CN112321322A

CN112321322A - 一种受冻损伤混凝土修复用界面剂及其制备和修复方法

Info

Publication number: CN112321322A
Application number: CN202011318186.7A
Authority: CN
Inventors: 罗忠涛; 王亚洲; 穆元冬; 田崇霏; 司政凯; 刘晓海; 张梦; 程站起; 张美香; 张国明
Original assignee: Zhengzhou Henggu Engineering Technology Co ltd; Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou Henggu Engineering Technology Co ltd; Zhengzhou University
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2040-11-23
Also published as: CN112321322B

Abstract

本发明属于混凝土修复用界面剂技术领域，具体涉及一种受冻损伤混凝土修复用界面剂及其制备和修复方法。该界面剂所用原料为：重烧氧化镁、磷酸盐、硼砂、粉煤灰、硅灰、分子筛、葡萄糖酸钠、纤维素醚和水。本发明所制备的界面剂为磷酸镁界面剂，具有拥有早强、粘结强度高、低温水化等特点，非常适合低温地区冻损混凝土界面处理及快速修补。

Description

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂及其制备和修复方法

技术领域

本发明属于混凝土修复用界面剂技术领域，具体涉及一种受冻损伤混凝土修复用界面剂及其制备和修复方法。

背景技术

混凝土构件中的可冻水主要分布在毛细孔和骨料颗粒之间，在寒冷环境中，可冻水由液态转化为固态，体积由小变大，使混凝土构件膨胀疏松强度受损。混凝土受冻损害的情况可分为两种：一种是由于冻融循环引起的混凝土表面材料的损伤——剥落脱皮；另一种是在混凝土内部产生的损伤——横向裂缝。两种情况都会导致混凝土机械性质发生改变，严重影响力混凝土结构的可靠性，直接关系到建筑工程的寿命。本发明中的界面剂主要用于解决第一种情况，即混凝土受冻剥落脱皮。

一个简单的混凝土修补系统是由混凝土修补相、过渡区和基层混凝土构成，不仅对修补材料要有较高的性能和耐久性要求而且对修补过渡区性能和耐久性要求更大统。混凝土修补后再破坏往往集中发生在修补过渡区，这是受冻损伤混凝土修复的难点。

常用修补材料按照凝胶材料性质可分为：水泥基凝胶材料、聚合物增强；水泥基凝胶材料、聚合物凝胶材料、纤维增强聚合物材料等。从材料性质可分为有机修补材料、无机修补材料和复合修补材料。成功的修补首先是修补材料与基层之间有很好的粘结力，其次修补材料与基体要有相近的弹性模量，最终修补为了达到耐久性目的。大多数修补实在老混凝土结构上进行的，老混凝土干缩很小，修补材料必须基本是不收缩。无机修补材料虽然与被修基体有相近的弹性模量，但拉伸粘结强度低还会存在修补材料干缩导致黏结不良。有机修补材料虽然粘结强度高，干缩小等优点，但仍有耐老化差、弹性模量小等缺点。所以复合修补材料得到了推广，但并没有解决混凝土骨料表面层水泥水化生成的氢氧化钙导致修补粘结弱化问题，修补界面处粘结力主要表现为物理作用力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在提供一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，同时提供一种界面剂的制备方法，以及如何利用该界面剂进行修复的方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁40-60%、磷酸盐8-18%、硼砂2-15%、粉煤灰1-7%、硅灰3-10%、分子筛0.5-2%、葡萄糖酸钠0-5%、纤维素醚0-2%和水7-20%。

进一步优选：所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁53-55%、磷酸盐14-15%、硼砂6.4-6.7%、粉煤灰3.8-4.1%、硅灰6.8-8%、分子筛0.5-1%、葡萄糖酸钠2.1-2.3%、纤维素醚0.2-0.9%和水10-12%。

所述重烧氧化镁的粒度为200目以上。

所述磷酸盐为磷酸二氢铵和/或磷酸二氢钾。

所述粉煤灰为过0.075mm负压筛，筛余量为8-20%。

所述硅灰为过0.075mm负压筛，筛余量为5-15%。

所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚40000s。所述硼砂为白色粉末，易溶于水；所述葡萄糖酸钠为白色晶体，极易溶于水。

