CN112645647B - 一种纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆及其制备方法 - Google Patents

一种纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆及其制备方法，所述防腐砂浆包含如下组分：粉煤灰、偏高岭土、改性钠水玻璃、纳米二氧化硅、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂、硬质玄武岩短纤维、聚乙烯醇纤维、聚羧酸减水剂、膨胀剂、石英砂和水。本发明提供的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆及其制备方法，具有防水抗渗、高强抗裂、耐酸、耐盐碱腐蚀、高粘结性等性能特点，可用于盐碱地区的基础工程外立面、桥墩堤坝、港口码头、酸雨地区的建筑外墙及屋面等需要防水抗裂、耐腐蚀的水文工程。

Description

一种纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种地聚合物防腐砂浆及其制备方法，尤其涉及一种纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆及其制备方法。
背景技术
防腐建筑材料在新兴海洋工程、现代交通运输、能源工业、大型工业企业及市政设施等领域的应用广泛，其腐蚀、老化性能越来越受到重视，建筑材料防腐性能的好坏，直接影响到工程建筑的使用寿命和安全。
目前，水文工程常用的防腐建筑材料主要有防腐涂料和防腐砂浆，前者以涂层罩面的形式作为保护层，自身耐久性不足，其使用寿命远低于所需保护的工程建筑；后者一般为聚合物改性的硅酸盐水泥砂浆或高铝水泥体系的防腐砂浆，存在应力收缩后易开裂的问题，且水泥砂浆耐酸腐蚀性相对较弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆及其制备方法，具有防水抗渗、高强抗裂、耐酸、耐盐碱腐蚀、高粘结性等性能特点。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆，包含如下组分：粉煤灰、偏高岭土、改性钠水玻璃、纳米二氧化硅、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂、硬质玄武岩短纤维、聚乙烯醇纤维、聚羧酸减水剂、膨胀剂、石英砂和水。
进一步地，各组分按重量份数配比如下：
Figure GDA0003459069570000011
Figure GDA0003459069570000021
进一步地，所述粉煤灰为活性指数70％以上的二级或一级粉煤灰；所述偏高岭土由高岭土在800～850℃温度下经脱水形成，目数为400～600目；所述的纳米二氧化硅为气相法白炭黑，纯度为99％，粒径为10～20nm，所述石英砂为中砂和细砂按2:1的比例均匀混合组成。
进一步地，所述的改性钠水玻璃由模数为2.3，固含量为40％的钠水玻璃外掺8％质量份的氢氧化钠均匀混合制备而成。
进一步地，所述的水性环氧树脂乳液固含量为50～55％，粘度为1000～2000MPa*s；所述的水性环氧固化剂有效成分含量为50％，粘度为2000～3000MPa*s；所述的硬质玄武岩短纤维长度为12mm；所述聚乙烯醇纤维长度为9mm，直径为15～30μm，抗拉强度为1200～1500MPa，断裂伸长率为8～12％。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆的制备方法，包括如下步骤：先将粉煤灰、偏高岭土、纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂、膨胀剂和水放入搅拌机内，以3000r/min的速度搅拌3～5min，然后加入改性钠水玻璃、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂，转速降至1000r/min继续搅拌2～3min，再加入石英砂以60～120r/min转速继续搅拌1～2min，维持60～120r/min搅拌速度最后加入聚乙烯醇纤维搅拌2～3min充分混合均匀。
进一步地，控制防腐砂浆1d抗折强度为5～8MPa，7d抗折强度为10～15MPa，28d抗折强度为18～25MPa；1d抗压强度为25～40MPa，7d抗折强度为50～70MPa，28d抗压强度为70～100MPa。
进一步地，控制防腐砂浆28d拉伸粘结强度为5～8MPa，浸水、热老化、40次冻融循环后拉伸粘结强度下降率为3～15％。
进一步地，控制防腐砂浆酸腐蚀试验后，试样单位面积质量下降率为1～1.5％，28d抗折强度下降率为5～8％；耐碱腐蚀试验后，试样单位面积质量下降率为0.3～0.5％，28d抗折强度下降率为2～5％。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆及其制备方法，具有防水抗渗、高强抗裂、耐酸、耐盐碱腐蚀、高粘结性等性能特点，可用于盐碱地区的基础工程外立面、桥墩堤坝、港口码头、酸雨地区的建筑外墙及屋面等需要防水抗裂、耐腐蚀的水文工程。
