CN115288473A - 一种砖柱聚合物砂浆及包钢加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砖柱聚合物砂浆及包钢加固方法，涉及建筑材料技术领域，所述聚合物砂浆原料组成及其质量百分数如下：水泥30‑50份、河砂30‑50份、矿物掺合料5‑10份、凹凸棒粘土5‑10份、重钙2.5‑4份、聚羧酸减水剂0.1‑0.5份、乳化硅油消泡剂、增稠剂0.2‑1.0份、硫酸钠0‑0.15份、柠檬酸0‑0.08份、聚合物乳液3‑15份，所述消泡剂用量为聚合物乳液的3％，通过在聚合物砂浆中掺入矿物掺合料，可提高砂浆的密实性、流动性和塑性，减少泌水和离析，在其中加入苯丙乳液能改善其耐酸碱以及耐腐蚀性能，通过加入经过高温煅烧的凹凸棒粘土可提高砂浆抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐腐蚀性能，减少了砂浆开裂，提高了砂浆整体承压与耐腐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种砖柱聚合物砂浆及包钢加固方法。
背景技术
砖柱指用砖和砂浆砌筑成的柱，在砌体结构房屋中，砖柱主要用作受压构件。
聚合物砂浆是由水泥、骨料和可以分散在水中的有机聚合物搅拌而成的。聚合物可以是由一种单体聚合而成的均聚物，也可以由两种或更多的单聚体聚合而成的共聚物。聚合物必须在环境条件下成膜覆盖在水泥颗粒上，并使水泥机体与骨料形成强有力的粘接。聚合物网络必须具有阻止微裂缝发生的能力，而且能阻止裂缝的扩展。与环氧砂浆相比，聚合物砂浆具有施工工艺简单、操作方便、无毒、成本低的优点。
外包钢是一种广泛采用的混凝土构件加固方法，通常采用型钢或钢板外包在原构件表面、四角或两侧，并在混凝土构件表面与外包钢缝隙间灌注高强水泥砂浆或环氧树脂浆料，同时利用横向缀板或套箍作为连接件，以提高加固后构件的整体受力性能。
砖柱结构具有很好的耐久性、化学稳定性和大气稳定性、可节省水泥、钢材和木材，不需模板，造价较低、施工技术与施工设备简单、砖的隔音和保温隔热性要优于混凝土和其他墙体材料，因而在住宅建设中运用得最为普遍，但是砖柱结构的缺点有：水泥砂浆砌体结构还存在着抗剪强度低、黏结性、韧性、耐久性和抗震性能差的缺点，结构破坏时呈脆性特征，往往是地震时发生倒塌的主要对象。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种砖柱聚合物砂浆及包钢加固方法，解决了现有砖柱砂浆整体性差、不抗震的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种砖柱聚合物砂浆，所述聚合物砂浆原料组成及其质量百分数如下：水泥30-50份、河砂30-50份、矿物掺合料5-10份、凹凸棒粘土5-10份、重钙2.5-4份、聚羧酸减水剂0.1-0.5份、乳化硅油消泡剂、增稠剂0.2-1.0份、硫酸钠0-0.15份、柠檬酸0-0.08份、聚合物乳液3-15份，所述消泡剂用量为聚合物乳液的3％，将原料混合均匀得到共聚物砂浆。
优选的，所述水泥采用福建炼石牌P.O.42.5普通波特兰水泥；所述河砂颗粒在40-70目之间；所述聚羧酸减水剂减水率为25％～30％；所述增稠剂为纤维素醚、硅酸铝镁、膨润土、聚酰胺蜡中的一种或多种，优选为纤维素醚。
