CN111517745B - 一种修补砂浆、其制备方法及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种修补砂浆、其制备方法及施工方法，所述修补砂浆，包括原料：硅酸盐水泥、膨胀剂、聚合物乳液、粘改剂、水、粉体减水剂、复合纤维、高吸水性树脂及砂子。所述制备方法，包括步骤S1、将硅灰石针状粉、钾长石粉和聚合物乳液混匀，制得混合物A；步骤S2、将硅酸盐水泥、氧化镁、粘改剂、粉体减水剂、复合纤维、高吸水性树脂和砂子混匀，制得混合物B；步骤S3、将水与混合物A、B混合均匀，制得修补砂浆。所述施工方法，包括步骤W1、将待修补混凝土基体的施工面进行预处理；步骤W2、将步骤S3制得的修补砂浆直接成型在预处理后的施工面上。本发明所述的修补砂浆具有较好的触变性。

Description

一种修补砂浆、其制备方法及施工方法

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及一种修补砂浆、其制备方法及施工方法。

背景技术

混凝土结构普遍面临着严重的耐久性问题，极大的降低了混凝土的耐久性与服役寿命，同时也直接推动了混凝土修补行业的发展。混凝土的修补工程主要划分为结构性修补与非结构性修补两类。其中，非结构性修补应对的混凝土问题，一般是整个暴露面发生龟裂、剥落等，或者是非主要受力部位的开裂、缺损等。针对非结构性修补，主要是使用修补材料替换混凝土结构的问题部位。然而，非结构性修补也是一个需要兼顾混凝土宏观与微观性能的复杂工程问题。据统计，绝大多数非结构性修补工程的实际使用寿命未达到设计年限，重复施工导致了人力与物力的大量浪费。

为了降低修补工程的开支，可以从施工成本与服役寿命两个方面开展研究。对于施工成本方面，一般来说，如果非结构性修补的施工面较大时，模板支护带来人工与经费支出将会严重影响修补施工的预算与工期；对于服役寿命方面，修补体系的耐久性与服役寿命很大程度上取决于修补材料与混凝土之间的粘结界面的粘结强度。此外，修补材料的收缩、渐变等直接影响修补体系内部的应力值及抵抗应力的能力，通过控制修补砂浆的收缩率，同时提高粘结界面的粘结强度，能够显著提高粘结界面的耐久性。

为了节省在混凝土浇筑时模板支护带来的支出，国内外已有学者提出采用高触变性混凝土替代普通混凝土，达到无模板施工的目的。触变性是指流体的粘度在剪切作用下显著降低，而静置后又迅速恢复的性能。在搅拌状态下，高触变性混凝土的粘度低，工作性能良好，但当浇注在施工位置后，混凝土粘度迅速增大，内聚力增强，形状保持能力大幅度提高，可以在无模板支撑的条件下保持现有形状。

现有的触变性水泥基材料，主要是关于3D打印建筑材料方面的。如专利号为CN201910968635.3的发明专利公开了一种触变性灌浆材料及其制备方法，具体公开了使用膨润土、纯碱与SM型植物胶提高灌浆料的触变性。专利号为CN201810603266.3的发明专利公开了一种高触变性3D打印混凝土及其制备方法，具体公开了一种3D打印混凝土专用触变剂，其由无机絮凝剂、有机高分子触变早强剂和稳泡剂组成。专利号为CN201910407942.4的发明专利公开了一种提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法，具体公开了向3D打印水泥基材料中添加了磁性固体材料，通过外加交变电磁场，使水泥基材料获得触变性。上述专利中获得具有触变性的水泥基材料存在成本高，功能单一，应用范围小的问题。

综上所述，急需一种修补砂浆、其制备方法及施工方法以解决现有技术中触变性水泥基材料存在的成本高，功能单一，应用范围小的问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种修补砂浆，具体技术方案如下：

