一种高耐久性聚丙烯纤维聚合物改性修补砂浆及其制备方法与流程

1.本发明属于砂浆加工技术领域，具体涉及一种高耐久性聚丙烯纤维聚合物改性修补砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.我国的地下工程由于施工地质条件复杂、管理维护不到位，普遍存在渗漏，衬砌开裂，围岩破损等现象，这种隐形于地下的渗漏被业内人士称为建筑物的“癌症”，渗漏问题造成的影响和损失难以估算。渗漏问题造成的影响和损失难以估算。因此，有效地解决建筑结构渗漏，延长使用寿命，对建筑行业的发展具有重要意义。
3.目前普通砂浆是地下工程普遍使用的修补、防水抗渗材料。但是，普通砂浆是典型的脆性材料，较低的抗拉强度和抗折强度致使韧性差，较低的粘结强度致使容易开裂；抗压强度和弹性模量较高，折压比较小，变形能力不足。若将其作为修补材料，容易造成界面粘结不牢而发生开裂，使用受到限制，对于施工效率和耐久性要求较高的工程，修补效果较差，难以满足要求。
4.聚合物改性是在水泥砂浆的成型过程中加入少量聚合物，从而改善砂浆的性能，提高使用品质，满足实际工程的特殊需求，具有广泛的应用领域和前景。但是现有的聚合物改性砂浆存在韧性不足、抗渗性能相对较低和耐腐蚀性能较弱等缺点，难以满足地下工程修补的要求。聚丙烯纤维具有抗拉强度高、耐久性好的特点，将其掺入砂浆中，能够起到加筋作用，有效改善聚合物砂浆的缺点。
5.cn113121177a公布了一种聚乙烯醇增强的聚合物修补砂浆及其制备方法。该聚乙烯醇增强的聚合物修补砂浆性能良好、取材便捷简单、价格低廉、施工工艺简单，且可以增强结构的耐久性、节省维修费用，但其抗裂性和抗渗性较差，将其作为地下工程使用的修补、防水抗渗材料还有待改进。
6.cn111205039a公开了一种聚合物修补砂浆及其制备方法。该聚合物修补砂浆具有修补后的裂缝处抗冻能力较强，结构稳定，不易再次开裂的优点，但其抗折强度较低，韧性差，耐腐蚀性能较差等缺点，降低了材料的使用寿命。
7.为实现解决地下工程的渗漏问题，延长使用寿命的目的，并克服现有修补、防水抗渗材料中存在力学性能不足、耐久性能较差差等缺点，本发明基于“采用聚丙烯纤维增强聚合物砂浆”材料设计理念设计了一种高耐久性聚丙烯纤维/聚合物改性修补砂浆及其制备方法。


技术实现要素：

8.本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种高耐久性聚丙烯纤维聚合物改性修补砂浆及其制备方法。
9.本发明是通过以下技术方案实现的：
10.一种高耐久性聚丙烯纤维聚合物改性修补砂浆，包括聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆
和聚丙烯纤维/乳液改性砂浆，
11.其中聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆的配合比为：砂1，灰砂比0.375，聚灰比12％，水灰比0.39，纤维掺量0.5％，减水剂1％，消泡剂0.2％；
12.聚丙烯纤维/乳液改性砂浆的配合比为：砂1，灰砂比0.458，聚灰比11％，水灰比0.38，纤维掺量0.3％，减水剂1％，消泡剂0.2％。
13.进一步地，所述聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆的制备，包括如下步骤：
14.(1)将减水剂、聚丙烯纤维和一半的水充分混合均匀，静置使纤维在减水剂溶液中分散，得到混合液；
15.(2)将砂和混合液倒入搅拌锅内，慢速搅拌30s；
16.(3)缓慢倒入水泥和vea胶粉，慢速搅拌30s；
17.(4)再将分散于另一半水中的苯丙乳液和及消泡剂，加入搅拌锅，慢速搅拌30s后，再快速搅拌60s，得到聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆。
18.进一步地，所述聚丙烯纤维/乳液改性砂浆的制备，包括如下步骤：
19.(1)将减水剂、聚丙烯纤维和一半的水充分混合均匀，静置使纤维在减水剂溶液中分散，得到混合液；
20.(2)将砂和混合液倒入搅拌锅内，慢速搅拌30s；
21.(3)缓慢倒入水泥，慢速搅拌30s；
