CN103803918A

CN103803918A - 一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆及使用方法

Info

Publication number: CN103803918A
Application number: CN201310711568.XA
Authority: CN
Inventors: 孙振平; 董耀武
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆及使用方法。本发明产品所用原材料包括：普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、瓷粉废料、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、高性能减水剂、早强剂、膨胀剂、保水剂、消泡剂和粘结剂。本发明产品克服了传统修补砂浆强度不足、体积收缩和粘结力差等缺点，而且还可以解决陶瓷工业所产生的瓷粉废料的处理问题。本发明产品具有流动度高、自密实性好、早期强度高、微膨胀、粘结力强、抗渗性优良和耐磨性能良好等特点，主要用于混凝土结构裂缝的修补或抢修工程，适用范围较广。

Description

一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆及使用方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆及使用方法。

背景技术

水泥基微膨胀裂缝修补砂浆是经过高分子聚合物改性的水泥基干混砂浆，新拌砂浆流动性大且保水性好，硬化后具有良好匹配性和优异的粘结性，可以满足修补工程对材料的抗压强度、抗折强度、耐磨性、柔性和低收缩性等要求。主要应用于桥梁等混凝土结构裂缝修补及老旧楼房建筑的加固和改造等，具有施工方便、和易性好及易于构件立面及顶面施工等特点，并且材料硬化后外观好且耐久性优良，是混凝土面层破损裂缝宽度小于50mm时的首选修补材料。

据统计，目前全球使用寿命超过10年的混凝土结构，大约有40%存在部分或严重的损坏，都有必要进行修缮和保护。尤其是那些关系到国计民生的混凝土结构，如公路桥梁、住宅或公共建筑、海港工程、水利工程及其他工业建筑等。这些混凝土结构损坏中，最重要的一类是裂缝，裂缝的产生和发展对混凝土结构具有极大威胁，如何抑制裂缝产生、填补裂缝缺陷是当前研究的热点。水泥基微膨胀裂缝修补砂浆广泛应用于混凝土结构加固，这种材料具有以下优点：1) 良好的粘结性和耐水性；2) 由于自身良好的保水性使得养护条件要求较低；3) 自身收缩与普通混凝土相比略低一些，甚至产生微膨胀作用；4) 硬化后的抗折强度、抗拉强度、耐磨性、抗冲击能力和耐久性能比普通混凝土高而弹性模量更低；5) 可根据胶凝材料体系搭配可以使其颜色可调，可以最大程度减小与混凝土结构基体色差。因此，水泥基微膨胀裂缝修补砂浆在混凝土结构修复及裂缝修补方面应用广泛。

本发明采用掺入瓷粉废料的方法制备水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，以硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-瓷粉废料-矿渣粉-粉煤灰作为复合胶凝体系，一定程度上克服了传统水泥基裂缝修补砂浆早期强度发展慢、体积收缩大和耐久性差等缺点，而且充分利用了陶瓷工业副产品，为建筑工业的节能减排和低碳化提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备成本低，具有高流动性、高保水性、微膨胀、早期强度发展快、后期强度高、良好的抗渗性和耐磨性的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆及使用方法。

本发明提出的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，由普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、瓷粉废料、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、高性能减水剂、早强剂、膨胀剂、保水剂、消泡剂和粘结剂组成，各组分的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

硫铝酸盐水泥 10-40

瓷粉废料 10-40

矿渣粉 5-25

粉煤灰 5-25

石英砂 100-300

高性能减水剂 0.50-1.50

早强剂 0.10-1.50

膨胀剂 4-10

保水剂 0.02-0.10

消泡剂 0.01-0.10

粘结剂 1.0-3.0。

各组份较佳的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

硫铝酸盐水泥 15-25

瓷粉废料 15-25

矿渣粉 10-15

粉煤灰 10-15

石英砂 150-250

高性能减水剂 0.60-1.20

早强剂 0.40-1.20

膨胀剂 6-8

保水剂 0.04-0.08

消泡剂 0.02-0.08

粘结剂 1.5-2.5。

本发明中，所述普通硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥。

本发明中，所述硫铝酸盐水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥。

本发明中，所述瓷粉废料为瓷质砖及厚釉砖等经刮平定厚、研磨抛光及磨边倒角等一系列深加工成为抛光砖制品后所产生的砖屑，再经粉磨而成，其比表面积为(300-330)m²/Kg，SiO₂质量百分比为30%-40%，CaO质量百分比为35%-45%，Al₂O₃质量百分比为10%-20%。

