CN110482994A - 一种混凝土微裂缝封闭材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及路面修补材料技术领域，尤其涉及一种混凝土微裂缝封闭材料及其制备方法和应用，本发明提供的混凝土微裂缝封闭材料，按重量份计，包括以下组份：催化剂1～2份，硅溶胶100～150份，环氧树脂200～300份，偶联剂2～4份，润湿剂3～5份，水140～200份。本发明所述的混凝土微裂缝封闭材料具有高渗透性、高强度和与混凝土相容性好的优点，能够大幅度提高混凝土的表面强度，并具有优异的抗腐蚀与防水性能。所述混凝土微裂缝封闭材料在生产和使用过程中均无毒、无污染，属于绿色环保型产品。用所述混凝土微裂缝封闭材料修复混凝土裂缝后可有效延长混凝土构筑物的使用寿命(1～5年)。

Description

一种混凝土微裂缝封闭材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及路面修补材料技术领域，尤其涉及一种混凝土微裂缝封闭材料及其制备方法和应用。

背景技术

水泥基材料是一种无机非金属材料，在国民经济中具有重要作用，尤其在路面结构中，由水泥基材料构成的水泥混凝土路面依旧占有极大比重。水泥基材料的劣化是结构工程中较为普遍的现象，造成劣化的原因除了早期开裂外，其他造成劣化和耐久性下降的原因基本都由水泥基材料表面开始，首先是表面封闭性能下降，进而是内部结构被有害物质侵蚀，最终导致整个结构的破坏，而造成表面封闭性能下降的主要原因则是表面裂缝的产生。因此，提高由水泥基材料构成的水泥混凝土路面耐久性最主要的工作是增强表面性能，即对表面裂缝进行修补。

目前，市面上水泥混凝土修补材料主要包括无机类和有机类两种。有机类修补材料包括普通环氧树脂，橡胶沥青等，这类材料存在耐久性差、施工工艺复杂等缺点。无机类修补材料一般由水泥掺加外加剂制备得到，但其存在粘结能力不足、养护期长、开放交通时间长等缺陷。为解决目前修补材料存在的缺陷，需寻求一种能解决上述问题的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土微裂缝封闭材料及其制备方法和应用，所述混凝土微裂缝封闭材料具有高渗透性，高强度，与混凝土相容性好的优点，且能够大幅度提高混凝土表面强度，并具有优异的抗腐蚀与防水性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种混凝土微裂缝封闭材料，按重量份计，制备原料包括以下组份：

