CN104310909A - 一种纳米改性聚合物修复砂浆及其制备方法 - Google Patents

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孟睿覃
沈跃华
吴勇杰
杨潮军
韩宏强
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Abstract

本发明的纳米改性聚合物修复砂浆，其组分及其质量分数如下：水泥15%~25%；石英砂30%~50%；聚合物0.4%~0.8%；消泡剂0.02%~0.04%；纳米SiO20.3%~0.6%；减水剂0.15%~0.3%；其余为水，上述组分之和为100%。其制备方法：按质量分数配比取各组分，将纳米SiO2分散液和聚羧酸减水剂先溶解在水中，搅拌混合均匀；然后将水泥、石英砂、聚合物、消泡剂和上述所得混合物在搅拌机中拌合。本发明制得的纳米改性聚合物修复砂浆，既可显著提高修复砂浆的水化速率，又可以明显提高修复砂浆的密实程度，尤其是可以改善修复砂浆在较低温度环境下的力学、耐久和施工性能，特别适用于钢筋混凝土结构的修复。

Description

一种纳米改性聚合物修复砂浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具备早强及适合冬季低温施工功能的混凝土结构修复用纳米改性聚合物砂浆的制备方法。
背景技术
    聚合物水泥砂浆作为一种广泛应用的水泥基修复材料，具有保水性好、与原有基层的黏结力强、抗弯拉强度高等特点，较为广泛的应用于混凝土结构的修复领域。但是聚合物砂浆存在着凝结时间长、早期强度低、抗压强度低，尤其是当环境温度降至10℃以下时因水化速度过慢而造成各项性能的严重变差等问题。针对这些问题，必须采取有效的方式提高各种温度环境下聚合物修复砂浆的水化速率、早期强度、抗压强度等，尤其是提高冬季低温环境下修复砂浆的力学和耐久性能，不仅有利于工期的缩短和快速抢修工程的进行，也有利于聚合物修复砂浆工程质量的改善。
发明內容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种纳米改性聚合物修复砂浆及其制备方法。
本发明的纳米改性聚合物修复砂浆，其组分及其质量分数如下：
水泥       15%~25%；
石英砂     30%~50%；
聚合物     0.4%~0.8%；
消泡剂     0.02%~0.04%；
纳米SiO2   0.3%~0.6%；
减水剂     0.15%~0.3%；
其余为水，上述组分之和为100% 。
本发明中，所述的水泥为42.5级硅酸盐水泥。
本发明中，所述的石英砂为16-28目的4号石英砂和28-46目的5号石英砂按照重量比1:1的混合物。
本发明中，所述的聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
本发明中，所述的消泡剂为不挥发物为24-26%的有机硅聚醚复合消泡剂。
本发明中，所述的纳米SiO2的粒径为30-50nm。
本发明中，所述的减水剂是聚羧酸减水剂。
本发明的纳米改性聚合物修复砂浆的制备方法，包括以下步骤：
1）按上述纳米改性聚合物修复砂浆的质量分数配比取各组分；将水、固含量为30%的纳米SiO2分散液和固含量为38-42%的聚羧酸减水剂按照配比预先搅拌混合均匀。
2）将水泥、石英砂、聚合物、消泡剂和步骤1）所得的混合物加入搅拌机中进行拌合，时间4min~6min，得到纳米改性聚合物修复砂浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备工艺简单，制得的聚合物修复砂浆特别适用于钢筋混凝土结构的修复。通过本发明中纳米材料的改性，一方面可以显著提高修复砂浆的水化速率，从而提高其早期强度，缩短工程工期；另一方面可以明显提高修复砂浆的密实程度，从而提高其耐久性能；尤其是，可以改善修复砂浆在较低温度环境下的力学、耐久和施工性能，使聚合物砂浆在我国北方和夏热冬冷地区冬季施工环境下亦能保持良好的性能。
