CN100457413C - 一种混凝土砂浆界面处理剂及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混凝土砂浆界面处理方法，所述方法是将混凝土砂浆界面处理剂配制成质量浓度1～20%的浆液涂刷于基层材料表面或装饰材料背面，形成20～80μm的界面层，再用砂浆进行粘贴或粉刷施工，或进行新混凝土的浇注。本发明所述的混凝土砂浆界面处理方法的有益效果主要体现在：(1)可以有效的改善新老混凝土、墙体材料与砂浆粘贴或粉刷层之间的粘结作用，防止空鼓脱落；(2)基体材料单位面积用量省，界面粘结改善效果好，具有很好的推广应用前景。

Description

一种混凝土砂浆界面处理剂及处理方法

(一)技术领域

发明涉及一种混凝土砂浆界面处理方法，属土木工程材料技术领域。

(二)背景技术

在土木工程中，通常存在很多质量通病。如在混凝土结构修补工程中，修补混凝土与老混凝土之间的界面粘结比较薄弱，往往在两到三年就需要重新修补。瑞士对两座桥梁的调查显示，一座桥梁的桥面经喷射混凝土修补后仅两年，新老混凝土界面脱开即达30～35％，重新修补后仅几星期，多处部位又再次脱开；另一座桥梁的桥面修补后仅8个月，修补材料与老混凝土就完全脱开。在建筑工程中，由于政府对传统的实心粘土砖在墙体中的应用严加限制，而现浇混凝土由于强度高、尺寸稳定性较好，成为建筑物，尤其是高层建筑物结构的主流。与传统的粘土砖砌体相比，混凝土表面硬度高、光滑，混凝土浇注后进一步进行砂浆抹面十分困难，抹灰层不容易施工操作，且抹灰层与混凝土基层表面之间粘结强度很低，同时抹灰层干燥收缩，很容易引起开裂甚至抹灰层剥落。直接在光滑的混凝土表面进行抹灰施工或者粘贴瓷砖等饰面装饰材料时，由于粘结强度低，往往竣工仅两三年便可能出现饰面层剥落现象，顶棚抹灰出现大面积剥落的事故也时有发生，这不仅影响建筑物外观，而且对人员安全造成很大威胁。

为了改善混凝土表面与抹灰层的粘结强度，传统工艺中一般采取对混凝土表面预先凿毛的做法，实践表明，由于混凝土强度较高，要对大面积的建筑物墙面进行凿毛施工，不仅耗工耗时，均匀性难以保证，而且对混凝土墙体的损伤很大，其效果也不明显。

研究发现，采用混凝土界面剂是改善界面粘结性能的有效手段。目前，建筑市场上出现多种界面处理剂，一般包括两大类：无机界面处理剂和有机无机复合界面处理剂，前者如汕头大学熊光晶等研制的一种粉煤灰改性无机界面处理剂，在水泥中加入粉煤灰作为界面剂，可以减少Ca(OH)₂晶体的形成，提高界面的粘结力；武汉理工大学沈卫国在此基础上研制成一种纳米微粉改性混凝土修补无机界面处理剂，利用纳米微粒的高活性，消耗部分Ca(OH)₂，减少不利于界面粘结的Ca(OH)₂粗大的晶体形成和定向排列，同时纳米微粒有效填充大小为10～100nm的微孔，可以达到大幅度提高界面粘结力的效果；后者如同济大学孙振平等研制的一种混凝土界面超强处理剂，由水泥、黄砂、硫铝酸盐膨胀剂、纤维素和聚醋酸乙烯酯乳胶粉组成，其中硫铝酸盐膨胀剂的作用为补偿收缩，防止产生收缩应力；纤维素的作用在于防止浆体中颗粒沉降，并起保水和自养护作用；聚合物乳液则发挥增强产品韧性的作用。

然而，研究发现，采用目前市场上已有的商品界面处理剂，特别是无机界面处理剂进行界面处理时，其粘结效果往往不理想，其原因可能与目前商品界面处理剂推荐的使用方法有关。通常商品界面处理剂的推荐使用方法为：与水泥按一定比例混合，加入水制成净浆或加入水和砂制成砂浆，将净浆或砂浆涂在需要修补或抹面的混凝土表面，然后进行新混凝土的浇注和喷射施工或砂浆的抹面处理。这种施工方法虽然能够在一定程度上改善界面过渡区，提高界面粘结强度，但最终新老混凝土界面或混凝土与砂浆粘结界面依然存在薄弱的界面过渡区。采用有机无机复合界面处理剂进行界面处理时，由于加入聚合物和纤维素等，虽然其界面粘结效果较好，但其成本很高，采用推荐的使用方法进行界面处理时，单位基体面积的界面剂使用量大，每平方基体理论用量高达1～3kg，单位基体面积的使用成本过高限制了其推广应用。