制备界面剂的方法，包括以下步骤：

1）按比例取各原料，

2）将磷酸盐、硼砂、分子筛、葡萄糖酸钠、纤维素醚加入水中混匀得到预制浆料；

3）将重烧氧化镁、粉煤灰、硅灰加入步骤2）得到的预制浆料中，混匀。

界面剂的制备方法，步骤2）和步骤3）总的混合搅拌时间控制在3-4min。

利用受冻损伤混凝土修复用界面剂对受冻损伤混凝土进行修复的方法，包括如下步骤：

1）选取待修补区域：先（用平铁锹和扫帚）清除冻损混凝土，然后（用手持式电镐）对混凝土基层进行打磨拉毛，（局部可用钢刷和毛刷，）清除掉混凝土基层表面的粉化层，直至露出坚固的混凝土基层，厚度应不小于5mm，边缘部分（用电动切割机）切成垂直错台，疏松部位骨料应剔除，然后进行清扫，混凝土基层表面不能有浮尘，保证干燥；

2）制备界面剂；

3）界面剂的涂覆：将制备的界面剂涂刷在经步骤1）处理后的混凝土基层，自流平，必要时需要人工涂覆。

所述步骤3）中界面剂涂刷1-5mm，界面剂配制完成后要尽快使用，需在界面剂凝结、失水干燥前涂刷完成。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

1、本发明所制备的界面剂为磷酸镁水泥基界面剂，由重烧氧化镁、磷酸盐和其他原料经一定的配比和方法制备而成，具有拥有早强、粘结强度高、低温水化等特点，非常适合低温地区受冻损伤混凝土界面处理及快速修补。

2、同时，本发明的界面剂还具有低水灰比高流动性、拉伸粘结强度高、自产气能提高自身抗冻性和微膨胀、与被修基体有相似的弹性模量、低温能快速水化、耐久性好等优点，磷酸盐与氧化镁、硼砂反应生成的磷酸镁水泥与被修混凝土有相似的弹性模量，这使得修补材料不会因材料本身的热胀冷缩导致修补材料与被修冻损混凝土发生分离脱落。

3、本发明界面剂的耐久性好，与传统有机混凝土界面剂相比，本发明界面剂不会出现修补时因有机物老化导致修补效果变差的现象，避免二次维修和事故发生。

4、本发明的原料中添加了粉煤灰和硅灰，不仅利用了固体废弃物，还能够利用粉煤灰来调节界面剂的颜色，利用硅灰来提高界面剂的流动性，使界面剂在修复时更加有利于自流平。

5、由于磷酸镁水泥水化特性，经物理处理后的被修补冻损混凝土无须洒水，还可以通过掺入一定量的纤维素醚可减少界面剂水分损失，但要严格控制掺入量，这是因为纤维素醚掺入过多会降低其流动性。

6、当磷酸盐选用磷酸二氢铵时，由磷酸二氢铵制备的磷酸镁水泥在水化过程中会释放氨气，适量的氨气会增加界面剂界面粗糙度从而来提高界面粘结效果。

7、发明人研究中发现现有界面剂效果不好的主要原因是与混凝土基层表面的氢氧化钙有关系，如果不能很好地处理氢氧化钙，就会导致界面剂与混凝土基层之间的粘接强度不够。本发明中的磷酸盐与氧化镁粉、硼砂反应形成磷酸镁水泥，在反应初期，在分子筛按照分子大小进行物理性质的排阻效应下，催化促进磷酸盐与氢氧化钙反应生成磷酸钙凝胶，提高反应效率，从而减少或消除混凝土基层上的氢氧化钙，削弱因氢氧化钙存在导致修补界面粘结强度弱化问题，提供了界面处的化学键合，使得界面处粘结力具备了物理作用力和化学键合力，提高了界面粘结耐久性。所生成的磷酸镁水泥为酸碱中和反应的气硬性水泥，具有较好的物理粘结强度；又因磷酸镁水泥是由反应产物和过量的氧化镁组成，使得界面处环境表现为弱碱性，不会破坏混凝土的碱性环境，不会出现钢筋锈蚀现象。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

以下实施例中所用重烧氧化镁的粒度为200目以上；所用粉煤灰为过0.075mm负压筛，筛余量为8-20%；所用硅灰为过0.075mm负压筛，筛余量为5-15%。所用纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚40000s。所用硼砂为白色粉末，易溶于水；所用葡萄糖酸钠为白色晶体，极易溶于水。

实施例1：

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁54%，磷酸二氢铵14%，硼砂6.5%，葡萄糖酸钠2.2%，粉煤灰4.1%，硅灰8%，纤维素醚0.2%，分子筛1%，水10%。

