复合早强剂为硼酸、硫酸亚铁、石膏的混合物，所述硼酸、硫酸亚铁、石膏的质量比为0.02-0.05:1-2:0.2-0.3；

所述纤维为聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，所述聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为1:3-4:2-3。

丁苯乳液是由丁二烯与苯乙烯乳液共聚而得，丁苯乳液成膜后具有较好的弹性，当掺入砂浆中能较大地降低水灰比、提高粘结力、拉折强度、耐磨性及耐水性。可再分散乳胶粉首先能够渗透老混凝土基体的空隙中，填充水泥颗粒，包裹水泥的水化产物，加大了机械咬合力和范德华力；其次具有保水性，可以充分润湿老混凝土的表面，使水泥水化充分，生成更多的水化产物填充于老混凝土的空隙中，保证了新老界面之间的力学共生。淀粉醚能影响以水泥为基料的砂浆的稠度，可以降低新拌砂浆的垂流程度，改变砂浆的施工性和抗流挂性。淀粉醚通常与非改性及改性的纤维素醚配合使用，纤维素醚具有保水增稠的作用，防止水泥浆体的水分过度蒸发，保证了水泥的充分水化；对中性和碱性体系都适合，能与水泥制品中的大多数添加剂相容。聚羧酸减水剂的分散作用破坏了水泥浆体的絮凝结构，促使水泥颗粒相互分散，提高了浆体的流动性，可以降低体系的水灰比，密实孔结构，提高后期的耐久性。缓凝剂的加入可以调节砂浆的凝结时间，且对后期强度影响小，可根据施工的要求调整相应的掺量。

本发明结构专用修补砂浆中，通过以普通硅酸盐水泥为主，添加硫铝酸盐水泥改性作为无机胶凝材料，然后通过加入颗粒大小不同的细砂作为集料，可产生良好的级配，以改善修补砂浆的孔结构，提高密实性，利于强度的增长。通过掺入适量的蒙脱土，利用微集料效应可以加快水泥的水化，细化晶体结构，填充疏松多孔的薄弱过渡区，增加了界面之间的范德华力和机械咬合力。通过聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的组合及含量配比以及加入的少量丁苯乳液，长短不一的纤维在水泥浆体内部形成致密的网络结构，加上形成的丁苯乳液的聚合物膜，两者组合在砂浆中形成空间连续的聚合物网络结构膜，可有效阻止裂缝的产生，改善修补砂浆的韧性，提高修补砂浆的抗折强度、抗压强度、粘结强度以及抗收缩性。最后本发明复合早强剂选用石膏、硫酸亚铁、硼酸，通过三者的协同作用，促进硫铝酸盐水泥的早期水化、钙矾石的快速形成并保持硬化浆体的结构的致密，从而使硫铝酸盐水泥获得较高的前期强度，且保持后期强度不降低或小幅降低。

本发明通过优化砂浆的组分组成及含量配比，综合利用各组分自身优良的性能，组分间相互取长补短，获得了较高的粘结强度、抗拉抗压等力学性能，且由于加入的丁苯乳液含量少，使砂浆能够与混凝土具有较好的相容性，同时性价比提高。

优选地，所述结构专用修补砂浆包括以下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥400份；

硫铝酸盐水泥100份；

石英砂20-40目150份；

石英砂41-70目300份；

蒙脱土50份；

丁苯乳液50份；

可再分散乳胶粉5份；

淀粉醚1份；

纤维素醚1份；

聚羧酸减水剂0.8份；

缓凝剂2份；

纤维10份；

复合早强剂2份；

所述复合早强剂为硼酸、硫酸亚铁、石膏的混合物，所述硼酸、硫酸亚铁、石膏的质量比为0.03:2:0.2；

所述纤维为聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，所述聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为1:3:2。

