一种混凝土修补材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种混凝土修补材料及其制备方法，涉及混凝土技术领域，解决了现有的混凝土容易产生裂缝、降低结构强度的技术问题。混凝土修补材料包括如下重量份数的组分：通用硅酸盐水泥100‑250份；白色硅酸盐水泥100‑250份；胶粉10‑30份；纤维素醚0.5‑1份；膨胀剂0.2‑0.4份；抗泡剂0.1‑0.3份。本发明中的各组分配合使用后，混凝土不易产生裂缝，提高了混凝土的结构强度；其还包括5‑10份改性纤维材料，纤维材料经过改性后，提高了与混凝土的各组分的相容性，纤维材料在混凝土中形成网状结构，纤维材料可以一致混凝土产生裂缝，进一步提高混凝土的结构强度。

权利要求

1.一种混凝土修补材料，其特征在于，由如下重量份数的组分制成：通用硅酸盐水泥100-250份；

白色硅酸盐水泥100-250份；

胶粉10-30份；

纤维素醚0.5-1份；

膨胀剂0.2-0.4份；

抗泡剂0.1-0.3份；

碱性微胶囊1-3份；

改性纤维材料5-10份；

所述改性纤维材料选自芳纶纤维、聚酯纤维、氨纶纤维中的任意一种；

所述碱性微胶囊包括芯材和壁材，所述芯材选自氧化钠、氧化钾和氧化钙中的任意一种，所述壁材是甲基纤维素；所述芯材的直径为0.6-0.8毫米，所述微胶囊的直径为1-1.2毫米；

碱性微胶囊的制备包括以下步骤：

A.将壁材溶解于乙醇中，得到壁材液；

B.将芯材加入壁材液中，搅拌均匀，得到微胶囊液；

C.采用喷雾干燥机对微胶囊液进行喷雾干燥，其进风口温度为120℃，出风口温度为60℃，自然降温后得到碱性微胶囊。

2.根据权利要求1所述的混凝土修补材料，其特征在于，所述改性纤维材料的改性处理包括以下步骤：将改性纤维材料在碱液中浸泡一段时间后，取出清洗干净，干燥。

3.根据权利要求2所述的混凝土修补材料，其特征在于，所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾和磷酸三钠中的任意一种，所述碱液的浓度为100～150g/L。

4.如权利要求1-3任一项所述的混凝土修补材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

（2）称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，再加入改性纤维材料和碱性微胶囊，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

说明书

一种混凝土修补材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种混凝土修补材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 凝土预制构件是以混凝土为基本材料预先在工厂制成的建筑构件，包括梁、板、柱及建筑装修配件等。混凝土梁、柱、板和墙等的加固修补都需要修补材料；其他普通混凝土难以浇注的不规则死角、边角及混凝土空洞补灌修复等也需要修补材料。这就使得修补材料的需求大大增加，同时不同的使用场合还对修补材料的性能提出了不同的要求。

[0003] 混凝土中的主要成分是硅酸钙(弱酸强碱性盐)，遇水后发生水化反应，形成游离钙、硅酸和氢氧根。当混凝土中有足够多的水时，在毛细压作用下，水会流出，此时游离的钙、钠、钾等物质会以水为载体流出。到达混凝土表面后，随着水分蒸发，这些物质残留在混凝土表面，形成白色粉末状晶体，或者与空气中二氧化碳反应在混凝土表面结晶形成白色硬块。这些白色的物质就是混凝土泛碱。混凝土中钙离子的流失伴随着氢氧根的流失，造成混凝土碱性降低，当混凝土pH值低于12的时候，混凝土中的钢筋开始锈蚀；pH值越低，混凝土中钢筋锈蚀速度越快，由于钢筋最终锈蚀产物Fe2O3·3H2O相对于铁而言体积可以膨胀6.4倍左右，使得周围的混凝土产生了较强的拉应力，当混凝土中拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会沿钢筋方向开裂，混凝土开裂后氯离子更易到达钢筋表面，导致钢筋进一步锈蚀。混凝土在固化时，由于水分蒸发以及水化升温的影响材料本身易收缩，容易产生裂缝，进一步导致混凝土结构强度降低。因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种混凝土修补材料，通过采用胶粉、纤维素醚和膨胀剂配合使用，以解决上述问题，其具有防止混凝土产生裂缝、提高结构强度的优点。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

