基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料及制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料及制备方法。


背景技术：

2.随着城市化、工业化、现代化的发展，混凝土材料以其原材料来源丰富、可塑性强、凝结硬化后强度较高等优点作为建筑材料被广泛应用于建设中。我国沿海城市资源丰富，发展潜力大，尤其是客、货高铁专线的发展十分必要。沿海地区铁路建设过程中混凝土结构的侵蚀问题较为严重，主要原因是沿海城市早期工业发达，混凝土结构在服役过程中受到硫酸盐、氯盐的侵蚀较为严重，尤其是严重的硫酸盐环境，混凝土结构的受到严重的硫酸盐侵蚀，受侵蚀后的混凝土结构生成caso4
·
2h2o、钙矾石和碳硫硅钙石等致使混凝土结构膨胀的产物，使的混凝土结构表皮水泥浆脱落，进一步打开了硫酸盐向混凝土内部结构的迁徙从而加速了混凝土结构的破坏，及时根治此类问题有利于提高混凝土结构的耐久性。相关研究者就抗硫酸盐涂层提出诸多看法，于此同时配制出一系列衍生的涂层产品，但此类涂层产品均以有机类硅胶为主，使用过程中多采用熟化工艺，可操作性以及对仪器要求较为严苛，同时有机类的材料在服役过程中不可避免的带来老化问题。因此，研制一种与原混凝土结构粘结强度大、耐酸碱性强、抗冻性强、耐老化性强、机械强度高、施工快捷方便、固结快、原料来源丰富的新型无机胶凝材料必有发展前景。
3.磷酸镁水泥抗硫酸盐涂层修补材料主要性能指标含括以下几个方面：涂层凝结硬化后与原混凝土的粘结强度、耐水性、收缩系数、良好的耐久性等等。
4.抗硫酸盐涂层修复混凝土结构必须坚持以下原则：
5.(1)耐酸、碱性，依据jg/t335
‑
2011《混凝土结构防护用成膜性涂料》技术要求，碱性环境30d下无气泡、剥落、分化现象；
6.(2)附着力，依据jg/t335
‑
2011《混凝土结构防护用成膜性涂料》技术要求，附着力
7.≥1.5mpa；
8.(3)抗冻性，依据jg/t335
‑
2011《混凝土结构防护用成膜性涂料》技术要求，200次冻融循环无脱落、破裂、起泡现象；
9.(4)耐酸雨性，依据hg/t4343
‑
2012《水性多彩建筑涂料》技术要求，历时酸雨腐蚀480h后无异常；
10.(5)耐人工气候老化，依据hg/t4343
‑
2012《水性多彩建筑涂料》技术要求，自然环境下历时2000h不起泡、不剥落、无裂纹、无粉化、无明显变色、无明显失光等现象。
11.通过公开专利检索，发现以下对比文件：
12.cn201110165305.4隧道衬砌混凝土结构硫酸盐侵蚀病害的修补方法，公开了一种隧道衬砌混凝土结构硫酸盐侵蚀病害的修补方法，首先有效清理病害区域，隔离疏导侵蚀性离子，加强处理原有筋材，然后采用抗侵蚀性的修补材料修补和表面涂层处理，并保证整个修补施工质量，最终达到对既有病害隧道结构的有效修补。该修补技术能够显著改善既
有盐侵蚀病害隧道衬砌结构的抗硫酸盐侵蚀性能，有效延长既有隧道结构的服役寿命，并具有技术经济优势，可操作性强的特点。
13.经分析，上述公开专利中的修补剂与修补方法与本申请在组分、配比及功能上均存在较大差异，因此不影响本申请的新颖性。


技术实现要素：

14.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料及制备方法，可解决现有硅溶胶脱水缩聚的过程中速度快、内聚力大、易开裂以及凝结硬化后耐酸碱性较差、耐高温性较差、老化严重等问题，具有凝结硬化快、耐酸碱性强、抗冻性强、耐老化性强、体积稳定性强、耐磨性强、粘结性好等特点，且制备工艺简单、使用方便、节能环保。
15.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
16.一种基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料，含有的组分及质量份数如下：
[0017][0018]
其中，磷酸盐是由磷酸一铵和磷酸二氢钾复合而得，磷酸一铵与磷酸二氢钾的质量比为3:1～4:1；
[0019]
磷酸镁水泥基胶凝剂粉料含有的组分及质量份数如下：
[0020][0021][0022]
而且，复合缓凝剂含有的组分及质量份数如下：
[0023]
硼砂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
63～68；
[0024]
十二水合磷酸盐
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
25～30；
[0025]
聚磷酸盐