优选地，所述聚丙烯纤维长度为8-12mm，聚乙烯醇纤维长度为4-7mm，木质纤维长度为10-20um。木质纤维较长，对于颗粒与颗粒之间能形成拉力防止断裂，而聚丙烯纤维长度次之，聚乙烯醇纤维长度更短，可对众多颗粒之间形成拉力，防止断裂；这样长短不同的纤维结合形成整体横向竖向的同时拉力，使砂浆牢固性加强，减少开裂。

优选地，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中的一种或多种。

优选地，所述纤维素醚为甲基纤维素、甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或两种以上。

优选地，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠或白糖。

优选地，所述丁苯乳液的固含量为40％-50％，pH值为8.5-11.0，颗粒尺寸为160-180nm。

优选地，所述蒙脱土平均晶片厚度小于20nm，蒙脱石含量大于95％。

优选地，所述聚羧酸减水剂为含有磷酸官能团的聚羧酸减水剂。

所述结构专用修补砂浆的制备方法，具体步骤如下：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、蒙脱土，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉、淀粉醚、纤维素醚、聚羧酸减水剂、缓凝剂，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液、纤维、复合早强剂，混合均匀，再加入水调整砂浆的稠度，搅拌3-5min，即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过以普通硅酸盐水泥为主，添加硫铝酸盐水泥进行改性，可提高砂浆的早期抗压和抗折强度，以及后期强度的提升。

2、本发明通过聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的组合及含量配比以及加入的少量丁苯乳液，长短不一的纤维在水泥浆体内部形成致密的网络结构，加上形成的丁苯乳液的聚合物膜，两者组合在砂浆中形成空间连续的聚合物网络结构膜，可有效阻止裂缝的产生，改善修补砂浆的韧性，提高修补砂浆的抗折强度、抗压强度、粘结强度以及抗收缩性。

3、本发明复合早强剂选用石膏为早期水化的无水硫铝酸钙提供钙离子以快速形成钙矾石，并提高液相碱度以促进硫铝酸盐水泥的水化；硫酸亚铁能够快速溶解形成铁离子和硫酸根离子，在为早期水化提供充足的硫酸根离子以快速形成钙矾石外，铁离子还能和水泥水化形成的氢氧根结合，形成氢氧化铁胶体，填充、密实硬化浆体结构；硼酸作为钙矾石形貌调控剂，抑制细针状、棒状钙矾石的形成，在密实硬化浆体结构的同时改善浆体的和易性。通过三者的协同作用，促进硫铝酸盐水泥的早期水化、钙矾石的快速形成并保持硬化浆体的结构的致密。

4、本发明通过优化砂浆的组成及含量配比，综合利用各组分自身优良的性能，组分间相互取长补短，获得了较高的粘结强度、抗拉抗压等力学性能，且由于加入的丁苯乳液含量少，使砂浆能够与混凝土具有较好的相容性，同时性价比提高。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。

下述实施例和对比例采用的丁苯乳液的固含量为40％-50％，pH值为8.5-11.0，颗粒尺寸为160-180nm。采用的蒙脱土平均晶片厚度小于20nm，蒙脱石含量大于95％。

实施例1：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥350Kg、硫铝酸盐水泥50Kg、石英砂(20-40目)100Kg、石英砂(41-70目)300Kg、蒙脱土20Kg，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉1Kg、淀粉醚1Kg、纤维素醚1Kg、聚羧酸减水剂0.5Kg、葡萄糖酸钠1Kg，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液30Kg、纤维1Kg(聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，质量比为1:3:2)、复合早强剂1Kg(硼酸、硫酸亚铁、石膏，质量比为0.02:1:0.2)，混合均匀，再加入占干粉重量15％-25％的自来水调整砂浆的稠度，搅拌3～5min，即得。

实施例2：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥500Kg、硫铝酸盐水泥150Kg、石英砂(20-40目)200Kg、石英砂(41-70目)350Kg、蒙脱土50Kg，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉10Kg、淀粉醚5Kg、纤维素醚5Kg、聚羧酸减水剂2Kg、葡萄糖酸钠3Kg，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液50Kg、纤维10Kg(聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，质量比为1:3:3)、复合早强剂5Kg(硼酸、硫酸亚铁、石膏，质量比为0.02:1:0.3)，混合均匀，再加入占干粉重量15％-25％的自来水调整砂浆的稠度，搅拌3～5min，即得。

