CN113149561B

CN113149561B - 一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料及其应用

Info

Publication number: CN113149561B
Application number: CN202110462934.7A
Authority: CN
Inventors: 缪红波; 曾婷婷; 崔国军
Original assignee: Beijing Koester International Chemistry Co ltd
Current assignee: Beijing Koester International Chemistry Co ltd
Priority date: 2021-04-27
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2041-04-27
Also published as: CN113149561A

Abstract

本发明涉及建材领域，公开了一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料及其应用，本发明的修复加固材料包括基面修复砂浆和/或混凝土注浆液。其中，基面修复砂浆可永久的与混凝土成为一体，并使修复加固后的混凝土表面具有优异的抗碳化、抗渗、防酸雨、抗冻融等能力；混凝土注浆液通过注浆方式施加后可使得疏松的混凝土或混凝土裂缝以及基面修复砂浆充分粘结在一起并永久的成为一体，从而降低修复后的混凝土再次疏松开裂的风险。

Description

一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料及其应用

技术领域

本发明涉及建材领域，尤其涉及一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料及其应用。

背景技术

烟囱是一种为热烟气或烟雾提供通风的结构；冷却塔是利用塔内外空气密度差或自然风力形成的空气对流作用冷却循环水的设施。烟囱和冷却塔的基体主要是以混凝土浇筑而成，由于其使用环境的特殊性，混凝土非常容易受到腐蚀，因此烟囱和冷却塔的基体结构表面经常会出现缺陷，需要及时对其进行修复加固。

目前一般都是采用普通的水泥砂浆对缺陷处进行修复加固，例如申请人的在先申请 CN201810377366.9公开了一种用于冷却塔防腐的渗透交联型组合涂料，该涂料中包括基面修补料，该基面修补料石英粉，波特兰水泥和丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物。该基面修补料可有效修复混凝土基体表面的缺陷，并且与底层涂料(波特兰水泥熔渣、石英砂和石英粉)、内壁面层涂料以及外壁面层涂料配合后，能够达到长效防腐的效果。

但是，上述基面修补料修补后与原先混凝土基体之间的融合性仍有不小的提升空间，无法真正意义上实现与混凝土永久成为一体的效果，因此修复后的混凝土仍然存在不小的性能和结构稳定性下降的风险，最终导致混凝土基体重新疏松开裂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料及其应用，本发明的修复加固材料包括基面修复砂浆和混凝土注浆液。其中，基面修复砂浆可永久的与混凝土成为一体，并使修复加固后的混凝土表面具有优异的抗碳化、抗渗、防酸雨、抗冻融等能力；混凝土注浆液通过注浆方式施加后可使得疏松的混凝土或混凝土裂缝以及基面修复砂浆充分粘结在一起并永久的成为一体，从而降低修复后的混凝土再次疏松开裂的风险。

本发明的具体技术方案为：本发明提供了一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料，包括基面修复砂浆和混凝土注浆液。

所述基面修复砂浆包括以下质量百分数的组分：天然石英砂40-55％，所述波特兰水泥的波特兰水泥40-55％，丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物1-2％，D₉₅＜10微米的水硬性粘合剂(甲基纤维素)0.0-0.1％，微米级的二胺@铝MOF颗粒0.0-5.0％，聚乙烯0.0-0.1％。

所述混凝土注浆液包括A组分和B组分的质量比为(4-4.5)∶(1.5-2.0)，其中：所述A组分包括以下质量百分数的组分：双酚-A-环氧氯丙烷树脂(优选Mw＜700)60-68％，缩水甘油12-14烷基醚10-20％，1，6-己二醇二缩水甘油醚10-20％，Mw＜700的双酚F环氧树脂10-20％，3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2-5％。

所述B组分包括以下质量百分数的组分：异佛尔酮二胺20-31％，聚醚胺40-51％，间苯二甲胺10-20％，双酚A10-20％，三甲基六亚甲基二肟5-10％，2，2′-亚甲基双苯酚2-5％， 2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚2-5％。

