CN105777035A - 一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料及其使用方法 - Google Patents

一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑建材领域，具体涉及一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料及其使用方法。由普通硅酸盐水泥、水化硅酸钙晶种粉、羟甲基纤维素醚、可再分散胶粉、石膏、萘磺酸甲醛缩合物减水剂、石灰石粉和明矾石组成，使用本发明可对建筑结构的混凝土裂缝进行快速修补，从而提高混凝土结构物的力学性能与耐久性，延长建筑的使用寿命。本发明适用于钢筋混凝土、水泥路面、桥梁及水工等混凝土结构物裂缝的修复。

Description

一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料及其使用方法
技术领域
本发明涉及建筑建材领域，具体涉及一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料及其使用方法。
背景技术
随着混凝土材料结构的应用范围日益扩展，人们对混凝土材料提出了更高的要求。然而，混凝土也有自身固有的缺陷与不足，经常出现渗漏与透水等劣化现象，这主要是由于混凝土并非是一种均质性高的材料，其内部存在着较多的有害孔隙与裂缝。特别是裂缝，可以称为混凝土材料的常见病和多发病，其数量、形态、分布等特征均对混凝土力学强度和耐久性有显著的影响。目前，国内许多年代久远的建筑物以及施工质量不佳的工程结构都由于表面裂缝等问题而处于有待修复的状态，对于裂缝的修补，较为直接的方法就是针对混凝土的裂缝进行灌浆修补处理。
国内近几年对灌浆修补材料的研究十分活跃并取得了很大进展，从材料的性能和成本方面都有所突破。但总体上国内的无机灌浆料基本是依靠在硅酸盐水泥中添加膨胀组分和保水增稠组分，或采取复合特种水泥等手段，使水泥浆体内部形成大量的钙矾石等，获得具有早强、高强、微膨胀等性能的灌浆料。如专利号CN200410016578.2公开的《混凝土裂缝灌浆修补材料》利用普通硅酸盐水泥、纤维素、聚醋乙酸酯乳胶粉、萘磺酸甲醛缩合物减水剂、硫铝酸钙、石膏、石灰石粉制备出了性能较为稳定的裂缝修补材料；又如2007年新型建筑材料杂志桑国臣等发表的题为《水泥基无收缩复合灌浆料的实验研究》一文，研究了硅酸盐水泥和铝酸盐水泥及适量其它材料复合制备高质量水泥基无收缩复合灌浆材料的具体性能。这些材料均是从快速生成钙矾石角度设计的修补材料，然而钙矾石晶体结构往往呈针状分布，其过多的形成会在材料内部局部富集，在荷载作用下会应力集中，往往成为了灌浆修补材料二次开裂的策源地；且对于水泥颗粒有包覆作用，不利于灌浆材料后期微观结构的发展，进而会影响灌浆修补材料的耐久性能。
考虑到水泥水化反应的最终产物中有大量水化硅酸钙(C-S-H)的生成，其形成过程包括成核与晶体的生长，而预先制备的水化硅酸钙晶种粉的加入将会降低相关晶体水化产物的成核势垒，进而促进硅酸盐水泥中硅酸三钙(C3S)的水化反应，改善灌浆修补材料硬化后的力学性能与耐久性。因此，本发明人将水化硅酸钙晶种粉与硅酸盐水泥、羟甲基纤维素醚和石膏等材料混合并磨细后，研制成了一种性能可靠的混凝土裂缝灌浆修补材料。相对于现有的混凝土裂缝修补材料，本发明具有早期强度高、水泥用量相对较小、与裂缝粘结强度高、耐久性能好等优点。
经检索，利用水化硅酸钙晶种粉促进水泥基材料内水化产物结晶的原理制备裂缝灌浆修补材料，在国内尚属首次。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料。
本发明提出的利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料，由普通硅酸盐水泥、水化硅酸钙晶种粉、羟甲基纤维素醚、可再分散胶粉、石膏、萘磺酸甲醛缩合物减水剂、石灰石粉和明矾石组成，各组分的重量比为：
普通硅酸盐水泥100
水化硅酸钙晶种粉3-12
羟甲基纤维素醚0.02-0.10
可再分散胶粉1.0-5.5
石膏1.2-2.6
萘磺酸甲醛缩合物减水剂0.6-1.2
石灰石粉5-25
明矾石2-12
其中：水化硅酸钙晶种粉的合成步骤为：
(1)按设定的钙硅比（钙元素与硅元素的物质的量之比）为1.0-1.5的比例称取硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)，然后加入去离子水，控制水固比（去离子水与钙质材料和硅质材料质量之和的比）为5-25），将体系在容器内混合均匀；
(2)在混合体系中加入质量浓度为30%的氢氧化钠溶液，调整pH值至12；
(3)然后将盛有原料的容器放于水浴锅中，在65℃温度下保持(2-6)h后，将所得产物经洗涤抽滤；
(4)在恒温真空干燥箱内，保持温度60℃，进行烘干处理，利用球磨机对所得产物进行(20-30)min的粉磨，粉磨过程中应尽量避免与水接触。
各组分较佳的重量比为：
普通硅酸盐水泥100
水化硅酸钙晶种粉5-9
羟甲基纤维素醚0.04-0.06
可再分散胶粉2.2-3.0
石膏1.6-2.2
萘磺酸甲醛缩合物减水剂0.8-1.0
石灰石粉10-15
明矾石4-6
本发明的制备方法是：按前述的重量比例称量各组份，将原料通过物理机械混合并采用球磨机粉磨5-10分钟，即得到所需产品。
本发明中，普通硅酸盐水泥作为水硬性胶凝材料与水拌合后，可渗入到混凝土裂缝中，发生水化反应，产生水化产物，可在短时间内与裂缝壁形成整体。水化硅酸钙晶种粉的加入降低了水泥的用量，并可促进硅酸盐水泥中硅酸三钙（C3S）的水化反应，更易形成结晶度较好的水化硅酸钙与氢氧化钙晶体，并可改善水泥石的微观结构，提高耐久性。羟甲基纤维素醚作为保水增稠组分，其可在水泥浆体中溶胀，并通过分子的吸附作用将水泥颗粒和石灰粉颗粒连接在一起，降低了颗粒沉降，同时保证了材料本身的整体性，且不产生泌水现象，另一方面，其保水作用使得水分不易蒸发损失，起到了良好的自养护作用。可再分散胶粉可显著提高修补材料与裂缝壁的粘结强度；石膏在材料中可起到缓凝的作用，保证浆体具有较好的施工性。萘磺酸甲醛缩合物减水剂对水泥的塑化作用较为稳定，提高了浆体的流动性，保证浆体顺利流入较为细微的裂缝。石灰石粉的作用可为水泥浆体提供骨架，方便施工，同时可与明矾石产生作用，减小修补材料自身的收缩，提高修复混凝土裂缝的能力。
本发明中，所述的普通硅酸盐水泥强度等级为42.5，比表面积为360m2/kg，初凝时间170min，终凝时间为240min。
本发明为灰白色细粉状物质，使用时，适宜的加水量为灌浆修补材料重量的20%-50%，具体加水量根据实际浆体流动性试验确定。
本发明作为混凝土裂缝灌浆修补材料使用，具有较为优异的保水性与流动性，可有渗透入混凝土表面的裂缝中，硬化后可与裂缝形成完整的结构，且具有一定补偿收缩性，可进一步预防裂缝的产生，力学性能与耐久性均十分优异。
本发明对混凝土内部钢筋无锈蚀作用，广泛应用于钢筋混凝土结构、水泥路面、桥梁及水工等混凝土结构物裂缝的灌浆修补。
具体实施方式
实施例1，一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料按普通硅酸盐水泥100，水化硅酸钙晶种粉3，羟甲基纤维素醚0.02，可再分散胶粉1.0，石膏1.2，萘磺酸甲醛缩合物减水剂0.6，石灰石粉8，明矾石2的质量比称取后混合均匀即可。当加入干粉材料35%的水进行搅拌后，产品流动度可达315mm，硬化后28天抗拉强度达3.3MPa，压剪胶结强度达5.9MPa，经9次冻融循环后压剪胶结强度降低率为0%。
实施例2，一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料按普通硅酸盐水泥重量比100，水化硅酸钙晶种粉6，羟甲基纤维素醚0.05，可再分散胶粉2.5，石膏1.8，萘磺酸甲醛缩合物减水剂0.9，石灰石粉12，明矾石5的质量比称取后混合均匀即可。当加入干粉材料42%的水进行搅拌后，产品流动度可达330mm，硬化后28天抗拉强度达4.4MPa，压剪胶结强度达7.1MPa，经12次冻融循环后压剪胶结强度降低率为0%。
实施例3，一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料按普通硅酸盐水泥重量比100，水化硅酸钙晶种粉12，羟甲基纤维素醚0.10，可再分散胶粉5.5，石膏2.6，萘磺酸甲醛缩合物减水剂1.2，石灰石粉25，明矾石12的质量比称取后混合均匀即可。当加入干粉材料50%的水进行搅拌后，产品流动度可达305mm，硬化后28天抗拉强度达3.7MPa，压剪胶结强度达6.3MPa，经12次冻融循环后压剪胶结强度降低率为0%。

