CN110357533A - 一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆及其制备方法，由下列物料组合而成：水泥、沙子、聚合物改性剂、消泡剂、减水剂、混凝土界面处理剂、偶联剂、偶联剂稀释剂和搅拌用水。本发明具有如下特点：聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值均高于相应普通水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值；偶联剂对聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值有较大影响，掺量由1‰～3‰时粘结强度增长显著；涂抹混凝土界面处理剂后粘结强度均有不同程度的提高；拉毛处理对应的粘结强度最高；当聚灰比为0.10～015时，采用添加偶联剂、对混凝土表面进行拉毛处理并涂抹混凝土界面处理剂的方案，可获得聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度不低于0.9MPa。

Description

一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆 及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆及其制备方法。

背景技术

随着社会发展、科技进步，人们生活在得到很大程度的改善与提高的同时，对衣食住行各方面又提出了更高的要求。伴随着城镇化进程的不断加快，城市建设用地日益紧张，为了在有限土地上最大限度地容纳更多的资源，许多高耸入云的摩天大楼如雨后春笋般地拔地而起。

在建或既建工程常因人为因素或自然因素产生不少的缺陷，对人们的生命财产构成威胁，急待进行修复加固。而水工结构这一问题尤为突出，因其长期在恶劣环境中运营，受到挟带较多泥沙的高速冲刷，气蚀、磨损破坏作用大，据统计，我国已建的大型水电站工程存在磨蚀破坏的近七成之多。而新建工程在施工过程中也经常出现蜂窝麻面等问题，也需及时进行加固和修补。

水泥砂浆是现有混凝土构件修复加固应用最广的材料之一。普通水泥砂浆具有脆性大、抗拉强度低、耐腐蚀性差、粘结强度低等缺点，往往修复后使用不久便出现开裂、剥落等损坏，需要再次进行修复，如此反复，造成材料的大量浪费和维护时间成本的增加；而聚合物水泥砂浆与普通水泥砂浆相比，具有粘结强度高，韧性大、延性好、耐腐蚀、耐磨等优点，正越来越多地应用于既有混凝土构件表面损伤的修复。

在聚合物水泥砂浆中，有机聚合物改性剂表面能小，而无机填料及水泥胶凝材料表面能大，两者匹配性差，且在水化环境中，两者间共价键难以生成，化学作用微弱。有机硅烷偶联剂不仅可以消除无机与有机材料间的上述界面问题，在两种界面间形成化学键，还能改善聚合物水泥砂浆的其他性能，如降低砂浆拌和物的粘性，延长其适用期、增加其力学性能和抗开裂能力，因此得到越来越多的应用。

聚合物水泥砂浆与被修复构件表面间的界面类似于混凝土中骨料与水泥石间的界面过渡区，因修补面的亲水性而形成水膜，造成界面区局部水灰比过高，钙矾石和氢氧化钙晶体在该区域数量骤增，且取向生长，加上气孔和微裂缝在该区富集，使得界面强度较低。通过电镜扫描发现新旧材料之间存在着一个明显的过渡层，分为三个薄层，分别是渗透层、强效应层、弱效应层；强效应层决定两者间的粘结强度，可以通过改善待修补表面状况以及强效应层的性能来提高粘结强度。

根据上述分析，配制一种环境适应性强，与待修复混凝土表面粘结强度高的聚合物水泥砂浆是一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种对既有混凝土构件表面进行粗糙处理后，可以进行表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆，由下列物料组合而成：水泥、沙子、聚合物改性剂、消泡剂、减水剂、混凝土界面处理剂、偶联剂、偶联剂稀释剂和搅拌用水；

所述的水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；所述的沙子为最大控制粒径为2.5mm，细度模数为2.6的中级河砂；所述的聚合物改性剂为水性环氧树脂改性乳液，包含水性环氧树脂A组分和水性环氧固化剂B组分；所述的消泡剂为有机硅类消泡剂；所述的减水剂为JKH-1型高效粉状减水剂，减水率为19.5%；所述的混凝土界面处理剂为B10加固型混凝土界面剂；所述的偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）；偶联剂稀释剂：无水酒精，质量比按偶联剂：无水酒精=1：5混合使用；