将磷酸二氢铵、硼砂、分子筛、葡萄糖酸钠、纤维素醚加入水中混匀得到预制浆料；将重烧氧化镁、粉煤灰、硅灰加入上述预制浆料中，混匀得到界面剂。

利用上述制得的界面剂对受冻损伤混凝土进行修复的方法，包括以下步骤：

1）被修基体制备：冻损混凝土现场制备配方制备被修基体，经冻融循环处理形成冻损基体。选取待修补区域，先用平铁锹和扫帚清除冻损剥落脱皮的混凝土，然后用手持式电镐对混凝土基层进行打磨拉毛，局部可用钢刷和毛刷，清除掉基层表面的粉化层，直至露出坚固的基层。

2）界面剂的涂覆带修补区域。采用本实施例制得的界面剂涂覆在经物理处理后的被修补冻损混凝土基层自流平，必要时需要人工涂覆，界面剂涂刷1-5mm。此过程需在界面剂凝结、失水干燥前完成。

采用本实施例的界面剂对修补区域处理之后，然后用修补砂浆进行修补，修补完成后对修补砂浆进行基本力学性能测试，测试方法参考JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准关于砂浆拉伸粘结强度试验，设计三个重复（1#-3#），结果如下表1：

表1界面剂处理后修补砂浆基本力学性能指标

表1所示，无界面剂时拉伸粘结强度1d、7d、28d变化不大，主要有凝胶材料提供的物理粘结力，但当涂覆界面剂时拉伸粘结强度随龄期增长逐渐增大并趋于平缓，表明了界面剂不仅具有物理粘结，还具备化学粘结。1#、2#、3#性能表明在一定的配比范围，拉伸粘结强度有差异，但都提高了修补材料的拉伸粘结强度，界面剂会提高修补砂浆与被修冻损混凝土基体的粘结强度。

实施例2

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁53%，磷酸二氢铵14%，硼砂6.4%，葡萄糖酸钠2.1%，粉煤灰3.8%，硅灰7.3%，纤维素醚0.9%，分子筛0.5%，水12%。

利用上述制得的界面剂对受冻损伤混凝土进行修复的方法，同实施例1。采用本实施例的界面剂对修补区域处理之后，然后用修补砂浆进行修补，修补完成后对修补砂浆进行基本力学性能测试，测试方法参考JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准关于砂浆拉伸粘结强度试验，设计四个重复（4#-7#），结果如下表2：

表2界面剂处理后修补砂浆基本力学性能指标

在一定的硼砂掺量范围内，添加界面剂会提高修补材料在早期的拉伸粘结强度，并且后期会增长达到最大。硼砂掺入过少导致界面剂凝结过快、流动性差导致界面处理效果差，硼砂掺量过大虽然会提高界面剂凝结时间和流动度，但会降低界面粘结效果。

实施例3

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁55%，磷酸二氢铵14%，硼砂6.7%，葡萄糖酸钠2.3%，粉煤灰4%，硅灰6.8%，纤维素醚0.2%，分子筛1%，水10%。

上述该界面剂的制备方法以及利用界面剂对受冻损伤混凝土进行修复的方法，同实施例1。对采用本实施例的界面剂对修补区域处理之后，然后用修补砂浆进行修补，修补完成后对修补砂浆进行基本力学性能测试，测试方法参考JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准关于砂浆拉伸粘结强度试验，设计四个重复（8#-11#），结果如下表3：

表3界面剂处理后修补砂浆基本力学性能指标

涂覆界面剂会提高修补砂浆的粘结强度。在一定水胶比范围内，界面剂凝结时间相差不大，流动度会随水胶比增加而增加，拉伸粘结强度随水胶比先增加后减小。

实施例4

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁56%，磷酸二氢铵15%，硼砂3.3%，葡萄糖酸钠2.4%，粉煤灰4.1%，硅灰8.02%，纤维素醚0.18%，分子筛1%，水10%。

上述该界面剂的制备方法以及利用界面剂对受冻损伤混凝土进行修复的方法，同实施例1。

利用上述制得的界面剂对受冻损伤混凝土进行修复的方法，同实施例1。采用本实施例的界面剂对修补区域处理之后，然后用修补砂浆进行修补，修补完成后对修补砂浆进行基本力学性能测试，测试方法参考JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准关于砂浆拉伸粘结强度试验，设计三个重复（12#-14#），结果如下表4：

表4界面剂处理后修补砂浆基本力学性能指标

通过掺入硅灰能提高界面剂流动度，轻微的提高界面剂凝结时间和降低修补材料的拉伸粘结强度，通过掺入硅灰能降低界面剂成本。

实施例5

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁40%，磷酸二氢钾18%，硼砂15%，葡萄糖酸钠5%，粉煤灰6.5%，硅灰4%，纤维素醚1%，分子筛0.5%，水10%。