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8～12；
[0026]
其中，十二水合磷酸盐由十二水合磷酸氢二钠与十二水合磷酸氢二钾复合而得，十二水合磷酸氢二钠与十二水合磷酸氢二钾的质量比为2:3～1:1。
[0027]
一种基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028]
步骤一：制备磷酸镁水泥基胶凝剂粉料：按照确定的过烧氧化镁粉、纳米级sio2粉、纳米级cao粉、偏高岭土的质量份数，以过烧氧化镁粉作为主要胶凝组份，纳米级sio2粉、纳米级cao粉、偏高岭土用于提高硬化浆体的强度和耐水性，配制成磷酸镁水泥基胶凝组分粉料；
[0029]
步骤二：制备磷酸镁水泥抗硫酸盐涂层材料：按照确定的磷酸镁水泥基胶凝剂粉
料、磷酸盐、复合缓凝剂、硅酸钠的质量份数，以步骤一制备的磷酸镁水泥基胶凝材料作为碱性组分，磷酸盐作为酸性组分，掺入复合缓凝剂和用于提高浆体流动性的硅酸钠，均匀混合，掺入一定量的水，制成大流动性喷涂材料。
[0030]
将磷酸镁水泥基胶凝剂粉料放入可调速的水泥砂浆搅拌机中，以100～145r/min的速度搅拌粉料至均匀，然后，加入磷酸盐、复合缓凝剂和硅酸钠，以100～145r/min的转度搅拌1min；继续搅拌并加入适量的水，其中水与磷酸镁水泥基胶凝剂粉料的质量比为10～14，调节混合料浆体的流动度为280～320mm，即为所得。
[0031]
而且，复合缓凝剂由硼砂、十二水合磷酸盐和聚磷酸盐组成，各组分的质量份数为硼砂63～68；十二水合磷酸盐25～30；聚磷酸盐8～12。
[0032]
而且，步骤一中，过烧氧化镁粉≥85，过烧氧化镁粉的比表面积200～230m2/kg。
[0033]
而且，步骤一中，纳米级sio2粉平均粒径在0.2～0.4μm，比表面积为:22000～30000m2/kg。
[0034]
而且，步骤一中，纳米级cao粉平均粒径50nm左右，比表面积30m2/g～50m2/g。
[0035]
而且，步骤一中，偏高岭土平均粒径在1.0～3.0μm，比表面积15m2/g～20m2/g。
[0036]
而且，步骤二中，磷酸盐是由磷酸一铵和磷酸二氢钾复合而得，其中磷酸一铵与磷酸二氢钾与的质量比为3:1～4:1，磷酸一铵其主粒度为30/300～50/230目/μm，磷酸二氢钾其主粒度为40/350～60/245目/μm。
[0037]
而且，步骤二的硅酸钠中，二氧化硅≥24.6，氧化钠≥7.0，波美度0.35～0.37，模数3.5～3.7。
[0038]
本发明的优点和技术效果是：
[0039]
本发明的一种基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料及制备方法，其材料成分以磷酸镁水泥为主，由过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝组分以及硅酸钠等按照一定比例制成，凝结硬化机理即弱酸性条件下通过酸碱(过烧氧化镁粉)化学反应及物理作用生成以磷酸盐为水化胶凝相的硬化浆体；其水化、凝结硬化过程主要依据化学键的结合，兼具普通硅酸盐水泥高强特性和陶瓷质材料釉面致密的主要特点，即常温条件下凝结硬化快、耐酸碱性强、抗冻性强、耐老化性强、体积稳定性强、耐磨性强、粘结性好。
[0040]
磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料与硅酸盐水泥同属无机胶凝材料，无机胶凝材料间的融合性较强，即修补后的交界面易发生水化反应，其生成的水化产物相互搭接增大了水化产物网络状结构的密实度。鉴于磷酸镁水泥的优良性能，以其作为胶凝剂，同时调整磷酸镁水泥基胶凝材料的配比，引入纳米级sio2粉、纳米级cao粉、偏高岭土作为改性添加剂，通过对上述磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料的组成结构优化设计，研制出凝结硬化快、早期强度高、粘结性好、耐酸碱性强、耐老化性强、耐磨性性强、对环境友好的新型无机快硬修补材料。
[0041]
本发明通过调节组分和掺入量，调整缓凝剂中硼砂、十二水合磷酸盐、聚磷酸盐类，达到调控新拌磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料浆体的凝结时间在20～30min，解决了新拌磷酸镁水泥因自身反应较快造成的“假凝”问题。同时克服磷酸镁水泥溶解度较高的问题，引入纳米级sio2粉、纳米级cao粉、偏高岭土，解决了新拌磷酸镁基水泥溶解度较大的问题。
[0042]