本发明中，所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。

本发明中，所述粉煤灰为

级粉煤灰，其游离氧化钙质量百分比小于等于3.0%，烧失量质量百分比小于等于5.0%。

本发明中，所述石英砂的细度为(10-20)目。

本发明中，所述高性能减水剂为粉状聚羧酸系高性能减水剂。

本发明中，所述早强剂为碳酸锂。

本发明中，所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂或硫铝酸钙类膨胀剂中的一种。

本发明中，所述保水剂为羟丙基纤维素醚。

本发明中，所述消泡剂为二氧化硅-矿物油类消泡剂。

本发明中，所述粘结剂为乳胶粉。

本发明提出的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆的制备方法具体步骤如下：

(1). 瓷粉废料的制备：将瓷质砖及厚釉砖等经刮平定厚、研磨抛光及磨边倒角等一系列深加工而产生的砖屑，采用球磨机粉磨(30-50)min，即可制备出细度合适的瓷粉废料；

(2). 按前述重量比例称取普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、瓷粉废料、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、高性能减水剂、膨胀剂、早强剂、保水剂、消泡剂和粘结剂，加入搅拌机中搅拌(10-15)min，直至混合均匀，制备成为掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆。

本发明提出的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆的使用方法，具体步骤如下：

准确称取上述制备好的掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将砂浆匀速投入搅拌机。搅拌均匀后即可施工。加水量为本发明产品重量的15%-25%。

本发明产品为一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特点如下：

1. 本发明中，采用普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥是作为主要的胶凝组分。将两种水泥配合使用，可以达到优势互补的效果：利用硫铝酸盐水泥对硅酸盐水泥的促硬作用来改善硅酸盐水泥的早期强度；利用硅酸盐水泥弥补硫铝酸盐水泥后期强度差的缺陷；利用硫铝酸盐水泥与氢氧化钙以及石膏反应生成的钙矾石起收缩补偿或微膨胀。

2. 瓷粉废料、矿渣粉和粉煤灰作为掺合料，与两种水泥一起组成复合胶凝体系。采用瓷粉废料、矿渣粉和粉煤灰复合掺加，充分发挥三者的活性，对整个体系的早期强度和后期强度都能起到很大的作用。

瓷粉废料具有较高火山灰活性，它与水泥水化反应产生的氧化钙发生反应，大幅减少氧化钙晶体数量并大量产生胶凝性很强的水化硅酸钙凝胶，对于整个体系结构的密实和后期强度的提高起到促进作用。

矿粉成分与水泥熟料相似，其中SiO₂，CaO和Al₂O₃总含量约达90%，活性较高，是一种最常用的混凝土掺合料，其水化生成的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展特别是后期强度的提高，起到复合胶凝效应。

粉煤灰是一种具有潜在活性物质的材料。粉煤灰中的二氧化硅和氧化铝能与水泥水化时产生的氢氧化钙反应生成新的稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙从而提高了裂缝修补砂浆的强度以及抗化学侵蚀的能力；而粉煤灰颗粒粒形完整，表面光滑，质地致密，能起到减水作用、致密作用和匀质作用，从而提高水泥基裂缝修补砂浆在施工时的可泵性。

3. 石英砂选用细度为(10-20)目的细石英砂，使砂浆可以用于修复直径较小的裂缝，同时细度小的石英砂有助于提高砂浆各龄期的强度。

4. 高性能减水剂的加入可以减少用水量，提高浆体流动性和稳定性，改善砂浆和易性，有助于提高砂浆强度，减少干缩。

5. 早强剂采用碳酸锂，可以提高早期强度，避免早期的破坏失效。

6. 膨胀剂采用氧化钙类膨胀剂或硫铝酸盐类膨胀剂中的一种，可以在水泥水化、硬化过程中生成大量的膨胀性结晶水化物钙矾石，填充到砂浆微孔中，产生适度膨胀，抵消砂浆硬化时产生的收缩应力。

