一种环氧聚合物改性的水泥砂浆及其制备方法

摘要

本发明提供了一种环氧聚合物改性的水泥砂浆及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述的水泥砂浆按重量份数计包括以下组分：水性环氧树脂80‑100份；固化剂30‑50份；水泥20‑50份；砂子25‑40份；润湿剂0.5‑1份；消泡剂0.5‑1份；分散剂0.5‑1份。本发明提供的水泥砂浆主要用于内衬钢管外壁，因此对水泥砂浆的防渗性能具有严格要求，本发明在实施过程中通过对原料具体组分的选择，制备得到的水泥砂浆力学性能、附着力以及防渗性能明显提高。

权利要求

1.一种环氧聚合物改性的水泥砂浆，其特征在于：按重量份数计包括以下组分：水性环氧树脂           80‑100份；

固化剂                      30‑50份；

水泥                        20‑50份；

砂子                        25‑40份；

润湿剂                      0.5‑1份；

消泡剂                      0.5‑1份；

分散剂             0.5‑1份；

所述的水性环氧树脂为重量比3‑5:1的双酚A环氧树脂和酚醛环氧树脂的混合物；

所述的固化剂为酸酐类固化剂；所述的酸酐类固化剂为质量比1:1‑2的四氢邻苯二甲酸酐和邻苯二甲酸酐的混合物；

所述的消泡剂为质量比为2:3的聚二甲硅氧烷和二氧化硅的混合物；

所述的水性环氧树脂、固化剂和消泡剂的质量比为16‑20:6‑10:0.5‑1。

2.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于：按重量份数计包括以下组分：水性环氧树脂           85‑95份；

固化剂                      35‑45份；

水泥                        30‑40份；

砂子                        28‑35份；

润湿剂                      0.6‑0.8份；

消泡剂                      0.6‑0.8份；

分散剂            0.6‑0.8份。

3.根据权利要求2所述的水泥砂浆，其特征在于：按重量份数计包括以下组分：水性环氧树脂           91份；

固化剂                      42份；

水泥                        35份；

沙子                        30份；

润湿剂                      0.7份；

消泡剂                      0.7份；

分散剂            0.7份。

4.根据权利要求1‑3任一项所述的水泥砂浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将配方用量的水性环氧树脂和固化剂混合后搅拌均匀，得环氧树脂乳液；

（2）将水泥、砂子、润湿剂、消泡剂和分散剂混合后加水搅拌均匀，得混合物；然后将步骤（1）中得到的环氧树脂乳液加入混合物中搅拌均匀，得到所述的水泥砂浆；

步骤（1）中所述的搅拌速度为200‑300r/min；搅拌时间为20‑30分钟；

步骤（2）中所述的搅拌分两次进行，加环氧树脂乳液之前的搅拌速度为500‑600r/min；

搅拌10‑15分钟；加入环氧树脂乳液之后的搅拌速度为50‑100r/min；搅拌20‑30分钟。

说明书

一种环氧聚合物改性的水泥砂浆及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种环氧聚合物改性的水泥砂浆及其制备方法。

背景技术

[0002] 普通的水泥基复合材料，如普通混凝土或水泥砂浆是非均质、多项无机脆性材料，而且这种多孔材料在外界侵蚀性介质如二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等侵蚀作用下，会加
速破坏，使用寿命大大缩短。加入聚合物材料后，水泥基材料的许多性能如强度、变形能力、
粘结性能、防水性能、耐久性能等都会有所改善，改善程度与聚灰比、聚合物的种类和性能
等有很大关系。

[0003] 最初应用于混凝土的聚合物是天然的聚合物，如岩石中的地沥青，主要用于胶结砖、防水坝体等，在波特兰水泥混凝土中最早使用聚合物乳液是1909年美国的专利，1922年
法国的M.E.Varegyas也申请了专利。1923年，英国人Cresson获得的专利中，天然乳胶被用
于改性道路材料，其中水泥作为填料使用。1932年，Bond提出了用合成橡胶胶乳改性水泥基
材料的专利。在20世纪40‑50年代，陆续出现了各种合成聚合物胶乳进行改性的专利，并把
橡胶改性水泥砂浆应用到船舶、桥梁的地面和道路的地板涂层，作为防腐和粘结材料。60年
代以后，除将合成胶乳用于对水泥混凝土进行改性外，人们开始研究把多种聚合物、例如聚
苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯等用于水泥砂浆及混凝土改性。70年代以后，人们又开始研
究应用不同形态的聚合物，例如应用聚合物单体、树脂、胶乳、聚合物粉末等对水泥砂浆及
混凝土改性，到20世纪90年代，聚合物改性砂浆和混凝土已经成为一种重要的建筑材料。如
今，聚合物改性砂浆和混凝土不仅在混凝土结构的修补和维护方面应用技术较为成熟，就
是在新的建筑中也多有涉及，尤其是桥面、停车场、码头、瓷砖和石材粘结、建筑防水、防腐
等工程领域。

