CN115159949A - 一种低碳环保自流平修补砂浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低碳环保自流平修补砂浆及其制备方法，所述自流平修补砂浆的原料组成包括：高炉矿渣粉，水玻璃，砂，自来水，KNO3，Na2SO4，MgO，聚乙烯醇建筑胶粉，聚丙烯纤维。修补砂浆的水胶比为0.38～0.42，胶砂比为1：1.2～1：1.4。本发明采用粒化高炉矿渣作为粉体胶凝材料，水玻璃为碱组分，充分利用其良好的力学性能及快硬早强高强的特点，掺入适量KNO3，活性MgO，聚乙烯醇建筑胶粉改善修补砂浆工作性的同时，具有较高的粘结强度及微膨胀性，适量聚丙烯纤维起到减缩增韧、减小界面收缩应力的作用。该修补砂浆对拟修补基层适应性强，施工简单，成本可控。

Description

一种低碳环保自流平修补砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于绿色建筑材料技术领域，特别涉及一种低碳环保自流平修补砂浆及其制备方法。
背景技术
混凝土结构由于结构设计、材料质量、施工技术等诸多原因出现了大量裂缝，产生了美学、结构以及耐久性的问题，在很多情况下不得不对其进行修补。传统的无机类修补材料主要采用成本较低的快硬型硅酸盐水泥，其凝结时间短，后期强度发展稳定，但其水化热高、干燥收缩比较大，界面容易产生较大变形而导致修补失效。快硬早强型的铝酸盐水泥与硫铝酸盐水泥也单独或与硅酸盐水泥复配来制备修补砂浆，这种对工艺要求比较高，施工比较复杂，工艺稍有偏差，会产生闪凝现象，导致水泥水化反应不能充分就行，强度降低。重庆大学钱觉时教授团队研究的磷酸镁水泥凝结硬化快，适合制备修补砂浆，但其成本过高，推广有一定难度。在水泥基材料中添加聚合物制备的无机-有机复合修补材料流动性好，可根据实际情况调节凝结时间，界面粘结强度较高。但其施工工艺复杂，对拟修补界面要求较高，拟修补界面的污染情况、干湿状态、粗糙程度等均对粘结性能产生较大影响。施工过程中存在一定程度的挥发份污染环境，对工作人员身体健康有潜在危险。有机类材料在长期环境作用下性能不稳定，存在老化、收缩较大的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低碳环保自流平修补砂浆及其制备方法，以解决现有修补砂浆施工复杂、收缩大和界面粘结强度低、界面处理复杂的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低碳环保自流平修补砂浆，所述自流平修补砂浆的原材料组成为：
矿粉，按所述矿粉质量计碱当量5％的水玻璃，砂，自来水，以及，按矿粉质量百分比计，2％～4％的KNO3，1.0％～1.5％的Na2SO4，2％的MgO，0.3％～1.1％的聚乙烯醇建筑胶粉和0.2％～0.4％的聚丙烯纤维；其中，水胶比为0.38～0.42，胶砂比为1：1.2～1：1.4。
在一个实施例中，所述矿粉为高炉炼铁排出的S95级粒化高炉矿渣粉；所述水玻璃的模数为1.2～1.5。
在一个实施例中，所述砂为最大粒径2.36mm的二区砂。
在一个实施例中，所述MgO为活性MgO，活性值为100～150s。
在一个实施例中，所述聚乙烯醇建筑胶粉为冷水速溶型。
在一个实施例中，所述聚丙烯纤维的长度为6mm，直径为20微米。
在一个实施例中，所述水胶比为0.38～0.42时的拌合水，包含水玻璃带入的水。
本发明还提供了所述低碳环保自流平修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，称取矿粉、KNO3、Na2SO4、MgO、聚乙烯醇建筑胶粉、聚丙烯纤维、砂，放入搅拌机中搅拌，得到混合干料；
步骤2、将称取好的拌合水加入水玻璃中，混合后加入到步骤1中的混合干料中，持续搅拌均匀，得到所述的自流平修补砂浆。
在一个实施例中，所述搅拌机为立式砂浆搅拌机。
在一个实施例中，所述步骤1中，搅拌时间为30-40s，搅拌速率80r/min，得到混合干料；所述步骤2中，搅拌时间为180-200s，搅拌速率80r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种低碳环保自流平修补砂浆，采用矿粉作为粉体胶凝材料，其是高炉炼铁的工业固体废弃物。水玻璃、Na2SO4为碱性组分，可以充分激发矿粉的潜在活性。无机盐KNO3优化砂浆塑性阶段流动性，活性MgO改善其收缩性能，聚乙烯醇建筑胶粉改善其工作性同时提高其粘结强度，聚丙烯纤维达到减缩增韧的作用。该自流平修补砂浆能很好满足施工阶段的流动性要求，具有较高的1天强度、后期强度与界面粘结强度。
进一步的，粉体胶凝材料为粒化高炉矿渣粉，其组成主要为玻璃体，具有潜在的水硬活性，与碱性组分作用后，硬化体强度高。与硅酸盐水泥相比，生产工艺简单，低碳环保，有效利用了高炉炼铁工业废渣。