本发明以磷酸镁水泥作为主胶凝剂，使的磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材
料快速硬化，并达到快速粘结效果；引入纳米级sio2粉，一方面sio2粉的良好装饰性可以涂层快速修补材料的色差，同时依据其微结构球形颗粒物理形态大大提高施工时浆体的流动性，同时纳米级sio2粉在碱性环境下发生化学反应促进了断面结构水化产物类型，从而达到增强硬化浆体的密实度，另一方面纳米级sio2粉、纳米级cao粉在碱性环境中发生水化反应生成c
‑
s
‑
h凝胶，从而克服磷酸镁水泥较易溶解的问题；引入偏高岭土，偏高岭土中活性al2o3与磷酸盐发生水化反应生成水合磷酸铝，断面结构水化产物的类型增多，增强硬化浆体微结构断面的密实度，使得磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料达到高致密性、高强度的优点。
[0043]
本发明制备的磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料，流动性能好，且凝结硬化快，可有效大幅度提高涂层的施工效率；且磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料与旧混凝土结构相容性好、凝结硬化快、耐酸碱性强、抗冻性强、耐老化性强、体积稳定性强、耐磨性强、粘结性好，且生产过程中无有毒、有害的刺激性气味，废弃的硬化浆体不会污染环境。
附图说明
[0044]
图1为本发明的磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料制备及修补的工艺流程图。
具体实施方式
[0045]
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
[0046]
一种基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料，含有的组分及质量份数如下：
[0047][0048]
其中，磷酸盐是由磷酸一铵和磷酸二氢钾复合而得，磷酸一铵与磷酸二氢钾的质量比为3:1～4:1；
[0049]
磷酸镁水泥基胶凝剂粉料含有的组分及质量份数如下：
[0050][0051]
而且，复合缓凝剂含有的组分及质量份数如下：
[0052]
硼砂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
63～68；
[0053]
十二水合磷酸盐
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
25～30；
[0054]
聚磷酸盐
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8～12；
[0055]
其中，十二水合磷酸盐由十二水合磷酸氢二钠与十二水合磷酸氢二钾复合而得，十二水合磷酸氢二钠与十二水合磷酸氢二钾的质量比为2:3～1:1。
[0056]
一种基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料的制备方法，包括以下步骤：
[0057]
步骤一：制备磷酸镁水泥基胶凝剂粉料：按照确定的过烧氧化镁粉、纳米级sio2粉、纳米级cao粉、偏高岭土的质量份数，以过烧氧化镁粉作为主要胶凝组份，纳米级sio2粉、纳米级cao粉、偏高岭土用于提高硬化浆体的强度和耐水性，配制成磷酸镁水泥基胶凝组分粉料；
[0058]
步骤二：制备磷酸镁水泥抗硫酸盐涂层材料：按照确定的磷酸镁水泥基胶凝剂粉料、磷酸盐、复合缓凝剂、硅酸钠的质量份数，以步骤一制备的磷酸镁水泥基胶凝材料作为碱性组分，磷酸盐作为酸性组分，掺入复合缓凝剂和用于提高浆体流动性的硅酸钠，均匀混合，掺入一定量的水，制成大流动性喷涂材料。
[0059]
将磷酸镁水泥基胶凝剂粉料放入可调速的水泥砂浆搅拌机中，以100～145r/min的速度搅拌粉料至均匀，然后，加入磷酸盐、复合缓凝剂和硅酸钠，以100～145r/min的转度搅拌1min；继续搅拌并加入适量的水，其中水与磷酸镁水泥基胶凝剂粉料的质量比为10～14，调节混合料浆体的流动度为280～320mm，即为所得。
[0060]
而且，复合缓凝剂由硼砂、十二水合磷酸盐和聚磷酸盐组成，各组分的质量份数为硼砂63～68；十二水合磷酸盐25～30；聚磷酸盐8～12。
[0061]
而且，步骤一中，过烧氧化镁粉≥85，过烧氧化镁粉的比表面积200～230m2/kg。
[0062]
而且，步骤一中，纳米级sio2粉平均粒径在0.2～0.4μm，比表面积为:22000～30000m2/kg。
[0063]
而且，步骤一中，纳米级cao粉平均粒径50nm左右，比表面积30m2/g～50m2/g。