[0004] 中国专利申请201611271501.9中公开了一种环保型水性环氧水泥砂浆，包括水性环氧乳液和改性腰果酚固化剂，水性环氧乳液和改性腰果酚固化剂的质量比为10∶3～5，还
包括水泥与砂子的混合物、润湿剂、消泡剂、分散剂和水，水泥与砂子的混合物的质量为树
脂与固化剂混合物质量的30％‑40％，润湿剂的质量为树脂与固化剂混合物质量的0.1％，
消泡剂的质量为树脂与固化剂混合物质量的0.1％，分散剂的质量为树脂与固化剂混合物
质量的0.1％，水的质量为树脂与固化剂混合物质量的20％。该发明还提供了上述砂浆的制
备方法。该申请通过改性腰果酚固化剂使环氧水泥砂浆的韧性更好，抗冻性更强，耐腐蚀性
更强，耐水性更好，与基材的结合性更强。

[0005] 中国专利申请201610919026.5中公开一种聚合物改性水泥修补砂浆的制备方法，该发明将十二烷基硫酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚等加热反应后再与丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸
环氧丙酯等混合，并滴加过硫酸铵溶液，待反应完全后，过滤出料，制得丙烯酸酯聚合物乳
液，再将其与乙烯‑醋酸乙烯共聚物乳液按比例配制成混合乳液，同时按比例将普通硅酸盐
水泥，石英砂，胶粉，聚丙烯纤维丝等配置成混合粉料，最后将混合粉料，混合乳液与去离子
水搅拌均匀，出料，即得聚合物改性水泥修补砂浆。该发明通过丙烯酸酯聚合物乳液与乙
烯‑醋酸乙烯共聚物乳液复配，来提高混合乳液的耐久性与粘结性，再通过添加聚丙烯纤维
丝，胶粉等提高砂浆的力学性能。

[0006] 经检索发现，现有的聚合物改性水泥多注重其力学性能和粘结性能，但是对于抗渗及抗氯离子渗透性能关注较少，因此需要开发一种具有较高附着力、抗渗及抗氯离子渗
透性能的水泥砂浆。

发明内容

[0007] 基于现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种环氧聚合物改性的水泥砂浆及其制备方法，通过对原材料的选择、调整组成含量及配比，使得到的水泥砂浆的附着力、抗
渗及抗氯离子渗透性能明显提高。

[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0009] 本发明提供了一种环氧聚合物改性的水泥砂浆，按重量份数计包括以下组分：

[0010]

[0011] 优选地，所述的水泥砂浆，按重量份数计包括以下组分：

[0012]

[0013] 再优选地，所述的水泥砂浆，按重量份数计包括以下组分：

[0014]

[0015] 其中，所述的水性环氧树脂为双酚A环氧树脂或/和酚醛环氧树脂；优选为双酚A环氧树脂和酚醛环氧树脂的混合物；所述的双酚A环氧树脂和酚醛环氧树脂的重量比为3‑5:
1；优选为3.5‑4.5:1；再优选为4:1。

[0016] 所述的固化剂为酸酐类固化剂；

[0017] 所述的酸酐类固化剂选自四氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐中的一种或几种；

