CN114409346B - 水性环氧砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水性环氧砂浆及其制备方法，该水性环氧砂浆，按重量份计，其制备原料包括：水性环氧乳液3‑20份，水泥10‑30份，骨料40‑75份，减水剂0.08‑0.6份，纳米水化硅酸钙分散液0.3‑1.5份，消泡剂0.05‑0.3份，水6‑13份。本发明的水性环氧砂浆通过将纳米水化硅酸钙分散液引入水性环氧砂浆中，可有效缩短水泥凝结时间，提高其早期强度。

Description

水性环氧砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种水性环氧砂浆，同时本发明还涉及一种水性环氧砂浆的制备方法。

背景技术

水泥基复合材料是以水泥与水混合搅拌形成的水泥浆体作为基体与其他各种无机、金属、有机材料组合而得到的材料，其与细骨料拌合可以制备水泥砂浆，水泥砂浆与粗骨料拌合可制备水泥混凝土。由于水泥基复合材料是一种非均相、多孔的无机脆性材料，在外界侵蚀条件的作用下，微观结构易受到破坏，表现为韧性和耐久性不足等缺点，加入聚合物材料后得到有效的改善。常用的聚合物有天然橡胶、丁苯橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯类、苯丙乳液、环氧树脂和不饱和聚酯等。

其中环氧树脂是指分子中至少含有两个反应性环氧基团的树脂化合物。线型的环氧树脂分子在固化剂的作用下打开环氧基团，与其他化学键相互键合交联成三维网状结构的较稳定的体型分子的过程称之为交联固化。环氧树脂经固化后有许多优异性能，如对各种材料的黏着力很强、有很强的耐化学腐蚀性、力学强度很高、电绝缘性好、耐腐蚀等。环氧树脂可以在相当宽的温度范围内固化，而且固化时体积收缩小。在水泥砂浆加入环氧树脂制备的水性环氧砂浆以其优异的力学性能、化学稳定性和尺寸稳定性已经被广泛应用于建筑物的修补、加固、灌浆和表面处理等。

水性环氧砂浆在硬化时，一方面水性环氧树脂与固化剂发生交联反应，另一方面水性环氧树脂中的分散介质水与水泥发生水化反应。通常来说，水泥砂浆力学性能的发展速率是低于环氧树脂固化的，这样在水性环氧砂浆体系中，水泥砂浆强度的发展则对整体强度起决定性作用。发明人研究发现，水性环氧树脂可延长水泥基材料的凝结时间，这对其早期强度发展造成一定的不利影响，使其在快速修补工程中的应用受到限制。

中国知网中的文章《水性环氧树脂改性高早强快速修补砂浆性能研究》介绍了采用自制快硬水泥提高水性环氧砂浆早期强度的方法，但快硬水泥耐碳化性能差，影响其耐久性，易产生温度应力且成本较高。另外，CN110668762A中公开了一种水性环氧砂浆，该专利文献的水性环氧砂浆通过水性环氧乳液和有机硅疏水乳液与白色硅酸盐水泥基的协同配合，能够在砂浆层中交联形成致密的双层互穿网络结构，提升水泥基水性环氧砂浆层的抗压强度，但是对于水性环氧砂浆的早期强度提升的效果并不明显。

发明内容

本发明提出一种水性环氧砂浆，在缩短凝结时间的同时，提高水性环氧砂浆的早期强度。

为实现上述目的，本发明的一种水性环氧砂浆，按重量份计，该水性环氧砂浆的制备原料包括：水性环氧乳液3-20份，水泥10-30份，骨料40-75份，减水剂0.08-0.6份，纳米水化硅酸钙分散液0.3-1.5份，消泡剂0.05-0.3份，水6-13份。

进一步的，所述水性环氧乳液包括环氧树脂和固化剂，配比为2-6:1。

进一步的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂或改性乳液，所述环氧树脂的固含量为40%-60%。

进一步的，所述固化剂为改性胺。

进一步的，所述固化剂为水性聚酰胺固化剂、水性聚酰胺-多胺固化剂、水性多胺-环氧加成物固化剂、水性曼尼希碱-环氧加成物固化剂中的至少一种。

进一步的，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步的，所述骨料为粒径＜4.75mm的人工砂或天然砂。

进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

进一步的，所述纳米水化硅酸钙分散液固含量≥30%，粒径为100nm-300nm之间。

采用本发明的技术方案，通过纳米水化硅酸钙分散液、水性环氧乳液、减水剂等相互协同，使水性环氧砂浆在减水剂等的作用下，增强其流动性，利用纳米水化硅酸钙分散液晶核效应，促进环氧固化，缩短水泥砂浆的凝结时间，并确保其早期强度，尤其在冬季低温情况下，效果更佳。

本发明同时提供了一种水性环氧砂浆的制备方法，包括如下步骤：

获取水性环氧乳液；

在所述水性环氧乳液中加入纳米水化硅酸钙分散液、减水剂、消泡剂、水泥和骨料，搅拌均匀后，即制得所述水性环氧砂浆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，除本实施例特别说明之外，本实施例中所涉及的各术语及工艺依照现有技术中的一般认知及常规方法进行理解即可。