优选的，所述聚合物乳液是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和丁二烯-苯乙烯乳胶共聚物三种聚合物胶粉中的一种或多种，优选为苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，所述苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的玻璃化温度为12-20℃，最低成膜温度为1℃。
优选的，所述凹凸棒粘土经过高温煅烧，颗粒度在1000-1500目。
优选的，所述矿物掺合料为粉煤灰、硅灰、矿渣中的一种或多种，所述矿物掺合料的粒径为0.1～20μm，添加方式为：添加10％粉煤灰或添加5％硅灰或添加5％矿渣，所述粉煤灰密度为2.4g/cm3，所述矿渣其密度为2.93g/cm3，比表面积为459m2/kg，硅灰密度为1.8g/cm3。
优选的，所述聚合物砂浆的使用方法包括下列步骤：步骤S1、搅拌混合：将聚合物砂浆中水泥、河砂、凹凸棒粘土、重钙慢慢倒入清水中，同时不停搅拌，根据搅拌机的速度连续搅拌3～7min，再依次加入聚羧酸减水剂、乳化硅油消泡剂、增稠剂、硫酸钠、柠檬酸、聚合物乳液，混合均匀得到聚合物砂浆；步骤S2、表面处理：砖面必须结实，无灰尘、油脂及松散材料；步骤S3、将搅拌好的聚合物砂浆用木制刮刀或钢制镘刀抹在砖面上，厚度为1～2mm，得到砖柱砌体结构；步骤S4、拌好的共聚物砂浆浆料必须一次使用完，固化后不能加水再使用。
优选的，所述聚合物砂浆的水胶比为0.38-042，优选为0.40。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种砖柱聚合物砂浆的包钢加固方法，加固采用的黏结材料由聚合物乳液、偏高岭土、水泥、胶黏剂树脂、偶联剂聚合而成，采用苯乙烯-丙烯酸酯作为有机掺杂物，以偏高岭土为地质聚合物原料，以γ－氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为偶联剂，经重钙激发形成无机胶结材料，施工工序包括下列步骤：
步骤S11、放线钻孔：按照图纸要求的钢筋间距、位置放线然后接通电源，选用埋筋相匹配的钻头进行钻孔，其孔径应大于埋筋直径2～4mm，孔深应为埋筋直径的12D；
步骤S12、清孔注胶：吹净孔内粉尘后根据所需用量现场提取黏结材料，按照一定比例充分搅拌，混合均匀后注入孔内，以孔内盛满即可；
步骤S13、植筋：将钢筋埋植部分清除锈污，迅速植入孔内慢慢单向旋人直至埋件伸入孔洞底壁即可；
步骤S14、固结养护：固结期间勿振动埋筋，待完全固结后方可进行下道工序施工。
原理：本发明通过优化了砂浆骨料的配比，在聚合物砂浆中掺入矿渣、硅灰、粉煤灰超细活性矿物掺合料，能有效提高砂浆的抗压强度、轴拉强度，同时矿渣、硅灰、粉煤灰的比表面积大，吸附性大，粉煤灰具有减水作用，可减少砂浆用水量，粉煤灰的形态效应、微集料效应可提高砂浆的密实性、流动性和塑性，减少泌水和离析，使砂浆变得黏稠柔软，提高砂浆的涂抹性能；砂浆、骨料和聚合物乳液物理性结合，进一步阻塞砂浆凝固后产生的缝隙，提高其致密度，从而提高了砂浆成型后的阻湿性；矿渣、粉煤灰作为固体微粒吸附在聚合物包裹膜表面，提高了包裹膜的骨架强度，进一步增强了包裹膜的稳定性，最终表现为提高了砂浆成型后的强度性能；在其中加入苯丙乳液能进一步改善聚合物砂浆的性能，在水泥遇到水之后，会形成水化产物，强度也逐渐增加，在加入苯丙乳液之后，会形成在水泥-聚合物-水体系，苯丙乳液聚合物形成高分子膜会直接包裹水泥水化产物，增加混合物的强度，继而有效提升水泥砂浆的强度，改善其耐酸碱以及耐腐蚀性能；高温煅烧后的凹凸棒粘土，晶格发生塌陷破坏，生成大量的活性二氧化硅和活