所述的水性环氧树脂A组分固含量为96%～97%、PH值为7.5～8.2；水性环氧固化剂B组分固含量为50%～52%、PH值为7.8～9.1，A组分与B组分按照3：1的质量比配合使用；

所述的混凝土界面处理剂属于液态D-Ⅰ型，主要成分为乳化环氧树脂，由甲乙双组分组成，按3：1的质量比混合使用；

所述的物料重量份数配比为：

普通硅酸盐水泥组分 100份

砂子组分 150～200份

消泡剂组分 0.05份

减水剂组分 0 .4～0 .5份

偶联剂组分 0.1～0.4份

聚合物乳液 10～15份

水 30～40份

所述的一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆的制备方法：

第一步：按照物料配比将所需物料使用感量精度为0.01g的电子称准确量取各料，做好搅拌前的准备工作；

第二步：将第一步将称量好的水性环氧树脂乳液、固化剂、消泡剂和偶联剂乳液充分拌和至颜色均匀一致，之后加入到盛有砂子及水泥等物料的砂浆搅拌锅中，用水泥砂浆搅拌机进行拌制；搅拌制度参照了DL/T 51262-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》。

所述的混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆的使用方法为：

首先，对待修复既有混凝土构件表面进行拉毛处理，将松动的石子、浆体清理干净，确保混凝土表面保持潮湿无明水，涂刷混凝土界面处理剂；

其次，将混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆按照规定物料比进行拌制，达到使用要求；

最后，将拌制好的混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆敷抹至首步骤中处理过的待修复混凝土构件表面上。

积极有益效果：本发明具有如下特点：1）聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值均高于相应普通水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值；2）偶联剂对聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值有较大影响，且随着偶联剂掺量的增加，粘结强度有所增大，尤其是掺量由1‰～3‰时粘结强度增长显著；3）涂抹混凝土界面处理剂后粘结强度均有不同程度的提高；4）合理的混凝土板表面处理方式对粘结强度影响较大，其中拉毛处理对应的粘结强度最高；5）当聚灰比为0.10～015时，采用添加偶联剂、对混凝土表面进行拉毛处理并涂抹混凝土界面处理剂的方案，可获得聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度不低于0.9MPa。

具体实施方式

下面结合具体实验，对本发明做进一步的说明：

1 试验方案

1.1 试验材料

聚合物水泥砂浆用水泥为河南某公司生产P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

粘结试验混凝土板采用郑州某公司生产的P.O 42.5级粉煤灰硅酸盐水泥，性能指标见表：

砂子：最大控制粒径为2.5mm，细度模数为2.6的中级河砂。

聚合物改性剂：上海某公司生产的水性环氧树脂改性乳液，固含量50%，与该公司生产的固化剂按3：1的质量比配合使用，具体参数见下表：

消泡剂：郑州某公司提供的有机硅类消泡剂，具体指标见下表：

减水剂：郑州某公司生产的JKH-1型高效粉状减水剂，减水率为19.5%。

混凝土界面处理剂：为B10加固型混凝土界面剂，属于液态D-Ⅰ型，主要成分为乳化环氧树脂，由甲乙双组分组成，按3：1的质量比混合使用。

南京某公司生产的r-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）,性能指标见下表：

偶联剂稀释剂：无水酒精，质量比按偶联剂：无水酒精=1：5混合使用。

拌和水：可饮用自来水。

拌制、养护及测试方法

1.2.1 拌制制度

用感量精度为0.01g的电子称准确量取各料，做好搅拌前的准备工作，然后将称量好的乳液（水性环氧树脂乳液+固化剂+消泡剂+偶联剂）充分拌和至颜色均匀一致，之后加入盛有砂子及水泥等物料的砂浆搅拌锅中，用水泥砂浆搅拌机进行拌制，本拌制度参照了DL/T 51262-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》。