[0064]
而且，步骤一中，偏高岭土平均粒径在1.0～3.0μm，比表面积15m2/g～20m2/g。
[0065]
而且，步骤二中，磷酸盐是由磷酸一铵和磷酸二氢钾复合而得，其中磷酸一铵与磷酸二氢钾与的质量比为3:1～4:1，磷酸一铵其主粒度为30/300～50/230目/μm，磷酸二氢钾其主粒度为40/350～60/245目/μm。
[0066]
而且，步骤二的硅酸钠中，二氧化硅≥24.6，氧化钠≥7.0，波美度0.35～0.37，模数3.5～3.7。
[0067]
为更清楚的说明本发明的具体使用方式，下面提供几种实例：
[0068]
根据图1的工艺过程，可将该快速修补材料的制备分为两个阶段：第一阶段即磷酸镁水泥基胶凝剂粉料的制备，第二阶段即磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料。
[0069]
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而并非限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体施工单位的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0070]
实施例1：
[0071]
一种磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料，由磷酸镁水泥基胶凝剂粉料、磷酸盐、缓凝组分、硅酸钠和水混合而成：
[0072]
磷酸镁水泥基胶凝剂粉料按质量份数计为：过烧氧化镁82.0％、纳米级sio2粉
5.0％、纳米级cao粉5.0％、偏高岭土8.0％。
[0073]
所述过烧氧化镁粉的质量份数为90％，过烧氧化镁粉的比表面积200m2/kg；所述纳米级sio2粉平均粒径在0.2～0.4μm，比表面积为:22000～30000m2/kg；所述纳米级cao粉，平均粒径50nm左右，比表面积30m2/g～50m2/g；所述偏高岭土平均粒径在1.0～3.0μm，比表面积15m2/g～20m2/g。
[0074]
磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料干料按质量份数计为：磷酸镁水泥基胶凝剂粉料68.0％、磷酸盐20.0％、复合缓凝剂10.0％、硅酸钠2.0％。所述磷酸盐是由磷酸一铵和磷酸二氢钾复合而得，磷酸一铵与磷酸二氢钾与的质量比为3:1～4:1；其中的复合缓凝剂由硼砂、十二水合磷酸盐、聚磷酸盐组成，各组分的质量份数为65：25：10，复合缓凝剂中的十二水合磷酸氢二钠与十二水合磷酸氢二钾的质量比为2:3～1:1；所述硅酸钠，二氧化硅26.6，氧化钠8.0，波美度0.35，模数3.5。
[0075]
所述磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料制备方法和使用方法，具体包括如下步骤：
[0076]
首先，按照上述比例秤取制备磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补浆体原材料的量；
[0077]
按照确定的烧氧化镁粉、纳米级sio2粉、纳米级cao粉、偏高岭土配制成磷酸镁水泥基胶凝剂粉料。
[0078]
按照确定的磷酸镁水泥基胶凝剂粉料、磷酸盐、复合缓凝剂、硅酸钠制备磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料。
[0079]
其次，将磷酸盐、复合缓凝剂放入可调速的水泥砂浆搅拌机中，以100r/min转速搅拌粉料至均匀，搅拌过程中放入确定的1/2的水，搅拌120s,待晶体开始发生溶解，然后加入磷酸镁水泥基胶凝剂粉料，以100r/min转速搅拌1min至均匀，再次加入剩下的1/2的水和硅酸钠，混合浆体均匀后再以200r/min转速搅拌3min,得到符合施工要求流动度的磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补浆体。
[0080]
清理受侵蚀的混凝土结构表皮，用高压水枪冲洗表面软弱的颗粒，待表面湿润但无流动的明水，用所制备的磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补浆体均匀喷涂值破坏的混凝土结构表面，包裹透明薄膜或用胶带密封，自然条件下养护28d以上。根据jg/t335
‑
2011《混凝土结构防护用成膜涂料》、hg/t4343
‑