性三氧化二铝类玻璃体物质，具有良好的火山灰活性，这些物质与水泥水化产物中的氢氧化钙生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，可大幅度提高砂浆抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐腐蚀性能；聚合物砂浆水胶比在0.38-042，当水胶比过大时，浆体浓度变低，骨料上会附着多余游离水分导致黏结力下降，在硬化时会产生细微的裂痕，试件强度会降低，而水胶比过小，浆体形成不充分，水化反应不充分，降低了试件的强度，经过实验，认为水胶比为0.4是本发明聚合物砂浆最优水胶比。
(三)有益效果
本发明提供了一种砖柱聚合物砂浆及包钢加固方法，具备以下有益效果：该砖柱聚合物砂浆，通过在聚合物砂浆中掺入矿物掺合料，可提高砂浆的密实性、流动性和塑性，减少泌水和离析，使砂浆变得黏稠柔软，提高砂浆的涂抹性能，在其中加入苯丙乳液能进一步改善聚合物砂浆的性能，在水泥遇到水之后，会形成水化产物，强度也逐渐增加，在加入苯丙乳液之后，会形成在水泥-聚合物-水体系，苯丙乳液聚合物形成高分子膜会直接包裹水泥水化产物，增加混合物的强度，继而有效提升水泥砂浆的强度，改善其耐酸碱以及耐腐蚀性能，通过加入经过高温煅烧的凹凸棒粘土可大幅度提高砂浆抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐腐蚀性能，减少了砂浆开裂，提高了砂浆整体承压与耐腐蚀性，通过配方的整体优化，得到具有良好承载能力的聚合物砂浆。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种砖柱聚合物砂浆，所述聚合物砂浆原料组成及其质量百分数如下：水泥30-50份、河砂30-50份、矿物掺合料5-10份、凹凸棒粘土5-10份、重钙2.5-4份、聚羧酸减水剂0.1-0.5份、乳化硅油消泡剂、增稠剂0.2-1.0份、硫酸钠0-0.15份、柠檬酸0-0.08份、聚合物乳液3-15份，所述消泡剂用量为聚合物乳液的3％，将原料混合均匀得到共聚物砂浆。
进一步的，所述水泥采用福建炼石牌P.O.42.5普通波特兰水泥；所述河砂颗粒在40-70目之间；所述聚羧酸减水剂减水率为25％～30％；所述增稠剂为纤维素醚、硅酸铝镁、膨润土、聚酰胺蜡中的一种或多种，优选为纤维素醚。
进一步的，所述聚合物乳液是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和丁二烯-苯乙烯乳胶共聚物三种聚合物胶粉中的一种或多种，优选为苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，所述苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的玻璃化温度为12-20℃，最低成膜温度为1℃。
进一步的，所述凹凸棒粘土经过高温煅烧，颗粒度在1000-1500目。
进一步的，所述矿物掺合料为粉煤灰、硅灰、矿渣中的一种或多种，所述矿物掺合料的粒径为0.1～20μm，添加方式为：添加10％粉煤灰或添加5％硅灰或添加5％矿渣，所述粉煤灰密度为2.4g/cm3，所述矿渣其密度为2.93g/cm3，比表面积为459m2/kg，硅灰密度为1.8g/cm3。