实施例3：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥400Kg、硫铝酸盐水泥100Kg、石英砂(20-40目)150Kg、石英砂(41-70目)300Kg、蒙脱土50Kg，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉5Kg、淀粉醚1Kg、纤维素醚1Kg、聚羧酸减水剂0.8Kg、白糖2Kg，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液50Kg、纤维10Kg(聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，质量比为1:4:2)、复合早强剂4Kg(硼酸、硫酸亚铁、石膏，质量比为0.05:1:0.3)，混合均匀，再加入占干粉重量15％-25％的自来水调整砂浆的稠度，搅拌3～5min，即得。

实施例4：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥400Kg、硫铝酸盐水泥100Kg、石英砂(20-40目)150Kg、石英砂(41-70目)300Kg、蒙脱土50Kg，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉5Kg、淀粉醚1Kg、纤维素醚1Kg、聚羧酸减水剂0.8Kg、白糖2Kg，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液50Kg、纤维10Kg(聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，质量比为1:4:3)、复合早强剂3Kg(硼酸、硫酸亚铁、石膏，质量比为0.05:2:0.2)，混合均匀，再加入占干粉重量15％-25％的自来水调整砂浆的稠度，搅拌3～5min，即得。

实施例5：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥400Kg、硫铝酸盐水泥100Kg、石英砂(20-40目)150Kg、石英砂(41-70目)300Kg、蒙脱土50Kg，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉5Kg、淀粉醚1Kg、纤维素醚1Kg、聚羧酸减水剂0.8Kg、白糖2Kg，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液50Kg、纤维10Kg(聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，质量比为1:3:2)、复合早强剂2Kg(硼酸、硫酸亚铁、石膏，质量比为0.03:2:0.2)，混合均匀，再加入占干粉重量15％-25％的自来水调整砂浆的稠度，搅拌3～5min，即得。

实施例6：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥450Kg、硫铝酸盐水泥120Kg、石英砂(20-40目)170Kg、石英砂(41-70目)320Kg、蒙脱土40Kg，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉6Kg、淀粉醚2Kg、纤维素醚3Kg、聚羧酸减水剂1Kg、白糖2Kg，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液35Kg、纤维3Kg(聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，质量比为1:3.5:2.5)、复合早强剂2Kg(硼酸、硫酸亚铁、石膏，质量比为0.02:2:0.2)，混合均匀，再加入占干粉重量15％-25％的自来水调整砂浆的稠度，搅拌3～5min，即得。

实施例7：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥380Kg、硫铝酸盐水泥80Kg、石英砂(20-40目)130Kg、石英砂(41-70目)460Kg、蒙脱土38Kg，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉6Kg、淀粉醚3Kg、纤维素醚3Kg、聚羧酸减水剂1Kg、葡萄糖酸钠2Kg，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液40Kg、纤维5Kg(聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，质量比为1:3:2)、复合早强剂1Kg(硼酸、硫酸亚铁、石膏，质量比为0.05:2:0.3)，混合均匀，再加入占干粉重量15％-25％的自来水调整砂浆的稠度，搅拌3～5min，即得。

对比例1-11：

与实施例5相比，对比例1-8按表1所示重量份数称量水泥、石英砂、蒙脱土、可再分散乳胶粉、淀粉醚、纤维素醚、聚羧酸减水剂、纤维、葡萄糖酸钠、丁苯乳液、复合早强剂，其他操作与实施例1相同。对比例9与实施例5相比，纤维为聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，质量比为1:1:1，其他操作与实施例1相同。对比例10与实施例5相比，采用市售EVA乳液代替丁苯乳液，其他操作与实施例1相同。对比例11与实施例5相比，复合早强剂为市售型号为HY-ZQ01的早强剂，其他操作与实施例1相同。