22.(4)再将分散于另一半水中的苯丙乳液和及消泡剂，加入搅拌锅，慢速搅拌30s后，再快速搅拌60s，得到聚丙烯纤维/乳液改性砂浆。
23.进一步地，所述胶粉为vae胶粉，其技术指标为：外观为白色粉末，可自由活动，固含量≥98％，1000℃灰份为10
±
2％，堆积密度为400～600g/l，平均粒径＞80μm，50％水溶液粘度≥10pas，最低成膜温度为5℃。
24.进一步地，所述苯丙乳液的技术指标为：外观为乳白色液体，带蓝光，固含量为48
±
2％，粘度为500～1500mpa
·
s，单体残余量≤1.0％，机械稳定性3000r/min半小时通过，玻璃化温度为14～23℃。
25.进一步地，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
26.进一步地，所述减水剂为40％固含量的聚羧酸高性能减水剂母液。
27.进一步地，所述聚丙烯纤维的性能指标为：尺寸为束状单丝，比重为0.91，纤维直径为18～48μm，拉伸极限＞15％，拉伸强度＞358mpa，拉伸模量＞3.5gpa。
28.进一步地，所述消泡剂的性能指标为：密度为0.974～0.980g/cm3，含量为99.5％，酸值≤0.2h mmol/100g，水分≤0.1，外观为无色透明。
29.本发明相比现有技术具有以下优点：
30.1、本修补砂浆是有机聚合物、聚丙烯纤维和水泥为主要原料共混得到的高性能复合材料，能够兼具无机水泥基材料耐久性好、强度高、价廉环保和有机聚合物材料变形柔韧性好、粘结性强、防水性能以及聚丙烯抗拉强度高、耐久性好等优异等特点，具有极好的技术性能优势。
31.2、本修补砂浆是一种以苯丙乳液、vae乳液为有机组分，以普通硅酸盐水泥为无机组分，以减水剂、消泡剂为功能性助剂，采用聚丙烯纤维对砂浆进行增强，利用无机水泥胶凝材料与有机高分子材料的有效复合，经过聚合物乳液脱水成膜与水泥水化反应交互进行
生成的一种双组份聚合体。
附图说明
32.图1为本技术聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆的制备流程图；
33.图2为本技术聚丙烯纤维/乳液改性砂浆的制备流程图。
具体实施方式
34.一种高耐久性聚丙烯纤维聚合物改性修补砂浆，包括聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆和聚丙烯纤维/乳液改性砂浆，
35.其中聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆的配合比为：砂1，灰砂比0.375，聚灰比12％，水灰比0.39，纤维掺量0.5％，减水剂1％，消泡剂0.2％；
36.聚丙烯纤维/乳液改性砂浆的配合比为：砂1，灰砂比0.458，聚灰比11％，水灰比0.38，纤维掺量0.3％，减水剂1％，消泡剂0.2％。
37.聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆的制备，包括如下步骤：
38.(1)将减水剂、聚丙烯纤维和一半的水充分混合均匀，静置使纤维在减水剂溶液中分散，得到混合液；
39.(2)将砂和混合液倒入搅拌锅内，慢速搅拌30s；
40.(3)缓慢倒入水泥和vea胶粉，慢速搅拌30s；
41.(4)再将分散于另一半水中的苯丙乳液和及消泡剂，加入搅拌锅，慢速搅拌30s后，再快速搅拌60s，得到聚丙烯纤维/胶粉改性砂浆。
42.聚丙烯纤维/乳液改性砂浆的制备，包括如下步骤：
43.(1)将减水剂、聚丙烯纤维和一半的水充分混合均匀，静置使纤维在减水剂溶液中分散，得到混合液；
44.(2)将砂和混合液倒入搅拌锅内，慢速搅拌30s；
45.(3)缓慢倒入水泥，慢速搅拌30s；
46.(4)再将分散于另一半水中的苯丙乳液和及消泡剂，加入搅拌锅，慢速搅拌30s后，再快速搅拌60s，得到聚丙烯纤维/乳液改性砂浆。
47.胶粉为vae胶粉，其技术指标为：外观为白色粉末，可自由活动，固含量≥98％，1000℃灰份为10
±
2％，堆积密度为400～600g/l，平均粒径＞80μm，50％水溶液粘度≥10pas，最低成膜温度为5℃。
48.苯丙乳液的技术指标为：外观为乳白色液体，带蓝光，固含量为48
±
2％，粘度为500～1500mpa
·