2012《水性多彩建筑涂料》，对本实施例磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料的基本性能进行测试，结果见表1。
[0081]
表1实施例1磷酸镁水泥基修补材料的性能
[0082]
[0083][0084]
实施例2：
[0085]
一种磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料，由磷酸镁水泥基胶凝剂粉料、磷酸盐、缓凝剂料、硅酸钠和水混合而成：
[0086]
其中，磷酸镁水泥基胶凝剂粉料按质量份数计为：过烧氧化镁85.0％、纳米级sio2粉5.0％、纳米级cao粉5.0％、偏高岭土5.0％；磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料干料按质量份数计为：磷酸镁水泥基胶凝剂粉料69.0％、磷酸盐19.0％、复合缓凝剂9.0％、硅酸钠3.0％。
[0087]
实施例2的所述磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补浆体的制备方法和使用方法与实施例1相同。
[0088]
根据jg/t335
‑
2011《混凝土结构防护用成膜涂料》、hg/t4343
‑
2012《水性多彩建筑涂料》，对本实施例磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料的基本性能进行测试，结果见表2。
[0089]
表2实施例2磷酸镁水泥基修补材料的性能
[0090]
[0091][0092]
实施例3：
[0093]
一种磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料，由磷酸镁水泥基胶凝剂粉料、磷酸盐、缓凝剂料、硅酸钠和水混合而成：
[0094]
其中，磷酸镁水泥基胶凝剂粉料按质量份数计为：过烧氧化镁82.0％、纳米级sio2粉4.0％、纳米级cao粉5.0％、偏高岭土9.0％；磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料干料按质量份数计为：磷酸镁水泥基胶凝剂粉料70.0％、磷酸盐18.0％、复合缓凝剂9.5％、硅酸钠2.5％。
[0095]
本实施例所述磷酸镁水泥基修补浆体的制备方法和使用方法与实施例1相同。
[0096]
根据jg/t335
‑
2011《混凝土结构防护用成膜涂料》、hg/t4343
‑
2012《水性多彩建筑涂料》，对本实施例磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料的基本性能进行测试，结果见表3。
[0097]
表3实施例3磷酸镁水泥基修补浆体的性能
[0098][0099][0100]
综合上述实施例，本发明制备方法制备得到的基于磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料的各项技术指标均达标，其中，附着力可以达到2.4～2.7mpa，耐酸性、耐碱性、碳化深度、抗冻性、耐酸雨性、耐人工气候老化等方面均符合jg/t335
‑
2011《混凝土结构防护用成膜涂料》、hg/t4343
‑
2012《水性多彩建筑涂料》对涂料的性能要求。
[0101]
本发明制备方法中制约修补效果的主要因素为：(1)磷酸镁水泥基胶凝剂粉料的组成成分，主要是过烧氧化镁粉、纳米级sio2粉、纳米级cao粉、偏高岭土比例，过烧氧化镁粉主要为磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料中碱性组分，参与水化反应生成mgkpo4
·
6h2o和mgnh4po4
·
6h2o是制约附着力的关键，纳米级sio2粉、纳米级cao粉参与水化反应生成c
‑
s
‑
h凝胶，有效的减少了磷酸镁水泥本身较高的缺陷，偏高岭土参与水化反应生成磷酸铝盐类，增加水化结晶相，提高水化产物网络状密实度；(2)磷酸镁水泥基抗硫酸盐涂层快速修补材料中磷酸镁水泥基胶凝剂粉料与磷酸盐比例，即碱(磷酸镁水泥基胶凝剂粉料)酸(磷酸盐)比，碱酸比的增大降低浆体流动性，影响施工效率，同样浆体中自由水的减少进一步降低了水化结晶相的数量，降低涂层修补材料的附着力。
[0102]
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
[0103]
最后，本发明优选的，本发明的未尽述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
[0104]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。