本发明涉及的一种水性环氧砂浆，该水性环氧砂浆的制备原料包括：水性环氧乳液3-20份，水泥10-30份，骨料40-75份，减水剂0.08-0.6份，纳米水化硅酸钙分散液0.3-1.5份，消泡剂0.05-0.3份，水6-13份。

其中，水性环氧乳液（即水性环氧树脂）经固化后有许多优异性能，如对水泥混合料的黏着力很强、有很强的耐化学腐蚀性、力学强度很高、电绝缘性好、耐腐蚀等，其可以在相当宽的温度范围内固化，而且固化时体积收缩小。将水性环氧乳液加入到水泥砂浆中可有效提高水泥砂浆的力学性能、化学稳定性和尺寸稳定性。

在本发明的技术方案中，水性环氧乳液由环氧树脂和固化剂制成，环氧树脂和固化剂优选配比为2-6:1。其中，环氧树脂优选为双酚A型环氧树脂或改性乳液，其固含量在40%-60%范围内。双酚A型环氧树脂的环氧基和羟基赋予树脂反应性，使树脂固化物具有很强的内聚力和粘接力；其醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和粘附力；苯环赋予聚合物以耐热性和刚性。

固化剂相应的为改性胺，其挥发性小，毒性低，固化速度适中。固化剂优选为水性聚酰胺固化剂、水性聚酰胺-多胺固化剂、水性多胺-环氧加成物固化剂、水性曼尼希碱-环氧加成物固化剂中的至少一种。

水泥可选自硅酸盐水泥，其具有强度高、抗冻性好、干缩小，耐磨性较好、抗碳化性较好、耐腐蚀性差的特性。水性环氧乳液的加入可以提高其耐腐蚀性。

骨料优选粒径＜4.75mm的人工砂或天然砂。在砂浆中，砂起骨架作用，所以称为骨料，由于粒径较小，所以称作细骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工；在水泥浆硬化后，则将骨料胶结为一个坚实的整体。

本发明的聚羧酸减水剂是在不影响混凝土工作性的条件下，能使单位用水量减少；或在不改变单位用水量的条件下，可改善混凝土的工作性。由于水泥与水搅拌后，产生水化反应，出现一些絮凝状结构，它包裹着很多拌和水，从而降低了新拌混凝土的和易性（又称工作性，主要是指新鲜混凝土在施工中，即在搅拌、运输、浇灌等过程中能保持均匀、密实而不发生分层离析现象的性能）。混凝土中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于定向吸附的作用，使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥－水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的。减水剂加入后，不仅可以使新拌混凝土的和易性改善，而且使水泥内部孔隙体积明显减少，水泥更为致密，混凝土的抗压强度显著提高。

本发明的纳米水化硅酸钙分散液，可采用市场上石家庄长安育才建材有限公司的产品型号GK-3Z的晶种增强剂。该纳米水化硅酸钙分散剂水溶性优良，而且与水性环氧乳液同样呈碱性。

本发明在水性环氧砂浆中引入纳米水化硅酸钙分散液，纳米水化硅酸钙分散液，与水性环氧乳液相容性好，能良好分散在水性环氧乳液中，使环氧固化反应的表观活化能降低,并缩短了固化时间。并且通过晶核效应，可降低水泥水化过程中的成核势垒，诱导C-S-H水化产物生长，促进水化进行，进而提高早期强度，同时缩短水泥基材料的凝结时间。另外，纳米水化硅酸钙作为纳米颗粒，可优化砂浆级配，使砂浆整体更为致密，进一步提高了水泥基材料的耐久性。

为了进一步提升本发明的水性环氧砂浆的性能，采用的纳米水化硅酸钙分散液，可优选固含量≥30%、粒径为100nm-300nm的品种。

此外，水泥制浆的时候产生很多泡沫，也影响了在施工的同时难以监测、控制水泥砂浆的密度和性能。在水性环氧砂浆中引入消泡剂能够有效抑制水泥石中气泡对水泥材料强度性能的影响。在使用时可预防泡沫的发生，能有效提高泥浆润滑性和强度效果。不影响产品的减水率，牢固度，质量和美观度。

综上所述，本发明的水性环氧砂浆中采用上述原料制备，纳米水化硅酸钙分散液与各成分协同作用，能够明显缩短水泥凝结时间，有效提高水性环氧砂浆早期强度，且不降低后期强度，尤其在冬季低温情况下，效果更佳。

基于如上原料及其重量配比，通过将各原料按重量份数混合搅拌至匀质后，即可获得水性环氧砂浆。但为了进一步提高制得的水性环氧砂浆性能，本发明同时提供了一种水性环氧砂浆的制备方法，其整体上包括如下步骤：

获得水性环氧乳液：将环氧树脂、固化剂与水加入反应容器中，以50-200rpm转速搅拌均匀，得到水性环氧乳液；

制备水性环氧砂浆：调整转速至100-300rpm，搅拌的同时向水性环氧乳液依次加入纳米水化硅酸钙分散液、减水剂、消泡剂、水泥和骨料，继续搅拌5-10min至溶质分散均匀后，即制得水性环氧砂浆。