[0006] 一种混凝土修补材料，包括如下重量份数的组分：

[0007] 通用硅酸盐水泥100-250份；

[0008] 白色硅酸盐水泥100-250份；

[0009] 胶粉10-30份；

[0010] 纤维素醚0.5-1份；

[0011] 膨胀剂0.2-0.4份；

[0012] 抗泡剂0.1-0.3份。

[0013] 通过采用上述技术方案，通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥的配合可调节色差，胶粉起到粘结作用，纤维素醚起到提高浆体和易性的作用，膨胀剂起到抗收缩、防止二次裂缝的作用，抗泡剂用于消除配置过程中产生的气泡，上述各组分配合使用后，混凝土不易产生裂缝，提高了混凝土的结构强度。

[0014] 进一步优选为，所述混凝土修补材料还包括5-10份改性纤维材料。

[0015] 通过采用上述技术方案，纤维材料经过改性后，提高了与混凝土的各组分的相容性，纤维材料在混凝土中形成网状结构，纤维材料可以一致混凝土产生裂缝，进一步提高混凝土的结构强度。

[0016] 进一步优选为，所述改性纤维材料选自芳纶纤维、聚酯纤维、氨纶纤维中的任意一种。

[0017] 通过采用上述技术方案，芳纶纤维、聚酯纤维、氨纶纤维具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻的优点，适用于混凝土。

[0018] 进一步优选为，所述改性纤维材料的改性处理包括以下步骤：将改性纤维材料在碱液中浸泡一段时间后，取出清洗干净，干燥。

[0019] 通过采用上述技术方案，纤维材料经过碱液浸泡后，其表面被轻微腐蚀，形成粗糙面，进一步提高了其与混凝土的各组分的相容性。

[0020] 进一步优选为，所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾和磷酸三钠中的任意一种，所述碱液的浓度为100～150g/L。

[0021] 通过采用上述技术方案，氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸三钠在水溶液中较稳定，容易获得且价格低廉，控制其浓度，在腐蚀纤维时既能在纤维表面形成粗糙面，也不会因腐蚀性过强而使纤维断裂，不降低纤维的强度。

[0022] 进一步优选为，所述混凝土修补材料还包括1-3份碱性微胶囊，所述碱性微胶囊包括芯材和壁材，所述芯材选自氧化钠、氧化钾和氧化钙中的任意一种，所述壁材是对低碱性环境敏感的有机材料。

[0023] 通过采用上述技术方案，当钢筋混凝土发生碳化时，混凝土中的pH值会降低，钢筋表面钝化膜被破坏而易发生锈蚀。当混凝土环境中pH值由于某种原因下降的时候，壁材被触发而表面产生结构性缺陷，芯材中的水溶性碱性氧化物被水溶解而带出，芯材内外可形成溶解平衡，可直接提升混凝土环境的pH值，并在一定时期内稳定pH值，从根源上延缓了混凝土碳化和钢筋腐蚀的目的，防止混凝土产生裂缝，进一步提高混凝土的结构强度。如果直接在混凝土中加入水溶性碱性氧化物，因其易溶于水而不能长期稳定存在于混凝土中。

[0024] 进一步优选为，所述壁材是甲基纤维素或乙基纤维素。

[0025] 通过采用上述技术方案，甲基纤维素或乙基纤维素容易成膜，其囊壁具有化学触发(如碳酸根离子、氯离子、硫酸根离子、pH值等)功能，其芯材具有提升和稳定混凝土pH值的功能。

[0026] 进一步优选为，所述芯材的直径为0.6-0.8毫米，所述微胶囊的直径为1-1.2毫米。

[0027] 通过采用上述技术方案，壁材使芯材得以保护，实现在搅拌过程中微胶囊直接掺入的施工工艺，避免施工对芯材的影响。

[0028] 进一步优选为，所述碱性微胶囊的制备包括以下步骤：

[0029] A.将壁材溶解于乙醇中，得到壁材液；

[0030] B.将芯材加入壁材液中，搅拌均匀，得到微胶囊液；

[0031] C.采用喷雾干燥机对微胶囊液进行喷雾干燥，其进风口温度为120℃，出风口温度为60℃，自然降温后得到碱性微胶囊。

[0032] 通过采用上述技术方案，喷雾干燥法能够使芯材表面的甲基纤维素或乙基纤维素快速固化成膜，完全包裹芯材，避免芯材裸露。

[0033] 本发明的目的在于提供一种混凝土修补材料的制备方法，通过采用，以解决上述问题，其具有的优点。

[0034] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

[0035] 一种混凝土修补材料的制备方法，包括以下步骤：

[0036] (1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0037] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0038] 本发明中的混凝土修补材料在使用时，每400份修补材料加入50-90份水后搅拌混合均匀后，即可施工。

[0039] 综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0040] (1)本发明中的各组分配合使用后，混凝土不易产生裂缝，提高了混凝土的结构强度；

