用于混凝土结构锈蚀损伤修复的水泥砂浆及其制备方法

摘要

本发明涉及一种用于混凝土结构锈蚀损伤修复的水泥砂浆及其制备方法。目前针对混凝土锈蚀损伤而普遍使用的水泥基砂浆修复材料，对于锈蚀损伤缺乏针对性与有效性，修复失效问题仍然存在。本发明将减水剂、阻锈剂溶于拌合水中，搅拌静置无沉淀；将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、膨胀剂按比例放入搅拌机中干拌，再加入以上液体混合搅拌2~3分钟；再加入拌合水搅拌得目的水泥砂浆。本发明中采用的复合阻锈剂，水泥适应性良好、与减水剂、膨胀剂等外加剂之间具有较好的相容性，对材料强度无不利影响，可改善拌合物流动性，砂浆基体致密度较高、防腐阻锈能力较好，具有优良的粘结性能、体积稳定性与施工性。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于混凝土结构锈蚀损伤修复的水泥砂浆及其制备方法。

背景技术

钢筋混凝土是公路、桥梁及工业建筑工程中应用最为广泛的一类建筑材料，随着结构材料服役年限增长，耐久性劣化问题日益凸显。混凝土耐久性统计结果表明，钢筋混凝土锈蚀损伤为主要耐久性病害，其对结构影响程度超过冻融循环、硫酸盐侵蚀等其它病害。锈蚀损伤的劣化方式为锈蚀产物产生的膨胀应力，降低了钢筋与混凝土的粘结性能，同时膨胀应力会导致混凝土表面产生顺筋裂缝或保护层胀裂剥落，外部介质较容易侵入混凝土内部，导致锈蚀反应速率成倍增加，对结构承载力带来难以预计的影响。针对钢筋混凝土锈蚀损伤的修复材料与技术研发，成为混凝土结构修复与加固领域的重点关注方向。

基于混凝土锈蚀损伤的特殊性与复杂性，对修复材料提出以下性能需求：

（1）优异的阻锈防腐性能：修复后钢筋钝化膜稳定存在、抑制锈蚀发展；

（2）较高的密实度：有效阻止Cl^-、CO₂及H₂O等有害物质的侵入；

（3）体积稳定性良好：收缩率较小、砂浆与基层混凝土之间不产生收缩开裂；

（4）较高的粘结强度：可与基层混凝土粘结紧密而不脱落；

（5）良好的力学性能：抗压强度不小于基层混凝土、且具有一定韧性；

（6）在不同构件、不同部位进行修复时砂浆流动性具有较大的调整范围。

修复材料需达标的性能指标为28d抗压强度≥35MPa、28d界面粘结强度≥1.5MPa、28d收缩率≤1%、、砂浆拌合物稠度在60~90mm之间可调、钢筋砂浆极化电位稳定。

现今我国针对混凝土锈蚀损伤而普遍使用的水泥基砂浆修复材料，抗压、抗折强度等力学性能突出，但对于混凝土特殊的锈蚀损伤特征，材料性能缺乏针对性与有效性，修复功能仅在于保护层替换覆盖与强度提升，而防腐阻锈性、物理相容性不佳等引发的修复失效问题仍然存在，综合修复效果不能达到预期目标，并且部分阻锈成分含有毒、有害成分，对人体健康和环境保护存在潜在威胁，且含阻锈剂修复材料价格高昂，遏制了锈蚀混凝土修复工作的有效开展。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于混凝土结构锈蚀损伤修复的水泥砂浆及其制备方法，可用于混凝土的局部锈蚀损伤修复，具有更优异的防腐阻锈性和体积稳定性。

本发明所采用的技术方案是：

用于混凝土结构锈蚀损伤修复的水泥砂浆，其特征在于：

由以下重量份的组分制成：

硅酸盐水泥300-330份；

粉煤灰30-40份；

硅灰20-30份；

石英砂550-600份；

膨胀剂30-40份；

减水剂4-6份；

阻锈剂1-3份；

及占混合料总重量份数11~15%的拌合水。

所述的硅酸盐水泥为P.O 42.5或P.O 42.5R普通硅酸盐水泥。

所述的粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。

所述的硅灰为活性硅灰。

所述的石英砂为细度模数为2.2~2.6的中砂。

所述的膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂，选自Sino-t60型或ZWL型膨胀剂。

所述的减水剂为萘磺酸盐减水剂，选自ZWL-Ⅱ型或HSP-NGX型减水剂。

所述的阻锈剂为三乙醇胺、乙醇胺和苯甲酸钠以质量比1:2:1复合而成的混合物。

用于混凝土结构锈蚀损伤修复的水泥砂浆的制备方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：按以下重量份的配比称取原料：