具体实施方式
以下通过实例进一步对本发明进行描述。
实施例1
1)按质量分数配比取各组分：水泥 25%；石英砂（28目的4号石英砂和28目的5号石英砂按照重量比1:1的混合物） 50%；聚合物（乙烯-醋酸乙烯共聚物）0.8%；有机硅聚醚复合消泡剂（不挥发物为26%） 0.04%；纳米SiO2 0.3%；聚羧酸减水剂0.3%；其余为水，上述组分之和为100% 。
将水、固含量为30%的纳米SiO2分散液和固含量38%的聚羧酸减水剂按照配比预先搅拌混合均匀。
2) 将水泥、石英砂、聚合物、消泡剂和步骤1）所得的混合物加入搅拌机中进行拌合，时间5min，得到纳米改性聚合物修复砂浆。
通过上述方法得到的砂浆浇筑成40*40*160mm试件，在标准条件下养护，按照《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行力学性能试验，将未加入纳米材料的与通过纳米改性的强度进行对比：1d抗折强度从2.5MPa提升至3.7MPa，升幅约45%；1d抗压强度从9.7MPa提升至12.6MPa，升幅约30%。3d抗折强度从5.5MPa提升至6.5MPa，升幅约18%；3d抗压强度从26.5MPa提升至30.0MPa，升幅约13%。28d抗折强度从11.8MPa降到10.9MPa，降幅7.6%；28d的抗压强度分别是61.9MPa和59.1MPa，降幅4.5%。
实施例2
1)按质量分数配比取各组分：水泥 25%；石英砂（16目的4号石英砂和28目的5号石英砂按照重量比1:1的混合物） 50%；聚合物（乙烯-醋酸乙烯共聚物）0.8%；有机硅聚醚复合消泡剂（不挥发物为26%） 0.04%；纳米SiO2 0.6%；聚羧酸减水剂0.3%；其余为水，上述组分之和为100% 。
将水、固含量为30%的纳米SiO2分散液和固含量38%的聚羧酸减水剂按照配比预先搅拌混合均匀。
2) 将水泥、石英砂、聚合物、消泡剂和步骤1）所得的混合物加入搅拌机中进行拌合，时间4min，得到纳米改性聚合物修复砂浆。
通过上述方法得到的砂浆浇筑成40*40*160试件，在标准条件下养护，按照《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行力学性能试验，将未加入纳米材料的与通过纳米改性的强度进行对比：1d抗折强度从2.5MPa提升至4.2MPa，升幅约62%；1d抗压强度从9.7MPa提升至14.4MPa，升幅约48%。3d抗折强度从5.5MPa提升至5.9MPa，升幅约7.3%；3d抗压强度从26.5MPa提升至28.8MPa，升幅约8.7%。28d抗折强度从11.8MPa降到8.3MPa，降幅30%；28d抗压强度从61.9MPa降到54.3MPa，降幅12%。
实施例3
1)按质量分数配比取各组分：水泥 15%；石英砂（16目的4号石英砂和46目的5号石英砂按照重量比1:1的混合物） 30%；聚合物（乙烯-醋酸乙烯共聚物）0.4%；有机硅聚醚复合消泡剂（不挥发物为26%） 0.02%；纳米SiO2 0.3%；聚羧酸减水剂0.15%；其余为水，上述组分之和为100% 。
将水、固含量30%的纳米SiO2分散液和固含量38%的聚羧酸减水剂按照配比预先搅拌混合均匀。
2) 将水泥、石英砂、聚合物、消泡剂和步骤1）所得的混合物加入搅拌机中进行拌合，时间4min，得到纳米改性聚合物修复砂浆。
通过上述方法得到的砂浆浇筑成40*40*160试件，在低温环境下（6℃）养护，湿度条件与标养相同，按照《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行力学性能试验，将未加入纳米材料的与通过纳米改性的强度进行对比：1d抗折强度从2.7MPa提升至3.7MPa，升幅约37%；1d抗压强度从8.3MPa提升至12.1MPa，升幅约46%。3d抗折强度从4.2MPa提升至4.8MPa，升幅约14%；3d抗压强度从16.4MPa提升至19.3MPa，升幅约18%。28d抗折强度从7.2MPa提升至7.8MPa，升幅约8.3%；28d抗压强度从49.8MPa提升至52.4MPa，升幅约5.2%。
