CN112159251A - 一种混凝土补强液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种混凝土补强液及其制备方法,涉及建筑材料领域。所述混凝土补强液按质量比的原料组成为：正硅酸乙酯4.0～4.2、无水乙醇0.9～1.1、饱和草酸溶液1.0～1.1、十二烷基硫酸钠0.1。制备方法：1)将正硅酸乙酯、无水乙醇、饱和草酸溶液按比例混合；2)将得到的混合溶液充分搅拌；3)加入表面活性剂十二烷基硫酸钠并充分搅拌，即得所述混凝土补强液。所得到的混凝土补强液渗透能力强，固化速度快，与混凝土基材的相容性好。有利于混凝土基材的补强、修复及加固，具有显著的技术效益和社会效益，便于在既有混凝土结构修复加固工程中推广应用。

Description

一种混凝土补强液及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别是涉及用于既有混凝土结构基材补强、修复的一种混凝土补强液及其制备方法。
背景技术
混凝土是由凝胶材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。自上世纪发明混凝土以来就因其造价低廉和受力性能良好等特点而广泛应用在土木工程领域。近年来，我国的建筑业和房地产业都有了快速的发展，但是随着时间推移，混凝土建筑的耐久性问题越来越突出，很多混凝土建筑因为氯离子侵蚀、碳化等原因的影响开始出现了承载力不足等问题，许多“危房”也因此产生，导致大量的混凝土建筑亟待修复及加固。据统计我国大约有四分之一的城镇建筑需要进行修缮和加固处理，德国在上世纪末在老、旧建筑物的维修、改造及加固所投入的费用，就已达到了其建设项目总投资的80％，英国的这一比例为70％，美国为50％。
国内外常用的混凝土结构加固方法大体可分为以下十种：加大截面加固法、粘钢加固技术法、喷射混凝土防护技术方法、预应力加固技术法、增设构件加固法技术法、托梁拔柱技术法、卸载加固技术法、增设支点加固法、外包钢加固技术法和纤维片材加固法等。这些方法应用较广，但依然有其局限性。使用上述加固法加固混凝土建筑后大都会使混凝土构件的形貌发生变化，不宜在既有混凝土结构中使用，而且各种加固方法都对混凝土基材的强度提出了要求。根据《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2013)，上述加固方法都要求原构件的混凝土强度不得低于C15，某些加固方法要求甚至不低于C20。由此可见，并非所有的混凝土建筑都能够被加固，对于强度太低的混凝土许多加固方法是不可行的，因为许多加固方法都需要在混凝土基材上钻孔锚固，如果混凝土强度不达标，极有可能在加固时对混凝土产生更强烈的破坏，这与加固的目的是背道而驰的。因此，要对陈旧的混凝土建筑进行加固时，需要考虑建筑的混凝土基材强度是否达标，能否进行加固，如若混凝土基材强度不够，需要对基材进行补强处理，盲目加固不仅不能加固成功，还会对混凝土的基材造成更大的损伤。
文献检索发现，无论是国内国外，对从外部措施使得混凝土结构具有良好承载力的研究很多，但是使用渗透或者浸渍等从内部措施出发增强混凝土基材强度的研究则很少。由于混凝土基材强度是混凝土构件加固的基础，很多混凝土建筑由于混凝土基材强度太低而无法得到加固，所以研究开发一种能够补强混凝土基材的补强液，使得老旧混凝土基材的强度提升达到规范标准从而让混凝土建筑能够顺利加固，对于既有混凝土结构保护具有重要意义。
中国专利申请CN201910060507.9公开一种混凝土用抗裂防渗补强材料的制备方法，以重质碳酸钙为基材，制备混凝土用抗裂防渗补强材料，通过添加SiO2/TiO2气凝胶，制备混凝土用抗裂防渗补强材料。
中国专利CN201310439378.7公开一种水泥混凝土补强、防霉、抗渗、堵漏液。分别将甲、乙组份按重量份灌入水泥砂浆、混凝土及相同类型水泥制品结构内部中，经化学离子反应，即由液体变固体硅酸钙结晶和抑菌剂乙酸钠及钢筋钝化剂氢氧化钠去充填漏水通道、堵塞细微裂缝、密实毛细孔隙的灌注液；所述甲组份由去离子水700-800，速溶硅酸钠300-350，二氧化硅90-100，氢氧化钠10-20，碳酸氢钠20-40组成；所述乙组份由去离子水950-100，氧化钙50-70，重质碳酸钙400-500，冰醋酸600-700，碳酸氢钙400-500组成；甲、乙组份以重量分计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土补强液及其制备方法。
所述混凝土补强液按质量比的原料组成为：正硅酸乙酯4.0～4.2、无水乙醇0.9～1.1、饱和草酸溶液1.0～1.1、十二烷基硫酸钠0.1。
所述混凝土补强液的制备方法，包括以下步骤：
1)将正硅酸乙酯、无水乙醇、饱和草酸溶液按比例混合；
2)将得到的混合溶液充分搅拌；
3)加入表面活性剂十二烷基硫酸钠并充分搅拌，即得所述混凝土补强液。
在步骤2)中，所述搅拌可使用玻璃棒将得到的混合溶液充分搅拌并将pH值控制在4～5。
以下给出本发明的原理：
将正硅酸乙酯在酸性环境下控制水解制得正硅酸乙酯的水解液，即原硅酸单体溶液；在原硅酸单体溶液中加入十二烷基硫酸钠用于提高原硅酸单体溶液的渗透能力，原硅酸单体渗透进入混凝土基材后，脱水缩合形成具有Si-O-Si链的高分子聚合物，有效封闭混凝土内部孔隙，达到提升混凝土基材强度的目的。