在本发明的方案中，可选择性的包括基面修复砂浆和混凝土注浆液两种材料，其中基面修复砂浆主要起到修复作用，混凝土注浆液主要起到加固作用。具体地：

(1)基面修复砂浆可替代混凝土使用，具有优秀的抗化学介质腐蚀、抗机械冲击的特性。在该砂浆中，除了含有较为常见的天然石英砂、波特兰水泥和丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物外，还含有：

(1.1)D₉₅＜10微米的水硬性粘合剂(甲基纤维素)：该低粒径高比表面积的水硬性粘合剂能够显著增加砂浆与混凝土表面的接触面积，进而可极大改善砂浆与混凝土的粘结性能，并通过砂浆中材料的渗透反应功能，使得砂浆与混凝土永久的成为一体。另一方面，该低粒度的水硬性粘合剂可理想地填充于填料颗粒之间的空间，使得砂浆具有极高的致密性和非常高的抗压强度，以及极强抗渗性能。此外，由于其更小的形态，使得砂浆还具有了其他性能(如硫酸盐抗性等)。

(1.2)微米级的二胺@铝MOF颗粒：MOF材料是以有机配体为框架并负载有金属的一种具有三维笼状结构的新型复合型材料，其内部具有多孔网络结构。将该材料添加至砂浆中充分混合后，纳米级部分的水硬性粘合剂(甲基纤维素)渗透进入MOF材料内部，从而使得MOF材料与砂浆硬化后成为一体，而MOF作为补强材料可有效降低砂浆固化后的脆性。并且MOF材料具有出色的调湿能力，当混凝土处于较为高湿的状态下，MOF材料在内外渗透压差下吸水；当混凝土处于较为低湿的状态下，MOF材料会释放水分，MOF材料的该特性可有效调节混凝土的湿度，进而改善耐久性。此外，也更为重要的是，本发明巧妙地利用铝MOF的多孔吸附性负载有二胺，当基面修复砂浆与混凝土注浆液配合使用时，二胺能够与混凝土注浆液中的A组分发生交联固化，如此能够显著增加基面修复砂浆与混凝土注浆液的交联结合程度，确保两者永久成为一体，降低再次疏松开裂的风险。

综上，本发明的基面修复砂浆的主要特性如下：1)与混凝土具有类似的理化性能指标：7d抗压强度大于35N/mm²，28d抗压强度大于50N/mm²；2)具有低收缩特性：材料的自身收缩率极低，不会因材料自身收缩而产生开裂，以及与混凝土剥离，形成二张皮；3) 极高的粘结强度：粘结强度大于2.0Mpa；4)极强的抗渗性能：抗渗压力大于1.5Mpa；5) 优异的稳定性：抗冻融循环能力、抗湿热循环能力、抗干热循环能力；6)优异的防腐蚀性能：材料自身具有一定的抗化学介质腐蚀的能力。

(2)混凝土注浆液为双组分产品，专用于裂缝粘合注浆，可用于干燥、微湿、甚至潮湿的裂缝、缺陷部位、空腔的填充和粘结。在多孔性的混凝土基面上，其具有很好的渗透性。当A、B组分接触反应后，与混凝土、石材、金属等墙体都具有良好的粘结力。通过注入方式该材料能长久、强力地填充至建筑结构上的裂缝和缺陷部位。且材料不含填料和增塑剂，故排除了产品使用后成分被分解的可能性。此外，由于材料的低密(约为1g/cm³)、低黏 (23℃，约120mPa.s)特性(选择分子量较低的组分，黏度更低)，其在实施注入时，该材料会很快填满注入区域内的不密实区域，并向周围混凝土中的毛细通道(孔)中渗入，从而牢牢地将混凝土重新粘结在一起，且材料自身的抗压强度大于70Mpa，劈拉强度大于15Mpa，因而在注浆后该材料和混凝土可永久的成为一体。

