一种用于混凝土加固修复的水泥聚合物砂浆

摘要

本发明涉及一种建筑材料及其制备方法。本发明公开的一种用于混凝土加固修复的水泥聚合物砂浆，其包含的原料及重量配比如下：硅酸盐水泥360－400份、活性掺合料40－50份、减水剂2－4份、石英砂550－600份、丙烯酸改性松香树脂1.5－8.5份、丙烯酸酯乳液72.5－88.0份。本发明所述水泥聚合物砂浆抗裂性好，且有较高的抗压、抗折强度，与水泥试块的粘接强度好，流动度范围宽，能适应各种现场施工条件，主要用于混凝土结构的加固和修复。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑材料及其制备方法，特别涉及用于混凝土加固修复的水泥聚合物砂浆及其制备方法。

背景技术

砂浆的作用有两个方面：一是将砂浆层与基层混凝土粘接牢固形成一个整体；二是起到钢筋或钢网保护层的作用。一般砂浆层的厚度为10-30mm，在混凝土结构加固修复时，将搅拌好的砂浆用机械喷涂或手工涂抹或灌浆的方式固定到被修补的混凝土表面。

故对砂浆的要求是：

(1)具有较高的抗压强度：砂浆的强度不应小于基层混凝土的强度；

(2)较高的抗折强度：即柔韧性强，有一定的抗裂性和抗变形能力；

(3)有较高的粘接能力：要求与基层混凝土紧密粘接；

(4)在实施手工抹灰时要求有较低的流动性，而灌浆施工时要求有较高的流动性。

需达标的数据为28天抗压强度≥50MPa、28天抗折强度≥10Mpa、与水泥试块的粘接强度≥1.50MPa、流动度≥160mm且70℃抗裂试验时砂浆表面不允许出现裂缝等。

国内目前绝大多数水泥聚合物砂浆均采用丙烯酸酯乳液做胶黏剂，这种乳液与水泥砂浆有很好的配伍性，新拌砂浆有30-60分钟的可操作时间，但不能同时满足上述抗压、抗折、粘接和收缩指标。上海同济大学的试验室做出的砂浆满足上述抗压、抗折、粘接和收缩指标，但其中聚合物使用的是丁苯乳液，由于试验用丁苯乳液价格较高，且与水泥砂浆的配伍性较差，目前仍未发现在实际工程中应用的报道。另外上述两类砂浆在70℃抗裂试验时易出现裂缝现象。

发明内容

本发明解决了现有水泥聚合物砂浆易于出现裂缝的问题，提供一种成本低且同时满足28天抗压强度≥50MPa、28天抗折强度≥10Mpa、粘接强度≥1.50MPa、流动度在168-320mm之间、70℃抗裂试验时砂浆表面不出现裂缝的新型水泥聚合物砂浆。该水泥聚合物砂浆在流动度为168-182mm时适用于手工抹灰施工，流动度为309-320mm时适用于灌浆施工。

本发明的水泥聚合物砂浆，其包含的原料的重量配比为：硅酸盐水泥360-400份、活性掺合料40-50份、减水剂2-4份、石英砂550-600份、丙烯酸改性松香树脂1.5-8.5份、丙烯酸酯乳液72.5-88.0份。

上述减水剂优选为符合GB8076《混凝土外加剂》的萘磺酸盐或聚羧酸减水剂。硅酸盐水泥优选GB175《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定的PO52.5硅酸盐水泥。

上述活性掺合料优选符合GB1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的I级粉煤灰、主要成分为二氧化硅的活性硅灰和主要成分为二氧化硅和三氧化二铝的矿渣粉以任意比混合而成。

丙烯酸酯乳液的固含量为49％，PH值在7.0-8.5之间，Tg值为10℃。丙烯酸改性松香树脂固含量为44％，PH值在4.0-5.0之间，Tg值为5℃。

丙烯酸酯乳液和丙烯酸改性松香树脂混合后形成一类柔性链段嵌段而形成的带有活性基团的液体聚合物，掺加到水泥砂浆后能以岛状和链状相间的长链结构与水泥水化物及骨料牢固结合，即以长链结构为水泥砂浆提供韧性联结也以岛状结构的变形抵御砂浆收缩而产生的收缩应力，阻止砂浆的开裂。

本发明选用的石英砂粒径为0.088-2.0mm，其具体粒径分布(按重量百分比计)为：1-2mm10-30％、0.4-1.0mm25-40％、0.2-0.4mm18-30％、0.088-0.2mm6-15％。

