路、桥用防腐、防水聚合物复合材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种由多种无机材料、有机纤维和和胶乳组合物形成的粘接性良好的适合路、桥用防腐防水聚合物复合材料，以其中胶乳组合物总重量计，含如下重量百分比的物料：5%～10%的乳化稳定剂，3%～6%的硅粉，0.4%～1%的消泡剂，16%～25%的胶乳，0.1%～4%聚丙烯纤维0.5，0.01%～0.02%羟乙基纤维素及余量的水。使用所述胶乳组合物的改性水泥砂浆作为防腐层，与水泥砂浆或混凝土等基层能牢固粘合，不易脱落，具有防水、防腐、无毒、无味等特点，可有效延长路、桥的使用寿命。
【专利说明】路、桥用防腐、防水聚合物复合材料
【技术领域】
[0001]本发明提供一种改性胶乳水泥砂浆，适用于遭受大气、融雪剂等介质腐蚀的混凝土结构及水泥砂浆表面、化工钢筋混凝土结构表面，防腐防水，尤其适合新建的道桥和厂房防腐防水，也适用于公路、桥梁、冶金、化工、工业与民用建筑等钢结构和钢筋混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程。
[0002]
【背景技术】
[0003]由于物流业的不断发展，汽车制造业飞速扩产近年来桥梁建设快速发展，桥梁结构不断创新，但桥面铺装的设计与施工仍沿用传统的习惯做法，随着交通量和重型车辆的增加，桥面铺装病害时有发生。高速公路和缓凝土桥面发生过早损坏而影响交通的事故经常发生，在沿海城市和北方冬季使用融雪剂的地区，破坏尤其严重，受到广泛关注。融雪剂在快速融化冰雪、保证交通畅达、安全的同时，也带来巨大的负面影响(腐蚀、污染等)。我国桥面、路面多为浙青或混凝土面层，在融雪剂或其他盐类渗透作用下，浙青或混凝土面层会龟裂、破坏，基体混凝土受到盐的腐蚀，膨胀2-6倍，如果融雪剂洒落不均匀，有浓度差，会造成日后膨胀几十倍，对混凝土桥涵和路面破坏严重，会减少公路的使用寿命和使用功能，当混凝土中存在钢筋时，融雪剂和沿海地区潮湿空气中所含的氯盐是促锈剂，钢筋会产生孔蚀，进而破坏，对经济和安全造成潜在隐患。普通混凝土耐水冻破坏试验100次冻融循环，而用过融雪剂后耐水冻破坏试验20次就《融雪剂对高速公路的危害》(黑龙江交通科技2010.7第198-200页)我国目前道桥混凝土防腐主要地下水和地表水中盐分的腐蚀，对地上的结构采用的防腐处理相对不足。为保证交通、生产安全，节省投资，需在建设和维修过程中对道、桥进行防腐保护，避免道、桥频繁维修，甚至无法达到使用年限，造成建筑垃圾的大量排放，新建道、桥的大量资源、人力和能源的投入。目前常规建筑防腐材料的种类很多，但普遍存在与基体结合不牢、易出现裂纹以及强度、耐磨性不够的缺陷。施工中使用有机溶剂的环氧树脂类防水、防腐材料随着环保 要求的提高而受到限制，并因其与道、桥混凝土表面结合不够牢固，易分层、脆性大而影响使用。我国早在60年代，就开始应用聚合物水泥砂浆在道路、桥梁混凝土表面进行防水防腐施工，80年代出现胶乳水泥砂浆，但多年来在公路和桥面工程建设中应用一直存在抗压能力、耐磨性欠佳的问题。在高性能混凝土表面复合材料日益得到重视和应用的今天，在我国水利工程建设中，已经采用硅粉混凝土来替代用传统方法配制高强度混凝土。公路、桥面也应该有提高聚合物水泥砂浆强度、耐磨性的新途径，同时有效解决解决水泥混凝土桥面铺装层易开裂和脱粘的技术难题。新材料的迅速发展，为高速公路和缓凝土桥面的建设及维护保养，带来全新的理念和新方法，在普通混凝土道、桥上铺装结合力强的防腐防水材料，是既节省资源又有效延长道、桥寿命的一个好设