进一步的，所述聚合物砂浆的使用方法包括下列步骤：步骤S1、搅拌混合：将聚合物砂浆中水泥、河砂、凹凸棒粘土、重钙慢慢倒入清水中，同时不停搅拌，根据搅拌机的速度连续搅拌3～7min，再依次加入聚羧酸减水剂、乳化硅油消泡剂、增稠剂、硫酸钠、柠檬酸、聚合物乳液，混合均匀得到聚合物砂浆；步骤S2、表面处理：砖面必须结实，无灰尘、油脂及松散材料；步骤S3、将搅拌好的聚合物砂浆用木制刮刀或钢制镘刀抹在砖面上，厚度为1～2mm，得到砖柱砌体结构；步骤S4、拌好的共聚物砂浆浆料必须一次使用完，固化后不能加水再使用。
进一步的，所述聚合物砂浆的水胶比为0.38-042，优选为0.40。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种砖柱聚合物砂浆的包钢加固方法，加固采用的黏结材料由聚合物乳液、偏高岭土、水泥、胶黏剂树脂、偶联剂聚合而成，采用苯乙烯-丙烯酸酯作为有机掺杂物，以偏高岭土为地质聚合物原料，以γ－氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为偶联剂，经重钙激发形成无机胶结材料，施工工序包括下列步骤：
步骤S11、放线钻孔：按照图纸要求的钢筋间距、位置放线然后接通电源，选用埋筋相匹配的钻头进行钻孔，其孔径应大于埋筋直径2～4mm，孔深应为埋筋直径的12D；
步骤S12、清孔注胶：吹净孔内粉尘后根据所需用量现场提取黏结材料，按照一定比例充分搅拌，混合均匀后注入孔内，以孔内盛满即可；
步骤S13、植筋：将钢筋埋植部分清除锈污，迅速植入孔内慢慢单向旋人直至埋件伸入孔洞底壁即可；
步骤S14、固结养护：固结期间勿振动埋筋，待完全固结后方可进行下道工序施工。
实施例2
一种砖柱聚合物砂浆，所述聚合物砂浆原料组成及其质量百分数如下：水泥30份、河砂50份、矿物掺合料10份、凹凸棒黏土5份、重钙2.5份、聚羧酸减水剂0.1份、乳化硅油消泡剂、纤维素醚0.5份、硫酸钠0.15份、柠檬酸0.05份、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物15份，所述消泡剂用量为聚合物乳液的3％，将原料混合均匀得到共聚物砂浆。
所述聚合物砂浆的使用方法包括下列步骤：步骤S1、搅拌混合：将聚合物砂浆中水泥、河砂、凹凸棒粘土、重钙慢慢倒入清水中，同时不停搅拌，根据搅拌机的速度连续搅拌3～7min，再依次加入聚羧酸减水剂、乳化硅油消泡剂、增稠剂、硫酸钠、柠檬酸、聚合物乳液，混合均匀得到聚合物砂浆；步骤S2、表面处理：砖面必须结实，无灰尘、油脂及松散材料；步骤S3、将搅拌好的聚合物砂浆用木制刮刀或钢制镘刀抹在砖面上，厚度为1～2mm，得到砖柱砌体结构；步骤S4、拌好的共聚物砂浆浆料必须一次使用完，固化后不能加水再使用。
原理：本发明通过优化了砂浆骨料的配比，在聚合物砂浆中掺入矿渣、硅灰、粉煤灰超细活性矿物掺合料，能有效提高砂浆的抗压强度、轴拉强度，同时矿渣、硅灰、粉煤灰的比表面积大，吸附性大，粉煤灰具有减水作用，可减少砂浆用水量，粉煤灰的形态效应、微集料效应可提高砂浆的密实性、流动性和塑性，减少泌水和离析，使砂浆变得黏稠柔软，提高砂浆的涂抹性能；砂浆、骨料和聚合物乳液物理性结合，进一步阻塞砂浆凝固后产生的缝隙，提高其致密度，从而提高了砂浆成型后的阻湿性；矿渣、粉煤灰作为固体微粒吸附在聚合物包裹膜表面，提高了包裹膜的骨架强度，进一步增强了包裹膜的稳定性，最终表现为提高了砂浆成型后的强度性能；在其中加入苯丙乳液能进一步改善聚合物砂浆的性能，在水泥遇到水之后，会形成水化产物，强度也逐渐增加，在加入苯丙乳液之后，会形成在水泥-聚合物-水体系，苯丙乳液聚合物形成高分子膜会直接包裹水泥水化产物，增加混合物的强度，继而有效提升水泥砂浆的强度