CN115536355A - 用于冷却塔防护修复的渗透型改性水泥基纤维增强材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于冷却塔防护修复的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其成分包括：磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥50‑70重量份；磨细金刚砂15‑25重量份；微硅粉2‑10重量份；粉煤灰5‑8重量份；亲水性气相纳米二氧化硅1‑3重量份；纳米碳酸钙1‑3重量份；PVA纤维0.5‑1重量份；玄武岩纤维0.2‑0.5重量份；钙离子补偿剂5‑10重量份；有机络合剂：2‑5重量份；阴离子聚丙烯酰胺：1‑2重量份；凝结时间调节剂：1‑3重量份。本发明的材料施工简便，只需一次施工，即可同时达到冷却塔结构修复、耐久性防护、外壁美化。适合于纳米改性，渗透性更好，凝结时间可调节，方便施工。
Description
技术领域
本发明涉及冷却塔防护修复技术，更具体地说涉及一种采用渗透型改性水泥基纤维增强材料进行冷却塔防护修复的技术。
背景技术
火电厂、核电站的循环水自然通风冷却塔是一种大型薄壳型构筑物。建在水源不十分充足的地区的电厂，为了节约用水，需建造一个循环冷却水系统，以使得冷却器中排出的热水在其中冷却后可重复使用。大型电厂采用的冷却构筑物多为双曲线型冷却塔。
通常，冷却塔壁采用钢筋混凝土预制形成。由于钢筋混凝土存在非连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构混凝土是由粗集料、砂和胶结材料组成的固、液、气三相并存的建筑材料，内部会存在大量的孔隙和气泡，其本质是一种多孔隙的非均质材料。这些孔隙为外界物质的侵入提供了通道，水、空气中的二氧化碳、硫酸盐、氯离子通过孔隙进入混凝土内部，与混凝土发生劣化反应，使混凝土耐久性能明显降低。
而且由于冷却塔长期处于温度高、湿度大的环境中，这种环境更加加剧了混凝土的劣化，从而影响到冷却塔塔壁的结构性能，导致冷却塔寿命缩短，冷却塔在服役一段时间后出现表面严重的老化、受损状态。
现有技术已经存在一些纳米改性硅酸盐渗透结晶材料，可以在混凝土壁部的一定深度内形成结晶，渗透深度约为5mm，并实现对老旧混凝土的耐久性防护。例如CN109912248A的纳米改性硅酸盐渗透结晶材料。然而这种材料在使用时，可与混凝土表层裂缝紧密结合，提高水泥基材料的粘接能力。但因其本身是单纯水泥基型制品，且薄层材料干缩大，抗压及抗拉强度较低，耐候性差，易在混凝土表面形成薄弱结构，并在薄弱区域形成劣化离子通路，丧失防护能力，加速混凝土结构老化破坏。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种冷却塔防护修复的渗透型改性水泥基纤维增强材料，用于一次性在受损的冷却塔表面实现结构性修复并渗透至近表面的一定深度范围内形成防护层，使修复加固后的混凝土表面翻新并具有优异的抗渗、防酸、耐腐蚀、抗剥离等性能。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种用于冷却塔防护修复的渗透型改性水泥基纤维增强材料，包括以下组分：
磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥：50-70重量份；
磨细金刚砂：15-25重量份；
微硅粉：2-10重量份；
粉煤灰：5-8重量份；
亲水性气相纳米二氧化硅：1-3重量份；
PVA纤维：0.5-1份；
玄武岩纤维：0.2-0.5份；
纳米碳酸钙：1-3重量份；
钙离子补偿剂：5-10重量份；
有机络合剂：2-5重量份；
阴离子聚丙烯酰胺：1-2重量份；
凝结时间调节剂：1-3重量份。
所述成分分为A剂和B剂，所述A剂和B剂在材料涂刷施工前充分混合。
优选地，所述A剂包括所述磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥、磨细金刚砂、微硅粉、粉煤灰和亲水性气相纳米二氧化硅、PVA纤维、玄武岩纤维。
优选地，所述粉煤灰比表面积为磨细分选400-600㎡/g高钙粉煤灰，微观颗粒形貌玻璃微珠结构占比60％-80％。
优选地，所述B剂包括所述纳米碳酸钙、钙离子补偿剂、有机络合剂、阴离子聚丙烯酰胺、凝结时间调节剂，水。