Claims (3)

1.一种利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料，其特征在于由普通硅酸盐水泥、水化硅酸钙晶种粉、羟甲基纤维素醚、可再分散胶粉、石膏、萘磺酸甲醛缩合物减水剂、石灰石粉和明矾石组成，各组分的重量比为：
普通硅酸盐水泥100
水化硅酸钙晶种粉3-12
羟甲基纤维素醚0.02-0.10
可再分散胶粉1.0-5.5
石膏1.2-2.6
萘磺酸甲醛缩合物减水剂0.6-1.2
石灰石粉5-25
明矾石2-12
其中：水化硅酸钙晶种粉的合成步骤为：
(1)按钙元素与硅元素的物质的量之比为1.0-1.5的比例称取硝酸钙和硅酸钠，然后加入去离子水，控制去离子水与钙质材料和硅质材料质量之和的比为5-25，将体系在容器内混合均匀；
(2)在步骤（1）得到的混合体系中加入质量浓度为30%的氢氧化钠溶液，调整pH值至12；
(3)然后将盛有原料的容器放于水浴锅中，在65℃温度下保持(2-6)h后，将所得产物经洗涤抽滤；
(4)在恒温真空干燥箱内，保持温度60℃，进行烘干处理，利用球磨机对所得产物进行(20-30)min的粉磨，粉磨过程中应尽量避免与水接触。
2.根据权利要求1所述的利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料，其特征在于各组份重量比为：
普通硅酸盐水泥100
水化硅酸钙晶种粉5-9
羟甲基纤维素醚0.04-0.06
可再分散胶粉2.2-3.0
石膏1.6-2.2
萘磺酸甲醛缩合物减水剂0.8-1.0
石灰石粉10-15
明矾石4-6。
3.一种如权利要求1所述的利用水化硅酸钙晶种粉制备的混凝土裂缝灌浆修补材料的使用方法，其特征在于加入该材料重量35%-50%的水，搅拌均匀。
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