一种修补砂浆，包括以下质量百分比的原料：硅酸盐水泥20％-30％、膨胀剂4％-7％、聚合物乳液4％-6％、粘改剂0.1％-0.3％、水8％-10％、粉体减水剂0.2％-0.6％、复合纤维0.2％-0.5％、高吸水性树脂0.05％-0.1％及余量的砂子，所述膨胀剂包括硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁，所述氧化镁经过煅烧处理。

优选的，所述膨胀剂由硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁组成，其中，所述硅灰石针状粉与修补砂浆的质量比为0.5％-1％，钾长石粉与修补砂浆的质量比为0.5％-1％，氧化镁与修补砂浆的质量比为3％-5％。

优选的，所述硅灰石针状粉的细度为600目-1000目，颗粒长径比为10:1-20:1；所述钾长石粉的细度为400目-600目；所述氧化镁的煅烧温度为950℃-1050℃，氧化镁的含量不少于86％。

优选的，所述聚合物乳液包括苯丙乳液、丁苯乳液和乙烯-醋酸乙烯酯乳液中的至少一种；所述聚合物乳液的粘度为50mPa·s-1000mPa·s，聚合物乳液的固含量为40％-50％。

优选的，所述粘改剂为羟乙基甲基纤维素；所述粉体减水剂为聚羧酸粉体减水剂，其减水率为25％-30％。

优选的，所述复合纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维与聚丙烯纤维的混合物；所述高吸水性树脂为聚丙烯酸盐型树脂，具体为聚丙烯酸钠树脂，粒径为60目-80目。

优选的，所述砂子包括机制砂和河沙中的至少一种，所述机制砂和河沙的细度模数均为2.4-2.7，级配曲线为II区。

本发明的第二目的在于提供一种修补砂浆的制备方法，具体技术方案如下：

一种修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将所述原料中的硅灰石针状粉、钾长石粉和聚合物乳液混合均匀，制得混合物A；

步骤S2、将所述原料中的硅酸盐水泥、氧化镁、粘改剂、粉体减水剂、复合纤维、高吸水性树脂和砂子混合均匀，制得混合物B；

步骤S3、将所述原料中的水与混合物A、混合物B混合均匀，制得修补砂浆。

本发明的第三目的在于提供一种修补砂浆的施工方法，具体技术方案如下：

一种修补砂浆的施工方法，包括以下步骤：

步骤W1、将待修补混凝土基体的施工面进行预处理；

步骤W2、将步骤S3制得的修补砂浆直接成型在预处理后的施工面上。

优选的，所述步骤W1中的预处理，具体是采用压缩空气将待修补混凝土基体的施工面冲刷干净，然后向施工面喷水至饱和状态，随后将施工面吹干，最后在施工面涂刷环氧树脂。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明中所述的修补砂浆，优选了硅灰石针状粉、钾长石粉、氧化镁与聚合物乳液复合组成了一种低成本、多功能的触变组分，且能够大幅度提高修补砂浆的触变性。

(2)本发明中所述的制备方法，在步骤S1中，将硅灰石针状粉和钾长石粉与聚合物乳液混合均匀，聚合物乳液中的胶粒吸附在硅灰石针状粉和钾长石粉的粉体颗粒上，使颗粒间形成位阻作用，提高了粉体颗粒的分散效果。硅灰石针状粉和钾长石粉的粉体颗粒均为针棒状，氧化镁的粉体颗粒为棱柱状，三者与硅酸盐水泥颗粒在新制备的修补砂浆(即硬化前的修补砂浆)中会相互交叉形成堆垛式结构，堆垛式结构与聚合物乳液中的胶粒相互作用，提高了砂浆的触变性。此外，本发明通过步骤S1的处理，经步骤S2和步骤S3，能够极大的降低聚合物乳液中的胶粒在硅酸盐水泥颗粒表面的吸附，进而降低了对硅酸盐水泥硬化的延缓作用。硅灰石针状粉和钾长石粉表面吸附的聚合物乳液胶粒，改善了其与硅酸盐水泥的粘结界面。再有，硅灰石针状粉和钾长石粉特有的针棒状粉体颗粒可以发挥微纤维的作用，改善修补砂浆的力学性能。粉体减水剂、粘改剂和复合纤维的掺入可以进一步增强修补砂浆的触变性。聚合物乳液提高了硬化砂浆(即硬化后的修补砂浆)的抗渗性与粘结强度，氧化镁和复合纤维降低了修补砂浆在塑型过程的收缩与长期暴露中的收缩。高吸水性树脂与粘改剂提高了修补砂浆的保水性，降低了修补砂浆对养护条件的要求，提高了硬化砂浆在干湿循环等极端条件下的变形，因此修补砂浆与混凝土基体间的相对变形较低，抗裂性能优异，提高了修补体系的耐久性，大幅度降低了施工成本，提高了修补体系的服役寿命。本发明中所述的制备方法，步骤精简，操作方便且容易制备。

