一種高強聚合物改性水泥砂漿、制備方法及其應用
【專利摘要】本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領域，具體涉及一種高強聚合物改性水泥砂漿、制備方法及其應用。本發(fā)明由水泥、砂、聚合物乳液、減水劑、消泡劑和水按一定配比組合而成，利用聚合物乳液和高效減水劑復合后的協(xié)同效應，通過試驗研究進行原材料選取和配方優(yōu)化，在低聚合物乳液摻量條件下（占水泥質(zhì)量的4%?6%），其28d天抗壓強度高達75.5?97.8MPa，抗折強度高達14.8?17.7MPa，與混凝土正拉伸粘結(jié)強度高達2.5?3.4MPa，劈裂抗拉強度高達8.25?9.56MPa。本發(fā)明產(chǎn)品和易性好，施工方便，能夠滿足鋼絲繩網(wǎng)片?聚合物砂漿面層加固法所需要的各項砂漿性能且成本低廉。
【專利說明】
-種高強聚合物改性水泥砂漿、制備方法及其應用
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領域，具體設及一種高強聚合物改性水泥砂漿、制備方 法及其應用。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層加固法是W鋼絲網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)和加筋為增強材料，水 泥砂漿為基材組成的薄層結(jié)構(gòu)，是一種理想的鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)及擱體結(jié)構(gòu)的加固方法。鋼 絲網(wǎng)提高結(jié)構(gòu)的承載力，砂漿層起保護和錯固作用。它擁有較高的抗拉強度重量比和較高 的初性、延展性及耐久性，比普通水泥砂漿有著大得多的抗裂能力，容易被誘筑成任意的形 狀，適合于各種輪廓外形的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的修復和加固。采用鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層加固 法對已有的混凝±結(jié)構(gòu)進行補強和加固具有常規(guī)加固方法不能比擬的優(yōu)越性，此方法加固 效果明顯且施工便捷。
[0003] 《混凝±結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》GB50367-2013鋼絲繩網(wǎng)-聚合物改性水泥砂漿面層加 固鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)時對聚合物砂漿的力學性能做了很高要求，其對I級砂漿技術(shù)指標要求 為:與混凝±的正粘結(jié)抗拉強度> 2.5MPa，且混凝±內(nèi)聚破壞;抗折強度> 12MPa;抗壓強度 > 55Mpa，劈裂抗拉強度> 7MPa。
[0004] 同時在《混凝±結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》GB50367-2013中指出，對一般結(jié)構(gòu)的加固，不 得使用聚乙締醇類、氯偏類、苯丙類聚合物W及乙締-醋酸乙締共聚物配制。聚乙締醇類、乙 締-醋酸乙締共聚物類聚合物由于其本身易水解而容易出現(xiàn)安全隱患，氯偏類膠乳由于在 堿性環(huán)境下分解釋放出大量的氯離子容易引起混凝±結(jié)構(gòu)的鋼筋誘蝕等問題而不被用于 混凝±結(jié)構(gòu)的加固。但是，苯丙類乳液，屬于改性丙締酸醋乳液中的一種，其在乳液聚合過 程中用苯乙締部分或全部替代純丙乳液中的甲基丙締酸甲醋，從而使得聚合物膜的耐水、 耐堿性均得到提高。雖在耐候性方面由于其苯環(huán)中有6個31電子而略遜于純丙乳液，但仍遠 超于下苯乳液，且其改性砂漿在力學性能、耐久性等方面毫不遜色于純丙類、改性下苯類或 改性氯下類聚合物乳液。然而由于市場上對于苯丙乳液的偏見而非苯丙乳液本身性能的問 題，使得苯丙乳液不被應用于混凝±結(jié)構(gòu)加固用聚合物水泥砂漿領域。