，改善其耐酸碱以及耐腐蚀性能；高温煅烧后的凹凸棒粘土，晶格发生塌陷破坏，生成大量的活性二氧化硅和活性三氧化二铝类玻璃体物质，具有良好的火山灰活性，这些物质与水泥水化产物中的氢氧化钙生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，可大幅度提高砂浆抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐腐蚀性能；聚合物砂浆水胶比在0.38-042，当水胶比过大时，浆体浓度变低，骨料上会附着多余游离水分导致黏结力下降，在硬化时会产生细微的裂痕，试件强度会降低，而水胶比过小，浆体形成不充分，水化反应不充分，降低了试件的强度，经过实验，认为水胶比为0.4是本发明聚合物砂浆最优水胶比。
实验例
将实施例1中的共聚物砂浆用于砌体结构得到实验组，将传统砂浆用于砌体结构得到对照组，采用实施例1中提供的聚合物砂浆砌体柱和传统砂浆砌体柱进行对比，分别进行轴压实验，评估本发明提供聚合物砂浆的承载能力，实验例中的砖采用烧结砖。
试验方法：依据《砌体基本力学性能试验方法标准》相关规定进行轴压试验，根据砌块和砂浆的抗压强度对试件进行预加载，预加荷载为10％～20％的极限荷载，正式加载前期采用荷载控制，每级增量为100kN，试验过程中观察并记录第1条裂缝对应的初裂荷载；若压力机的测力值明显回退时，确定该试件丧失承载能力而达到破坏状态，其最大峰值荷载即为该试件破坏的极限荷载。
实验结果：采用超高性能砂浆的砌体轴压短柱与普通砂浆砌体受力全过程相似，均经历裂缝前受力阶段、裂缝开展阶段和破坏阶段。结果：实验组的裂缝前阶段较对照组长，实验组的初裂荷载均远大于对照组；实验组与对照组砌体均被分割成若干个独立的小柱而破坏，但实验组砌块被压碎的程度远大于对照组，同时实验组抗压承载能力均高于对照组，实验组的破坏段较长且较平缓，对照组破坏段表现出较短和巨大波动；砌块的横向应变除因砌体受压而产生横向拉伸应变外，还有与砂浆变形协调而产生的横向应变，对照组砂浆弹性模量大于砌块本身,所以变形协调的结果是砌块受到压缩应变，而对照组中使用的普通砂浆的弹性模量小于砌块,砌块受到拉伸应变，所以变形协调结果是整体应变与局部应变迭加导致变形增大，裂缝缝隙大，因此采用聚合物砂浆砌筑的砌体具有远高于普通砂浆砌体的承载力，抗开裂性能也更加优越，具有相当的可行性。
综上所述，该砖柱聚合物砂浆及包钢加固方法，该砖柱聚合物砂浆，通过在聚合物砂浆中掺入矿物掺合料，可提高砂浆的密实性、流动性和塑性，减少泌水和离析，使砂浆变得黏稠柔软，提高砂浆的涂抹性能，在其中加入苯丙乳液能进一步改善聚合物砂浆的性能，在水泥遇到水之后，会形成水化产物，强度也逐渐增加，在加入苯丙乳液之后，会形成在水泥-聚合物-水体系，苯丙乳液聚合物形成高分子膜会直接包裹水泥水化产物，增加混合物的强度，继而有效提升水泥砂浆的强度，改善其耐酸碱以及耐腐蚀性能，通过加入经过高温煅烧的凹凸棒粘土可大幅度提高砂浆抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐腐蚀性能，减少了砂浆开裂，提高了砂浆整体承压与耐腐蚀性，通过配方的整体优化，得到具有良好承载能力的聚合物砂浆，解决了现有砖柱砂浆整体性差、不抗震的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种砖柱聚合物砂浆，其特征在于，所述聚合物砂浆原料组成及其质量百分数如下：水泥30-50份、河砂30-50份、矿物掺合料5-10份、凹凸棒粘土5-10份、重钙2.5-4份、聚羧酸减水剂0.1-0.5份、乳化硅油消泡剂、增稠剂0.2-1.0份、硫酸钠0-0.15份、柠檬酸0-0.08份、聚合物乳液3-15份，所述消泡剂用量为聚合物乳液的3％，将原料混合均匀得到共聚物砂浆。