实施例6

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁60%，磷酸二氢钾10%，硼砂2%，葡萄糖酸钠3%，粉煤灰2%，硅灰8%，纤维素醚2%，分子筛1%，水12%。

实施例7

一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁49%，磷酸二氢钾8%，硼砂11%，葡萄糖酸钠4%，粉煤灰5%，硅灰10%，纤维素醚2%，分子筛1%，水10%。

对实施例5-7制得的界面剂对修补区域处理之后，然后用修补砂浆进行修补，修补完成后对修补砂浆进行基本力学性能测试，测试方法参考JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准关于砂浆拉伸粘结强度试验，结果如下表5：

表5 实施例5-7界面剂处理后修补砂浆基本力学性能指标

对照例1

重烧氧化镁54%，磷酸二氢铵15%，硼砂6.5%，葡萄糖酸钠2.2%，粉煤灰4.1%，硅灰8%，纤维素醚0.2%，水10%。

对照例2

重烧氧化镁52%，磷酸二氢铵12%，硼砂6.5%，葡萄糖酸钠2.2%，粉煤灰4.1%，硅灰8%，纤维素醚0.2%，分子筛5%，水10%。上述该界面剂的制备方法以及利用界面剂对受冻损伤混凝土进行修复的方法，同实施例1。

对照例3

重烧氧化镁56%，磷酸二氢铵16%，硼砂10.5%，葡萄糖酸钠2.2%，粉煤灰4.1%，纤维素醚0.2%，分子筛1%，水10%。

对照例4

重烧氧化镁54%，磷酸二氢铵14%，硼砂6.5%，葡萄糖酸钠2.2%，粉煤灰4.1%，硅灰8.2%，分子筛1%，水10%。

对照例5

重烧氧化镁54%，磷酸二氢铵14.2%，硼砂6.5%，葡萄糖酸钠2.2%，粉煤灰4.1%，硅灰8%，分子筛1%，水10%。

上述该界面剂的制备方法以及利用界面剂对受冻损伤损伤混凝土进行修复的方法，同实施例1。对对照例1-5界面剂处理后修补砂浆基本力学性能指标制得界面剂的性能进行检测，结果如下表6：

由以上数据可以看出，采用本发明界面剂处理后修补砂浆的拉伸粘结强度与对照例相比较均得到了显著的增高，其中以实施例1-3的效果为优选。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种受冻损伤混凝土修复用界面剂，其特征在于，所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁40-60%、磷酸盐8-18%、硼砂2-15%、粉煤灰1-7%、硅灰3-10%、分子筛0.5-2%、葡萄糖酸钠0-5%、纤维素醚0-2%和水7-20%。

2.根据权利要求1所述的界面剂，其特征在于：所用原料及质量百分比为：重烧氧化镁53-55%、磷酸盐14-15%、硼砂6.4-6.7%、粉煤灰3.8-4.1%、硅灰6.8-8%、分子筛0.5-1%、葡萄糖酸钠2.1-2.3%、纤维素醚0.2-0.9%和水10-12%。

3.根据权利要求1所述的界面剂，其特征在于：所述重烧氧化镁的粒度为200目以上。

4.根据权利要求1所述的界面剂，其特征在于：所述磷酸盐为磷酸二氢铵和/或磷酸二氢钾。

5.根据权利要求1所述的界面剂，其特征在于：所述粉煤灰为过0.075mm负压筛，筛余量为8-20%；所述硅灰为过0.075mm负压筛，筛余量为5-15%。

6.根据权利要求1所述的界面剂，其特征在于：所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚40000s。

7.制备权利要求1所述界面剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

按比例取各原料，

将磷酸盐、硼砂、分子筛、葡萄糖酸钠、纤维素醚加入水中混匀得到预制浆料；

将重烧氧化镁、粉煤灰、硅灰加入步骤2）得到的预制浆料中，混匀。

8.根据权利要求7所述界面剂的制备方法，其特征在于：步骤2）和步骤3）总的混合搅拌时间控制在3-4min。

9.利用权利要求1所述界面剂对受冻损伤混凝土进行修复的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）选取待修补区域：先清除冻损混凝土，然后对混凝土基层进行打磨拉毛，清除掉混凝土基层表面的粉化层，直至露出坚固的混凝土基层，厚度应不小于5mm，边缘部分切成垂直错台，疏松部位骨料应剔除，然后进行清扫，混凝土基层表面不能有浮尘，保证干燥；

2）制备界面剂；

10.根据权利要求9所述的界面剂的修复方法，其特征在于：所述步骤3）中界面剂涂刷1-5mm，界面剂配制完成后要尽快使用，需在界面剂凝结、失水干燥前涂刷完成。