表1

性能测试：

砂浆的物理力学性能试验

测试实施例1-7和对比例1-11制备的修补砂浆的抗压强度、抗折强度、粘结强度，依据标准GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，强度试验的龄期分别为7天、28天，试件的尺寸均为40mm×40mm×l60mm，粘接强度依据标准JC/T 907-2002《混凝土界面处理剂》进行测试。收缩性能采用JC/T 603《水泥胶砂干缩试验方法》中关于收缩率的测试方法。

测试结果如表2所示。

表2

续表2

由表1、表2可看出，本发明结构专用修补砂浆，其收缩率低，抗压抗折强度好，粘结强度高。对比例1与本发明砂浆相比，用普通硅酸盐水泥代替本发明的硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的混合，制备得到的砂浆性能明显低于本发明砂浆；而对比例2-8与本发明砂浆相比，减少本发明其中的一个添加组分，制备得到的砂浆抗压抗折强度、粘结强度显著下降。对比例9纤维组分的质量比不在本发明砂浆的比值范围内，制备得到的砂浆性能明显低于本发明砂浆；对比例10采用EVA乳液代替本发明的丁苯乳液，制备得到的砂浆性能也明显低于本发明砂浆；对比例11采用市售早强剂代替本发明的复合早强剂，制备得到的砂浆性能明显低于本发明砂浆。

综上可知，本发明结构专用修补砂浆通过各组分的选择和重量配比，综合利用各组分自身优良的性能，组分间相互取长补短，得到的砂浆性能优异。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种结构专用修补砂浆，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥350-500份；

硫铝酸盐水泥50-150份；

石英砂20-40目100-200份；

石英砂41-70目300-350份；

蒙脱土20-50份；

丁苯乳液30-50份；

可再分散乳胶粉1-10份；

淀粉醚1-5份；

纤维素醚1-5份；

聚羧酸减水剂0.5-2份；

缓凝剂1-3份；

纤维1-10份；

复合早强剂1-5份；

所述复合早强剂为硼酸、硫酸亚铁、石膏的混合物，所述硼酸、硫酸亚铁、石膏的质量比为0.02-0.05:1-2:0.2-0.3；

所述纤维为聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，所述聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为1:3-4:2-3；

所述丁苯乳液的固含量为40％-50％，pH值为8.5-11.0，颗粒尺寸为160-180nm；所述蒙脱土平均晶片厚度小于20nm，蒙脱石含量大于95％。

2.根据权利要求1所述结构专用修补砂浆，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥400份；

硫铝酸盐水泥100份；

石英砂20-40目150份；

石英砂41-70目300份；

蒙脱土50份；

丁苯乳液50份；

可再分散乳胶粉5份；

淀粉醚1份；

纤维素醚1份；

聚羧酸减水剂0.8份；

缓凝剂2份；

纤维10份；

复合早强剂2份；

所述复合早强剂为硼酸、硫酸亚铁、石膏的混合物，所述硼酸、硫酸亚铁、石膏的质量比为0.03:2:0.2；

所述纤维为聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的混合，所述聚丙烯纤维、木质纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为1:3:2。

3.根据权利要求1所述结构专用修补砂浆，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述结构专用修补砂浆，其特征在于，所述聚丙烯纤维长度为8-12mm，聚乙烯醇纤维长度为4-7mm，木质纤维长度为10-20um。

5.根据权利要求1所述结构专用修补砂浆，其特征在于，所述纤维素醚为甲基纤维素、甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述结构专用修补砂浆，其特征在于，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠或白糖。

7.根据权利要求1所述结构专用修补砂浆，其特征在于，所述聚羧酸减水剂为含有磷酸官能团的聚羧酸减水剂。

8.权利要求1-7任一所述结构专用修补砂浆的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1.按照重量份数分别称取普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、蒙脱土，并混合均匀；

S2.加入可再分散乳胶粉、淀粉醚、纤维素醚、聚羧酸减水剂、缓凝剂，混合均匀；

S3.加入丁苯乳液、纤维、复合早强剂，混合均匀，再加入水调整砂浆的稠度，搅拌3-5min，即得。