(三)发明内容

为了解决现有技术中界面处理剂粘结作用不佳、成本高的不足，本发明提供了一种粘结作用好、成本低的混凝土砂浆界面处理方法。

为达到发明目的本发明采用的技术方案是：

一种混凝土砂浆界面处理方法，所述方法是将混凝土砂浆界面处理剂配制成质量浓度1～20％的浆液涂刷于基层材料表面或装饰材料背面，形成20～80μm的界面层，再用砂浆进行粘贴或粉刷施工，或进行新混凝土的浇注。优选将混凝土砂浆界面处理剂配制成质量浓度5～12％的浆液涂刷于基层材料表面或装饰材料背面。

所述的混凝土砂浆界面处理剂中主要化学成分重量配比如下：CaO∶Al₂O₃∶SiO₂∶Fe₂O₃∶MgO＝0.1～40∶0.1～30∶0.1～95∶0.1～5.0∶0.1～5.0，所述的混凝土砂浆界面处理剂是由具有潜在水硬活性或火山灰性的物料，经干磨或湿磨得到的比表面积为380～17000m²/kg的粉末、或桨体、或膏体物质。

本发明的原理是通过将混凝土砂浆界面处理剂的稀浆液涂刷于基体材料表面或装饰材料背面，浆液中的超细粒子和/或纳米粒子能够渗透到基体材料或装饰材料内部，与在基体材料表面或装饰材料背面形成的界面涂覆层共同吸收由于“壁效应(wall effect)”而导致的新混凝土或砂浆在基体材料表面富集的氢氧化钙，通过水化、液相或固相反应，生成具有较高粘结强度的胶凝物，提高界面粘结强度。

所述的混凝土砂浆界面处理剂中还含有重量为所述具有潜在水硬活性或火山灰性的物料0.1～10％的外加剂，所述外加剂为阴离子表面活性剂、偶联剂、溶胶中的一种或一种以上的混合物。所述外加剂可在所述界面处理剂制备过程中加入，也可在制备后或在应用时加入。

所述的具有潜在水硬活性或火山灰性的物料为无定形化、非晶化和/或微晶化物料，可为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：(1)500℃～1000℃煅烧天然矿物(页岩、粘土、煤矸石)、(2)纳米SiO₂、(3)白炭黑、(5)硅溶胶、(6)硅粉(增密或非增密硅粉)、(7)高炉矿渣、(8)钢渣、(9)沸腾炉渣、(10)粉煤灰、(11)废玻璃、(12)天然火山灰、(13)沸石、(14)磷矿渣、(15)燃煤锅炉渣。

所述的非晶化和/或微晶化的燃煤锅炉渣通过采用“燃料中加钙法”或者“灰渣中加钙法”制取，即所述的燃煤锅炉渣是来自于以煤为燃料的各类工业锅炉，包括热电厂、沸腾炉、流化床、煤化工锅炉，通过在煤粉、煤浆或煤块中或者在燃烧后排放的灰渣中掺入一定量的富钙物质(包括生石灰、熟石灰和石灰石)和少量的矿化剂(如铁粉、氟化钙)，在排渣过程中或在排渣后处理过程中，经过高温熔融工序，使灰渣全部熔融或者部分熔融后，再经过速冷(如风冷或水淬冷却)工序得到的非晶化或者微晶化的物料。

所述的阴离子表面活性剂为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：(1)木质素磺酸盐、(2)改性的木质素磺酸盐、(3)萘系高效减水剂、(5)树脂系高效减水剂、(6)氨基磺酸系高效减水剂、(7)泵送剂、(8)流化剂。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂。

所述的溶胶为硅溶胶或铝溶胶。

所述的基层材料为下列之一：①混凝土、②烧结砖(如普通粘土砖、烧结多孔砖、烧结空心砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖)、③非烧结砖(如蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖)、④建筑砌块(如加气混凝土砌块、混凝土小型空心砌块、轻骨料混凝土小型空心砌块、粉煤灰砌块、炉渣砌块)。