本发明还提供了种低碳环保自流平修补砂浆的制备工艺，采用干料先拌和均匀，可以使聚乙烯醇建筑胶粉、聚丙烯纤维均匀分布于干料之中。然后将加入拌合水的水玻璃加入到干料之中搅拌均匀即可。该制备工艺简单便捷。
进一步的，施工时，该低碳环保自流平修补砂浆对拟修补基层、裂缝的适应性强，不需要对拟修补基层、界面做特别处理，能快速渗透进入裂缝，施工简单，粘结牢固，形态饱满。
附图说明
图1为本发明所述的低碳环保自流平修补砂浆的制备过程流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如前所述，现有的修补砂浆流动性较差，导致其施工复杂，界面粘结强度难以满足需求，同时界面处理难度较高。
本发明以粒化高炉矿渣为粉体胶凝材料，水玻璃为碱组分，充分利用其良好的力学性能及快硬早强高强的特点，掺入适量KNO3，活性MgO，聚乙烯醇建筑胶粉改善修补砂浆工作性的同时，具有较高的粘结强度及微膨胀性，适量聚丙烯纤维起到减缩增韧、减小界面收缩应力的作用。该修补砂浆对拟修补基层适应性强，施工简单，成本可控。同时，其生产工艺简单，制备过程简单环保，能大量利用工业废弃物。
据此，本发明低碳环保自流平修补砂浆的原材料组成为：矿粉，按矿粉质量计碱当量5％的水玻璃，砂，自来水，按矿粉质量百分比计，2％～4％的KNO3，1.0％～1.5％的Na2SO4，2％的MgO，0.3％～1.1％的聚乙烯醇建筑胶粉，0.2％～0.4％的聚丙烯纤维。水胶比为0.4，胶砂比为1：1.3。水胶比为0.38～0.42，胶砂比为1：1.2～1：1.4，水胶比为拌合水与矿粉的质量比，胶砂比为矿粉与砂的质量比。
其中，矿粉优选为高炉炼铁排出的S95级粒化高炉矿渣粉，其水化凝结硬化快，早强高强的特征尤其适合用来制备修补砂浆。砂优选为最大粒径2.36mm的二区砂。MgO为活性MgO，活性值为100-150s。聚乙烯醇建筑胶粉为冷水速溶型。聚丙烯纤维的长度为6mm，直径为20微米。
本发明中，自来水的其中一部分可用于配置水玻璃，剩余部分则作为拌合水，水玻璃的模数为1.2～1.5。
如附图1所示，本发明还提供了该低碳环保自流平修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，称取高炉矿渣粉、KNO3、Na2SO4、MgO、聚乙烯醇建筑胶粉，聚丙烯纤维，砂，放入搅拌机中，干料搅拌，得到混合干料；示例地，搅拌机可选择立式砂浆搅拌机，搅拌时间可为30～40s，搅拌叶转速80r/min。
步骤2、将称取好的拌合水加入模数为1.2的水玻璃中，混合后加入到步骤1中的混合干料中，持续搅拌，得到所述的自流平修补砂浆。示例地，搅拌时间为180-200s，搅拌叶转速80r/min。
以下是本发明的若干实施例。
实施例1
低碳环保自流平修补砂浆的原料组成包括：
粒化高炉矿渣粉：400kg；
砂：520kg；
水玻璃：172.8kg；
Na2SO4：5.2kg；
KNO3：8kg；
MgO：8kg；
聚乙烯醇建筑胶粉：4.4kg；
聚丙烯纤维：0.8kg；
水：30.4kg。
其中，水玻璃模数为1.2，浓度25％；砂子最大粒径Dmax为2.36mm。
制备过程：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取高炉矿渣粉、KNO3、Na2SO4、MgO、聚乙烯醇建筑胶粉、聚丙烯纤维及Dmax为2.36mm的砂，放入搅拌机中，干料搅拌，得到混合干料，其中，搅拌时间为30s，搅拌速率80r/min。
步骤2、将拌合水加入水玻璃中，混合后加入到步骤1中的混合干料中，持续搅拌，得到所述的自流平修补砂浆，其中，搅拌时间为180s，搅拌速率80r/min。
利用本实施例1所述的碱矿渣自流平修补砂浆时，对其性能进行测试，测试结果具体如下：初始流动性为280mm，30min流动性为290mm；1d抗压强度32.3MPa，抗折强度4.6MPa；7d抗压强度为65.8MPa，抗折强度7.7MPa；28d抗压强度为79.5MPa，抗折强度8.4MPa，粘结强度5.3MPa。
实施例2
低碳环保自流平修补砂浆的原料组成包括：
高炉矿渣粉：400kg；
砂：480kg；
水玻璃：180.6kg；
Na2SO4：6kg；
KNO3：16kg；
MgO：8kg；
聚乙烯醇建筑胶粉：1.2kg；
聚丙烯纤维：1.6kg；
水：24.5kg。
其中，水玻璃模数为1.3，浓度25％；砂子最大粒径为2.36mm。
制备过程：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取高炉矿渣粉、KNO3、Na2SO4、MgO、聚乙烯醇建筑胶粉、聚丙烯纤维及Dmax为2.36mm的砂，放入搅拌机中，干料搅拌，得到混合干料，其中，搅拌时间为40s，搅拌速率80r/min。