[0018] 优选地，所述的酸酐固化剂为四氢邻苯二甲酸酐和邻苯二甲酸酐的混合物，所述的四氢邻苯二甲酸酐和邻苯二甲酸酐的质量比为1:1‑2；优选为1:2。

[0019] 所述的水泥为普通硅酸盐水泥；

[0020] 所述的砂子为河砂；

[0021] 所述的润湿剂选自聚氧乙烯烷基酚醚。

[0022] 所述的消泡剂为聚二甲硅氧烷和二氧化硅的混合物，两者的质量比为2:3。

[0023] 所述的分散剂选自纤维素乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或几种；

[0024] 优选地，所述的分散剂选自纤维素乙酸酯或/和纤维素乙酸丁酸酯。

[0025] 所述的水性环氧树脂、固化剂和消泡剂的质量比为16‑20:6‑10:0.5‑1；优选为130:60:1。

[0026] 本发明所述的水泥砂浆的溶剂为水。

[0027] 本发明还提供了上述水泥砂浆的制备方法：包括以下步骤：

[0028] (3)将配方用量的水性环氧树脂和固化剂混合后搅拌均匀，得环氧树脂乳液；

[0029] (4)将水泥、砂子、润湿剂、消泡剂和分散剂混合后加水搅拌均匀，得混合物；然后将步骤(1)中得到的环氧树脂乳液加入混合物中搅拌均匀，得到所述的水泥砂浆。

[0030] 上述步骤(1)中所述的搅拌速度为200‑300r/min；优选为250‑280r/min；搅拌时间为20‑30分钟；优选为25分钟。

[0031] 上述步骤(2)中所述的搅拌分两次进行，加环氧树脂乳液之前的搅拌速度为500‑600r/min；优选为550‑600r/min；搅拌10‑15分钟；加入环氧树脂乳液之后的搅拌速度为50‑
100r/min；优选为60‑80r/min，搅拌20‑30分钟。

[0032] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0033] (1)本发明提供的水泥砂浆主要用于内衬钢管外壁，因此对水泥砂浆的防渗性能具有严格要求，本发明在实施过程中通过对原料具体组分的选择，制备得到的水泥砂浆力
学性能、附着力以及防渗性能明显提高；

[0034] (2)本发明使用双酚A环氧树脂和酚醛环氧树脂的混合物作为水性环氧树脂材料，并使用酸酐固化剂制备成环氧树脂乳液，对水泥砂浆的性能具有明显的影响，并且原料简
单易得，适合大规模工业化生产。

[0035] (3)本发明在实施过程中通过合理配比，对组分含量进行合理优化，尤其是制备过程中对各个参数，尤其是搅拌速度进行了合理控制，使各组分充分发挥作用，使水泥砂浆中
气泡量明显降低，从而提高了水泥砂浆的防渗性能。

具体实施方式

[0036] 本发明中提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所解释的所有特征可与任意方法形式并用，说明书中揭示的各个特征，可被任何可提供相同、均
等或相似目的的取代性特征取代。因此除有特殊说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征
的一般性例子。

[0037] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中为注明具体条件的实施方法，通常按照常规条件或按
照制造厂商所建议的条件。除非特殊说明，否则所有的百分比和分数按重量计。

[0038] 除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟知的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中
所述的优选实施方法与材料仅做示范作用。

[0039] 实施例1‑3一种环氧聚合物改性的水泥砂浆

[0040]

[0041] 制备方法：包括以下步骤：

[0042] (1)将配方用量的水性环氧树脂和固化剂混合后以200r/min的搅拌速度，搅拌30分钟，得环氧树脂乳液；

[0043] (2)将水泥、砂子、润湿剂、消泡剂和分散剂混合后加水以500r/min的速度搅拌15分钟，得混合物；然后将步骤(1)中得到的环氧树脂乳液加入混合物中以50r/min的速度搅
拌30分钟，得到所述的水泥砂浆。

[0044] 实施例4‑6一种环氧聚合物改性的水泥砂浆

[0045]

[0046]

[0047] 制备方法：包括以下步骤：

[0048] (1)将配方用量的水性环氧树脂和固化剂混合后以280r/min的搅拌速度，搅拌25分钟，得环氧树脂乳液；

[0049] (2)将水泥、砂子、润湿剂、消泡剂和分散剂混合后加水以600r/min的速度搅拌15分钟，得混合物；然后将步骤(1)中得到的环氧树脂乳液加入混合物中以80r/min的速度搅
拌20分钟，得到所述的水泥砂浆。

[0050] 对比例1

[0051] 与实施例4的区别在于：水性环氧树脂、固化剂和消泡剂的质量比改变，降低水性环氧树脂和固化剂的含量，增加消泡剂的含量，制备方法与实施例4相同。

[0052] 即

[0053]