所述水的重量份大于所述硅溶胶的重量份。

优选的，所述催化剂为偏铝酸钠溶液或铝酸钠溶液；

所述偏铝酸钠溶液和所述铝酸钠溶液的质量浓度独立地为30％～35％。

优选的，所述硅溶胶的粒径为10～20nm，密度为1.12～1.14g/cm³。

优选的，所述改性双酚A型环氧树脂BEOGE为改性双酚A型环氧树脂BEOGE；

所述环氧树脂的分子量为3100～7000。

优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂；

所述硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570中的一种或几种。

优选的，所述润湿剂为有机氟润湿剂；

所述有机氟润湿剂为F3030、F3025和F140中的一种或几种。

本发明还提供了上述技术方案所述的混凝土微裂缝封闭材料的制备方法，包括以下步骤：

将部分水、所述催化剂和所述硅溶胶混合，得到初混料；

将剩余水、所述偶联剂和所述润湿剂混合，得到预混料；

将所述初混料、所述环氧树脂和所述预混料混合，得到所述混凝土微裂缝封闭材料；

所述部分水所用重量份与所述硅溶胶的重量份相同。

优选的，所述初混料、所述环氧树脂和所述预混料的混合为：

将所述初混料与所述环氧树脂混合，进行水解后，再与所述预混料混合。

本发明还提供了上述技术方案所述的混凝土微裂缝封闭材料或由上述技术方案所述制备方法制备得到的混凝土微裂缝封闭材料在裂缝补强中的应用。

优选的，所述裂缝补强的过程包括以下步骤：

将所述混凝土微裂缝封闭材料涂覆在混凝土待补强位置，表干后，完成裂缝补强。

本发明提供了一种混凝土微裂缝封闭材料，按重量份计，包括以下组份：催化剂1～2份，硅溶胶100～150份，环氧树脂200～300份，偶联剂2～4份，润湿剂3～5份，水140～200份。本发明所述的混凝土微裂缝封闭材料是由硅溶胶与催化剂在润湿剂和偶联剂的作用下，与环氧树脂混合，发生环氧交联反应形成有机/无机复合功能性材料，它具有高渗透性、高强度和与混凝土相容性好的优点，能够大幅度提高混凝土的表面强度，并具有优异的抗腐蚀与防水性能。所述混凝土微裂缝封闭材料在生产和使用过程中均无毒、无污染，属于绿色环保型产品。用所述混凝土微裂缝封闭材料修复混凝土裂缝后可有效延长混凝土构筑物的使用寿命(1～5年)。

具体实施方式

本发明提供了一种混凝土微裂缝封闭材料，按重量份计，制备原料包括以下组份：

所述水的重量份大于所述硅溶胶的重量份。

在本发明中，若无特殊说明，所有原料组份均为本领域技术人员熟知的市售产品。

按重量份计，所述混凝土微裂缝封闭材料包括1～2份的催化剂，优选为1.2～1.8份，更优选为1.4～1.6份；在本发明中，所述催化剂优选为偏铝酸钠溶液或铝酸钠溶液；所述偏铝酸钠溶液和所述铝酸钠溶液的质量浓度独立地优选为30％～35％，更优选为31％～34％，最优选为32％～33％。

在本发明中，所述催化剂可以加速硅溶胶在水中的分散。

以所述催化剂的重量份为基准，所述混凝土微裂缝封闭材料还包括100～150份的硅溶胶，优选为110～140份，更优选为120～130份；在本发明中，所述硅溶胶的分散介质优选为水；所述硅溶胶的粒径优选为10～20nm，更优选为12～18nm，最优选为14～16nm；所述硅溶胶的密度优选为1.12～1.14g/cm³，更优选为1.13g/cm³。

在本发明中，所述硅溶胶有较强的渗透性，能渗透至混凝土内部与混凝土中氢氧化钙反应生成硅酸钙，并在混凝土表面成膜，具有提高混凝土强度，封闭混凝土表面的作用。

以所述催化剂的重量份为基准，所述混凝土微裂缝封闭材料还包括200～300份的环氧树脂，优选为220～280份，更优选为240～260份；在本发明中，所述环氧树脂优选为改性双酚A型环氧树脂BEOGE；所述改性双酚A型环氧树脂BEOGE的分子量优选为3100～7000，更优选为4000～6000，最优选为4500～5500。

在本发明中，所述环氧树脂在裂缝中起粘结作用。

以所述催化剂的重量份为基准，所述混凝土微裂缝封闭材料还包括2～4份的偶联剂，优选为2.5～3.5份，更优选为2.8～3.2份；在本发明中，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂优选为KH550、KH560和KH570中的一种或几种；当所述硅烷偶联剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。

在本发明中，所述偶联剂的作用是可在硅溶胶与环氧树脂的界面间形成强力较高的化学键，使硅溶胶与环氧树脂作为一个整体作用于混凝土裂缝中。

以所述催化剂的重量份为基准，所述混凝土微裂缝封闭材料还包括3～5份润湿剂，优选为3.5～4.5份，更优选为3.8～4.2份；所述润湿剂优选为有机氟润湿剂；所述有机氟润湿剂优选为F3030、F3025和F140中的一种或几种，当所述有机氟润湿剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。