所述的装饰材料为下列之一：①墙地砖、②陶瓷马赛克、③釉面内墙砖、④琉璃砖、⑤吸水率大于1.0％的天然石材或人工石材。

本发明所述的混凝土砂浆界面处理方法的有益效果主要体现在：(1)可以有效的改善新老混凝土、墙体材料与砂浆粘贴或粉刷层之间的粘结作用，防止空鼓脱落；(2)基体材料单位面积用量省，界面粘结改善效果好，具有很好的推广应用前景。

(四)说明书附图

图1为经不同界面处理方法进行界面处理的新老混凝土粘结界面抗折破坏后，新老混凝土抗折断面的照片；0：空白试样(未处理)；1：低水灰比净浆处理；3：硅溶胶分散硅粉浆液处理(实施例3)；

图2为混凝土砂浆粘结试件成型及抗剪测试示意图；

图3为未经界面处理(空白2)和经界面处理(实施例9)的混凝土砂浆粘结试件抗剪断面的照片；左为未界面处理，右为经实施例9所得界面处理剂界面处理。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1～8：

新、老混凝土配合比均为水泥∶水∶砂∶石＝364∶200∶734∶1100，先成型40mm×40mm×160mm老混凝土试件，自然养护60天后，切割成厚度约为5mm的薄片。

界面处理剂制备按表1中配方，各物料混合后干磨得到干燥粉末，再加入相应外加剂混匀，再按表1中所示相应质量浓度加水配制成浆液，备用。

将老混凝土薄片表面用不同的界面处理剂浆液(见表1)进行处理，待表面风干后，放在40mm×40mm×160mm试模中间，然后在两侧浇注新混凝土。成型的新老混凝土粘结试件标准养护7d、28d后，采用三点弯曲法测定抗折强度，跨距为100mm。试验结果见表1。

图1为经不同界面处理方法进行界面处理的新老混凝土粘结界面抗折切破坏后，新老混凝土抗折断面的照片，可以发现，未经界面处理试样(空白)表面有肉眼可见附着物存在，但很不明显；经低水灰比水泥净浆表面处理试样(对比1)表面有较多肉眼可见附着物，但表面凹凸不平，这是由于低水灰比水泥净浆具有较高的强度，与老混凝土之间具有较高的粘结强度，但与新混凝土之间的粘结力却较低引起的，表明低水灰比水泥净浆对界面过渡区有一定的改善作用，但低水灰比水泥石与新混凝土之间仍会形成界面过渡区，因此抗折强度虽有所提高，但提高幅度有限。经硅溶胶分散硅粉浆液界面处理后的试样(实施例3)断裂表面有明显可见的附着物存在，且附着物分布均匀，表明其界面得到了很好的改善。

实施例9～12：

老混凝土配合比为水泥∶水∶砂∶石＝400∶200∶600∶1200，先成型100mm×100mm×100mm老混凝土试件，自然养护180天后，切割成厚度约为32mm的薄片。

界面处理剂制备按表2中配方，各物料及外加剂混合后湿磨得到潮湿粉末，再按表2中所示相应质量浓度加水配制成浆液，备用。

将老混凝土薄片表面用不同的界面处理剂浆液(见表2)进行处理，待表面风干后，放在100mm×100mm×100mm试模一侧，如附图2所示，然后在另一侧浇注砂浆，砂浆配合比为水泥∶水∶砂＝1∶0.50∶3.0。成型的混凝土砂浆粘结试件一组自然水养护7d后测抗剪强度，另一组自然水养护7d后，再进行自然养护(相对湿度为30％～60％)至第28d时测抗剪强度。试验结果见表2。由表2可见，未经界面处理时，混凝土砂浆粘结界面在水养护7d条件下，也具有较高的粘结强度，但在其后的干养护条件下，由于砂浆收缩，混凝土砂浆粘结界面抗剪能力急剧下降。经低水灰比净浆和粉煤灰界面处理剂(使用方法为：与水泥配制成水泥净浆，水灰比0.30)处理后，水养护和干养护条件下，混凝土砂浆粘结试件抗剪能力均有较大幅度提高，但在干养护条件下，其抗剪能力仍然较低。经本发明界面处理剂和界面处理方法处理后，在干养护条件下，其抗剪能力大幅度提高，与湿养护条件相比，干养护条件下的混凝土砂浆粘结试件抗剪能力也有所下降，但下降幅度较小。