作为优选，所述二胺@MOF颗粒的制备方法包括：将硝酸铝和4，4′-联苯二甲酸以铝元素和羧基摩尔比为1∶(0.8-1.2)的比例添加至水中并分散均匀，升温加热，然后将所得溶液的pH调节为酸性，保温反应；反应结束后经过滤、洗涤、干燥和粉碎后得到微米级的铝MOF颗粒；将铝MOF颗粒浸渍于二胺溶液中，静置吸附，离心分离，制得二胺@MOF颗粒。

本发明以硝酸铝为金属源、以4，4′-联苯二甲酸为有机配体通过水热反应制备铝MOF 颗粒，然后以铝MOF颗粒为吸附载体负载上二胺。当基面修复砂浆与混凝土注浆液配合使用时，二胺能够与混凝土注浆液中的A组分发生交联固化，如此能够显著增加基面修复砂浆与混凝土注浆液的交联结合程度，确保两者永久成为一体，降低再次疏松开裂的风险。

作为优选，升温加热至160-200℃，然后将所得溶液的pH调节为2-4，保温反应5-10h。

作为优选，静置吸附时间为2-4h。

作为优选，所述二胺为异佛尔酮二胺、间苯二胺或间苯二甲胺。

另一方面，本发明提供了将上述结构修复加固材料在混凝土烟囱和冷却塔加固修复中的应用。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

(1)使用基面修复砂浆，解决了混凝土的修复加固问题，由于该砂浆极为特殊的特性，可永久的与混凝土成为一体，并使修复加固后的烟囱外壁具有优异的抗碳化、抗渗、防酸雨、抗冻融等能力。

(2)通过注浆方式，使得疏松的混凝土或混凝土裂缝重新填充并粘结在一起。由于材料的特殊特性，使得材料与混凝土能永久的成为一体，解决了混凝土因疏松开裂而导致的性能和结构稳定性下降的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

总实施例

一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料，包括基面修复砂浆和混凝土注浆液。其中：所述基面修复砂浆包括以下质量百分数的组分：天然石英砂40-55％，比表面积大于 12000cm²/g的波特兰水泥40-55％，丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物1-2％，D₉₅＜10 微米的水硬性粘合剂(甲基纤维素)0.0-0.1％，微米级的二胺@铝MOF颗粒0.0-5.0％，聚乙烯0.0-0.1％。

作为优选，所述微米级的二胺@MOF颗粒的制备方法包括：将硝酸铝和4，4′-联苯二甲酸以铝元素和羧基摩尔比为1∶(0.8-1.2)的比例添加至水中并分散均匀，升温加热至160-200℃，然后将所得溶液的pH调节为2-4，保温反应5-10h；反应结束后经过滤、洗涤、干燥和粉碎后得到微米级的铝MOF颗粒；将铝MOF颗粒浸渍于二胺溶液(异佛尔酮二胺、间苯二胺或间苯二甲胺)中，静置吸附2-4h，离心分离，制得微米级的二胺@MOF颗粒。

所述混凝土注浆液包括质量比为(4-4.5)∶(1.5-2.0)的A组分和B组分，其中：所述A组分包括以下质量百分数的组分：Mw＜700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂60-68％，缩水甘油12-14烷基醚10-20％，1，6-己二醇二缩水甘油醚10-20％，Mw＜700的双酚F环氧树脂 10-20％，3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2-5％。

所述B组分包括以下质量百分数的组分：异佛尔酮二胺20-31％，聚醚胺40-51％，间苯二甲胺10-20％，双酚A10-20％，三甲基六亚甲基二肟5-10％，2，2’-亚甲基双苯酚2-5％， 2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚2-5％。

实施例1

一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料，包括基面修复砂浆和混凝土注浆液。其中：所述基面修复砂浆包括以下质量百分数的组分：天然石英砂50％，比表面积大于12000cm²/g 的波特兰水泥48.4％，丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物1.5％，D₉₅＜10微米的水硬性粘合剂(甲基纤维素)0.05％，聚乙烯0.05％。

所述混凝土注浆液包括质量比为4.23∶1.77的A组分和B组分，其中：

所述A组分包括以下质量百分数的组分：Mw＜700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂62％，缩水甘油12-14烷基醚12％，1，6-己二醇二缩水甘油醚12％，Mw＜700的双酚F环氧树脂10.5％，3-(2，3- 环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷3.5％。