本巨
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[0004]
【发明内容】
[0005]本发明的目的:提供一种改性胶乳水泥砂浆，可对遭受大气、融雪剂等介质腐蚀的混凝土结构及水泥砂浆表面、化工钢筋混凝土结构表面进行防腐防水，也适合新建的路、桥和厂房防腐防水。
[0006]本发明人对改性胶乳水泥砂浆进行了深入研究，从环保的角度出发，选用粉煤灰来代替部分水泥，可以利用工业排放物粉煤灰，还可改善水泥砂浆性能。粉煤灰是发电厂与各种燃煤锅炉排放的一种固体废弃物，据统计我国粉煤灰年排放量高达2亿吨，国际环保组织绿色和平在北京发布《2010中国粉煤灰调查报告》指出，火力发电产生的粉煤灰排放已经成为中国工业固体废物的最大单一污染源。选用的胶乳组合物，由筛选出的性价比好的乳化稳定剂、硅粉、消泡剂、羟乙基纤维素等功能性助剂和胶乳组成，功能性助剂加入到胶乳中制得胶乳组合物，可以降低改性胶乳水泥砂浆的水灰比，增加密实度，从而显著提高路、桥用性能，减少维护费用，抗折、抗疲劳强度、耐磨强度高、具有技术经济效益和环境效益，而且早期强度高，缩短路面修复引起的交通中断。而且施工和使用中均无VOC排放。
[0007]其中，胶乳本身具有优异的抗腐蚀功能，水泥水化吸收乳液中水分，使乳液脱水、硫化而逐渐凝固，水泥水化产物与聚合物互相包裹填充形成致密的结构，从而改善了水泥砂浆的物理性能，与水泥砂浆形成具有弹性的刚性复合层，极大提高防腐性能。乳化稳定剂可以维持胶乳的稳定，并与水泥砂浆混合后不发生破乳现象，碱金属氧化物、或氢氧化物也有较好的作用。硅粉主要提高密实性和抗冻性，意味着提高了混凝土的密实性，改善混凝土的亚微观结构，堵塞混凝土的毛细孔径、提高抗渗性，提高抗渗、抗冲击和耐磨等性能特点；通过添加合成纤维聚丙烯， 充分发挥了聚丙烯纤维的阻裂、增韧性能，改善改性胶乳水泥砂浆的抗裂性能，加入偶联剂也可改善分散性能，避免早期出现裂纹，提高耐久性。本发明使用粉煤灰，可使改性胶乳水泥砂浆拌合物的保塑性和可泵性得到改善，粉煤灰可取代水泥可减少水泥用量，水化热明显降低，温差裂缝大大减少，克服易膨胀的缺陷。确保改性胶乳水泥砂浆工程质量。
[0008]通过选择合适的功能性助剂与胶乳配合，与水泥、粉煤灰、砂子、合成纤维按特殊工艺形成的改性胶乳水泥砂浆具有很高的强度和很好的耐久性，是路面、桥面铺装层的理想材料，铺装的防腐防水层与混凝土线膨胀系数相近，可使原结构的刚度大为增加，掺入的合成纤维可以使路、桥面具有很好的韧性和抗裂性。本发明具有优异的粘结、抗裂、抗冻、防渗、防腐、抗氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能，适用于公路、桥梁、化工等工业与民用建筑混凝土或钢筋混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程。胶乳配制的水泥砂浆具有良好的耐候性，耐久性，抗渗性，密实性和极高的粘接力以及极强的防水防腐效果，可耐纯碱生产介质，尿素及海水腐蚀，属刚韧性防水防腐材料。本发明与混凝土结构基面结合紧密，粘接力强，能和原结构能形成整体，特别适合新建的路、桥面铺装，避免选用其他材料引起的界面腐蚀破坏，进而更好的保护基体，从建路、桥伊始就根除腐蚀介质可能产生的渗透，实现腐蚀控制的理念。