[0005] 目前現(xiàn)有的混凝±結(jié)構(gòu)加固用聚合物改性水泥砂漿大多使用改性丙締酸醋乳液 來進行改性，為了得到較高的抗折和粘結(jié)強度，一般聚合物乳液的滲量都在水泥質(zhì)量的10% W上。由于所用的聚合物乳液薄膜本身屬于柔性材料，聚合物滲量增加時，其改性砂漿的抗 壓強度迅速下降，高抗折、高粘結(jié)強度和高抗壓強度之間的矛盾就成為了聚合物改性砂漿 領域的一個難題。目前市面上的聚合物改性水泥砂漿很難同時滿足W上粘結(jié)、抗折、抗壓強 度要求。專利(公開號：101412609)中有少部分配方滿足上述指標要求，但其配方中所用的 聚合物乳液滲量較高水泥質(zhì)量的10%)，所用水泥為P052.5水泥，W及活性滲和料娃灰價 格較高等因素從而導致其產(chǎn)品價格較高，且產(chǎn)品配方中所用材料種類繁多，不利于施工。因 此，開發(fā)一種施工性能好、強度高、初性和耐久性好且成本低廉的水泥砂漿是此加固方法能 夠充分發(fā)揮加固作用和廣泛應用的關鍵要素之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、工作性好、抗折、抗壓強度高、粘結(jié)性能好、耐 久性好的高強聚合物改性水泥砂漿、制備方法及其應用。
[0007] 本發(fā)明提出的高強聚合物改性水泥砂漿，由水泥、砂、聚合物乳液、減水劑、消泡劑 和水組成，其組成配比如下： 組分 質(zhì)量份 水泥 100 聚合物乳液(W固體質(zhì)量計算） 4~6 砂 50~200 減水劑(固體質(zhì)量按水泥質(zhì)量計算） 0.1~0.5% 消泡劑(按聚合物乳液質(zhì)量計算） 0.05~0.2% 水(包括乳液和減水劑中所含水分） 20-25 其中：所述聚合物乳液為可用于水泥改性的苯丙乳液，Tg為12°C，固體含量為50%或下 苯乳液，恥為6°C，固體含量為48%，所述減水劑為液體聚簇酸減水劑，其固體含量為20%。
[000引本發(fā)明中，所述水泥為P042.5普通娃酸鹽水泥。
[0009] 本發(fā)明中，所述砂為石英砂，其中各粒徑范圍所占百分比為大于等于0.08mm，小于 0.16mm占 6-13〇/〇,大于等于0.16mm，小于0.5mm占 1〇-30〇/〇,大于等于0.5mm，小于 1. Omm 占 24-44%，大于等于1.0mm，小于1.6mm占16-36%,大于等于1.6mm，小于2mm占2-12%。
[0010] 本發(fā)明中，所述消泡劑為礦物油疏水氣相白炭黑及金屬皂類消泡劑。
[0011] 本發(fā)明提出的高強聚合物改性水泥砂漿的制備方法，具體步驟如下： (1)按選擇好的原料配比稱量各組分，將聚合物乳液、水和減水劑倒入到攬拌鍋中混合 均勻； (2 )向攬拌鍋中加入水泥，慢速攬拌30 s; (3)向步驟(2)所得產(chǎn)物中加入石英砂，慢速攬拌210s，攬拌結(jié)束前滴加消泡劑，即得所 需產(chǎn)物。
[0012] 本發(fā)明提出的高強聚合物改性水泥砂漿在鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層加固法中 的應用。所述鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層加固法用高強聚合物改性水泥砂漿的養(yǎng)護方式 為脫模后潮濕養(yǎng)護至7d后干養(yǎng)護至28d。
[0013] 本發(fā)明中聚合物乳液作為改性組分，能夠改善新拌水泥漿體的工作性、保水性、流 變性等性能，并在砂漿中能夠與水泥的液相一起向基體的孔隙及毛細管內(nèi)滲透，在孔隙及 毛細管內(nèi)成膜并牢固地吸附在基體表面，從而保證了砂漿與基體之間良好的牢固黏結(jié)。在 水泥水化和硬化后，聚合物失水而形成聚合物膜附著在水泥水化產(chǎn)物上，或填充在水泥空 隙中，與水泥石互為連續(xù)相，不僅可W明顯提高砂漿的黏結(jié)強度，還可W改善砂漿的柔初 性，降低砂漿的壓折比。