2.根据权利要求1所述的一种砖柱聚合物砂浆，其特征在于：所述河砂颗粒在40-70目之间；所述聚羧酸减水剂减水率为25％～30％；所述增稠剂为纤维素醚、硅酸铝镁、膨润土、聚酰胺蜡中的一种或多种，优选为纤维素醚。
3.根据权利要求1所述的一种砖柱聚合物砂浆，其特征在于：所述聚合物胶粉为：所述聚合物乳液是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和丁二烯-苯乙烯乳胶共聚物三种聚合物胶粉中的一种或多种，优选为苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，所述苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的玻璃化温度为12-20℃，最低成膜温度为1℃。
4.根据权利要求1所述的一种砖柱聚合物砂浆，其特征在于：所述凹凸棒粘土经过高温煅烧，颗粒度在1000-1500目。
5.根据权利要求1所述的一种砖柱聚合物砂浆，其特征在于：所述矿物掺合料为粉煤灰、硅灰、矿渣中的一种或多种，所述矿物掺合料的粒径为0.1～20μm，添加方式为：添加10％粉煤灰或添加5％硅灰或添加5％矿渣，所述粉煤灰密度为2.4g/cm3，所述矿渣其密度为2.93g/cm3，比表面积为459m2/kg，硅灰密度为1.8g/cm3。
6.根据权利要求1-5所述的一种砖柱聚合物砂浆，其特征在于：所述聚合物砂浆的使用方法包括下列步骤：步骤S1、搅拌混合：将聚合物砂浆中水泥、河砂、凹凸棒粘土、重钙慢慢倒入清水中，同时不停搅拌，根据搅拌机的速度连续搅拌3～7min，再依次加入聚羧酸减水剂、乳化硅油消泡剂、增稠剂、硫酸钠、柠檬酸、聚合物乳液，混合均匀得到聚合物砂浆；步骤S2、表面处理：砖面必须结实，无灰尘、油脂及松散材料；步骤S3、将搅拌好的聚合物砂浆用木制刮刀或钢制镘刀抹在砖面上，厚度为1～2mm，得到砖柱砌体结构；步骤S4、拌好的共聚物砂浆浆料必须一次使用完，固化后不能加水再使用。
7.根据权利要求6所述的一种砖柱聚合物砂浆，其特征在于：所述聚合物砂浆的水胶比为0.38-042，优选为0.40。
8.根据权利要求1-5任一所述的一种砖柱聚合物砂浆的包钢加固方法，其特征在于：加固采用的黏结材料由聚合物乳液、偏高岭土、水泥、胶黏剂树脂、偶联剂聚合而成，采用苯乙烯-丙烯酸酯作为有机掺杂物，以偏高岭土为地质聚合物原料，以γ－氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为偶联剂，经重钙激发形成无机胶结材料，施工工序包括下列步骤：
步骤S11、放线钻孔：按照图纸要求的钢筋间距、位置放线然后接通电源，选用埋筋相匹配的钻头进行钻孔，其孔径应大于埋筋直径2～4mm，孔深应为埋筋直径的12D；
步骤S12、清孔注胶：吹净孔内粉尘后根据所需用量现场提取黏结材料，按照一定比例充分搅拌，混合均匀后注入孔内，以孔内盛满即可；
步骤S13、植筋：将钢筋埋植部分清除锈污，迅速植入孔内慢慢单向旋人直至埋件伸入孔洞底壁即可；
步骤S14、固结养护：固结期间勿振动埋筋，待完全固结后方可进行下道工序施工。
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