硅酸盐水泥300-330份；

粉煤灰30-40份；

硅灰20-30份；

石英砂550-600份；

膨胀剂30-40份；

减水剂4-6份；

阻锈剂1-3份；

及占混合料总重量份数11~15%的拌合水；

将减水剂、阻锈剂溶于30-40%的拌合水中，搅拌1~2分钟至静置无沉淀；

步骤二：将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、膨胀剂按比例放入搅拌机中干拌1~2分钟，再加入步骤一得到的液体混合搅拌2~3分钟；

步骤三：将剩余拌合水加入步骤二得到的固液混合料中搅拌2~3分钟。

所述的硅酸盐水泥为P.O 42.5或P.O 42.5R普通硅酸盐水泥；

所述的粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；

所述的硅灰为活性硅灰；

所述的石英砂为细度模数为2.2~2.6的中砂；

所述的膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂，选自Sino-t60型或ZWL型膨胀剂；

所述的减水剂为萘磺酸盐减水剂，选自ZWL-Ⅱ型或HSP-NGX型减水剂；

所述的阻锈剂为三乙醇胺、乙醇胺和苯甲酸钠以质量比1:2:1复合而成的混合物。

本发明具有以下优点：

本发明中采用的复合阻锈剂，水泥适应性良好、与减水剂、膨胀剂等外加剂之间具有较好的相容性，掺入水泥砂浆后对材料强度无不利影响，并且可在一定程度改善水泥砂浆拌合物的流动性。本发明修复材料的砂浆基体致密度较高、防腐阻锈能力较好，具有优良的粘结性能、体积稳定性与施工性，可显著减少Cl^-、CO₂气体、水分等有害物质的侵蚀程度，提高混凝土基体的电阻率与锈蚀钢筋的腐蚀电位，是一种理想的锈蚀混凝土结构修复材料，可广泛应用于公路、桥梁及工业建筑等混凝土工程的锈蚀损伤修复。>

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所涉及的用于混凝土结构锈蚀损伤修复的水泥砂浆的制备方法，由以下步骤实现：

步骤一：按以下重量份的配比称取原料：

硅酸盐水泥300-330份；

粉煤灰30-40份；

硅灰20-30份；

石英砂550-600份；

膨胀剂30-40份；

减水剂4-6份；

阻锈剂1-3份；

及占混合料总重量份数11~15%的拌合水；

将减水剂、阻锈剂溶于30-40%的拌合水中，搅拌1~2分钟至静置无沉淀；

步骤二：将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、膨胀剂按比例放入搅拌机中干拌1~2分钟，再加入步骤一得到的液体混合搅拌2~3分钟；

步骤三：将剩余拌合水加入步骤二得到的固液混合料中搅拌2~3分钟。

其中：

所述的硅酸盐水泥为符合GB/T 175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定的P.O 42.5或P.O 42.5R普通硅酸盐水泥；

所述的粉煤灰为符合GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的Ⅰ级粉煤灰；

所述的硅灰为符合GB/T 27690-2011《砂浆和混凝土用硅灰》规定的活性硅灰；

所述的石英砂为细度模数为2.2~2.6的中砂；

所述的膨胀剂为符合GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》规定的硫铝酸钙类膨胀剂，可选取Sino-t60型或ZWL型膨胀剂；

所述的减水剂为符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》规定的萘磺酸盐减水剂，可选取ZWL-Ⅱ型或HSP-NGX型减水剂；

所述的阻锈剂为三乙醇胺、乙醇胺和苯甲酸钠以质量比1:2:1复合而成的混合物。

实施例1：

步骤一：按以下重量份的配比称取原料：

硅酸盐水泥300份；

粉煤灰40份；

硅灰20份；

石英砂600份；

膨胀剂30份；

减水剂6份；

阻锈剂1份；

及占混合料总重量份数15%的拌合水；

将减水剂、阻锈剂溶于30-40%的拌合水中，搅拌1~2分钟至静置无沉淀；

步骤二：将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、膨胀剂按比例放入搅拌机中干拌1~2分钟，再加入步骤一得到的液体混合搅拌2~3分钟。

步骤三：将剩余拌合水加入步骤二得到的固液混合料中搅拌2~3分钟。

其中：

所述的硅酸盐水泥为符合GB/T 175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定的P.O 42.5普通硅酸盐水泥；