[0014] 高效減水劑能夠在不改變混凝±工作度情況下，大幅度的減少混凝±拌合水用 量，并且顯著地提高混凝±強度。本發(fā)明中將聚合物乳液和減水劑復合起來改性水泥砂漿， 由于所用減水劑屬于陰離子型表面活性劑，聚合物乳液為陰離子型乳液，聚合物乳液和減 水劑會在水泥漿體中產(chǎn)生協(xié)同作用，一方面能夠使聚合物改性砂漿的水灰比降低，顯著提 高其強度等級；另一方面，砂漿拌和后，減水劑小分子被優(yōu)先吸附在水泥顆粒表面，由于同 電性相斥及聚簇酸減水劑的空間位阻效應從而降低了聚合物乳液顆粒在水泥粒子表面的 吸附，使得水泥漿體中有更多的自由聚合物乳液顆粒填充在空隙和界面過渡區(qū)中，更好的 形成聚合物膜并發(fā)揮其作用。二者的復合作用使得在低聚灰比條件下，聚合物改性水泥漿 的抗折、粘結(jié)強度大大提高，同時其抗壓強度不會顯著降低。
[0015] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點： 1、本發(fā)明可W改善一般聚合物乳液改性水泥砂漿高粘結(jié)、高抗折強度與高抗壓強度之 間的矛盾，在獲得高的抗壓強度同時，也可W獲得很高的抗折和粘結(jié)強度。
[0016] 2、本發(fā)明所用乳液為苯丙乳液和下苯乳液，在較低的聚合物滲量下（占水泥質(zhì)量 4%-6%)砂漿性能就能夠遠超于規(guī)范所要求的聚合物改性水泥砂漿性能，相比于市面上同類 型產(chǎn)品（聚合物乳液滲量 > 水泥質(zhì)量的10%)，其性能更優(yōu)，且成本大大降低。
[0017] 3、本發(fā)明打破了市面上認為苯丙乳液改性砂漿性能不好不能被用于混凝±加固 砂漿的偏見，為苯丙乳液在混凝±加固砂漿中的應用拓開局面。
[0018] 4、本發(fā)明具有優(yōu)良的和易性和易施工性能，強度高、粘結(jié)性好、耐久性好、成本低 廉，適用于高強混凝±結(jié)構(gòu)和擱體結(jié)構(gòu)的加固修復。
【具體實施方式】
[0019] W下結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
[0020] 原材料及規(guī)格見表1。
實施例1，一種高強聚合物改性水泥砂漿，按照42.5級普通娃酸鹽水泥100份，石英砂50 份，苯丙乳液4份，消泡劑0.07份，聚簇酸減水劑0.5份，水22份的重量比配制而成。其28d硬 化漿體的劈裂抗拉強度為9.56MPa，抗折強度為17.7MPa，抗壓強度為97.81?日，與混凝±正 拉伸粘結(jié)強度為2.9MPa，且混凝±內(nèi)聚破壞。
[0022] 實施例2,一種高強聚合物改性水泥砂漿，按照42.5級普通娃酸鹽水泥100份，石英 砂100份，苯丙乳液5份，消泡劑0.1份，聚簇酸減水劑0.3份，水22份的重量比配制而成。其 28d硬化漿體的劈裂抗拉強度為8.69MPa，抗折強度為16. IMPa，抗壓強度為81.6MPa，與混凝 ±正拉伸粘結(jié)強度為3. IMPa，且混凝±內(nèi)聚破壞。
[0023] 實施例3,一種高強聚合物改性水泥砂漿，按照42.5級普通娃酸鹽水泥100份，石英 砂150份，苯丙乳液6份，消泡劑0.15份，聚簇酸減水劑0.3份，水22份的重量比配制而成。其 28d硬化漿體的劈裂抗拉強度為8.25MPa，抗折強度為15.4MPa，抗壓強度為75.5MPa，與混凝 ±正拉伸粘結(jié)強度為3.4MPa，且混凝±內(nèi)聚破壞。
[0024] 實施例4,一種高強聚合物改性水泥砂漿，按照42.5級普通娃酸鹽水泥100份，石英 砂100份，苯丙乳液4份，消泡劑0.07份，聚簇酸減水劑0.3份，水20份的重量比配制而成。其 28d硬化漿體的劈裂抗拉強度為8.27MPa，抗折強度為14. SMPa，抗壓強度為88.7MPa，與混凝 ±正拉伸粘結(jié)強度為2.6MPa，且混凝±內(nèi)聚破壞。