本发明的水泥聚合物砂浆还可含有60-80份水。

当上述水泥聚合物砂浆包含的原料优选的重量配比为：硅酸盐水泥380-400份、活性掺合料48-50份、减水剂3.5.-4.0份、石英砂550-572份、丙烯酸改性松香树脂2.0-8.5份、丙烯酸酯乳液81.5-88.0份，且减水剂为聚羧酸减水剂时，制备的水泥聚合物砂浆流动度为309-320mm，适用于灌浆施工。

当上述水泥聚合物砂浆包含的原料优选重量配比为：硅酸盐水泥360-370份、活性掺合料40-45份、减水剂2.0-2.4份、石英砂585-600份、丙烯酸改性松香树脂1.5-7.5份、丙烯酸酯乳液72.5-78.5份，且减水剂为萘磺酸盐减水剂时，所制备的水泥聚合物砂浆流动度为168-182mm，适用于手工抹灰施工。

本发明还提供上述水泥聚合物砂浆的制备方法。制备本发明的水泥聚合物砂浆的方法由以下步骤组成：

第一步，将丙烯酸改性松香树脂、丙烯酸酯乳液与水按规定重量比例称取后放入搅拌罐中在常温常压下混合搅拌10-15分钟，得到液体预混料备用。

第二步，将硅酸盐水泥、石英砂、减水剂、活性掺合料按比例放入搅拌机中混合搅拌10-15分钟再加入规定重量比例的第一步所得的液体预混料混合搅拌10-15分钟即可。

本发明所述水泥聚合物砂浆，按如下标准测试：抗压和抗折强度按GB/T17671《水泥胶砂强度试验方法》测试；粘接强度按JC/T907《混凝土界面处理剂》测试；流动度按YB/T9261-98《水泥基灌浆材料施工技术规程》测试；抗裂性按BYSMC-ES-04-2007《EC抗裂砂浆》测试。本发明测试抗裂性的方法是将配制好的聚合物砂浆材料涂抹在160×120×5mm的水泥纤维板上，涂抹层厚度不小于10mm，然后直接放入已加热到70℃的且有热风内循环的烘箱内，一般不少于4h，取出后观察其表面开裂情况。经这种方法检验合格的产品用在混凝土结构加固施工中，经12个月的观察没有发现任何裂缝，说明本发明测试方法对早期抗裂性能的检验较为严格，具有较高的可信度。

本发明的水泥聚合物砂浆的各种性能测试结果为：

(1)抗压强度：52.31-64.32MPa，可满足C40(包括)以下混凝土结构的加固修复；

(2)抗折强度：10.54-17.50MPa，使砂浆具有柔韧性、抗裂抗变形性；

(3)粘接力：1.54-3.08MPa；

(4)流动度：168-320mm；

(5)抗裂性：在70℃抗裂试验未出现开裂。

本发明的水泥聚合物砂浆主要用于混凝土结构的加固和修复。

具体实施方式：

实施例1 本发明的水泥聚合物砂浆及其制备方法

本发明的水泥聚合物砂浆，其原料的重量配比如下：

硅酸盐水泥                 360份

活性掺合料                 40份

减水剂                     2.0份

石英砂                     600份

丙烯酸改性松香树脂         1.5份

丙烯酸酯乳液               78.5份

水                         60份

减水剂为萘磺酸盐减水剂，活性掺合料40份由活性硅灰7份、I级粉煤灰16份、矿渣粉17份组成。所述硅酸盐水泥是GB175《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的52.5硅酸盐水泥。丙烯酸改性松香树脂的固含量为44％，PH值4.0，Tg值为5℃。丙烯酸酯乳液的固含量为49％，PH值为7.0，Tg值为10℃。

制备方法为：

第一步，将丙烯酸改性松香树脂、丙烯酸酯乳液与水按规定重量比例称取后放入搅拌罐中在常温常压下混合搅拌10-15分钟，得到液体预混料备用。

第二步，将硅酸盐水泥、石英砂、减水剂、活性掺合料按比例放入搅拌机中混合搅拌10-15分钟再加入规定重量比例的第一步所得的液体预混料混合搅拌10-15分钟即可。

本实施例所得聚合物砂浆性能如下：

(1)抗压强度：64.32MPa

(2)抗折强度：10.54MPa

(3)粘接力：1.54MPa

(4)流动度：182mm

(5)抗裂性：在70℃抗裂试验未出现开裂。

实施例2

取重量配比如下的原料，按实施例1所述方法制备水泥聚合物砂浆：

硅酸盐水泥                360份

活性掺合料                40份

减水剂                    2.2份

石英砂                    600份

丙烯酸改性松香树脂        3.0份

丙烯酸酯乳液              77.0份

水                        60份。

所述活性掺合料40份由活性硅灰8份、I级粉煤灰23份、矿渣粉9份组成。

所述硅酸盐水泥是GB175《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的52.5硅酸盐水泥。丙烯酸改性松香树脂的固含量为44％，PH值4.0，Tg值为5℃，。丙烯酸酯乳液的固含量为49％，PH值为7.0，Tg值为10℃。