其中，纳米碳酸钙：1-3重量份；有机络合剂：2-5重量份；阴离子聚丙烯酰胺：1-2重量份；凝结时间调节剂：1-3重量份；水：80-90份。
优选地，所述钙离子补偿剂包括甲酸钙、草酸钙中的一种或几种。
优选地，所述凝结时间调节剂包括葡萄糖酸钠、柠檬酸、硫酸钠、蔗糖中的一种或几种。
(三)有益效果
本发明所述A剂以磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥为基材，该组分为水硬性材料且硬化速度快；所述B剂是A剂的触发及促进其硬化的组分，在施工前进行混合，以使本发明的增强材料在理想时机硬化。
本发明中所述的亲水性气相纳米二氧化硅及粉煤灰可以改善界面过渡区域的孔隙结构，降低界面过渡区离子通路，与纳米碳酸钙共同作用，改善颗粒级配，优化水泥水化产物，形成致密稳定的凝胶结构，促进材料渗透至混凝土内部，强化微骨料效应，有效提高材料密实度、粘接性能及抗渗能力。
所述PVA纤维具有弹性模量高、抗拉强度高、分散性好的特点，作为材料的增强体，能够提高材料的抗拉值，并提高粘接强度，使纤维与水泥间十分紧密，确保材料具备早期抗开裂性能；掺入玄武岩纤维后，能够促进材料低温抗裂性和抗疲劳性，使材料具备良好的耐久性，应用范围更广。
所述阴离子聚丙烯酰胺有机高分子聚合物的长分子链结构以及大分子中的键节或链段的自旋转性，拥有无机非金属材料不具有的弹性和塑性，可以降低材料的脆性，改善其柔性，降低塑性收缩裂纹，能使材料抗折强度、层间粘结强度、耐久性和弯曲韧性比传统材料有很大增强。
借助于上述组分的复配和协同作用，本发明提供了一种特别适合于冷却塔修复的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其技术效果在于：施工简便，一次施工即可达到冷却塔外壁修复、美化及防腐效果，本身的纳米结构使材料具有强渗透性，涂层附着力好，具有优异的抗渗、抗碳化、抗冻融性能的同时，还有良好抗水冲磨性能，凝结时间可调节，表干时间快，能够大幅缩短施工周期；
养护时间短，可在8-10小时内具备服役能力，特别适合于冷却塔的工作环境条件，大幅降低养护成本及因施工造成的运行成本。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明实施例提供一种用于冷却塔防护修复的水泥基纳米改性加固材料，其包括：磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥50-70重量份；磨细金刚砂15-25重量份；微硅粉2-10重量份；粉煤灰5-8重量份；亲水性气相纳米二氧化硅1-3重量份；PVA纤维0.5-1重量份；玄武岩纤维0.2-0.5重量份；纳米碳酸钙1-3重量份；钙离子补偿剂5-10重量份；有机络合剂2-5重量份；阴离子聚丙烯酰胺1-2重量份；凝结时间调节剂1-3重量份。
本发明实施例的用于冷却塔防护修复的水泥基纳米改性加固材料的制备方法包括：
步骤1：取磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥50-70重量份；磨细金刚砂15-25重量份；微硅粉2-10重量份；粉煤灰5-8重量份；亲水性气相纳米二氧化硅1-3重量份；PVA纤维：0.5-1份；玄武岩纤维：0.2-0.5份；采用干粉混料机充分混合均匀后，即成A剂；
步骤2：取纳米碳酸钙1-3重量份；纳米碳酸钙1-3重量份；有机络合剂2-5重量份；阴离子聚丙烯酰胺1-2重量份；凝结时间调节剂1-3重量份；水80-90重量份；在500-800rpm转速的机械搅拌器中混合搅拌，边搅拌边加入凝结时间调节剂1-3重量份，充分混合后，制成B剂。
步骤3：在施工前按比例充分混合搅拌A剂和B剂，获得渗透型改性水泥基纤维增强材料。
使用所述渗透型改性水泥基纤维增强材料对老化、损坏的冷却塔壁面进行修复、美化、耐久性防护的施工工艺包括：首先用高压水对冷却塔表面实施冲洗、必要时刷掉表面附着的污物。在冲洗完成后混凝土表面处于潮湿状态时涂刷渗透型改性水泥基纤维增强材料1遍或2遍，每一遍涂刷量大约为400g/㎡，也可以根据冷却塔壁面结构损坏程度适当调整。施工后24小时后表干即可验收。
实施例一
