一种聚合物砂浆修补材料及其制备方法和应用

1.本发明属于混凝土构件修补砂浆领域，具体涉及一种聚合物砂浆修补材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来为实现节水灌溉，节约水资源，全国多省地区的大型灌区多进行了节水改造工程建设，渠道多采用混凝土板衬砌，其防渗效果好，施工方便。然而在运行中由于受到低温天气的影响，渠基土冻胀破坏致使混凝土板产生了裂缝，对工程运行管理很不力，应及时采取措施进行处理。
3.对混凝土裂缝的处理方法为采用修补材料对混凝土结构进行修补。目前，混凝土结构修补材料按照材料类型分为：水泥基修补材料、聚合物修补材料、基于水泥基的聚合物修补材料(聚合物修补砂浆)。其中，水泥基修补材料由于干燥收缩、耐久性差等缺点仅仅用在非重要工程部位。聚合物修补材料虽然强度高、韧性好、养护期短、施工便捷、针对性强，但因为其具有易老化、造价高、与混凝土接触界面处理要求高等一系列缺点，无法成为主流修补材料。
4.聚合物修补砂浆是根据性能要求，将聚合物掺加在水泥砂浆中，配制出抗渗防裂、韧性高、粘结性好等特点的高性能修补砂浆。但目前的聚合物修补砂浆普遍存在抗压强度低，并且在寒冷地区气候条件下易产生冻融劣化失效等问题。因此，开发一种在寒冷地区气候条件下具有较好力学性能与抗冻性能的聚合物修补砂浆十分必要。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚合物砂浆修补材料及其制备方法和应用。本发明提供的聚合物砂浆修补材料不但具有良好的力学性能，而且抗冻融性好、粘接强度高。
6.为实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
7.本发明提供一种聚合物砂浆修补材料，包括以下原料：水泥、砂料、水、纤维、白炭黑、膨胀剂、减水剂、丁苯橡胶、环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯。
8.优选的，水泥为粉煤灰水泥。
9.优选的，砂料为石英砂。
10.优选的，纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或碳纤维。
11.优选的，膨胀剂为u型膨胀剂或aea膨胀剂；减水剂为聚羧酸高效减水剂。
12.优选的，硅溶胶改性丙烯酸酯包含以下原料：硅溶胶、乳化剂、引发剂、壳单体、核单体。
13.优选的，硅溶胶由正硅酸乙酯催化水解制得，乳化剂包括十二烷基磺酸钠和聚氧乙烯辛基苯基醚，引发剂为过硫酸铵，核单体包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯，壳单体为丙烯酸。
14.优选的，本发明提供的聚合物砂浆修补材料按重量份计，包括粉煤灰水泥100份、砂料200-250份、水20-30份、纤维0.02-0.15份、白炭黑0.5-2份、膨胀剂5-8份、减水剂0.5-1.2份、丁苯橡胶5-20份、环氧丙烯酸酯5-20份、硅溶胶改性丙烯酸酯10-30份。
15.本发明还提供一种上述聚合物砂浆修补材料的制备方法，包括以下步骤：
16.s1.制备环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯，备用；
17.s2.将水泥、砂料、纤维、白炭黑、膨胀剂和减水剂混合，搅拌均匀，得混合料；
18.s3.向混合料中加入水和丁苯橡胶充分混合后，加入环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯，继续搅拌均匀，得到聚合物砂浆修补材料。
19.本发明还提供一种上述聚合物砂浆修补材料在渠道衬砌工程中混凝土板裂缝处理中的应用。
20.本发明的有益效果是：
21.本发明通过在水泥砂浆中添加丁苯橡胶、环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯，制得的聚合物砂浆修补材料抗压强度和抗折强度高、抗冻融性好、粘接强度高，可用于对寒冷地区混凝土裂缝进行修补。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
23.本发明实施例制备硅溶胶改性丙烯酸酯中使用的乳化剂溶液是质量比为1:1的十二烷基磺酸钠和聚氧乙烯辛基苯基醚，引发剂为过硫酸铵，核单体是质量比为2:3的丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯，壳单体为丙烯酸，ph缓冲剂为碳酸氢钠。其中，硅溶胶、乳化剂、引发剂、壳单体、核单体的重量比为10:6:0.2:20:15。
24.实施例1
25.本实施例的聚合物砂浆修补材料，按重量份计，包括粉煤灰水泥100份、石英砂200份、水20份、聚丙烯纤维0.15份、白炭黑2份、u型膨胀剂8份、聚羧酸高效减水剂1.2份、丁苯橡胶5份、环氧丙烯酸酯20份、硅溶胶改性丙烯酸酯10份。
26.一种聚合物砂浆修补材料的制备方法，包括以下步骤：
27.(1)制备环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯
28.环氧丙烯酸酯按照专利号cn 111574912 a公开的方法制备得到。
29.硅溶胶改性丙烯酸酯的制备方法如下：
30.将1mol正硅酸乙酯(teos)和6mol无水乙醇加入三口烧瓶中，在45℃下快速搅拌，取0.1mol氨水与2mol蒸馏水一并滴入烧瓶，强烈搅拌4h，并在室温下放置一定时间陈化后得到硅溶胶，备用。
31.取硅溶胶与乳化剂溶液于磁力搅拌器高速分散15min，在45℃下将分散好的混合液加入四口烧瓶中，中速搅拌下加入缓冲剂，通氮气保护升温至82℃。随后将1/3核单体和1/3引发剂溶液加入烧瓶中，待反应出现均匀蓝相后，分别缓慢滴加剩余的2/3核单体和1/3量的引发剂溶液，控制滴加时间为1h。滴加完毕后升温至86℃保温1h，后降温到82℃得种子
乳液。在种子乳液中滴加壳单体和剩余1/3的引发剂溶液，滴加时间为3h，继续于82℃保温1h，降温至40℃以下，过60目筛，并用氨水调ph至8～9，即得到硅溶胶改性丙烯酸酯乳液。
32.(2)将粉煤灰水泥、石英砂、聚丙烯纤维、白炭黑、膨胀剂和减水剂混合，搅拌均匀，得混合料。
33.(3)向混合料中加入水和丁苯橡胶充分混合后，加入环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯，继续搅拌均匀，得到聚合物砂浆修补材料。
34.实施例2
35.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，丁苯橡胶的用量为20重量份。
36.实施例3