7. 保水剂的加入使得修补砂浆在具有较大的流动性能条件下，不出现泌水和离析现象。

8. 消泡剂采用二氧化硅-矿物油类消泡剂，可以减少新拌砂浆的含气量，调高浆体密实性，从而提高砂浆强度。

9. 粘结剂采用乳胶粉，能提高砂浆的粘结性能，使修补砂浆与裂缝充分粘结。

本发明产品以普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、瓷粉废料、矿渣粉、粉煤灰作为胶凝材料，以石英砂为集料，并加入高效减水剂、早强剂、膨胀剂、保水剂、消泡剂和粘结剂制备而成。它制备工艺简单，新拌砂浆流动性和保水性好，早期强度发展快且后期强度高，体积微膨胀，抗渗性和耐磨性好，适用于宽度小于50mm的裂缝修补，具有很好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，按普通硅酸盐水泥100，硫铝酸盐水泥10，瓷粉废料10，S95矿渣粉5，粉煤灰5，石英砂100，高性能减水剂0.50，早强剂0.10，氧化钙类膨胀剂4，保水剂0.02，消泡剂0.01和粘结剂1.0重量比配制而成。按上述掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆总重量的25%加水搅拌均匀，进行测试。性能测试结果见表1。

实施例2，一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，按普通硅酸盐水泥100，硫铝酸盐水泥25，瓷粉废料20，S105矿渣粉15，粉煤灰15，石英砂200，高性能减水剂1.00，早强剂0.80，硫铝酸盐类膨胀剂6，保水剂0.06，消泡剂0.05和粘结剂2.0的重量比配制而成。按上述掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆总重量的20%加水搅拌均匀，进行测试。性能测试结果见表1。

实施例3，一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，按普通硅酸盐水泥100，硫铝酸盐水泥40，瓷粉废料40，S95矿渣粉25，粉煤灰25，石英砂300，高性能减水剂1.50，早强剂1.50，氧化钙类膨胀剂10，保水剂0.10，消泡剂0.10和粘结剂3.0的重量比配制而成。按上述掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆总重量的15%加水搅拌均匀，进行测试。性能测试结果见表1。

表1 实施例性能测试结果

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Claims

1.一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于由普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、瓷粉废料、矿渣粉、粉煤灰、石英砂、高性能减水剂、早强剂、膨胀剂、保水剂、消泡剂和粘结剂组成，各组分的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

硫铝酸盐水泥 10-40

瓷粉废料 10-40

矿渣粉 5-25

粉煤灰 5-25

石英砂 100-300

高性能减水剂 0.50-1.50

早强剂 0.10-1.50

膨胀剂 4-10

保水剂 0.02-0.10

消泡剂 0.01-0.10

粘结剂 1.0-3.0。

2.根据权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于各组份较佳的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

硫铝酸盐水泥 15-25

瓷粉废料 15-25

矿渣粉 10-15

粉煤灰 10-15

石英砂 150-250

高性能减水剂 0.60-1.20

早强剂 0.40-1.20

膨胀剂 6-8

保水剂 0.04-0.08

消泡剂 0.02-0.08

粘结剂 1.5-2.5。

3.根据权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于所述普通硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，所述硫铝酸盐水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于所述瓷粉废料是陶瓷厂加工剩余的边角废料，经粉磨而成，其比表面积为(300-330)m²/Kg，SiO₂质量百分比为30%-40%，CaO质量百分比为35%-45%，Al₂O₃质量百分比为10%-20%。

5.根据权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于所述粉煤灰为I级粉煤灰，其游离氧化钙质量百分比小于等于3.0%，烧失量质量百分比小于等于5.0%。

7.根据权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于所述石英砂的细度为(10-20)目，所述高性能减水剂为粉状聚羧酸系高性能减水剂，所述早强剂为碳酸锂。

8.根据权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂或硫铝酸盐膨胀剂中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，其特征在于所述保水剂为羟丙基纤维素醚，所述消泡剂为二氧化硅-矿物油类消泡剂，所述粘结剂为乳胶粉。

10.一种如权利要求1所述的一种掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆的使用方法，其特征在于具体步骤如下：

准确称取制备好的掺加瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将掺有瓷粉废料的水泥基微膨胀裂缝修补砂浆匀速投入搅拌机，搅拌均匀后即可施工；加水量为水泥基微膨胀裂缝修补砂浆重量的15%-25%。