在本发明中，所述润湿剂可降低硅溶胶成膜后的表面张力，从而避免硅溶胶在成膜过程中因表面张力过大而开裂。

以所述催化剂的重量份为基准，所述混凝土微裂缝封闭材料还包括110～160份的水，优选为120～150份，更优选为130～140份。

本发明还提供了上述技术方案所述的混凝土微裂缝封闭材料的制备方法，包括以下步骤：

将部分水、所述催化剂和所述硅溶胶混合，得到初混料；

将剩余水、所述偶联剂和所述润湿剂混合，得到预混料；

将所述初混料、所述环氧树脂和所述匀混料混合，得到所述混凝土微裂缝封闭材料；

所述部分水所用重量份与所述硅溶胶的重量份相同。

本发明将部分水、所述催化剂和所述硅溶胶混合，得到初混料；在本发明中，所述部分水所用重量份与所述硅溶胶的重量份相同；本发明对所述混合的顺序没有任何特殊的限定。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行；在本发明中，所述搅拌的转速优选为500～1500r/min，更优选为800～1200r/min，更优选为1000r/min；所述搅拌的时间优选为15～50min，更优选为20～40min，最优选为25～35min；所述搅拌完成后，本发明优选将得到的混合物进行静置；所述静置的时间优选为15～25min，更优选为18～22min。

得到初混料后，本发明将剩余水、所述偶联剂和所述润湿剂混合，得到预混料；在本发明中，所述剩余水的重量份与所述部分水的重量份之和优选为上述技术方案所述的水的重量份；本发明对所述混合的顺序没有任何特殊的限定。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为100～300/min，更优选为150～250r/min，更优选为200r/min；所述搅拌的时间优选为5～20min，更优选为10～15min。所述搅拌完成后，本发明优选将得到的混合物进行静置；所述静置的时间优选为15～25min，更优选为18～22min。

得到预混料后，本发明将所述初混料、所述环氧树脂和所述匀混料混合，得到混凝土微裂缝封闭材料；在本发明中，所述初混料、所述环氧树脂和所述预混料的混合优选为：将所述初混料与所述环氧树脂混合，进行水解后，再与所述预混料混合。在本发明中，所述初混料与所述环氧树脂混合优选在搅拌的条件下进行；在本发明中，所述搅拌的转速优选为500～1000/min，更优选为600～800r/min；所述搅拌的时间优选为5～20min，更优选为10～15min。

在本发明中，所述水解发生在所述搅拌的过程中，所述水解为初混料中催化剂与硅溶胶中二氧化硅发生发应后生成含铝的硅酸盐。

所述水解完成后，本发明对水解后的混合料与所述预混料的混合没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合过程进行混合即可。

本发明还提供了上述技术方案所述的混凝土微裂缝封闭材料或由上述技术方案所述制备方法制备得到的混凝土微裂缝封闭材料在裂缝补强中的应用。

在本发明中，所述裂缝补强的过程优选包括以下步骤：

将所述混凝土微裂缝封闭材料涂覆在混凝土待补强位置，表干后，完成裂缝补强。

在本发明中，进行涂覆前，本发明优选对所述混凝土待补强位置进行前处理；所述前处理优选为清除混凝土待补强位置表面的白碱和浮尘，敲掉空鼓、疙瘩部分，进行修复后，用吹风或高压水枪彻底清扫并干燥。

在本发明中，所述涂覆优选为用滚筒或毛刷辊进行涂覆；本发明对所述涂覆的具体过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行涂覆，并保证能够将所述混凝土微裂缝封闭材料均匀地涂覆在混凝土待补强位置，并保证所述涂覆面不能有明显积液(若有积液需及时刮抹)即可。在本发明中，所述涂覆的次数优选为2～6次；涂覆完成后，本发明优选保证所述涂覆后的位置24小时内不能淋雨，在所述24小时的时间范围内，所述混凝土微裂缝封闭材料的有效成分发生自我交联反应；本发明对所述表干没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的表干过程进行即可。