如上制备方法中，明确了向水性环氧乳液中，加入其他原料的顺序，先加入纳米水化硅酸钙分散液，可以使纳米颗粒分散更均匀，使其晶核效应充分发挥，进一步提升制得的水性环氧砂浆的早期强度。

下面对本发明的具体实现方案做详细的描述。

实施例一

一种水性环氧砂浆，包括以下原料和步骤：将双酚A型E51环氧树脂12份，水性聚酰胺固化剂3份和水8份在200rpm转速下搅拌5min至均匀，调整转速至250rpm依次加入纳米水化硅酸钙分散液0.4份，聚羧酸减水剂0.2份，消泡剂0.1份，P.O 42.5R水泥20份，天然砂60份，搅拌10min，即制得该水性环氧砂浆。

实施例二

一种水性环氧砂浆，包括以下原料和步骤：将改性环氧乳液10份，水性聚酰胺-多胺固化剂5份和水10份在80rpm转速下搅拌4min至均匀，调整转速至200rpm依次加入纳米水化硅酸钙分散液0.6份，聚羧酸减水剂0.4份，消泡剂0.15份，P.O 52.5R水泥30份，人工砂60份，搅拌8min，即制得该水性环氧砂浆。

实施例三

一种水性环氧砂浆，包括以下原料和步骤：将改性环氧乳液12份，水性多胺-环氧加成物固化剂6份和水9份在60rpm转速下搅拌5min至均匀，调整转速至180rpm依次加入纳米水化硅酸钙分散液1.2份，聚羧酸减水剂0.3份，消泡剂0.12份，P.O 52.5R水泥24份，天然砂40份，搅拌6min，即制得该水性环氧砂浆。

实施例四

一种水性环氧砂浆，包括以下原料和步骤：将改性环氧乳液14份，水性曼尼希碱-环氧加成物固化剂6份和水13份在50rpm转速下搅拌5min至均匀，调整转速至120rpm依次加入纳米水化硅酸钙分散液0.5份，聚羧酸减水剂0.3份，消泡剂0.2份，P.O 42.5R水泥28份，人工砂75份，搅拌10min，即制得该水性环氧砂浆。

对比例一

本对比例一与实施例一基本相同，不同之处在于本对比例一中，未添加纳米水化硅酸钙分散液。

对比例二

本对比例二与实施例二基本相同，不同之处在于本对比例二中，未添加纳米水化硅酸钙分散液。

对比例三

本对比例三与实施例三基本相同，不同之处在于本对比例三中，未添加纳米水化硅酸钙分散液。

对比例四

本对比例四与实施例四基本相同，不同之处在于本对比例四中，未添加纳米水化硅酸钙分散液。

下表是各实施例和对比例制备的各水性环氧砂浆1天的抗压强度测试值。

根据《建筑防腐蚀工程施工规范（GB50212-2014）》中环氧乳液水泥砂浆28天抗压强度≥30MPa即为合格，本发明中实施例一至实施例四的水性环氧砂浆1天抗压强度即达到合格标准，可见其早期强度达标，有利于提高施工效率。

此外，通过各实施例与相应对比例比较，可以看出，加入纳米水化硅酸钙分散液的水性环氧砂浆的早期强度，明显高于未加入纳米水化硅酸钙分散液的早期强度。证明本发明的水性环氧砂浆早期强度提升效果显著。

Claims (10)

1.一种水性环氧砂浆，其特征在于：按重量份计，该水性环氧砂浆的制备原料包括：水性环氧乳液3-20份，水泥10-30份，骨料40-75份，减水剂0.08-0.6份，纳米水化硅酸钙分散液0.3-1.5份，消泡剂0.05-0.3份，水6-13份；所述纳米水化硅酸钙的粒径为100nm-300nm。

2.根据权利要求1所述的水性环氧砂浆，其特征在于：所述水性环氧乳液包括环氧树脂和固化剂，所述环氧树脂和固化剂的配比为2-6:1。

3.根据权利要求2所述的水性环氧砂浆，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂或改性乳液，所述环氧树脂的固含量为40%-60%。

4.根据权利要求2所述的水性环氧砂浆，其特征在于：所述固化剂为改性胺。

5.根据权利要求4所述的水性环氧砂浆，其特征在于：所述固化剂为水性聚酰胺固化剂、水性聚酰胺-多胺固化剂、水性多胺-环氧加成物固化剂、水性曼尼希碱-环氧加成物固化剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的水性环氧砂浆，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。

7.根据权利要求1所述的水性环氧砂浆，其特征在于：所述骨料为粒径＜4.75mm的人工砂或天然砂。

8.根据权利要求1所述的水性环氧砂浆，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。

9.根据权利要求1所述的水性环氧砂浆，其特征在于：所述纳米水化硅酸钙分散液固含量≥30%。

10.一种根据权利要求1所述的水性环氧砂浆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

获取水性环氧乳液；

在所述水性环氧乳液中加入纳米水化硅酸钙分散液、减水剂、消泡剂、水泥和骨料，搅拌均匀后，制得所述水性环氧砂浆。