[0054]

[0055] 对比例2

[0056] 与实施例4的区别在于：水性环氧树脂、固化剂和消泡剂的质量比为25:7:1改变，提高水性环氧树脂的含量，制备方法与实施例4相同。

[0057] 即

[0058]

[0059] 为了更好的证明本发明提供的水泥砂浆具有较好的性能，尤其是具有良好的抗压性能、防氯离子渗透性能、粘结性能、绝缘性能，进行了以下相关试验。

[0060] 性能测试项目以及指标

[0061]

[0062]

[0063] 1、抗压强度测试

[0064] 测试方法：按照GB/T 17671中规定的方法进行测试。

[0065] 表1

[0066]  7d抗压强度(MPa) 28d抗压强度(MPa)
实施例1 43.9 96.8
实施例2 42.6 96.3
实施例3 43.5 96.6
实施例4 46.2 98.4
实施例5 40.5 95.0
实施例6 40.9 94.7
对比例1 41.8 95.6
对比例2 41.5 95.4

[0067] 根据上表1的检测数据可以看出，本发明实施例1‑4制备的水泥砂浆具有较好的抗压性能，尤其是实施例4通过合理控制各组分的的含量以及质量配比，使制备的水泥砂浆抗
压性能最好，实施例5和实施例6改变环氧树脂的种类以及固化剂的种类，会明显影响水泥
砂浆的力学性能，使水泥砂浆的抗压性能降低，对比例1‑2改变了水性环氧树脂、固化剂和
消泡剂的质量比不在本发明的保护范围内，也在一定程度上影响了水泥砂浆的抗压性能，
但是较实施例4‑5影响程度较小。

[0068] 2、氯化物渗透性测试

[0069] 测试方法：按照GB/T 25826中规定的方法进行测试。

[0070] 表2

[0071]

[0072]

[0073] 根据上表2的检测数据可以看出，本发明实施例1‑4制备的水泥砂浆具有较好的抗氯离子渗透能力，尤其是实施例4通过合理控制各组分的的含量以及质量配比，使制备的水
泥砂浆抗渗透能力最强，实施例5和实施例6改变环氧树脂的种类以及固化剂的种类，会在
一定程度影响水泥砂浆的抗渗透性，使水泥砂浆的抗氯离子渗透性能变差，对比例1‑2改变
了水性环氧树脂、固化剂和消泡剂的质量比不在本发明的保护范围内，也在一定程度上影
响了水泥砂浆的含气量，因此会使水泥砂浆的抗渗透性能明显降低。

[0074] 3、粘结强度测试

[0075] 测试方法：按照JG/T 24‑2000.6.14提供的方法进行测试。

[0076] 表3

[0077]  粘结强度(MPa)
实施例1 5.2
实施例2 5.4
实施例3 5.3
实施例4 5.8
实施例5 4.6
实施例6 4.8
对比例1 5.0
对比例2 4.9

[0078] 根据上表3的检测数据可以看出，本发明实施例1‑4制备的水泥砂浆具有较好的粘结性能，尤其是实施例4在各个条件都最优的条件下，使制备的水泥砂浆粘结性能最好，实
施例5和实施例6改变环氧树脂的种类以及固化剂的种类，会较明显的影响环氧树脂的性
能，因此使粘结性能变差，对比例1‑2改变了水性环氧树脂、固化剂和消泡剂的质量比不在
本发明的保护范围内，也会对粘结性能产生一定的影响。

[0079] 4、体积电阻率测试

[0080] 测试方法：根据GB/T 1410提供的方法进行检测.

[0081] 表4

[0082]

[0083] 根据上表4的检测数据可以看出，本发明实施例1‑4制备的水泥砂浆具有较好的绝缘性，尤其是实施例4在各个条件都最优的条件下，使制备的水泥砂浆绝缘性能最好，实施
例5和实施例6改变环氧树脂的种类以及固化剂的种类，会较明显的影响环氧树脂的性能，
因此使绝缘性能变差，对比例1‑2改变了水性环氧树脂、固化剂和消泡剂的质量比不在本发
明的保护范围内，会明显影响水泥砂浆的含气量以及固化性能，会对绝缘性能产生明显的
影响。

[0084] 最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表
示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。