正硅酸乙酯进行水解处理，无水乙醇作为正硅酸乙酯的溶剂，草酸溶液一方面为正硅酸乙酯的水解提供酸性环境，一方面为正硅酸乙酯的水解提供水分。正硅酸乙酯经过水解后可脱去乙基，生成原硅酸单体，原硅酸单体分子半径较小，因此渗透性良好。
为了避免引入氯离子、硫酸根离子导致混凝土内部的钢筋遭到腐蚀，补强液选用草酸来营造正硅酸乙酯的水解环境。
在补强液中加入了表面活性剂，包括但不限于十二烷基硫酸钠，类似的表面活性剂均可使用。加入表面活性剂能够大大降低补强液的表面张力，减小补强液和混凝土表面的接触角，因此具有增强补强液渗透能力的作用。
利用混凝土内部的碱性环境，加速原硅酸单体渗透后在混凝土基材内部的聚合。
原硅酸单体聚合后可生成具有Si-O-Si链的高分子聚合物，从而有效封闭混凝土内部孔隙、细小裂缝，达到提升混凝土基材强度的目的。
本发明所得到的混凝土补强液渗透能力强，固化速度快，与混凝土基材的相容性好。本发明有利于混凝土基材的补强、修复及加固，具有显著的技术效益和社会效益，便于在既有混凝土结构修复加固工程中推广应用。
与现有技术相比，本发明的突出优点如下：
(1)通过对正硅酸乙酯的水解控制，成功制备了有混凝土基材补强作用的补强液。本发明制备的补强液能够以单体溶液的方式渗透进入混凝土内部，然后在混凝土内部聚合形成具有Si-O-Si链的高分子聚合物晶体，从而封闭混凝土的内部孔隙，达到提升混凝土基材强度的目的。
(2)本发明制备的补强液为无色透明液体，渗透性能好，不仅能够以较大深度渗透进入混凝土基材，而且不改变混凝土基材的外观，适合应用于既有混凝土结构的混凝土补强。
附图说明
图1为正硅酸乙酯水解后聚合时的凝胶状态和聚合完毕的固体状态。其中，a)为凝胶状态；b)为固体状态。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
所述混凝土补强液按质量比的原料组成为：正硅酸乙酯4.0、无水乙醇1.0、饱和草酸溶液1.0、十二烷基硫酸钠0.1。
混凝土补强液制备方法：
1)将正硅酸乙酯、无水乙醇、饱和草酸溶液按比例混合；
2)将得到的混合溶液充分搅拌；
3)加入表面活性剂十二烷基硫酸钠并充分搅拌，即得所述混凝土补强液。
实施例2
所述混凝土补强液按质量比的原料组成为：正硅酸乙酯4.2、无水乙醇0.9、饱和草酸溶液1.1、十二烷基硫酸钠0.1。
混凝土补强液制备方法同实施例1。
实施例3
所述混凝土补强液按质量比的原料组成为：正硅酸乙酯4.1、无水乙醇1.1、饱和草酸溶液1.0、十二烷基硫酸钠0.1。
混凝土补强液制备方法同实施例1。
实施例4
所述混凝土补强液按质量比的原料组成为：正硅酸乙酯4.0、无水乙醇1.1、饱和草酸溶液1.1、十二烷基硫酸钠0.1。
混凝土补强液制备方法同实施例1。
正硅酸乙酯的水解与聚合方程式如下：
第一步：水解反应
Si(OC2H5)4+4H2O＝Si(OH)4+4C2H5OH
第二步：缩合反应
Figure BDA0002707966090000041
第三步:聚合反应
X(Si-O-Si)→(-Si-O-Si-)x
图1为正硅酸乙酯水解后聚合时的凝胶状态和聚合完毕的固体状态。正硅酸乙酯补强后混凝土抗压强度提升情况见表1：
表1正硅酸乙酯补强后混凝土抗压强度提升对比表单位：MPa
Figure BDA0002707966090000051
综上，本发明具有以下突出的技术效果：
1.本发明制备的混凝土补强液脱水缩合较为迅速，24小时即可从液体转变为凝胶，在温度较高的情况下，48小时即可完全固化，形成具有Si-O-Si链的高分子聚合物晶体。
2.本发明制备的混凝土补强液对于低强度的混凝土具有良好的补强效果，且强度越低，提升效果则越好。在立方体混凝土抗压试验中，对C5的混凝土能够提升50％，而对C15的混凝土则能够提升15％。
3.本发明所制备的混凝土补强液实施起来较为简单，只需将配置好的补强液涂刷在混凝土表面即可。
4.本发明所制备的混凝土补强液为无色透明液体，涂覆在混凝土表面不会改变混凝土的外观，满足既有混凝土结构的修复要求。
5.本发明所制备的混凝土补强液，由于是原硅酸单体的溶液，并且加入了表面活性剂，因此具有良好的渗透性能，因此较为适合强度低、抗渗性能弱的混凝土基材的补强。

Claims (3)

1.一种混凝土补强液，其特征在于其按质量比的原料组成为：正硅酸乙酯4.0～4.2、无水乙醇0.9～1.1、饱和草酸溶液1.0～1.1、十二烷基硫酸钠0.1。
2.一种混凝土补强液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将正硅酸乙酯、无水乙醇、饱和草酸溶液按比例混合；
2)将得到的混合溶液充分搅拌；
3)加入表面活性剂十二烷基硫酸钠并充分搅拌，即得所述混凝土补强液。
3.如权利要求1所述一种混凝土补强液的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述搅拌可使用玻璃棒将得到的混合溶液充分搅拌并将pH值控制在4～5。
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