混凝土结构修复材料之无机聚合物砂浆.doc

混凝土结构修复材料之无机聚合物砂浆摘要:混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆是一类聚合物改性水泥砂浆材料，通过在水泥砂浆中掺入适当的聚合物，达到改善其力学及耐久性能，满足在混凝土结构修复中的要求。研究了矿物掺和料及抗流变助剂、膨胀剂、调凝剂、聚合物等对砂浆施工性、干缩率、凝结时间、强度、粘结强度的影响；针对施工性及匹配性研制了适合于立面和顶面的新型聚合物快速结构修补材料，快速恢复各种风化和受损混凝土结构的承载功能及完整性，具有良好的应用前景。关键词：修补砂浆；聚合物；强度；凝结时间1引言水泥混凝土是目前工民建、基础设施等用量最大的人造结构材料。随着使用年限的增加，混凝土建筑物和构筑物由于材料固有的缺陷，会出现干缩开裂、碳化、钢筋锈蚀胀裂、抗冻融能力下降等破埙，再加上后期使用等原因，导致结构老化，存在安全隐患。若拆除新建，势必增加成本，因停用建筑物造成生产或生活方面的损失。据统计，工业发达国家建设总投资的40%以上用于建筑物的维修与加固，因此，现有结构的修复加固已引起工程界的广泛关注。据统计，1998年，美国有29%以上的桥梁和1/3以上的道路老化，有2100个水坝不安全，到20世纪末，美国约有100万座桥梁，其中有超过1/4的有缺陷，需要修复，每年用于基础设施的费用约占其总资产的10%.在加拿大，为修复劣化损坏的全部基础设施工程，估计需要耗费5000亿美元。而我国也面临着严峻的问题，由于对土建工程设计标准低，施工质量差，我国已有的混凝土结构工程的早期劣化将比国外更加严重。在沿海地区，使用了725年的桥梁，有80%以上出现钢筋腐蚀问题，不少混凝土工程在很短的时间就发生严重破坏。修补材料的施工及物理性能对修复成功与否起着决定性的作用。在修补受损混凝土结构的立面和顶面时，缺少工作性能合适的材料一直困扰着施工的便利及进度，而市场上也很少有这类材料。聚合物快速修补砂浆作为一种新型的建筑修补材料，其优点有：在顶面单次施工厚度30mm不下垂，省去模板；聚合物改性，粘结强度高，与基底成为一体；不会产生裂缝；凝结时间可调，满足快速施工要求，同时与基底强度匹配。为了改善混凝土结构耐久性和延长其使用寿命必不可少的有效措施。因此，研究开发混凝土修复材料是必要的。混凝土结构修复材料可分无机材料、有机材料、有机-无机材料。无机材料无机修补材料主要有普通硅酸盐水泥修复砂浆、特种水泥砂浆、硅灰早强混凝土修补材料等。无机材料在较早的时候或目前对修补要求不高工程中得到了普遍使用，但这种修补材料与基材界面的粘结强度不易保证，耐久性也较差，在混凝土修补中很容易导致修补过早失效。所以，出现了有机和有机-无机复合修补材料，有效地改善了无机材料的粘结强度和耐久性问题。有机材料有机类材料是指使用聚合物高分子材料全部替代水泥作为胶结材料，与骨料结合而成的聚合物混凝土砂浆此修补材料的性能特点：有好的耐久性，且与混凝土的粘结强度高，可提高养护速度，使其使用于路面、混凝土构件等薄层修复工程。然而，由于聚合物完全代替水泥，使其与基材的相容性较差，往往会使修补材料掉落。聚合物用量大，其修补工程中修补材料成本较高，因此此种材料没有被广泛地被接受。人们想到了用有机和无机材料的复合材料来修补混凝土，降低了成本，提高了修补砂浆的性能。有机-无机复合材料有机-无机复合修补材料是指聚合物部分取代水泥作为胶结材料而形成的混凝土砂浆，俺聚合物加入阶段分为聚合物浸渍砂浆和聚合物改性砂浆。聚合物浸渍砂浆是指将已经水化的水泥砂浆用聚合物单体浸渍，随后单体在混凝土内部进行聚合生成的复合材料。该法的浸渍对真空和加压的要求高，成本高。聚合物改性砂浆是水泥和骨料的混合料与加入的聚合物乳液或可分散的聚合物胶粉搅拌而成的复合材料。掺入少量的聚合物，可以显著的改善砂浆和混凝土的力学性能和耐久性能。与无机材料相比，聚合物改性砂浆保水性好。与老混凝土有很好的粘结性；具有更高的抗折强度、抗拉强度；有更优异的耐水性、抗冻融性、耐磨性、抗冲击性；施工工艺简单、方便；可使用更薄的保护层，降低混凝土的自重。