(3)本发明中所述的施工方法，其步骤W1中的预处理方法，节能环保、容易操作且预处理后的施工面提高了修补砂浆与基体间的粘结界面的粘结强度，降低了粘结界面开裂或者脱粘的发生几率，提高了修补工程的可靠度与耐久性；其步骤W2中将修补砂浆直接成型在预处理后的施工面上，无需支护模板即可抹面得到期望形状，降低了施工成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照实施例，对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种修补砂浆，包括以下质量百分比的原料：硅酸盐水泥25％、膨胀剂4％、聚合物乳液5％、粘改剂0.2％、水8％、粉体减水剂0.4％、复合纤维0.3％、高吸水性树脂0.08％及余量的砂子，所述膨胀剂包括硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁，所述氧化镁经过煅烧处理。

所述膨胀剂由硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁组成，其中，所述硅灰石针状粉与修补砂浆的质量比为0.5％，钾长石粉与修补砂浆的质量比为0.5％，氧化镁与修补砂浆的质量比为3％。

所述硅灰石针状粉的细度为1000目，颗粒长径比为10:1；所述钾长石粉的细度为400目；所述氧化镁的煅烧温度为950℃，氧化镁的含量为87％。

所述聚合物乳液为丁苯乳液；所述丁苯乳液的粘度为80mPa·s，丁苯乳液的固含量为50％。

所述粘改剂为羟乙基甲基纤维素；所述粉体减水剂为聚羧酸粉体减水剂，其减水率为25％。

所述复合纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维与聚丙烯纤维的混合物且三者按质量比例为1:1:0.35混合；所述高吸水性树脂为聚丙烯酸钠盐树脂，粒径为60目。

所述砂子为河沙，所述河沙的细度模数均为2.5，级配曲线为II区。

一种修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将所述原料中的硅灰石针状粉、钾长石粉和聚合物乳液混合均匀，制得混合物A；

步骤S2、将所述原料中的硅酸盐水泥、氧化镁、粘改剂、粉体减水剂、复合纤维、高吸水性树脂和砂子混合均匀，制得混合物B；

步骤S3、将所述原料中的水与混合物A、混合物B混合均匀，制得修补砂浆。

一种修补砂浆的施工方法，包括以下步骤：

步骤W1、将待修补混凝土基体的施工面进行预处理；

步骤W2、将步骤S3制得的修补砂浆直接成型在预处理后的施工面上。

所述步骤W1中的预处理，具体是采用压缩空气将待修补混凝土基体的施工面冲刷干净，然后向施工面喷水至饱和状态，随后采用鼓风机将施工面吹干，最后在施工面涂刷环氧树脂。

实施例2：

与实施例1不同的是，所述修补砂浆中硅酸盐水泥30％、聚合物乳液6％、粘改剂0.1％、水10％、粉体减水剂0.6％、复合纤维0.5％及高吸水性树脂0.1％。其它条件同实施例1。