本实施例所制备的水泥聚合物砂浆性能如下：

(1)抗压强度：63.33MPa

(2)抗折强度：12.72MPa

(3)粘接力：2.52MPa

(4)流动度：174mm

(5)抗裂性：在70℃抗裂试验未出现开裂。

实施例3

取重量配比如下的原料，按实施例1所述方法制备水泥聚合物砂浆：

硅酸盐水泥                      370份

活性掺合料                      45份

减水剂                          2.4份

石英砂                          585份

丙烯酸改性松香树脂              7.5份

丙烯酸酯乳液                    72.5份

水                              60份

活性掺合料45份由活性硅灰11份、I级粉煤灰20份、矿渣粉14份组成。减水剂为萘磺酸盐减水剂。丙烯酸改性松香树脂的固含量为44％，PH值4.0，Tg值为5℃。丙烯酸酯乳液固含量为49％，PH值为7.0，Tg值为10℃。

本实施例所制备的水泥聚合物砂浆性能如下：

(1)抗压强度：52.31MPa

(2)抗折强度：17.50MPa

(3)粘接力：2.81MPa

(4)流动度：168mm

(5)抗裂性：在70℃抗裂试验未出现开裂。

实施例4

取重量配比如下的原料，按实施例1所述方法制备水泥聚合物砂浆：

硅酸盐水泥                  380份

活性掺合料                  48份

减水剂                      3.5份

石英砂                      572份

丙烯酸改性松香树脂          2.0份

丙烯酸酯乳液                88.0份

水                          80份

所述活性掺合料48份由活性硅灰23份、I级粉煤灰10份、矿渣粉15份组成。

硅酸盐水泥是GB175《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的52.5硅酸盐水泥。

丙烯酸改性松香树脂的固含量为44％，PH值4.0，Tg值为5℃。

丙烯酸酯乳液固含量为49％，PH值为7.0，Tg值为10℃。

减水剂为聚羧酸减水剂。

本实施例所制备的水泥聚合物砂浆性能如下：

(1)抗压强度：62.15MPa

(2)抗折强度：11.65MPa

(3)粘接力：1.72MPa

(4)流动度：320mm

(5)抗裂性：在70℃抗裂试验未出现开裂。

实施例5

取重量配比如下的原料，按实施例1所述方法制备水泥聚合物砂浆：

硅酸盐水泥                         400份

活性掺合料                         50份

减水剂                             3.8份

石英砂                             550份

丙烯酸改性松香树脂                 3.5份

丙烯酸酯乳液                       86.5份

水                                 80份

硅酸盐水泥是GB175《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的52.5硅酸盐水泥。

丙烯酸改性松香树脂的固含量为44％，PH值4.0，Tg值为5℃。

减水剂为聚羧酸减水剂。

活性掺合料50份由活性硅灰25份、I级粉煤灰17份、矿渣粉8份组成。所述丙烯酸酯乳液固含量为49％，PH值为7.0，Tg值为10℃。

本实施例所制备的水泥聚合物砂浆性能如下：

(1)抗压强度：60.55MPa

(2)抗折强度：14.40MPa

(3)粘接力：2.67MPa

(4)流动度：315mm

(5)抗裂性：在70℃抗裂试验未出现开裂。

实施例6

取重量配比如下的原料，按实施例1所述方法制备水泥聚合物砂浆：

硅酸盐水泥                               400份

活性掺合料                               50份

减水剂                                   4.0份

石英砂                                   550份

丙烯酸改性松香树脂                       8.5份

丙烯酸酯乳液                             81.5份

水                                       80份

硅酸盐水泥是GB175《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的52.5硅酸盐水泥。丙烯酸改性松香树脂的固含量为44％，PH值4.0，Tg值为5℃。活性掺合料50份由活性硅灰27份、I级粉煤灰16份、矿渣粉7份组成。减水剂为聚羧酸减水剂。丙烯酸酯乳液固含量为49％，PH值为7.0，Tg值为10℃。

本实施例所制备的水泥聚合物砂浆性能如下：

(1)抗压强度：58.11MPa

(2)抗折强度：16.30MPa

(3)粘接力：3.08MPa

(4)流动度：309mm

(5)抗裂性：在70℃抗裂试验未出现开裂。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，非用于限定本发明的保护范围。