[0041] (2)本发明通过加入改性纤维材料，纤维材料经过改性后，提高了与混凝土的各组分的相容性，纤维材料在混凝土中形成网状结构，纤维材料可以一致混凝土产生裂缝，进一步提高混凝土的结构强度；

[0042] (3)本发明通过加入碱性微胶囊，在一定时期内稳定pH值，从根源上延缓了混凝土碳化和钢筋腐蚀的目的，防止混凝土产生裂缝，进一步提高混凝土的结构强度。

附图说明

[0043] 图1是本发明碱性微胶囊的结构示意图；

[0044] 图2是本发明的修补材料制成的混凝土的剖面示意图。

具体实施方式

[0045] 下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

[0046] 以下实施例中的抗泡剂是聚二甲基硅氧烷，膨胀剂是CSA膨胀剂，由日本电气公司提供，其型号为：DENKA20#。通用硅酸盐水泥由安徽铜陵海螺水泥有限公司提供，其型号为：52.5级；

[0047] 实施例1：一种混凝土修补材料，其包括如下重量份数的组分：

[0048] 通用硅酸盐水泥100份；

[0049] 白色硅酸盐水泥250份；

[0050] 胶粉10份；

[0051] 纤维素醚1份；

[0052] 膨胀剂0.2份；

[0053] 抗泡剂0.3份。

[0054] 其制备方法包括以下步骤：(1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0055] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0056] 实施例2：一种混凝土修补材料，其包括如下重量份数的组分：

[0057] 通用硅酸盐水泥150份；

[0058] 白色硅酸盐水泥200份；

[0059] 胶粉15份；

[0060] 纤维素醚0.8份；

[0061] 膨胀剂0.25份；

[0062] 抗泡剂0.25份。

[0063] 其制备方法包括以下步骤：(1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0064] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0065] 实施例3：一种混凝土修补材料，其包括如下重量份数的组分：

[0066] 通用硅酸盐水泥180份；

[0067] 白色硅酸盐水泥170份；

[0068] 胶粉20份；

[0069] 纤维素醚0.7份；

[0070] 膨胀剂0.2份；

[0071] 抗泡剂0.2份。

[0072] 其制备方法包括以下步骤：(1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0073] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0074] 实施例4：一种混凝土修补材料，其包括如下重量份数的组分：

[0075] 通用硅酸盐水泥200份；

[0076] 白色硅酸盐水泥150份；

[0077] 胶粉25份；

[0078] 纤维素醚0.6份；

[0079] 膨胀剂0.35份；

[0080] 抗泡剂0.15份。

[0081] 其制备方法包括以下步骤：(1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0082] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0083] 实施例5：一种混凝土修补材料，其包括如下重量份数的组分：

[0084] 通用硅酸盐水泥250份；

[0085] 白色硅酸盐水泥100份；

[0086] 胶粉30份；

[0087] 纤维素醚0.5份；

[0088] 膨胀剂0.4份；

[0089] 抗泡剂0.1份。

[0090] 其制备方法包括以下步骤：(1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0091] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0092] 实施例6：一种混凝土修补材料，与实施例1的不同之处在于，混凝土修补材料还包括5份改性纤维材料；改性纤维材料是芳纶纤维；改性纤维材料的改性处理包括以下步骤：将改性纤维材料在碱液中浸泡一段时间后，取出清洗干净，干燥；碱液是氢氧化钠溶液，碱液的浓度为100g/L。

[0093] 混凝土修补材料的制备方法包括以下步骤：(1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0094] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，再加入改性纤维材料，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0095] 实施例7：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，混凝土修补材料还包括8份改性纤维材料。

[0096] 实施例8：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，混凝土修补材料还包括10份改性纤维材料。

[0097] 实施例9：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，改性纤维材料是聚酯纤维。

[0098] 实施例10：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，改性纤维材料是氨纶纤维。

[0099] 实施例11：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，碱液是氢氧化钾溶液。

[0100] 实施例12：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，碱液是磷酸三钠溶液。

[0101] 实施例13：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，碱液的浓度为125g/L。

[0102] 实施例14：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，碱液的浓度为150g/L。

[0103] 实施例15：一种混凝土修补材料，与实施例6的不同之处在于，混凝土修补材料还包括1份碱性微胶囊，碱性微胶囊包括芯材和壁材，芯材是氧化钠，壁材是对低碱性环境敏感的有机材料；本实施例的壁材是甲基纤维素。芯材的直径为0.6-0.8毫米，微胶囊的直径为1-1.2毫米，其尺寸在此范围内即可。