对比例1：

与实施例1不同的是，所述硅灰石针状粉与修补砂浆的质量比为0.3％，其它条件同实施例1。

对比例2：

与实施例1不同的是，所述硅灰石针状粉与修补砂浆的质量比为1.2％，其它条件同实施例1。

对比例3：

与实施例1不同的是，所述钾长石粉与修补砂浆的质量比为0.3％，其它条件同实施例1。

对比例4：

与实施例1不同的是，所述钾长石粉与修补砂浆的质量比为1.2％，其它条件同实施例1。

对比例5：

与实施例1不同的是，氧化镁与修补砂浆的质量比为2％，其它条件同实施例1。

对比例6：

与实施例1不同的是，氧化镁与修补砂浆的质量比为6％，其它条件同实施例1。

对比例7：

与实施例1不同的是，聚合物乳液的用量为3％，其它条件同实施例1。

对比例8：

与实施例1不同的是，聚合物乳液的用量为7％，其它条件同实施例1。

对比例9：

与实施例1不同的是，聚合物乳液的用量为零，其它条件同实施例1。

对比例10：

与实施例1不同的是，氧化镁的用量为零，其它条件同实施例1。

由实施例1-2制备的修补砂浆的性能测试均包括两个测试阶段，第一阶段：新制备的修补砂浆(即硬化前的修补砂浆)，见表3；第二阶段、硬化后的修补砂浆，见表1和表2。由对比例1-10制备的修补砂浆的性能测试仅为第一阶段：新制备的修补砂浆，见表3。

表1实施例1硬化后的修补砂浆的性能结果

表2实施例2硬化后的修补砂浆的性能结果

在实施例1-2中，对于硬化后的修补砂浆的性能检测所限定的指标要求源于Q/CR659-2018《高速铁路混凝土结构修补砂浆》和《高速铁路无砟轨道线路维修规则》。

表3实施例1-2和对比例1-10新制备的修补砂浆的性能结果

由表1-2数据知，实施例1-2制备的修补砂浆在抗压强度、抗折强度、粘结强度、收缩率、耐碱性以及抗冻性方面，均具有优异的性能。因此，实施例1-2制备的修补砂浆与基体间的粘结界面的粘结强度高，有利于降低粘结界面开裂或者脱粘的发生几率，提高了修补工程的可靠度与耐久性，有助于降低施工成本。

在表3中，所列出的检验项目和技术要求是针对本发明中实施例1-2和对比例1-10新制备的修补砂浆实施的(需要说明的是，在现行的技术规范中并未明确规定新制备的修补砂浆流动度的标准。但是原则上来说，在相同触变性(即触变环面积与形状保持能力接近)条件下，流动度越大越有利于施工及抹面。然而流动度过大时，高触变性砂浆更容易在重力作用下产生变形。因此，针对流动度、触变环面积与形状保持能力提出了相应的建议指标。其中，当流动度低于195mm，由于新制备的修补砂浆流动度差，造成形状保持能力测试值偏高，其测试值将不具有参考性，此流动度下的修补砂浆也不利于施工。当新制备的修补砂浆均满足表3中的3种性能指标时，规定其具备适宜的流动度、高触变性和良好的形状保持能力，满足无模板施工要求。)。其中，流动度在大于195mm且小于235mm的范围内，流动度越大越有利于施工及抹面，触变环面积大于9000Pa/s，触变环面积越大，则修补砂浆触变性越高，形状保持能力大于95％，形状保持能力越好，则越有利于无模板施工。