[0025] 實施例5,一種高強聚合物改性水泥砂漿，按照42.5級普通娃酸鹽水泥100份，石英 砂100份，改性下苯乳液4份，消泡劑0.07份，聚簇酸減水劑0.3份，水20份的重量比配制而 成。其28d硬化漿體的劈裂抗拉強度為8.43MPa，抗折強度為15.2MPa，抗壓強度為86.3M化， 與混凝±正拉伸粘結(jié)強度為2.5MPa，且混凝±內(nèi)聚破壞。
[0026] 由實施例1-實施例5可知，按照本發(fā)明的配比和制備方法制備的聚合物乳液改性 水泥砂漿，在聚合物乳液滲量為水泥質(zhì)量4%-6%時，其制品經(jīng)過7d濕養(yǎng)護后干養(yǎng)護至28d，聚 合物改性水泥砂漿的劈裂抗拉強度達到8.25-9.56MPa，抗折強度達到14.8MPa-17.7MPa，抗 壓強度達到75.5MPa-97. SMPa，與混凝±正拉伸粘結(jié)強度達到2.5MPa-3.4MPa，且為混凝± 內(nèi)聚破壞，超過了《混凝±結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》GB50367-2013鋼絲繩網(wǎng)-聚合物改性水泥砂 漿面層加固鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)時對I級砂漿技術(shù)指標要求，且有相當多的富余。同時也可W證 明，苯丙乳液改性水泥砂漿也可W用于混凝±結(jié)構(gòu)加固，且本發(fā)明中選用的苯丙乳液在較 低的滲量時就可W獲得很好的砂漿性能。
【主權(quán)項】
1. 一種高強聚合物改性水泥砂漿，其特征在于由水泥、砂、聚合物乳液、減水劑、消泡劑 和水組成，其組成配比如下： 組分 質(zhì)量份 水泥 100 聚合物乳液（以固體質(zhì)量計算） 4~6 砂 50~200 減水劑(固體質(zhì)量按水泥質(zhì)量計算） 0.1~0.5% 消泡劑(按聚合物乳液質(zhì)量計算） 0.05~0.2% 水(包括乳液和減水劑中所含水分） 20-25 其中：所述聚合物乳液為可用于水泥改性的苯丙乳液，Tg為12°C，固體含量為50%或為 丁苯乳液，Tg為6°C，固體含量為48%，所述減水劑為液體聚羧酸減水劑，其固體含量為20%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強聚合物改性水泥砂漿，其特征在于所述水泥為P042.5普 通硅酸鹽水泥。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強聚合物改性水泥砂漿，其特征在于所述砂為石英砂，其中 各粒徑范圍所占百分比為大于等于0.08mm，小于0.16mm占6-13%;大于等于0.16mm，小于 0.5mm占10-30%;大于等于0.5mm，小于1.0mm占24-44%;大于等于1.0mm，小于1.6mm占16-36%;大于等于1.6mm，小于2mm占2_12%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強聚合物改性水泥砂漿，其特征在于所述消泡劑為礦物油 疏水氣相白炭黑及金屬皂類消泡劑。5. -種如權(quán)利要求1所述的高強聚合物改性水泥砂漿的制備方法，其特征在于具體步 驟如下： (1)按選擇好的原料配比稱量各組分，將聚合物乳液、水和減水劑倒入到攪拌鍋中混合 均勻； (2 )向攪拌鍋中加入水泥，慢速攪拌30 s; (3)向步驟(2)所得產(chǎn)物中加入石英砂，慢速攪拌210s，攪拌結(jié)束前滴加消泡劑，即得所 需產(chǎn)物。6. -種如權(quán)利要求1所述的高強聚合物改性水泥砂漿在鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層 加固法中的應用，其特征在于所述高強聚合物改性水泥砂漿的養(yǎng)護方式為脫模后潮濕養(yǎng)護 至7d后干養(yǎng)護至28d。
【文檔編號】C04B24/26GK105837115SQ201610185126
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】韓冬冬, 陳維燈, 鐘世云
【申請人】同濟大學