s，单体残余量≤1.0％，机械稳定性3000r/min半小时通过，玻璃化温度为14～23℃。
49.水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
50.减水剂为40％固含量的聚羧酸高性能减水剂母液。
51.聚丙烯纤维的性能指标为：尺寸为束状单丝，比重为0.91，纤维直径为18～48μm，拉伸极限＞15％，拉伸强度＞358mpa，拉伸模量＞3.5gpa。
52.消泡剂的性能指标为：密度为0.974～0.980g/cm3，含量为99.5％，酸值≤0.2h mmol/100g，水分≤0.1，外观为无色透明。
53.为了对比本技术技术效果，对砂浆进行性能测试。具体为：
54.(1)基本力学性能：
55.按照配比进行试验，制备试件，养护28d后，测试力学性能，试验结果如下：
[0056][0057]
聚合物能够提升砂浆的抗折强度、抗拉强度和粘结强度。其中乳液改性砂浆抗折强度提升2.67mpa、胶粉改性砂浆抗折强度提升4.24mpa；乳液改性砂浆抗拉强度提升1.98mpa、胶粉改性砂浆抗拉强度提升2.78mpa；乳液改性砂浆粘结拉伸强度提升2.05mpa、胶粉改性砂浆粘结拉伸强度提升2.64mpa。
[0058]
(2)抗冻性：
[0059]
聚合物改性砂浆试件养护28d，用烘干箱中干燥，然后进行吸水率试验，吸水率试验结束后，进行冻融循环试验，测试冻融后砂浆的质量损失量和强度损失量。
[0060]
100次冻融循环后砂浆的质量和强度损失量
[0061][0062]
加入聚合物后，砂浆的质量损失减小，抗折强度、抗压强度以及抗拉强度的损失都减小了。
[0063]
(3)收缩性：
[0064]
试件拆模后置于养护箱中养护2d(温度(20
±
2)℃、相对湿度》80％)，再置于温度(20
±
2)℃的恒温水中养护5d，第7d结束时测量初始长度l0。随后置于温度(20
±
2)℃、相对湿度大于60
±
5％的环境中养护28d，测量收缩后长度l1。分别测量龄期14d、21d、28d、35d、42d的收缩率。
[0065]
砂浆的收缩率与龄期(
×
10-6
mm)
[0066] 14d21d28d35d42d普通砂浆589659688765822胶粉改性砂浆570615620666712乳液改性砂浆580632628698738
[0067]
收缩率：
[0068][0069]
注：e
t-聚合物改性水泥砂浆的收缩率(％)；l
0-试件基准长度(mm)；l
1-试件养护后的长度(mm)；
△-金属测头的长度(mm)。
[0070]
随着龄期的增加，砂浆的收缩量逐渐变大，改性砂浆的收缩量的增速相对普通砂浆较慢，后期收缩量基本不变；聚合物具有一定的保水性，水化初期，砂浆的收缩较小，因此，改性砂浆的早期收缩比普通砂浆小，同时，改性砂浆的后期收缩很小。
[0071]
(4)抗裂性能：
[0072]
试件成型后观察并测量裂缝的长度和宽度，未出现裂缝时，每隔6h测量一次，裂缝出现后，每隔1h测量一次，28h后测量并记录最大裂缝宽度及开裂时间。
[0073]
修补砂浆开裂性试验结果
[0074][0075][0076]
改性砂浆裂缝出现的时间晚于普通砂浆，且最大裂缝宽度、裂缝数量均小于普通砂浆。
[0077]
(5)抗渗性能：
[0078]
参考sd105-1982[511(1)-80]中“混凝土抗渗性试验”制备抗渗性试验试件，随后进行抗渗性试验。
[0079]
修补砂浆抗渗性试验结果
[0080] 透水压力/mpa2mpa时渗水高度/mm普通砂浆1.43.6胶粉改性砂浆2.53.0乳液改性砂浆2.33.3
[0081]
相较普通砂浆，聚合物改性修复砂浆透水压力增大，2mpa时渗水高度减小，抗渗性能明显提升。
[0082]
(6)耐氯盐腐蚀性：
[0083]
耐氯盐腐蚀性试验采用100mmx100mmx100mm的立方体试件，养护龄期28d时，用环氧树脂密封试件的上下底面，然后将试件浸泡于2.5％的nacl溶液中，上底面距液面50mm，下底面距槽底10mm。28d后劈开试件，测量氯离子渗透高度。
[0084]
砂浆耐腐蚀性试验结果
[0085] 氯离子渗透高度/mm普通砂浆25.00
胶粉改性砂浆12.23乳液改性砂浆11.74
[0086]
聚合物改性修复砂浆氯离子渗透高度减小，耐氯盐腐蚀性明显提升。