步骤1：取磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥:60重量份；磨细金刚砂20重量份；粉煤灰8重量份；微硅粉6重量份；亲水性气相纳米二氧化硅2重量份；PVA纤维：0.7份；玄武岩纤维：0.3份；采用干粉混料机充分混合均匀后，即成A剂；
步骤2：取有纳米碳酸钙1重量份；纳米碳酸钙3重量份；机络合剂3重量份；阴离子聚丙烯酰胺2重量份；水90重量份；在500-800rpm转速的机械搅拌器中混合搅拌，边搅拌边加入凝结时间调节剂2重量份，充分混合后，制成B剂。
步骤3：在施工前充分混合搅拌A剂和B剂，获得渗透型改性水泥基纤维增强材料。
使用所述渗透型改性水泥基纤维增强材料对老化、损坏的冷却塔壁面进行修复。首先，用高压水对冷却塔表面实施冲洗、清污。在冲洗完成后混凝土表面处于潮湿状态时涂刷渗透型改性水泥基纤维增强材料2遍，每一遍涂刷量400g/㎡。施工24小时后验收。
所得混凝土表面的水泥基涂层附着力好，抗渗、耐老化、不流淌，表干时间快。
本发明的渗透型改性水泥基纤维增强材料选用的亲水性气相纳米二氧化硅，能够改善界面过渡区域的孔隙结构，与纳米碳酸钙共同作用，改善颗粒级配，优化水泥水化产物，增加材料密实度，促进材料渗透至混凝土内部，强化微骨料效应，提高粘结强度及耐候性。
所述PVA纤维及玄武岩纤维具有弹性模量高、抗拉强度高的特点，作为材料的增强体，能够提高材料的抗拉值，并提高粘接强度，PVA纤维表面结构粗糙，能够有效增强纤维与水泥间的物理锚固能力，使纤维与水泥间十分紧密，减少细微裂缝的产生。
所述阴离子聚丙烯酰胺有机高分子聚合物的长分子链结构以及大分子中的键节或链段的自旋转性，拥有无机非金属材料不具有的弹性和塑性，可以降低材料的脆性，改善其柔性，降低塑性收缩裂纹，能使材料抗折强度、层间粘结强度、耐久性和弯曲韧性相比传统材料增强。在90天耐候性能测试中，抗渗性能、表层抗剥离性能、防酸耐腐蚀性能均大于标准值，满足冷却塔修复性能需要。
所述材料施工中及验收后可检测到涂层性能如下：
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种用于冷却塔防护修复的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其特征在于，包括以下组分：
磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥：50-70重量份
磨细金刚砂：15-25重量份
微硅粉：2-10重量份
粉煤灰：5-8重量份
亲水性气相纳米二氧化硅：1-3重量份
PVA纤维：0.5-1份
玄武岩纤维：0.2-0.5份
纳米碳酸钙：1-3重量份
钙离子补偿剂：5-10重量份
有机络合剂：2-5重量份
阴离子聚丙烯酰胺：1-2重量份
凝结时间调节剂：1-3重量份。
2.根据权利要求1所述的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其特征在于，所述组分分为A剂和B剂，所述A剂和B剂在材料涂刷施工前充分混合。
3.根据权利要求2所述的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其特征在于，所述A剂包括所述磷酸镁水泥或硫铝酸盐水泥、所述磨细金刚砂、所述微硅粉、所述粉煤灰、所述亲水性气相纳米二氧化硅、所述PVA纤维、所述玄武岩纤维。
4.根据权利要求2所述的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其特征在于，所述B剂包括所述纳米碳酸钙、所述钙离子补偿剂、所述有机络合剂、所述阴离子聚丙烯酰胺和所述凝结时间调节剂。
5.根据权利要求1所述的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其特征在于，所述钙离子补偿剂包括甲酸钙、草酸钙中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其特征在于，所述粉煤灰比表面积为磨细分选400-600㎡/g高钙粉煤灰，微观颗粒形貌玻璃微珠结构占比60％-80％。
7.根据权利要求1所述的渗透型改性水泥基纤维增强材料，其特征在于，所述凝结时间调节剂包括葡萄糖酸钠、柠檬酸、硫酸钠、蔗糖中的一种或几种。
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