混凝土板的成型及表面处理

粘结试验用混凝土板总共3块，均为2.5m×2.5m×0.25m，并提前45天浇筑，对应龄期立方体标准试块抗压强度实测值为54.5MPa。

在凝结硬化之前，分别对三块板进行表面粗糙处理：其中一块用钢丝刷进行均匀的拉毛处理，其平均灌砂深度为0.7mm，划痕间距约为5mm，用“C”表示；另一块板采用表面加工有随机分布凹坑（凹坑平均直径约6mm，间距为15～20mm）的铁片进行压制，用于模型冲击钻的剔凿处理，其平均灌砂深度为1.0mm，用“B”表示；第三块板表面不进行处理，用“A”表示。

浇筑聚合物水泥砂浆前确保混凝土表面保持潮湿无明水，然后根据试验需要涂抹已经按照使用说明拌制好的B10混凝土界面处理剂。

聚合物水泥砂浆与混凝土板粘结强度测试

聚合物水泥砂浆与混凝土粘结强度测试依照DL/T 51262-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行。

．3 配合比设计

试验配合比见下表：

注：1）“P/C”中“C”为水泥质量，“P”为聚合物改性剂的固含量；2）“S”代表砂子；3）偶联剂及减水剂均以水泥质量为基准进行掺加；4）消泡剂用量为水与乳液质量和的5‰。

试验结果与分析

2.1 普通水泥砂浆与混凝土板粘结强度试验结果见下表：

注：1）表中“A”、“B”、“C”的含义见1.2.2；2）“刷界面剂”一栏中的“是”和“否”分别表示浇筑聚合物水泥砂浆前是否涂抹B10混凝土界面处理剂。

由上表可以看出，普通水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值基本上在0.5MPa以下，且涂抹混凝土界面处理剂后粘结强度均有不同程度的提高，混凝土板三种粗糙度处理方式中，钢丝刷刷毛处理对应的粘结强度最高，其次是带凹坑铁皮板压模处理，表面不做任何处理的粘结强度值最低。

聚灰比为0.05时聚合物水泥砂浆与混凝土板粘结强度试验结果见下表：

注：表注说明同上表。

由上表可以看出，1）聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值均高于相应普通水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值；2）偶联剂对聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值有较大影响，且随着偶联剂掺量的增加，粘结强度有所增大，尤其是掺量由1‰～3‰时粘结强度增长显著；3）涂抹混凝土界面处理剂后粘结强度均有不同程度的提高；4）混凝土板三种粗糙度处理方式中，钢丝刷刷毛处理对应的粘结强度最高，其次是带凹坑铁皮板压模处理，表面不做任何处理的粘结强度值最低；5）当聚灰比为0.05时，采用添加偶联剂、钢丝刷刷毛处理并涂抹混凝土界面处理剂的方案，可获得聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度不低于0.8MPa，当偶联剂掺量不小于3‰时，可得到粘结强度不小于0.9MPa。

聚灰比为0.10时聚合物水泥砂浆与混凝土板粘结强度试验结果见下表：

注：表注说明同上表。

由上表可以看出，1）聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值均高于相应普通水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值；2）偶联剂对聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值有较大影响，且随着偶联剂掺量的增加，粘结强度有所增大，尤其是掺量由1‰～3‰时粘结强度增长显著；3）涂抹混凝土界面处理剂后粘结强度均有不同程度的提高；4）混凝土板三种粗糙度处理方式中，钢丝刷刷毛处理对应的粘结强度最高，其次是带凹坑铁皮板压模处理，表面不做任何处理的粘结强度值最低；5）当聚灰比为0.10时，采用添加偶联剂、钢丝刷刷毛处理并涂抹混凝土界面处理剂的方案，可获得聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度不低于0.9MPa，当偶联剂掺量不小于3‰时，可得到粘结强度不小于1.0MPa。

聚灰比为0.15时聚合物水泥砂浆与混凝土板粘结强度试验结果见下表：

注：表注说明同上表。

由上表可以看出，1）聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值均高于相应普通水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值；2）偶联剂对聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值有较大影响，且随着偶联剂掺量的增加，粘结强度有所增大，尤其是掺量由1‰～3‰时粘结强度增长显著；3）涂抹混凝土界面处理剂后粘结强度均有不同程度的提高；4）混凝土板三种粗糙度处理方式中，钢丝刷刷毛处理对应的粘结强度最高，其次是带凹坑铁皮板压模处理，表面不做任何处理的粘结强度值最低；5）当聚灰比为0.15时，采用添加偶联剂、钢丝刷刷毛处理并涂抹混凝土界面处理剂的方案，可获得聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度不低于0.95MPa，当偶联剂掺量不小于3‰时，可得到粘结强度不小于1.1MPa。