具体实施方式
本发明提供的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆，包含如下组分：粉煤灰、偏高岭土、改性钠水玻璃、纳米二氧化硅、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂、硬质玄武岩短纤维、聚乙烯醇纤维、聚羧酸减水剂、膨胀剂、石英砂和水。各组份的优选配比如下：
Figure GDA0003459069570000031
本发明同时提供了上述纳米二氧化硅改性高性能地聚合物防腐砂浆的其制备方法，包括：先将粉煤灰、偏高岭土、纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂、膨胀剂和水放入搅拌机内，以60～120r/min的速度搅拌3～5min，然后加入钠水玻璃、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂，提高转速至1000r/min继续搅拌2～3min，再加入石英砂以60～120r/min转速继续搅拌1～2min，维持60～120r/min搅拌速度最后加入聚乙烯醇纤维搅拌2～3min充分混合均匀。
从功能机理上分析，与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)地聚合物是一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物。与普通砂浆相比，地聚合物砂浆具有更低的吸水率和氯离子渗透深度，在酸性环境下具有更高的稳定性，其力学性能、粘结性能和耐久性更加优良。纳米二氧化硅能因其无定形特性和高比表面积而使得地聚合物基体具有更高的“聚合度”，促进地聚合物的反应程度，更加提高地聚合物基体三维立体网状结构的化学稳定性。
(2)水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系，是线型结构的热固性树脂。施工前加入水性环氧固化剂，在室温环境下发生化学交联反应，环氧树脂固化后就改变了原来可溶可熔的性质而变成不溶不熔的空间网状结构，显示出优异的性能。具有抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸腐蚀的性能，耐久性良好，可在潮湿环境或水下硬化。收缩率较低，与地聚合物砂浆体系具有良好的相容性，进一步提高地聚合物砂浆的韧性、抗渗性和粘结性能。
(3)添加了一系列的抗裂和增韧的材料，包括膨胀剂、聚乙烯醇纤维、硬质玄武岩纤维，通过各自的不同作用机理提高体系的抗弯曲和抗裂性能。膨胀剂作为水化反应的组成，在水化反应阶段补偿地聚合物基体的收缩；聚乙烯醇纤维其主要特点是强度高模量高、耐酸碱腐蚀、耐候性好，与地聚合物有良好的亲和力和结合性，具有较高的断裂伸长率；玄武岩纤维是以天然玄武岩拉制的连续纤维，由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成，具有强度高、耐腐蚀等多种优异性能。硬质玄武岩纤维均匀分散在体系中，可形成化学稳定性良好的纤维骨架结构，提高体系的抗弯曲和抗裂性能。
本发明制得的高性能地聚合物防腐砂浆，粘结性能优异，其28d拉伸粘结强度为5～8MPa，浸水、热老化、40次冻融循环后拉伸粘结强度下降率为0～4％。同时具有良好的耐盐碱腐蚀性，其试样进行连续中性盐雾实验测试，1000h后试样表面无变化。酸腐蚀试验后，试样单位面积质量下降率为1～1.5％，28d抗折强度下降率为5～8％；耐碱腐蚀试验后，试样单位面积质量下降率为0.3～0.5％，28d弯曲强度下降率为2～5％。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
以下实施例中各项性能指标的测试防腐分别为：《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》GB/T 17671-1999、《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T70-2009、《聚合物水泥防水砂浆》JC/T984-2011、《盐雾试验标准》ASTM B117-2011、《精细陶瓷耐酸碱腐蚀性能试验方法》JC/T 2138-2012。
实施例1：
本发明提供的一种纳米二氧化硅改性高性能地聚合物防腐砂浆各组分重量比为：
Figure GDA0003459069570000051
先将粉煤灰、偏高岭土、纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂、膨胀剂和水放入搅拌机内，以60～120r/min的速度搅拌3～5min，然后加入钠水玻璃、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂，提高转速至1000r/min继续搅拌2～3min，再加入石英砂以60～120r/min转速继续搅拌1～2min，维持60～120r/min搅拌速度最后加入聚乙烯醇纤维搅拌2～3min充分混合均匀。