[0009]本发明的技术方案为:一种由水泥、粉煤灰、砂子、合成纤维和胶乳组合物形成的聚合物复合材料，其特征是，以该胶乳组合物总重量计，含如下重量百分比的物料:5%~10%的乳化稳定剂，3%~6%的硅粉，0.4%~1%的消泡剂，16%~25%的胶乳，0.01%~0.02%羟乙基纤维素及余量的水。粉煤灰:水泥:砂子:胶乳组合物=10-15: 85-90:150-200:48-60，并添加砂子重量的0.1-0.2%的聚丙烯纤维。
[0010]先将合成纤维与砂子干拌，搅拌均匀，然后与粉煤灰、水泥干拌均匀，再加入适量的胶乳组合物，混合充分搅拌均匀，可在混凝土或钢筋混凝土结构的表面涂抹一定厚度，达到防水防腐的目的。水泥为32.5-52.5的硅酸盐水泥，粉煤灰为2级，砂:用中砂，平均粒径0.35mm~0.45mm不得含有杂物。含泥量不得超过3%，
本发明用的合适的胶乳有苯丙乳液和丁苯胶乳。两种胶乳本身具有优异的抗腐蚀功能，使得水泥砂浆固化后抗腐蚀性能良好。合适的乳化稳定剂主要是非离子表面活性剂。与其他表面活性剂相比，非离子表面活性剂可以维持新型改性胶乳的稳定，并与水泥砂浆混合后不发生破乳现象。本发明优选的乳化稳定剂有壬基酚聚氧乙烯醚NP-15、辛基酚聚氧乙烯醚0P-10，另外，十二烷基二苯醚二磺酸钠因其含有两个活性基团，也可用来稳定、分散胶乳。[0011]本发明使用硅粉也称硅灰、微硅粉，优选超细硅粉。超细硅粉通常是在冶炼硅铁合金或工业硅时，通过烟道排出的硅蒸气氧化后经收尘器收集得到的无定形、粉末状的二氧化硅，其颗粒直径一般为0.15^0.20 μ m。硅粉渗入水泥砂浆后，能很好地填充于水泥空隙之中，使浆体更微密，另外它还与游离的Ca (OH)2结合，形成稳定的硅酸钙水化物，该水化物凝胶强度高于Ca(OH)2晶体，可增加抗压、抗折强度；增加致密度。抗渗性能提高数倍；提高抗冻性；具有早强的特性；抗冲磨、抗空蚀性好。消泡剂可减少气泡，并具有降低水灰比的优点，意味着提高了混凝土的密实性，改善混凝土的亚微观结构，细化混凝土的毛细孔径。本发明优选有机硅类消泡剂，比如有机硅GPF消泡剂。
[0012]此外，本发明组合物还可以进一步包含羟乙基纤维素能起到较好的分散作用，更好地保持胶乳组合物的稳定。胶乳是乳状微粒，不是特别稳定的液体，尤其对温度敏感，低温会变得更不稳定，抗压抗折抗渗粘接试块制作:胶乳中加入助剂搅匀、研磨、达到乳化稳定，倒入砂灰混合物中，拌和振捣后于标准试模中成型。先将砂与合成纤维混匀，然后按粉煤灰:水泥:砂子:胶乳组合物=10-15: 85-90:150-200:48-60比例混合，搅拌，试块成型24小时后脱模，潮湿下养护一周，干养护20天，于万能材料试验机上测定抗压抗折强度等性能试验。
[0013]包含本发明胶乳组合物的胶乳水泥砂浆具有优异的低温施工应用效果各项指标优于JC/T984-2005建材行业标准《聚合物水泥防水砂浆》；性能技术指标也完全符合GB50212-2002《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》中的聚合物水泥砂浆制成品的质量标准，抗折强度、抗渗性增强，吸水率下降。综合性能与单纯的水泥砂浆相比有很大提高。耐腐蚀实验技术指标显示:抗压强度指标在碱性介质和盐中都很好。