钢筋混凝土因受环境的侵蚀，材料老化，或受到外力破坏，经常出现混凝土构件的剥落、露筋、结构破损等现象。为修复混凝土并延长其寿命，我公司引进德国技术研制了高性能的聚合物水泥修补砂浆。2、水泥基聚合物砂浆的配制1、胶凝材料：普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥；2、矿物掺和料：硅微粉、重钙等3、砂：河沙4、外加剂：膨胀剂、胶粉、调凝剂、流变助剂；5、水：拌合用水为自来水。上述物料的作用主要有：1.)矿物掺和料及抗流变助剂改善产品施工性矿物掺和料及抗流变助剂对产品施工的影响很大，除粉煤灰对抗下垂施工没有改善外，添加其他矿物掺和料及抗流变助剂均有不同程度的提高抗下垂施工性能。2.)膨胀剂防止修补砂浆发生干缩；随着膨胀剂的掺量的增加，修补砂浆的干缩率逐步降低，根据最合理最经济的掺量，选择内掺胶凝材料，干缩率几乎为0。3.)调凝剂缩短凝结时间改善砂浆强度；为了满足砂浆快速修补的特点，添加调凝剂能立竿见影改善早强性能，同时明显缩短凝结时间。调凝剂加量越多凝结时间越快，同时早期强度发展越快，但是加过多又会影响后期强度，在保证凝结时间、强度和施工的优化的调凝剂掺量为0.1左右，凝结时间为30，强度满足要求，达到快速修补的目的。4.)聚合物为增强修补砂浆的强度。添加聚合物可成倍提高砂浆与基底的粘结强度，添加1%的聚合物可满足产品性能要求。3、水泥基聚合物的特点材料进过高分子聚合物改性，对混凝土构件的结合力极强，镘抹时不垂落，可用于构件的平面、立面及顶面。硬化后不收缩、不开裂、强度高；能恢复结构强度，防止外界因素对钢筋的侵蚀。聚合物水泥修补砂浆操作简便，施工时只需在材料中加水搅拌即可。4、水泥基聚合物的参数和性能4.1水泥聚合物的参数 表一.水泥基聚合物的参数型号骨料粒度mm抗折强度MPa抗压强度MPa拉伸胶粘强度MPa加水混合后可使用时间（分钟）应 用2-3小时1天3天28天原强度浸水后热老化冻融循环FH-CR0-2610201.01.00.51.0约60 修补、加固建议，修补厚度10mm4.2水泥基聚合物的性能1保与基层的有效结合。2.压力达到1.5Mpa，使结构具有良好的抗渗性能。3.于各种混凝土结构、砖木结构的修补及结构补强。5、施工操作说明5.1、基面处理将所需修补部位疏松物凿除，用钢丝刷将所修补部位的疏松物、浮灰、油污、铁锈等，清理干净。将光滑的基面用工具凿成粗糙面，确保修补层粘结牢固。应对外露锈蚀钢筋进行除锈。用水冲洗需修补部位，确保修补洁净。铺设2mm菱形钢板网片或钢筋网片。5.2、涂刷或喷涂底涂底涂用水量（底涂干料：水=1:0.30.35）底涂加水后必须搅拌均匀，不能有未搅散的小颗粒。施工前，用清水润湿需修补部位，确保无明水。用毛刷将搅拌均匀的底涂涂刷在混凝土表面和钢筋表面。5.3、搅拌、批刮搅拌修补料时请按厂方提供的加水量范围加水搅拌（建议采用机械搅拌），当物料搅拌均匀后须放置510分钟，再略加搅拌后即可使用。修补时可用镘刀或抹灰工具直接施工，也可采用喷涂机喷涂施工。首层修补厚度控制在3mm左右并用抹刀压实。修补缺陷部位一次施工厚度宜控制在2cm以内。超过此厚度，建议分层施工，第一层施工完2-3小时，方可进行第二层批刮。搅拌好的修补砂浆浆料宜在1小时内用完。修补后3小时左右应对表面进行二次收光。 6、结论通过对水泥砂浆进行聚合物改性制得的水泥基聚合物修补砂浆可用于混凝土结构的平面、立面、垂面；施工简单、成本低廉，修补砂浆与旧混凝土的结合强度高，耐久性好。参考文献1建筑砂浆基本性能试验方法标准(JGJ/T70-2009)2JL.Smith，YP Verrmani.Materials and Methods for Corrosion Control of Reinforced and Prestressed Concretein New Construction, FHWA-RD-081,FHA,Aug,2000:288-2993蒋正武，龙广成，孙振平.混凝土修补原理、技术与材料.第一版.北京：化学工业出版社，2009.2：20-304