37.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，环氧丙烯酸酯的用量为5重量份。
38.实施例4
39.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，硅溶胶改性丙烯酸酯的用量为30重量份。
40.对比例1
41.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，原料中不添加丁苯橡胶。
42.对比例2
43.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，丁苯橡胶的用量为30重量份。
44.对比例3
45.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，原料中不添加环氧丙烯酸酯。
46.对比例4
47.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，环氧丙烯酸酯用量为50重量份。
48.对比例5
49.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，原料中不添加硅溶胶改性丙烯酸酯。
50.对比例6
51.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，硅溶胶改性丙烯酸酯的用量为50重量份。
52.对比例7
53.按照与实施例1相同的方法制备聚合物砂浆修补材料，不同之处在于，水泥为普通硅酸盐水泥。
54.性能测试
55.(1)抗压强度、抗折强度、粘结强度：采用dl/t5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行测试。
56.(2)抗冻融性：按照gb/t 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》进行冻融试验测试。
57.测试结果如下表：
[0058][0059][0060]
从上表可以看出，本发明实施例制备的聚合物砂浆修补材料具有优异的力学性能和抗冻性。
[0061]
实施例1与对比例1和2相比，力学性能提高，表明丁苯橡胶所作出的技术贡献，且丁苯橡胶的添加量并非越大越好。
[0062]
与对比例3和4相比，本发明实施例制备的修补材料力学性能显著增强，抗冻等级可达f200，表明环氧丙烯酸酯所作出的技术贡献，且过量的环氧丙烯酸酯对材料综合性能有不利影响。
[0063]
从对比例5和6可以看出，硅溶胶改性丙烯酸酯对材料性能影响较大，且硅溶胶改性丙烯酸酯的用量也需严格控制。
[0064]
对比例7和实施例1相比，表明粉煤灰水泥对材料的性能提升优于普通水泥，尤其是抗冻等级和人工气候老化性能。
[0065]
本发明通过将丁苯橡胶、环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯与水泥砂浆进行合理配伍，并控制各原料配比，制备得到了力学性能高，抗冻融性好的聚合物砂浆修补材料，适用于对寒冷地区混凝土裂缝进行修补。
[0066]
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
[0067]
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种聚合物砂浆修补材料，其特征在于，包括以下原料：水泥、砂料、水、纤维、白炭黑、膨胀剂、减水剂、丁苯橡胶、环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯。2.根据权利要求1所述的聚合物砂浆修补材料，其特征在于，所述水泥为粉煤灰水泥。3.根据权利要求1所述的聚合物砂浆修补材料，其特征在于，所述纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或碳纤维。4.根据权利要求1所述的聚合物砂浆修补材料，其特征在于，所述膨胀剂为u型膨胀剂或aea膨胀剂；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。5.根据权利要求1所述的聚合物砂浆修补材料，其特征在于，所述硅溶胶改性丙烯酸酯包含以下原料：硅溶胶、乳化剂、引发剂、壳单体、核单体。6.根据权利要求5所述的聚合物砂浆修补材料，其特征在于，所述硅溶胶由正硅酸乙酯催化水解制得，所述乳化剂包括十二烷基磺酸钠和聚氧乙烯辛基苯基醚，所述引发剂为过硫酸铵，所述核单体包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯，所述壳单体为丙烯酸。7.根据权利要求1所述的聚合物砂浆修补材料，其特征在于，所述原料按重量份计，包括粉煤灰水泥100份、砂料200-250份、水20-30份、纤维0.02-0.15份、白炭黑0.5-2份、膨胀剂5-8份、减水剂0.5-1.2份、丁苯橡胶5-20份、环氧丙烯酸酯5-20份、硅溶胶改性丙烯酸酯10-30份。8.根据权利要求1～7任一项所述的聚合物砂浆修补材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.制备环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯，备用；s2.将水泥、砂料、纤维、白炭黑、膨胀剂和减水剂混合，搅拌均匀，得混合料；s3.向所述混合料中加入水和丁苯橡胶充分混合后，加入环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯，继续搅拌均匀，得到所述聚合物砂浆修补材料。9.根据权利要求1～7任一项所述聚合物砂浆修补材料在渠道衬砌工程混凝土板裂缝处理中的应用。

技术总结
本发明公开了一种聚合物砂浆修补材料，包括以下原料：水泥、砂料、水、纤维、白炭黑、膨胀剂、减水剂、丁苯橡胶、环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯。本发明通过将丁苯橡胶、环氧丙烯酸酯和硅溶胶改性丙烯酸酯与水泥砂浆进行合理配伍，制备得到了力学性能高，抗冻融性好的聚合物砂浆修补材料，适用于对寒冷地区混凝土裂缝进行修补。裂缝进行修补。


技术研发人员：唐文坚 邵晓妹 陈亮 刘学山 孙正 李娟 周若 李强 周璐 郭辉 张辉 史云吏 郑越洋
受保护的技术使用者：长江水利委员会长江科学院 南方电网调峰调频发电有限公司工程建设管理分公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/14