[0014]包含本发明胶乳组合物的胶乳水泥砂浆还具有如下特点:
(I)适用温度范围宽:可用在O~35°C，无VOC排放，与环境相容性好，不会对人体造成伤害。
[0015](2)适用范围广:施工应用范围广、步骤简单，对施工环境要求宽泛，如:湿度、施工基层洁净度等。可用于路、桥、化工等构筑物混凝土表面、地面的防腐施工。
[0016](3)防腐功效持续时间长:这是由于本发明两大特点决定的，一是优良的防腐性能，胶乳组合物固化后在水泥砂浆表面形成一层塑化膜，而且这种膜层充满整个胶乳水泥砂浆结构，保护主体。二是优良的防水性能，塑化后的膜层充满整个胶乳水泥砂浆内部，填充水泥砂浆水化后形成应力裂隙，形成一种网状结构，阻止融雪剂、盐、碱腐蚀性介质等对主体的腐蚀。延长路、桥及构筑物使用寿命，节约投资成本。
【具体实施方式】
[0017]下面以实施例的方式进一步解释本发明，但是本发明不局限于这些实施例。除非另有说明，其中的“份”或“％”均为“质量份”或“质量％”。
[0018]本发明用的合适的胶乳有苯丙乳液，固体含量40~50%，粘度80~2000mPa.s,单体残留量0.5%，PH值8~9。PC-18羧基丁苯胶乳，固体含量40~50%。
[0019]胶乳组合物实施例
表1给出了六种胶乳组合物的配制组成。其中，水泥改性专用P-18羧基丁苯胶乳；固含量大于43%的苯丙乳液；NP-15壬基酚聚氧乙烯醚和0P-10辛基酚聚氧乙烯醚乳化稳定剂以及十二烷基二苯醚二磺酸钠；超细硅粉为上海天恺特种材料有限公司的TOPKEN微硅粉，粒径0.15~0.20 μ m ; GPF消泡剂来自江苏淮安星晨化仪有限责任公司；聚丙烯纤维:选用四川华神化学建材有限责任公司生产的聚丙烯纤维(其横截面为三叶型，长度为20mm)。水泥:采用42.5R级普通硅酸盐水泥；砂:选用普通建筑用河砂，中砂,平均粒径
0.35mm~0.45mm，含泥量〈1.5%，粉煤灰为2级，
表1胶乳组合物配比组成(总量)
单位:质量份
【权利要求】
1.一种由水泥、粉煤灰、砂子、合成纤维和胶乳组合物形成的聚合物复合材料，其特征是，以该胶乳组合物总重量计，含如下重量百分比的物料:5%~10%的乳化稳定剂，3%~6%的硅粉，0.4%~1%的消泡剂，16%~25%的胶乳，0.01%~0.02%羟乙基纤维素及余量的水。
2.权利要求1所述的胶乳组合物，其特征是，所述胶乳为苯丙乳液、丁苯胶乳。
3.权利要求1所述的胶乳组合物，其特征是，所述乳化稳定剂选自壬基酚聚氧乙烯醚NP系列、辛基酚聚氧乙烯醚OP系列和双子型表面活性剂。
4.权利要求1所述聚合物复合材料，其特征是，粉煤灰:水泥:砂子:胶乳组合物=10-15: 85-90:150-200:48-60。
5.权利要求1所述的胶乳组合物，其特征是，所述超细硅粉为粒径0.15~0.20 μ m的超细二氧 化硅粉。
【文档编号】C04B28/00GK103880339SQ201210554312
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月19日 优先权日:2012年12月19日
【发明者】王永飞, 刘峰, 张宪军, 赵晓舒 申请人:中昊(大连)化工研究设计院有限公司