下面结合实施例对本发明提供的一种混凝土微裂缝封闭材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

所述混凝土微裂缝封闭材料包括：质量浓度为35％的偏铝酸钠催化剂1.5份，硅溶胶100份(粒径16nm，密度1.13g/cm³)，改性环氧树脂BEOGE200份，水140份，硅烷偶联KH5502份，有机硅润湿剂F1403份。

制备方法为：

将100份水、催化剂、硅溶胶在800r/min下搅拌混合30min，静置20min，得到初混料；

将40份水、偶联剂、润湿剂在100r/min下搅拌混合10min，静置20min，得到预混料；

将所述初混料与环氧树脂在500r/min下搅拌混合10min后，与所述预混料混合，得到混凝土微裂缝封闭材料。

实施例2

所述混凝土微裂缝封闭材料包括：质量浓度为30％的偏铝酸钠催化剂1.8份，硅溶胶120份(粒径16nm，密度1.13g/cm³)，改性环氧树脂BEOGE240份，水140份，硅烷偶联KH5502.5份，有机硅润湿剂F1403.5份。

制备方法为：

将100份水、催化剂、硅溶胶在1000r/min下搅拌混合20min，静置20min，得到初混料；

将40份水、偶联剂、润湿剂在200r/min下搅拌混合10min，静置20min，得到预混料；

将所述初混料与环氧树脂在800r/min下搅拌混合10min后，与所述预混料混合，得到混凝土微裂缝封闭材料。

实施例3

所述混凝土微裂缝封闭材料包括：质量浓度为35％的偏铝酸钠催化剂1.8份，硅溶胶140份(粒径16nm，密度1.13g/cm³)，改性环氧树脂BEOGE280份，水150份，硅烷偶联KH5502.5份，有机硅润湿剂F1403.5份。

制备方法为：

将100份水、催化剂、硅溶胶在1000r/min下搅拌混合20min，静置20min，得到初混料；

将50份水、偶联剂、润湿剂在200r/min下搅拌混合10min，静置20min，得到预混料；

将所述初混料与环氧树脂在800r/min下搅拌混合10min后，与所述预混料混合，得到混凝土微裂缝封闭材料。

实施例4

所述混凝土微裂缝封闭材料包括：质量浓度为35％的偏铝酸钠催化剂2.0份，硅溶胶150份(粒径16nm，密度1.13g/cm³)，改性环氧树脂BEOGE300份，水200份，硅烷偶联KH5503份，有机硅润湿剂F1404份。

制备方法为：

将150份水、催化剂、硅溶胶在800r/min下搅拌混合30min，静置20min，得到初混料；

将50份水、偶联剂、润湿剂在200r/min下搅拌混合10min，静置20min，得到预混料；

将所述初混料与环氧树脂在800r/min下搅拌混合10min后，与所述预混料混合，得到混凝土微裂缝封闭材料。

测试例1

清除混凝土待补强位置表面的白碱和浮尘，敲掉空鼓、疙瘩部分并进行修复后，用吹风或高压水枪彻底清扫并干燥；

采用滚筒分别将实施例1～4所述的混凝土微裂缝封闭材料辊涂至混凝土待补强位置，辊涂均匀并保证表面不能有明显积液，若有积液及时刮抹；重复辊涂2～3次；

辊涂完成后，保证24小时内不能淋雨，表干，完成裂缝补强，并投入使用。

将未进行补强的混凝土表面作为对比例和上述补强后的混凝土表面进行检测，测试方法：

渗透深度试验方法：将所述的混凝土微裂缝封闭材料内加入一定量的酒精酚酞试剂，然后喷涂至试块表面，约5分钟后使用劈裂试验机将试件喷涂面劈开，用刻度尺测量试件内部变色(或有水印)区域的深度，得到的深度即为修补材料的下渗深度。