从表3数据知，由实施例1-2新制备的修补砂浆在流动度、触变环面积和形状保持能力方面均能够满足技术要求，说明本发明新制备的修补砂浆具有适宜的流动度、高触变性和良好的形状保持能力，有利于无模板施工。由对比例1、3和5新制备的修补砂浆在流动度方面均能满足技术要求，而在触变环面积和形状保持能力方面均不能满足技术要求，说明硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁用量低于本发明时，对比例1、3和5新制备的修补砂浆触变性低且形状保持能力差，不利于无模板施工。由对比例10知，氧化镁用量为零时，其新制备的修补砂浆流动度达到245mm，明显高于技术要求，触变环面积为2341.8Pa/s，形状保持能力为76％，明显低于技术要求，说明氧化镁用量为零时，其新制备的修补砂浆流动度过大，同时，触变性和形状保持能力较差。由对比例2、4和6新制备的修补砂浆在触变环面积和形状保持能力方面基本满足技术要求，而在流动度方面均不能满足技术要求，说明硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁用量高于本发明时，对比例2、4和6新制备的修补砂浆流动度差，不利于施工及抹面。由对比例7、8和9新制备的修补砂浆在流动度、触变环面积和形状保持能力方面基本均不能满足技术要求，其流动度随聚合物乳液用量的增大而增大，形状保持能力随聚合物乳液用量的增大而降低，触变环面积均低于技术要求，说明聚合物乳液用量过大或过小，对比例7、8和9新制备的修补砂浆触变性均较差，聚合物乳液用量过大，新制备的修补砂浆流动度增大，降低了形状保持能力，反之，聚合物乳液用量过小，新制备的修补砂浆流动度降低，有助于提升形状保持能力，此外，聚合物乳液用量过大，也会增加投入成本。综上所述，本发明中聚合物乳液、硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁的用量配比，能够使制备的修补砂浆具备适宜的流动度、高触变性和良好的形状保持能力，进而能够实现无模板施工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种修补砂浆，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：硅酸盐水泥20％-30％、膨胀剂4％-7％、聚合物乳液4％-6％、粘改剂0.1％-0.3％、水8％-10％、粉体减水剂0.2％-0.6％、复合纤维0.2％-0.5％、高吸水性树脂0.05％-0.1％及余量的砂子，所述膨胀剂包括硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁，所述氧化镁经过煅烧处理；

所述硅灰石针状粉的细度为600目-1000目，颗粒长径比为10:1-20:1；所述钾长石粉的细度为400目-600目；所述氧化镁的煅烧温度为950℃-1050℃，氧化镁的含量不少于86％。

2.根据权利要求1所述的修补砂浆，其特征在于，所述膨胀剂由硅灰石针状粉、钾长石粉和氧化镁组成，其中，所述硅灰石针状粉与修补砂浆的质量比为0.5％-1％，钾长石粉与修补砂浆的质量比为0.5％-1％，氧化镁与修补砂浆的质量比为3％-5％。

3.根据权利要求1所述的修补砂浆，其特征在于，所述聚合物乳液包括苯丙乳液、丁苯乳液和乙烯-醋酸乙烯酯乳液中的至少一种；所述聚合物乳液的粘度为50mPa·s-1000mPa·s，聚合物乳液的固含量为40％-50％。

4.根据权利要求1所述的修补砂浆，其特征在于，所述粘改剂为羟乙基甲基纤维素；所述粉体减水剂为聚羧酸粉体减水剂，其减水率为25％-30％。

5.根据权利要求1所述的修补砂浆，其特征在于，所述复合纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维与聚丙烯纤维的混合物；所述高吸水性树脂为聚丙烯酸盐型树脂，粒径为60目-80目。

6.根据权利要求1所述的修补砂浆，其特征在于，所述砂子包括机制砂和河沙中的至少一种，所述机制砂和河沙的细度模数均为2.4-2.7，级配曲线为II区。

7.一种制备权利要求1-6任一项所述的修补砂浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将所述原料中的硅灰石针状粉、钾长石粉和聚合物乳液混合均匀，制得混合物A；

步骤S2、将所述原料中的硅酸盐水泥、氧化镁、粘改剂、粉体减水剂、复合纤维、高吸水性树脂和砂子混合均匀，制得混合物B；

步骤S3、将所述原料中的水与混合物A、混合物B混合均匀，制得修补砂浆。

8.一种如权利要求7所述方法制备的修补砂浆的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤W1、将待修补混凝土基体的施工面进行预处理；

步骤W2、将步骤S3制得的修补砂浆直接成型在预处理后的施工面上。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述步骤W1中的预处理，具体是采用压缩空气将待修补混凝土基体的施工面冲刷干净，然后向施工面喷水至饱和状态，随后将施工面吹干，最后在施工面涂刷环氧树脂。