[0104] 碱性微胶囊的制备包括以下步骤：

[0105] A.将壁材溶解于乙醇中，得到壁材液；

[0106] B.将芯材加入壁材液中，搅拌均匀，得到微胶囊液；

[0107] C.采用喷雾干燥机对微胶囊液进行喷雾干燥，其进风口温度为120℃，出风口温度为60℃，自然降温后得到碱性微胶囊。

[0108] 混凝土修补材料的制备方法包括以下步骤：(1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0109] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，再加入改性纤维材料和碱性微胶囊，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0110] 如图1所示，碱性微胶囊1包括球形的壁材11和包裹在壁材11内部的芯材11，如图2所示，碱性微胶囊1在混凝土2中均匀分布。

[0111] 实施例16：一种混凝土修补材料，与实施例15的不同之处在于，混凝土修补材料还包括2份碱性微胶囊。

[0112] 实施例17：一种混凝土修补材料，与实施例15的不同之处在于，混凝土修补材料还包括3份碱性微胶囊。

[0113] 实施例18：一种混凝土修补材料，与实施例15的不同之处在于，本实施例中芯材采用氧化钾。

[0114] 实施例19：一种混凝土修补材料，与实施例15的不同之处在于，本实施例中芯材采用氧化钙。

[0115] 实施例20：一种混凝土修补材料，与实施例15的不同之处在于，本实施例中壁材是乙基纤维素。

[0116] 实施例21：一种混凝土修补材料，与实施例1的不同之处在于，混凝土修补材料还包括1份碱性微胶囊，碱性微胶囊包括芯材和壁材，芯材是氧化钠，壁材是对低碱性环境敏感的有机材料；本实施例的壁材是甲基纤维素。芯材的直径为0.6-0.8毫米，微胶囊的直径为1-1.2毫米，其尺寸在此范围内即可。

[0117] 碱性微胶囊的制备包括以下步骤：

[0118] A.将壁材溶解于乙醇中，得到壁材液；

[0119] B.将芯材加入壁材液中，搅拌均匀，得到微胶囊液；

[0120] C.采用喷雾干燥机对微胶囊液进行喷雾干燥，其进风口温度为120℃，出风口温度为60℃，自然降温后得到碱性微胶囊。

[0121] 混凝土修补材料的制备方法包括以下步骤：(1)称取通用硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥搅拌混合均匀；

[0122] (2)称取胶粉、纤维素醚、膨胀剂、抗泡剂，加入混合后的水泥中，再加入改性纤维材料和碱性微胶囊，搅拌混合均匀，得到混凝土修补材料。

[0123] 对比例1：采用专利号为CN201710644644.8的中国发明专利中的实施例1制备的灌浆料作为修补材料。

[0124] 试验一 性能测试

[0125] 试验方法：根据JG/T 408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》测试实施例1、实施例6、实施例15、实施例21和对比例1的各项性能。

[0126] 试验结果：性能测试结果如表1所示。由表1可知，本发明制得的混凝土修补材料各项指标均符合标准要求。

[0127] 表1 性能测试结果

[0128]

[0129] 试验二 强度测试

[0130] 测试方法:将本发明实施例1-21和对比例1与水混合后，制备成混凝土块，在标准养护室内养护28天后取出，测试其28d的抗压强度。

[0131] 测试结果：实施例1-21和对比例1的测试结果如表2所示。由表2可知，对比例1勉强达到合格标准，而实施例1-5的抗压强度均远高于对比例1和标准，实施例6-21的抗压强度远高于实施例1，说明本发明加入改性纤维材料后，提高了与混凝土的各组分的相容性，纤维材料在混凝土中形成网状结构，进一步提高混凝土的结构强度。

[0132] 表2 实施例1-21和对比例1的测试结果

[0133]

[0134]

[0135] 试验三 粘结强度测试

[0136] 测试方法：采用100mm×100mm×200mm的实验模具，一端放入旧的混凝土试件(市售常规水泥混凝土预制件)，另一端分别采用实施例1-21和对比例1所得修补材料浇筑成型，自然养护28d形成一整块混凝土修补试样，测试其抗折强度即为新旧混凝土粘结强度，结果如表3所示。

[0137] 测试结果：实施例1-21和对比例1的粘结强度测试结果如表3所示。由表3可知，[0138] 实施例1-5的混凝土试样在28d的粘接强度达到了4.52MPa以上，实施例6-20的混凝土试样在28d的粘接强度达到了5.52MPa以上，而对比例1仅为1.25MPa，说明本发明的混凝土修补材料与常规混凝土材料具有优异的粘接性能。

[0139] 表3 实施例1-21和对比例1的粘结强度测试结果

[0140]

[0141]

[0142] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。