实施例2：
本发明提供的一种纳米二氧化硅改性高性能地聚合物防腐砂浆各组分重量比为：
Figure GDA0003459069570000052
Figure GDA0003459069570000061
先将粉煤灰、偏高岭土、纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂、膨胀剂和水放入搅拌机内，以60～120r/min的速度搅拌3～5min，然后加入钠水玻璃、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂，提高转速至1000r/min继续搅拌2～3min，再加入石英砂以60～120r/min转速继续搅拌1～2min，维持60～120r/min搅拌速度最后加入聚乙烯醇纤维搅拌2～3min充分混合均匀。
本发明上述实施例制备的一种纳米二氧化硅改性高性能地聚合物防腐砂浆，与现有技术相比，具有更高的力学性能、粘结性、抗渗性、抗酸碱盐腐蚀性，在各种恶劣环境下都具有极佳的耐久性。
参照对应的试验方法，本发明所提供的一种纳米二氧化硅改性高性能地聚合物防腐砂浆与现有常用防腐材料的性能比较如下：
Figure GDA0003459069570000062
Figure GDA0003459069570000071
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆，其特征在于，包含如下组分：粉煤灰、偏高岭土、改性钠水玻璃、纳米二氧化硅、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂、硬质玄武岩短纤维、聚乙烯醇纤维、聚羧酸减水剂、膨胀剂、石英砂和水；
各组分按重量份数配比如下：
Figure 1
所述的改性钠水玻璃由模数为2.3，固含量为40％的钠水玻璃外掺8％质量份的氢氧化钠均匀混合制备而成。
2.如权利要求1所述的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆，其特征在于，所述粉煤灰为活性指数70％以上的二级或一级粉煤灰；所述偏高岭土由高岭土在800～850℃温度下经脱水形成，目数为400～600目；所述的纳米二氧化硅为气相法白炭黑，纯度为99％，粒径为10～20nm，所述石英砂为中砂和细砂按2:1的比例均匀混合组成。
3.如权利要求1所述的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆，其特征在于，所述的水性环氧树脂乳液固含量为50～55％，粘度为1000～2000MPa*s；所述的水性环氧固化剂有效成分含量为50％，粘度为2000～3000MPa*s；所述的硬质玄武岩短纤维长度为12mm；所述聚乙烯醇纤维长度为9mm，直径为15～30μm，抗拉强度为1200～1500MPa，断裂伸长率为8～12％。
4.一种如权利要求1所述的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先将粉煤灰、偏高岭土、纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂、膨胀剂和水放入搅拌机内，以3000r/min的速度搅拌3～5min，然后加入改性钠水玻璃、水性环氧树脂乳液、水性环氧固化剂，转速降至1000r/min继续搅拌2～3min，再加入石英砂以60～120r/min转速继续搅拌1～2min，维持60～120r/min搅拌速度最后加入聚乙烯醇纤维搅拌2～3min充分混合均匀。
5.如权利要求4所述的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆的制备方法，其特征在于，控制防腐砂浆1d抗折强度为5～8MPa，7d抗折强度为10～15MPa，28d抗折强度为18～25MPa；1d抗压强度为25～40MPa，7d抗折强度为50～70MPa，28d抗压强度为70～100MPa。
6.如权利要求4所述的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆的制备方法，其特征在于，控制防腐砂浆28d拉伸粘结强度为5～8MPa，浸水、热老化、40次冻融循环后拉伸粘结强度下降率为3～15％。
7.如权利要求4所述的纳米二氧化硅改性地聚合物防腐砂浆的制备方法，其特征在于，控制防腐砂浆酸腐蚀试验后，试样单位面积质量下降率为1～1.5％，28d抗折强度下降率为5～8％；耐碱腐蚀试验后，试样单位面积质量下降率为0.3～0.5％，28d抗折强度下降率为2～5％。
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