混凝土表面硬度试验方法：采用莫氏硬度计进行，使用不同硬度的标准矿石来划未喷涂修补材料和喷涂修补材料的混凝土表面，如果矿石能在混凝土表面上留下划痕，则证明该矿石的硬度高于混凝土表面的硬度，反之，混凝土表面硬度高。

混凝土耐磨性能试验方法：《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG/E30-2005)T0567-2005S水泥混凝土耐磨性试验方法进行。

混凝土抗压强度试验方法：《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG/E30-2005)T0567-2005S水泥混凝土立方体抗压强度试样方法。

混凝土抗氯离子渗透深度试验方法：《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T50082-2009)水泥混凝土抗氯离子渗透试验方法(RCM法)。

混凝土抗渗性能试验方法：《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG/E30-2005)T0567-2005S水泥混凝土抗渗性试验方法。

混凝土渗水高度试验方法：《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG/E30-2005)T0567-2005S水泥混凝土抗渗性试验方法。

混凝土7d抗碳化性能试验方法：《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T50082-2009)水泥混凝土碳化试验方法。

测试结果如表1所示：

表1 实施例1～4所述的混凝土微裂缝封闭材料补强后的混凝土与未补强混凝土的力学性能

由表1可知，本发明所述的混凝土微裂缝封闭材料提高了混凝土表面的力学性能，有效延长了混凝土构筑物的使用寿命。

由以上实施例可知，本发明所述的混凝土微裂缝封闭材料是由硅溶胶与催化剂在润湿剂和偶联剂的作用下，与环氧树脂混合，发生环氧交联反应形成有机/无机复合功能性材料，它具有高渗透性、高强度和与混凝土相容性好的优点，能够大幅度提高混凝土的表面强度，并具有优异的抗腐蚀与防水性能。所述混凝土微裂缝封闭材料在生产和使用过程中均无毒、无污染，属于绿色环保型产品。用所述混凝土微裂缝封闭材料修复混凝土裂缝后可有效延长混凝土构筑物的使用寿命(1～5年)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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)

1.一种混凝土微裂缝封闭材料，按重量份计，制备原料包括以下组份：

所述水的重量份大于所述硅溶胶的重量份。

2.如权利要求1所述的混凝土微裂缝封闭材料，其特征在于，所述催化剂为偏铝酸钠溶液或铝酸钠溶液；

所述偏铝酸钠溶液和所述铝酸钠溶液的质量浓度独立地为30％～35％。

3.如权利要求1所述的混凝土微裂缝封闭材料，其特征在于，所述硅溶胶的粒径为10～20nm，密度为1.12～1.14g/cm³。

4.如权利要求1所述的混凝土微裂缝封闭材料，其特征在于，所述环氧树脂为改性双酚A型环氧树脂BEOGE；

所述改性双酚A型环氧树脂BEOGE的分子量为3100～7000。

5.如权利要求1所述的混凝土微裂缝封闭材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂；

所述硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的混凝土微裂缝封闭材料，其特征在于，所述润湿剂为有机氟润湿剂；

所述有机氟润湿剂为F3030、F3025和F140中的一种或几种。

7.权利要求1～6任一项所述的混凝土微裂缝封闭材料的制备方法，包括以下步骤：

将部分水、所述催化剂和所述硅溶胶混合，得到初混料；

将剩余水、所述偶联剂和所述润湿剂混合，得到预混料；

将所述初混料、所述环氧树脂和所述预混料混合，得到所述混凝土微裂缝封闭材料；

所述部分水所用重量份与所述硅溶胶的重量份相同。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述初混料、所述环氧树脂和所述预混料的混合为：

将所述初混料与所述环氧树脂混合，进行水解后，再与所述预混料混合。

9.权利要求1～6任一项所述的混凝土微裂缝封闭材料在裂缝补强中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述裂缝补强的过程包括以下步骤：

将所述混凝土微裂缝封闭材料涂覆在混凝土待补强位置，表干后，完成裂缝补强。