一种高抗蚀海工修补砂浆及其制备方法与流程

1.本发明属于海工砂浆技术领域，具体涉及一种高抗蚀海工修补砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.我国海洋辽阔，随着沿海经济发展和海洋资源的开发，跨海大桥、港口码头、岛礁建设、海底隧道、海上石油钻井平台等工程越来越多。
3.现在港口混凝土维修工程中常用的聚合物水泥砂浆主要为环氧类乳液和丙乳类共聚物水泥砂浆。聚合物掺入到水泥砂浆中可形成独特的有一定韧性的复合网络结构，大大提高水泥砂浆的抗裂、抗渗能力且抗拉强度高、与旧混凝土粘结强度高，适用于恶劣环境条件下混凝土结构表层修补。有机类修补材料尽管具有许多无机类修补材料无法比拟的优点，但由于聚合物的弹性模量和热膨胀系数与水泥混凝土基材相差太大，所以常出现初始修补效果很理想，一段时间后却容易出现修补材料从基材表面脱落的现象。另外，目前环氧砂浆和丙乳砂浆都属于多组份产品，产品包装分为干粉料和液料，需二者搭配使用。不仅产品配方复杂，而且施工工艺繁琐，此外，高成本制约了其广泛应用。
4.综上，如何研发出一种配方精简、成本低廉、单组分构成且易于施工的海工修补砂浆，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高抗蚀海工修补砂浆及其制备方法，采用高贝利特硫铝酸盐水泥作为混凝土裂缝和缺陷的修补材料，以改性沥青胶粉代替传统工艺中的环氧类乳液，复配使用胶结料和早强剂等，从而研发一种单组份的高抗蚀海工修补砂浆。制备得到的修补砂浆材料仅为粉体材质，易于生产、储存和运输，且所用原料的成本仅为传统的聚合物修补砂浆成本的50％，耐久性则是传统聚合物修补砂浆的2倍，具有优异粘接性，防水性，高耐盐腐蚀性，既解决了传统修补砂浆耐久性差的问题，又解决了双组份聚合物砂浆施工工艺繁琐、费工费料的问题，具有降本增效的显著进步。
6.为实现上述目的，本发明提供一种高抗蚀海工修补砂浆，按重量分数计，包括以下组分：高贝利特硫铝酸盐水泥35-42份、胶结料0.5-2份、骨料50-60份、沥青改性胶粉4-6.5份、无水硬石膏0-0.5份、减水剂0.15-0.2份、缓凝剂0.16-0.2份、早强剂0.05-0.1份。
7.在一优选的实施方式中，所述硫铝酸盐水泥为高贝利特硫铝酸盐水泥，优选的，所述高贝利特硫铝酸盐水泥强度等级为42.5级。
8.在一优选的实施方式中，所述胶结料中矿物主要成分为c4a3质量分数在65％以上。
9.在一优选的实施方式中，所述骨料包括粗砂和细砂，所述粗砂粒径为20-40目，细砂粒径为40-70目。
10.在一优选的实施方式中，所述粗砂和细砂的质量比为1:(0.4-0.8)。
11.在一优选的实施方式中，所述沥青改性胶粉固含量％≥98，灰份％≤15.0，堆积密度为400-550g/l。
12.在一优选的实施方式中，所述减水剂包括高效萘系减水剂。
13.在一优选的实施方式中，所述缓凝剂包括有机盐类缓凝剂。
14.在一优选的实施方式中，所述早强剂粒径为325目，纯度＞99.0％。
15.本发明的另一目的在于提供一种高抗蚀海工修补砂浆的制备方法，相比于分别制备干粉料和液料的双组份砂浆，本发明制备工艺简单易行，施工便捷，既可人工涂抹,也可机械喷涂,尤其适合潮湿面结合,用于码头等建筑材料的维修工程。
16.为实现上述目的，本发明提供一种高抗蚀海工修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：按重量份称取原料，混合均匀，得到粉料，将粉料加水拌合均匀即得。
17.在一优选的实施方式中，所述粉料和水的固液比为1:(0.1-0.15)。
18.与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：
19.1、本发明独辟蹊径，采用沥青改性胶粉代替环氧类乳液和丙乳类乳液，发挥沥青材料防水、防潮、防腐等优势，经实验发现，本发明所用的沥青改性胶粉与胶结料和快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥混匀后，加水拌合，可先在水中分散成聚合物乳液，提高材料的粘结性能和力学强度。在后续水泥砂浆硬化过程中，还能逐步形成以水泥为连续介质，且含沥青的网络结构，此交联网络结构在保证材料力学性能的同时，还能够有效阻止水分的渗透，从而达到抗渗防水目的。