所述B组分包括以下质量百分数的组分：异佛尔酮二胺25％，聚醚胺43％，间苯二甲胺10％，双酚A10％，三甲基六亚甲基二肟5％，2，2’-亚甲基双苯酚3.5％，2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚3.5％。

实施例2

与实施例1的区别仅在于基面修复砂浆中以微米级的二胺@铝MOF颗粒2.5％替换等量的天然石英砂。

所述微米级的二胺@MOF颗粒的制备方法为：将硝酸铝和4，4′-联苯二甲酸以铝元素和羧基摩尔比为1∶1的比例添加至水中并分散均匀，升温加热至180℃，然后将所得溶液的pH 调节为3，保温反应6h；反应结束后经过滤、洗涤、干燥和粉碎后得到微米级的铝MOF颗粒；将铝MOF颗粒浸渍于二胺溶液(间苯二甲胺)中，静置吸附3h，离心分离，制得微米级的二胺@MOF颗粒。

实施例3

一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料，包括基面修复砂浆和混凝土注浆液。其中：所述基面修复砂浆包括以下质量百分数的组分：天然石英砂55％，比表面积大于12000cm²/g 的波特兰水泥47.8％，丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物2％，D₉₅＜10微米的水硬性粘合剂(甲基纤维素)0.1％，微米级的二胺@铝MOF颗粒5.0％，聚乙烯0.1％。

其中，所述微米级的二胺@MOF颗粒的制备方法为：将硝酸铝和4，4′-联苯二甲酸以铝元素和羧基摩尔比为1∶0.8的比例添加至水中并分散均匀，升温加热至160℃，然后将所得溶液的pH调节为4，保温反应5h；反应结束后经过滤、洗涤、干燥和粉碎后得到微米级的铝MOF颗粒；将铝MOF颗粒浸渍于二胺溶液(异佛尔酮二胺)中，静置吸附4h，离心分离，制得微米级的二胺@MOF颗粒。

所述混凝土注浆液包括质量比为4.5∶2的A组分和B组分，其中：

所述A组分包括以下质量百分数的组分：Mw＜700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂68％，缩水甘油12-14烷基醚10％，1，6-己二醇二缩水甘油醚10％，Mw＜700的双酚F环氧树脂10％，3-(2，3- 环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2％。

所述B组分包括以下质量百分数的组分：异佛尔酮二胺20％，聚醚胺40％，间苯二甲胺15％，双酚A10％，三甲基六亚甲基二肟10％，2，2’-亚甲基双苯酚2.5％，2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚2.5％。

实施例4

一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料，包括基面修复砂浆和混凝土注浆液。其中：所述基面修复砂浆包括以下质量百分数的组分：天然石英砂55％，比表面积大于12000cm²/g 的波特兰水泥40％，丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物1％，D₉₅＜10微米的水硬性粘合剂(甲基纤维素)0.1％，微米级的二胺@铝MOF颗粒3.8％，聚乙烯0.1％。

其中，所述微米级的二胺@MOF颗粒的制备方法为：将硝酸铝和4，4′-联苯二甲酸以铝元素和羧基摩尔比为1∶1.2的比例添加至水中并分散均匀，升温加热至200℃，然后将所得溶液的pH调节为2，保温反应5h；反应结束后经过滤、洗涤、干燥和粉碎后得到微米级的铝MOF颗粒；将铝MOF颗粒浸渍于二胺溶液(间苯二胺)中，静置吸附2h，离心分离，制得微米级的二胺@MOF颗粒。

所述混凝土注浆液包括质量比为4∶1.5的A组分和B组分，其中：

所述A组分包括以下质量百分数的组分：Mw＜700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂60％，缩水甘油12-14烷基醚13％，1，6-己二醇二缩水甘油醚15％，Mw＜700的双酚F环氧树脂10％，3-(2，3- 环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2％。