图2所示为混凝土砂浆粘结试件成型及抗剪测试示意图；图3所示为未经界面处理(空白2)和经界面处理(实施例9)的混凝土砂浆粘结试件抗剪断面的照片，可见空白2试样表面无砂浆附着，而实施例9的混凝土砂浆粘结界面破坏后，混凝土表面有明显的砂浆附着，表明本发明的界面处理剂和使用方法可以很好的改善界面粘结力，防止砂浆层空鼓脱落。

实施例13～14

基体材料为加气混凝土砌块，预先加工成100mm×100mm×32mm的片状试件；界面处理剂制备按表3中配方，各原料混合后干磨得到干燥粉末，再按表3中所示用量加入外加剂和水，得到相应质量浓度的浆液，备用。

将加气混凝土片状试件表面用不同的界面处理剂浆液(见表3)进行处理，待表面风干后，放在100mm×100mm×100mm试模一侧，然后在另一侧浇注砂浆，砂浆配合比为水泥∶水∶砂＝1∶1.25∶6.15。成型的混凝土砂浆粘结试件一组自然水养护7d后测抗剪强度，另一组水养护7d后，再进行自然养护(相对湿度为30％～60％)至第28d时测抗剪强度。试验结果见表3。由表3可见，经本发明界面处理剂和界面处理方法处理后，与未经处理相比，在干养护条件下，其抗剪能力大幅度提高，破坏时为加气混凝土被剪破坏。

Claims (10)

1.一种混凝土砂浆界面处理剂，其特征在于所述的混凝土砂浆界面处理剂中主要化学成分重量配比如下：CaO∶Al₂O₃∶SiO₂∶Fe₂O₃∶MgO＝0.1～40∶0.1～30∶0.1～95∶0.1～5.0∶0.1～5.0，所述的混凝土砂浆界面处理剂是由具有潜在水硬活性或火山灰性的物料，经干磨或湿磨得到的比表面积为380～17000m²/kg的粉末、或桨体、或膏体物质。

2.如权利要求1所述的混凝土砂浆界面处理剂，其特征在于所述的混凝土砂浆界面处理剂中还含有重量为所述具有潜在水硬活性或火山灰性的物料0.1～10％的外加剂，所述外加剂为阴离子表面活性剂、偶联剂、溶胶中的一种或一种以上的混合物。

3.如权利要求1所述的混凝土砂浆界面处理剂，其特征在于所述的具有潜在水硬活性或火山灰性的物料为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：(1)煅烧天然矿物、(2)纳米SiO₂、(3)白炭黑、(5)硅溶胶、(6)硅粉、(7)高炉矿渣、(8)钢渣、(9)沸腾炉渣、(10)粉煤灰、(11)废玻璃、(12)天然火山灰、(13)沸石、(14)磷矿渣、(15)燃煤锅炉渣、(16)煅烧煤矸石。

4.如权利要求2所述的混凝土砂浆界面处理剂，其特征在于所述的阴离子表面活性剂为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：(1)木质素磺酸盐、(2)改性的木质素磺酸盐、(3)萘系高效减水剂、(5)树脂系高效减水剂、(6)氨基磺酸系高效减水剂、(7)泵送剂、(8)流化剂。

5.如权利要求2所述的混凝土砂浆界面处理剂，其特征在于所述的偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂。

6.如权利要求2所述的混凝土砂浆界面处理剂，其特征在于所述的溶胶为硅溶胶或铝溶胶。

7.一种混凝土砂浆界面处理方法，其特征在于所述方法是：将权利要求1～6之一所述的混凝土砂浆界面处理剂配制成质量浓度1～20％的浆液涂刷于基层材料表面或装饰材料背面，形成20～80μm的界面层，再用砂浆进行粘贴或粉刷施工，或进行新混凝土的浇注。

8.如权利要求7所述的混凝土砂浆界面处理方法，其特征在于所述的基层材料为下列之一：①混凝土、②烧结砖、③非烧结砖。

9.如权利要求7所述的混凝土砂浆界面处理方法，其特征在于所述的装饰材料为下列之一：①墙地砖、②陶瓷马赛克、③釉面内墙砖、④琉璃砖、⑤吸水率大于1.0％的天然石材或人工石材。

10.如权利要求7所述的混凝土砂浆界面处理方法，其特征在于所述方法是将混凝土砂浆界面处理剂配制成质量浓度5～12％的浆液涂刷于基层材料表面或装饰材料背面。

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