20.2、本发明中，所用快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥，与普硅比有快凝快硬的优势，而且在海洋环境下水化产物具有较高的热力学稳定性、早期强度和抗侵蚀性能，可从本质上提升修补砂浆的耐久性能，尤其适用于海工环境。胶结料除了与沥青改性胶粉的协同作用外，还通过限定矿物成分c4a3的质量分数65％，为修补砂浆提供早期强度且大大增强了粘结强度与抗拉强度。
21.3、在将沥青改性胶粉、快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥和胶结料通过合理配比形成单组份的聚合物水泥砂浆主要原料的基础上，选取适宜的早强剂和缓凝剂协同调节砂浆状态，使材料一方面具有2h终凝，6h达到60％强度的效果，便于潮涨潮汐间快速海工修补，另一方面还展现了较高的粘结性能、防水性能、抗氯离子渗透性能与耐硫酸盐侵蚀性，从而能广泛适用于海港工程修补应用。
具体实施方式
22.为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
23.本发明实施例通过提供一种高抗蚀海工修补砂浆及其制备方法，解决现有技术中常规修补砂浆(环氧砂浆和丙乳砂浆)都属于多组份产品，不仅产品配方复杂，而且施工工艺繁琐、成本高昂。
24.本发明中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
25.本发明提供一种高抗蚀海工修补砂浆，按重量分数计，包括以下组分：高贝利特硫铝酸盐水泥39-42份、胶结料0.5-2份、骨料50-60份、沥青改性胶粉4-6.5份、无水硬石膏0-0.5份、减水剂0.15-0.2份、缓凝剂0.16-0.2份、早强剂0.05-0.1份。
26.在一优选的实施方式中，按重量分数计，包括以下组分：高贝利特硫铝酸盐水泥39-40份、胶结料0.1-2份、骨料50-60份、沥青改性胶粉4-5.5份、无水硬石膏0-0.3份、减水剂0.15-0.2份、缓凝剂0.16-0.2份、早强剂0.08-0.1份。
27.在一优选的实施方式中，所述硫铝酸盐水泥为高贝利特硫铝酸盐水泥，优选的，所述高贝利特硫铝酸盐水泥强度等级为42.5级，更优选的，所述高贝利特硫铝酸盐水泥6h抗折强度＞6mpa，抗压强度＞30mpa，28d水中自由膨胀率＜0.05％。
28.在一优选的实施方式中，所述胶结料中矿物主要成分为c4a3质量分数在65％以上，更优选的，所述胶结料1d抗折强度在8mpa以上，1d抗压强度在60mpa以上。
29.在一优选的实施方式中，所述骨料包括粗砂和细砂，所述粗砂粒径为20-40目，细砂粒径为40-70目。
30.在一优选的实施方式中，所述粗砂和细砂的质量比为1:(0.4-0.8)，优选的，所述粗砂和细砂的质量比为1:(0.47-0.78)，更优选的，所述粗砂和细砂的质量比为1:(0.5-0.66)。
31.在一优选的实施方式中，所述沥青改性胶粉固含量％≥98，灰份％≤15.0，堆积密度为400-550g/l。
32.在一优选的实施方式中，所述减水剂包括高效萘系减水剂，例如天津豹鸣股份有限公司ks-2型号。
33.在一优选的实施方式中，所述缓凝剂包括有机盐类缓凝剂，例如柠檬酸钠。
34.在一优选的实施方式中，所述早强剂粒径为325目，纯度＞99.0％，例如碳酸锂。
35.本发明的另一目的在于提供一种高抗蚀海工修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：按重量份称取原料，混合均匀，得到粉料，将粉料加水拌合均匀即得。
36.在一优选的实施方式中，所述粉料和水的固液比为1:(0.1-0.15)。
37.在一优选的实施方式中，所述拌合方法为在水泥胶砂搅拌机中，先按低速档搅拌120秒，静置熟化5mi n后，再按低速档搅拌30s，即可制备出单组份高抗蚀海工修补砂浆。
38.下面通过具体实施例详细说明本技术的技术方案：
39.若未特别指明，本发明中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，本发明中所用的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。本发明所用试剂如无特殊说明均为分析纯。