实施例4
1)按质量分数配比取各组分：水泥 15%；石英砂（28目的4号石英砂和46目的5号石英砂按照重量比1:1的混合物） 30%；聚合物（乙烯-醋酸乙烯共聚物）0.4%；有机硅聚醚复合消泡剂（不挥发物为26%） 0.02%；纳米SiO2 0.6%；聚羧酸减水剂0.15%；其余为水，上述组分之和为100% 。
将水、固含量30%的纳米SiO2分散液和固含量38%的聚羧酸减水剂按照配比预先搅拌混合均匀。
2) 将水泥、石英砂、聚合物、消泡剂和步骤1）所得的混合物加入搅拌机中进行拌合，时间4min，得到纳米改性聚合物修复砂浆。
通过上述方法得到的砂浆浇筑成40*40*160试件，在低温环境下（6℃）养护，湿度条件与标养相同，按照《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行力学性能试验，将未加入纳米材料的与通过纳米改性的强度进行对比：1d抗折强度从2.7MPa提升至4.3MPa，升幅约59%；1d抗压强度从8.3MPa提升至13.4MPa，升幅约61%。3d抗折强度从4.2MPa提升至4.5MPa，升幅约7.1%；3d抗压强度从16.4MPa提升至18.6MPa，升幅约13%。28d抗折强度从7.2MPa降低至6.8MPa，降幅约5.6%；28d抗压强度从49.8MPa提升至50.7MPa，升幅约1.8%。
本发明所述的方法，采用纳米SiO2分散液对聚合物修复砂浆进行改性，能有效的提升其早期强度，改善其在低温环境中使用的性能，从而赋予聚合物修复砂浆更广泛和更良好的修复性能。为了防止聚合物的掺入产生大量气泡影响性能，掺入了消泡剂来引出气泡，同时由于减水剂良好的分散效果也可以更有效的发挥纳米二氧化硅对水泥早期强度发展的有利影响，从而制得既具备早期强度高、拉粘性能优异、又有着良好的耐低温性能的修复材料。
以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种纳米改性聚合物修复砂浆，其特征在于它的组分及其质量分数如下：
水泥       15%~25%；
石英砂     30%~50%；
聚合物     0.4%~0.8%；
消泡剂     0.02%~0.04%；
纳米SiO2   0.3%~0.6%；
减水剂     0.15%~0.3%；
其余为水，上述组分之和为100% 。
2.根据权利要求1所述的纳米改性聚合物修复砂浆，其特征在于所述的水泥为42.5级硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的纳米改性聚合物修复砂浆，其特征在于所述的石英砂为16-28目的4号石英砂和28-46目的5号石英砂按照重量比1:1的混合物。
4.根据权利要求1所述的纳米改性聚合物修复砂浆，其特征在于所述的聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的纳米改性聚合物修复砂浆，其特征在于所述的消泡剂为不挥发物为24-26%的有机硅聚醚复合消泡剂。
6.根据权利要求1所述的纳米改性聚合物修复砂浆，其特征在于所述的纳米SiO2的粒径为30-50nm。
7.根据权利要求1所述的纳米改性聚合物修复砂浆，其特征在于所述的减水剂是聚羧酸减水剂。
8.制备权利要求1所述的纳米改性聚合物修复砂浆的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）按权利要求1配比取各组分；将水、固含量为30%的纳米SiO2分散液和固含量为38-42%的聚羧酸减水剂按照配比预先搅拌混合均匀；
2）将水泥、石英砂、聚合物、消泡剂和步骤1）所得的混合物加入搅拌机中进行拌合，时间4min~6min，得到纳米改性聚合物修复砂浆。
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