通过上述三个表格可以看出，随着聚灰比的增加，聚合物水泥砂浆与既有混凝土板的粘结强度也在增强，但当聚灰比由0.10增加至0.15时，粘结强度的增长趋势较聚灰比由0.05增加至0.10时有所减弱，这与聚合物掺量存在一个最佳比例，聚灰比过高时因其引气作用对聚合物水泥砂浆与既有混凝土界面造成一定的负面影响。

本发明具有如下特点：1）聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值均高于相应普通水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值；2）偶联剂对聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度值有较大影响，且随着偶联剂掺量的增加，粘结强度有所增大，尤其是掺量由1‰～3‰时粘结强度增长显著；3）涂抹混凝土界面处理剂后粘结强度均有不同程度的提高；4）合理的混凝土板表面处理方式对粘结强度影响较大，其中拉毛处理对应的粘结强度最高；5）当聚灰比为0.10～015时，采用添加偶联剂、对混凝土表面进行拉毛处理并涂抹混凝土界面处理剂的方案，可获得聚合物水泥砂浆与混凝土板的粘结强度不低于0.9MPa。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆，其特征在于，由下列物料组合而成：水泥、沙子、聚合物改性剂、消泡剂、减水剂、混凝土界面处理剂、偶联剂、偶联剂稀释剂和搅拌用水。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述的水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；所述的沙子为最大控制粒径为2.5mm，细度模数为2.6的中级河砂；所述的聚合物改性剂为水性环氧树脂改性乳液，包含水性环氧树脂A组分和水性环氧固化剂B组分；所述的消泡剂为有机硅类消泡剂；所述的减水剂为JKH-1型高效粉状减水剂，减水率为19.5%；所述的混凝土界面处理剂为B10加固型混凝土界面剂；所述的偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）；偶联剂稀释剂：无水酒精，质量比按偶联剂：无水酒精=1：5混合使用；

3.根据权利要求2所述的一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述的水性环氧树脂A组分固含量为96%～97%、PH值为7.5～8.2；水性环氧固化剂B组分固含量为50%～52%、PH值为7.8～9.1，A组分与B组分按照3：1的质量比配合使用。

4.根据权利要求2所述的一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述的混凝土界面处理剂属于液态D-Ⅰ型，主要成分为乳化环氧树脂，由甲乙双组分组成，按3：1的质量比混合使用。

5.如权利要求1所述的一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述的物料重量份数配比为：

普通硅酸盐水泥组分 100份

砂子组分 150～200份

消泡剂组分 0.05份

减水剂组分 0 .4～0 .5份

偶联剂组分 0.1～0.4份

聚合物乳液 10～15份

水 30～40份。

6.根据权利要求1或2所述的一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述的一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆的制备方法：

第一步：按照物料配比将所需物料使用感量精度为0.01g的电子称准确量取各料，做好搅拌前的准备工作；

第二步：将第一步将称量好的水性环氧树脂乳液、固化剂、消泡剂和偶联剂乳液充分拌和至颜色均匀一致，之后加入到盛有砂子及水泥等物料的砂浆搅拌锅中，用水泥砂浆搅拌机进行拌制；搅拌制度参照了DL/T 51262-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》。

7.如权利要求1所述的一种混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，对待修复既有混凝土构件表面进行拉毛处理，将松动的石子、浆体清理干净，确保混凝土表面保持潮湿无明水，涂刷混凝土界面处理剂；

其次，将混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆按照规定物料比进行拌制，达到使用要求；

最后，将拌制好的混凝土构件表面损伤修复用高粘结强度聚合物水泥砂浆敷抹至首步骤中处理过的待修复混凝土构件表面上。