步骤2、将拌合水加入水玻璃中，混合后加入到步骤1中的混合干料中，持续搅拌，得到所述的自流平修补砂浆，其中，搅拌时间为200s，搅拌速率80r/min。
利用本实施例2所述的碱矿渣自流平修补砂浆时，对其性能进行测试，测试结果具体如下：初始流动性为285mm，30min流动性为285mm；1d抗压强度30.6MPa，抗折强度4.7MPa；7d抗压强度为62.6MPa，抗折强度8.4MPa；28d抗压强度为76.2MPa，抗折强度9.0MPa，黏结强度5.6MPa。
实施例3
低碳环保自流平修补砂浆的原料组成包括：
高炉矿渣粉：400kg；
砂：560kg；
水玻璃：196.1kg；
Na2SO4：4kg；
KNO3：12kg；
MgO：8kg；
聚乙烯醇建筑胶粉：2.8kg；
聚丙烯纤维：1.2kg；
水：12.9kg。
其中，水玻璃模数为1.5,浓度25％；砂子最大粒径为2.36。
制备过程：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取高炉矿渣粉、KNO3、Na2SO4、MgO、聚乙烯醇建筑胶粉、聚丙烯纤维及Dmax为2.36mm的砂，放入搅拌机中，干料搅拌，得到混合干料，其中，搅拌时间为35s，搅拌速率80r/min。
步骤2、将拌合水加入水玻璃中，混合后加入到步骤1中的混合干料中，持续搅拌，得到所述的自流平修补砂浆，其中，搅拌时间为190s，搅拌速率80r/min。
利用本实施例3所述的低碳环保自流平修补砂浆时，对其性能进行测试，测试结果具体如下：初始流动性为280mm，30min流动性为290mm；1d抗压强度35.3MPa，抗折强度4.9MPa；7d抗压强度为69.4MPa，抗折强度8.9MPa；28d抗压强度为79.8MPa，抗折强度9.6MPa，黏结强度6.1MPa。
本发明实施例1-3中，粉体胶凝材料是粒化高炉矿渣粉，是高炉炼铁的固体废弃物，主要组成主要是CaO、SiO2、Al2O3等，主要由活性高的玻璃相组成，具有潜在的水硬活性。该自流平修补砂浆表现出良好的力学性能，采用无机盐KNO3调整其流动性，可以在不降低强度的前提下，明显提高砂浆流动性并具有一定的流动性保持作用。掺入的聚乙烯醇建筑胶粉，一方面由于聚乙烯醇具有一定的表面活性剂作用会对水泥基材料的工作性能和早期的水化性能产生一定的影响；另一方面聚乙烯醇的存在可影响水泥和骨料之间，砂浆与混凝土或与钢筋之间的界面过渡区的孔隙率和渗透率，从而影响其粘结强度、力学性能及抗化学侵蚀性等。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种低碳环保自流平修补砂浆，其特征在于，所述自流平修补砂浆的原材料组成为：
矿粉，按所述矿粉质量计碱当量5％的水玻璃，砂，自来水，以及，按矿粉质量百分比计，2％～4％的KNO3，1.0％～1.5％的Na2SO4，2％的MgO，0.3％～1.1％的聚乙烯醇建筑胶粉和0.2％～0.4％的聚丙烯纤维；其中，水胶比为0.38～0.42，胶砂比为1：1.2～1：1.4。
2.根据权利要求1所述低碳环保自流平修补砂浆，其特征在于，所述矿粉为高炉炼铁排出的S95级粒化高炉矿渣粉；所述水玻璃的模数为1.2～1.5。
3.根据权利要求1所述低碳环保自流平修补砂浆，其特征在于，所述砂为最大粒径2.36mm的二区砂。
4.根据权利要求1所述低碳环保自流平修补砂浆，其特征在于，所述MgO为活性MgO，活性值为100-150s。
5.根据权利要求1所述低碳环保自流平修补砂浆，其特征在于，所述聚乙烯醇建筑胶粉为冷水速溶型。
6.根据权利要求1所述低碳环保自流平修补砂浆，其特征在于，所述聚丙烯纤维的长度为6mm，直径为20微米。
7.根据权利要求1所述低碳环保自流平修补砂浆，其特征在于，所述水胶比为0.38～0.42时的拌合水，包含水玻璃带入的水。
8.如权利要求1-7任意一项所述低碳环保自流平修补砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，称取矿粉、KNO3、Na2SO4、MgO、聚乙烯醇建筑胶粉、聚丙烯纤维、砂，放入搅拌机中搅拌，得到混合干料；
步骤2、将称取好的拌合水加入水玻璃中，混合后加入到步骤1中的混合干料中，持续搅拌均匀，得到所述的自流平修补砂浆。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述搅拌机为立式砂浆搅拌机。
10.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述步骤1中，搅拌时间为30～40s，搅拌速率80r/min，得到混合干料；所述步骤2中，搅拌时间为180～200s，搅拌速率80r/min。
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