所述B组分包括以下质量百分数的组分：异佛尔酮二胺30％，聚醚胺40％，间苯二甲胺10％，双酚A10％，三甲基六亚甲基二肟5％，2，2’-亚甲基双苯酚2％，2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚3％。

对比例1

对比例1与实施例1的区别仅在于：基面修复砂浆包括以下质量百分数的组分：天然石英砂 50％，比表面积大于12000cm²/g的波特兰水泥48.5％，丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物1.5％。

对比例2

对比例2与实施例1的区别仅在于：

混凝土注浆液的A组分为Mw＜700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂100％。

混凝土注浆液B组分为异佛尔酮二胺100％。

采用实施例1-2以及对比例1的基面修复砂浆以及混凝土注浆液对相同批次的测试用混凝土表面缺陷(人造，同尺寸)进行修复以及注射加固之后各项指标数据如下：

通过上表中的数据对比可知，对比例1相对于实施例1而言，由于采用的是普通的基面修复砂浆，其与混凝土基体结合固化后的机械强度明显不如实施例1；而对比例2相对实施例1，由于采用的混凝土注浆液的A、B组分为较为常规的双组份环氧树脂及其固化剂，因此砂浆固化后与混凝土基体的交联结合程度不够理想，导致相应的机械强度不如实施例1；而实施例2与实施例1相比，由于砂浆中含有二胺@MOF颗粒，不仅自身的强度得到加强，并且可与混凝土注浆液的A组分发生交联固化，结合程度更高，因此机械强度最佳。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种混凝土烟囱和冷却塔的结构修复加固材料，其特征在于：包括基面修复砂浆和混凝土注浆液；

所述基面修复砂浆包括以下质量百分数的组分：

天然石英砂40-55%，

波特兰水泥40-55%，

丙烯酸酯/丙烯酸胺/丙烯酸盐三元共聚物1-2%，

甲基纤维素0.0-0.1%，

二胺@铝MOF颗粒0.0-5.0%，

聚乙烯0.0-0.1%；

所述二胺@铝MOF颗粒的制备方法包括：将硝酸铝和4,4'-联苯二甲酸以铝元素和羧基摩尔比为1:（0.8-1.2）的比例添加至水中并分散均匀，升温加热，然后将所得溶液的pH调节为酸性，保温反应；反应结束后经过滤、洗涤、干燥和粉碎后得到微米级的铝MOF颗粒；将铝MOF颗粒浸渍于二胺溶液中，静置吸附，离心分离，制得二胺@铝MOF颗粒；

所述混凝土注浆液包括A组分和B组分，其中：

所述A组分包括以下质量百分数的组分：

Mw< 700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂60-68%，

缩水甘油12-14烷基醚10-20%，

1,6-己二醇二缩水甘油醚10-20%，

双酚F环氧树脂10-20%，

3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2-5%；

所述B组分包括以下质量百分数的组分：

异佛尔酮二胺20-31%，

聚醚胺40-51%，

间苯二甲胺10-20%，

双酚A 10-20%，

三甲基六亚甲基二肟5-10%，

2,2’-亚甲基双苯酚2-5%，

2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚2-5%。

2.如权利要求1所述的结构修复加固材料，其特征在于：所述甲基纤维素的D₉₅<10微米，所述波特兰水泥的比表面积大于12000cm²/g。

3.如权利要求1所述的结构修复加固材料，其特征在于：所述二胺@铝MOF颗粒的粒径为微米级。

4.如权利要求1所述的结构修复加固材料，其特征在于：升温加热至160-200℃，然后将所得溶液的pH调节为2-4，保温反应5-10h。

5.如权利要求1所述的结构修复加固材料，其特征在于：静置吸附时间为2-4h。

6.如权利要求1所述的结构修复加固材料，其特征在于：所述二胺为异佛尔酮二胺、间苯二胺或间苯二甲胺。

7.如权利要求1所述的结构修复加固材料，其特征在于：所述混凝土注浆液中A组分和B组分的质量比为（4-4.5）:（1.5-2.0）。

8.权利要求1-7之一所述结构修复加固材料在混凝土烟囱和冷却塔加固修复中的应用。