所述的粉煤灰为符合GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的Ⅰ级粉煤灰；

所述的硅灰为符合GB/T 27690-2011《砂浆和混凝土用硅灰》规定的活性硅灰；

所述的石英砂为细度模数为2.2~2.6的中砂；

所述的膨胀剂为符合GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》规定的硫铝酸钙类膨胀剂，如Sino-t60型膨胀剂；

所述的减水剂为符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》规定的萘磺酸盐减水剂，如ZWL-Ⅱ型减水剂；

所述的阻锈剂为三乙醇胺、乙醇胺和苯甲酸钠以质量比1:2:1复合而成的混合物。

本实例所得水泥砂浆性能测试结果如下：

（1）稠度：65mm

（2）28d收缩率：0.06%

（3）28d抗压强度：49MPa

（4）28d抗折强度：9.5MPa

（5）28d粘结强度：2.34MPa

（6）0~30min极化电位：735~635mV

（7）钢筋锈蚀性：无害。

实施例2：

步骤一：按以下重量份的配比称取原料：

硅酸盐水泥315份；

粉煤灰35份；

硅灰25份；

石英砂575份；

膨胀剂35份；

减水剂5份；

阻锈剂2份；

及占混合料总重量份数13%的拌合水；

将减水剂、阻锈剂溶于30-40%的拌合水中，搅拌1~2分钟至静置无沉淀；

步骤二：将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、膨胀剂按比例放入搅拌机中干拌1~2分钟，再加入步骤一得到的液体混合搅拌2~3分钟。

步骤三：将剩余拌合水加入步骤二得到的固液混合料中搅拌2~3分钟。

其中：

所述的硅酸盐水泥为符合GB/T 175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定的P.O 42.5普通硅酸盐水泥；

所述的粉煤灰为符合GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的Ⅰ级粉煤灰；

所述的硅灰为符合GB/T 27690-2011《砂浆和混凝土用硅灰》规定的活性硅灰；

所述的石英砂为细度模数为2.2~2.6的中砂；

所述的膨胀剂为符合GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》规定的硫铝酸钙类膨胀剂，如Sino-t60型膨胀剂；

所述的减水剂为符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》规定的萘磺酸盐减水剂，如ZWL-Ⅱ型减水剂；

所述的阻锈剂为三乙醇胺、乙醇胺和苯甲酸钠以质量比1:2:1复合而成的混合物。

本实例所得水泥砂浆性能测试结果如下：

（1）稠度：81mm

（2）28d收缩率：0.04%

（3）28d抗压强度：43.2MPa

（4）28d抗折强度：8.0MPa

（5）28d粘结强度：2.01MPa

（6）0~30min极化电位：694~570mV

（7）钢筋锈蚀性：无害。

实施例3：

步骤一：按以下重量份的配比称取原料：

硅酸盐水泥330份；

粉煤灰30份；

硅灰30份；

石英砂550份；

膨胀剂40份；

减水剂4份；

阻锈剂3份；

及占混合料总重量份数11%的拌合水；

将减水剂、阻锈剂溶于30-40%的拌合水中，搅拌1~2分钟至静置无沉淀；

步骤二：将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、膨胀剂按比例放入搅拌机中干拌1~2分钟，再加入步骤一得到的液体混合搅拌2~3分钟。

步骤三：将剩余拌合水加入步骤二得到的固液混合料中搅拌2~3分钟。

其中：

所述的硅酸盐水泥为符合GB/T 175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定的P.O 42.5R普通硅酸盐水泥；

所述的粉煤灰为符合GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的Ⅰ级粉煤灰；

所述的硅灰为符合GB/T 27690-2011《砂浆和混凝土用硅灰》规定的活性硅灰；

所述的石英砂为细度模数为2.2~2.6的中砂；

所述的膨胀剂为符合GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》规定的硫铝酸钙类膨胀剂，如ZWL型膨胀剂；

所述的减水剂为符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》规定的萘磺酸盐减水剂，如HSP-NGX型减水剂；

所述的阻锈剂为三乙醇胺、乙醇胺和苯甲酸钠以质量比1:2:1复合而成的混合物。

本实例所得水泥砂浆性能测试结果如下：

（1）稠度：73mm

（2）28d收缩率：0.08%

（3）28d抗压强度：50.9MPa

（4）28d抗折强度：10.5MPa

（5）28d粘结强度：2.28MPa

（6）0~30min极化电位：730~675mV

（7）钢筋锈蚀性：无害。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。