40.本发明实施例中，所用硫铝酸盐水泥购自唐山北极熊建材有限公司的抗裂快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥sac，型号为bs-wcrf42.5；所用沥青改性胶粉购自天盈建材有限公司，型号为kyl70；所用胶结料购自唐山北极熊建材有限公司，型号为高铁型92.5等级硫铝酸钙胶结料；所用减水剂购自天津豹鸣有限公司，型号为ks-2；所用缓凝剂选用工业级柠檬酸钠；所用早强剂选用工业级碳酸锂。
41.在本发明中，重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。
42.实施例1
43.1、称取下述重量的原材料：400g的高贝利特硫铝酸盐水泥、10g的胶结料、3g重量份的无水硬石膏、363g的粗砂、182g的细砂、45g的沥青改性胶粉、1.5g的减水剂、1.6g的缓凝剂、0.8g的早强剂。
44.2、将上述粉料混合均匀，备用；
45.3、取130g水加入到步骤2的粉料中，用胶砂搅拌机低速搅拌120秒，熟化5mi n，再低速搅拌30s，即可获得高性能海工修补砂浆。
46.实施例2
47.1、称取下述重量的原材料：417g的高贝利特硫铝酸盐水泥、10g的胶结料、300g的粗砂、233g的细砂、40g的沥青改性胶粉、1.6g的减水剂、2.0g的缓凝剂、1g的早强剂。
48.2、将上述粉料混合均匀，备用；
49.3、取133g水加入到步骤2的粉料中，用胶砂搅拌机低速搅拌120秒，熟化5mi n，再低速搅拌30s，即可获得高性能海工修补砂浆。
50.实施例3
51.1、称取下述重量的原材料：390g的高贝利特硫铝酸盐水泥、20g的胶结料、5g重量份的无水硬石膏、330g的粗砂、220g的细砂、40g的沥青改性胶粉、1.6g的减水剂、1.6g的缓凝剂、0.8g的早强剂。
52.2、将上述粉料混合均匀，备用；
53.3、取140g水加入到步骤2的粉料中，用胶砂搅拌机低速搅拌120秒，熟化5mi n，再低速搅拌30s，即可获得高性能海工修补砂浆。
54.实施例4
55.1、称取下述重量的原材料：400g的高贝利特硫铝酸盐水泥、10g的胶结料、3g重量份的无水硬石膏、357g的粗砂、178g的细砂、55g的沥青改性胶粉、1.5g的减水剂、1.6g的缓凝剂、0.8g的早强剂。
56.2、将上述粉料混合均匀，备用；
57.3、取147g水加入到步骤2的粉料中，用胶砂搅拌机低速搅拌120秒，熟化5mi n，再低速搅拌30s，即可获得高性能海工修补砂浆。
58.实施例5
59.1、称取下述重量的原材料：400g的高贝利特硫铝酸盐水泥、10g的胶结料、3g重量份的无水硬石膏、350g的粗砂、175g的细砂、65g的沥青改性胶粉、1.5g的减水剂、1.6g的缓凝剂、0.8g的早强剂。
60.2、将上述粉料混合均匀，备用；
61.3、取155g水加入到步骤2的粉料中，用胶砂搅拌机低速搅拌120秒，熟化5mi n，再低速搅拌30s，即可获得高性能海工修补砂浆。
62.对比例1
63.与实施例1相比，区别仅在于：配方中用等量的vab胶粉替代沥青改性胶粉，其余原料、用量和制备方法均与实施例1完全一致。
64.对比例2
65.与实施例1相比，区别仅在于：配方中用等量的po42.5硅酸盐水泥替代高贝利特硫铝酸盐水泥，其余原料、用量和制备方法均与实施例1完全一致。
66.对比例3
67.与实施例1相比，区别仅在于：配方中不掺胶结料，余量用高贝利特硫铝酸盐水泥配平，其余原料、用量和制备方法均与实施例1完全一致。
68.对比例4外购丙乳砂浆
69.对比例5外购环氧砂浆
70.将实施例1-5和对比例1-3制备得到修补砂浆以及对比例4-5外购的修补砂浆，按照jgjt 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准、jts 311-2011《港口水工建筑物修补加固技术规范》和gbt 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行性能测试，其表观及力学性能测试结果如表1所示、抗侵蚀性能测试结果如表2所示。
71.表1
[0072][0073]
表2
[0074]
[0075][0076]
由实施例1/4/5可以看出，随着高性能海工修补砂浆随着沥青改性胶粉掺量的增加，虽然以骨料配平，但是抗压强度依然下降，这是因为聚合物的加入一方面会导致砂浆引气量增加，硬化后内部空隙较多，另一方面随着沥青胶粉聚集程度提高，包裹水泥颗粒与细骨料的沥青膜厚度增大，水泥的水化产物无法穿过沥青膜生长，未能相互搭接形成连续的支撑结构。此时硬化复合浆体的骨架结构是由裹附在水泥颗粒及砂表面的沥青膜构成，这种骨架结构较为疏松，从而导致强度降低。对于抗折强度，随着沥青改性胶粉掺量的增加，柔韧性呈现出先增大后减小的特点。对于抗拉强度，掺入沥青改性胶粉后，聚合物成膜与水泥水化产生的结构凝胶在砂浆内部形成互穿网络结构，从而提升砂浆内聚强度，同时粘接强度也明显提高。同时，随着沥青胶粉掺量的增加，高性能海工修补砂浆抗渗防水性能变好。这是因为沥青胶粉在破乳成膜后，一方面堵塞了砂浆内部存在的毛细孔，另一方面，由于沥青材料本身是具有优异的防水和憎水特性。使得水分不易渗透进去砂浆内部。从氯离子渗透深度可以看出，渗透深度随着沥青改性胶粉掺量增加而降低，在沥青胶粉掺量为40％时仅渗透了3mm，而外购的丙乳砂浆和环氧砂浆氯离子渗透深度为6.5-7mm。从电通量和扩散系数实验结果可得出类似结论。因此，本发明为兼顾力学强度和抗渗能力，设计出合理的原料及配比才能达到最佳的修补效果。
[0077]
从对比实验数据可以看出，以等量vae乳胶粉替代沥青改性胶粉，抗渗性与耐盐侵蚀性不符合标准要求，这体现了沥青材料本身是具有优异的防水和憎水特性。以po42.5水泥替代高贝利特硫铝酸盐水泥42.5等级，凝结时间、粘接强度与耐盐水侵蚀性均不达标，由此可见，本发明优选的高贝利特硫铝酸盐水泥具有不可替代性。而不掺入胶结料，仅以高贝利特硫铝酸盐水泥替代，可以发现粘接强度明显降低，不利于修补作业。而本发明方案中，将高贝利特硫铝酸盐水泥、沥青改性胶粉与胶结料协同作用可以发挥更好地贡献粘接强度。
[0078]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

技术特征：
1.一种高抗蚀海工修补砂浆，其特征在于，按重量分数计，包括以下组分：高贝利特硫铝酸盐水泥39-42份、胶结料0.5-2份、骨料50-60份、沥青改性胶粉4-6.5份、无水硬石膏0-0.5份、减水剂0.15-0.2份、缓凝剂0.16-0.2份、早强剂0.05-0.1份。2.如权利要求1所述的高抗蚀海工修补砂浆，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥为高贝利特硫铝酸盐水泥。3.如权利要求2所述的高抗蚀海工修补砂浆，其特征在于，所述高贝利特硫铝酸盐水泥强度等级为42.5级。4.如权利要求1所述的高抗蚀海工修补砂浆，其特征在于，所述胶结料
ˉ
中矿物主要成分为c4a3s，质量分数在65％以上。5.如权利要求1所述的高抗蚀海工修补砂浆，其特征在于，所述骨料包括粗砂和细砂，所述粗砂粒径为20-40目，细砂粒径为40-70目。6.如权利要求5所述的高抗蚀海工修补砂浆，其特征在于，所述粗砂和细砂的质量比为1:(0.4-0.8)。7.如权利要求1所述的高抗蚀海工修补砂浆，其特征在于，所述沥青改性胶粉固含量％≥98，灰份％≤15.0，堆积密度为400-550g/l。8.如权利要求1所述的高抗蚀海工修补砂浆，其特征在于，所述减水剂包括高效萘系减水剂；所述缓凝剂包括有机盐类缓凝剂；所述早强剂粒径为325目，纯度＞99.0％。9.如权利要求1-8任意一项所述高抗蚀海工修补砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份称取原料，混合均匀，得到粉料，将粉料加水拌合均匀即得。10.如权利要求9所述高抗蚀海工修补砂浆的制备方法，其特征在于，所述粉料和水的固液比为1:(0.1-0.15)。

技术总结
本发明提供了一种高抗蚀海工修补砂浆及其制备方法，涉及海工砂浆技术领域。按重量分数计，包括以下组分：高贝利特硫铝酸盐水泥35-42份、胶结料0.5-2份、骨料50-60份、沥青改性胶粉4-6.5份、无水硬石膏0-0.5份、减水剂0.15-0.2份、缓凝剂0.16-0.2份、早强剂0.05-0.1份。本发明采用高贝利特硫铝酸盐水泥作为混凝土裂缝和缺陷的修补材料，以改性沥青胶粉代替传统工艺中的环氧类乳液，复配使用胶结料和早强剂等，研发出一种单组份的高抗蚀海工修补砂浆。砂浆配方精简、原料成本低廉、粉体产品易于生产、储存和运输，而且修补混凝土后还具有优异粘接性，防水性，高耐盐腐蚀性，既解决了传统修补砂浆耐久性差的问题，又解决了双组份聚合物砂浆施工工艺繁琐、费工费料的问题。费工费料的问题。


技术研发人员：周宏研 田胜力 李志博 张建兵 陈向娟 马晓虎 齐博 陆春宇
受保护的技术使用者：北京金隅砂浆有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/24