一种用于潮湿界面的快速修复砂浆及其制备方法

本发明涉及古建筑修复，尤其涉及一种用于潮湿界面的快速修复砂浆及其制备方法。

背景技术：

1、砌体结构在我国应用广泛，历史悠久，是目前既有建筑结构的主要形式之一，在历史建筑中占有重要的地位。由于年久失修、使用功能改变、抗震设防标准提高等因素，许多砌体结构需进行修缮和加固。特别是历史、文物建筑结构加固时，施工技术的选择要考虑建筑保护的真实性原则、最小干预原则、可识别性原则及可逆原则。其中，砂浆置换法是一种常用加固手段。

2、砂浆置换就是将砌体结构中的部分低强度砂浆用高性能砂浆置换，达到提高砌体结构抗震性能的目的。这种加固方法主要适用于块材仍具有足够强度而砂浆性能退化严重的砌体结构，具有不减少房屋使用面积和降低对结构扰动的特点。

3、中国发明专利cn113685051b公开了一种基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，该方法使用水射流剔除灰缝原有砂浆再使用3d打印头伸入灰缝砂浆剔除后的空隙，“z”字形填充修补材料，该过程实现了剔缝补缝的一体化，在不损伤块材的前提下，高效剔除灰缝砂浆；实现基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固。但是该方法会使得剔除后的空隙较为潮湿。

4、由于带水粘接的特殊性，传统的砂浆材料以及一些古建筑生态材料用于潮湿或者水下环境会造成粘接强度大幅下降。中国发明专利cn110563422a公开了一种用于古建筑青砖墙体裂缝的修复材料及施工工艺，该修复材料与青砖墙体具有良好的相容性，而且成本低，但是，该发明制备的修复材料粘结性能依然较低，耐候性差。中国发明专利cn104230274a公开了一种古建筑城墙修复的材料，具有力学强度好、耐久性高、抗风雨剥蚀，施工方法简单的特点。但是该材料的施工方法复杂，耐候性还有待提高。中国发明专利cn115557748a公开了一种古建筑青砖外墙的修复材料，但是该材料会出现少量裂缝，粉化空鼓，剥落等情况，并且该材料在潮湿界面的粘接性能不足。环氧砂浆常被用于水下粘接修补，但是环氧树脂属于油溶性树脂，可在水中保持不分散性，但是对于富水界面，其难以突破水层直接接触基底界面，其界面粘接强度不足。且环氧砂浆中的固化剂与水以及二氧化碳反应，生产白色的铵盐，从而导致粘接强度急速下降，工程修补达不到效果，从而限制了环氧砂浆的适用范围。而且其施工工艺往往较为复杂且施工难度大，达不到修补的效果还造成成本增加。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种用于潮湿界面的快速修复砂浆；本发明的另一目的是提供一种用于潮湿界面的快速修复砂浆的制备方法。

2、技术方案：本发明的一种用于潮湿界面的快速修复砂浆，所述快速修复砂浆的原料包括水泥胶凝材料组分、砂石、水溶性聚合物组分与改性剂组分，其中快速修复砂浆的原料混合后直接涂抹在待修复的潮湿界面上，通过水泥快速水化和水溶性聚合物快速聚合达到在潮湿界面下原位修复。

3、作为上述方案的进一步改进，包括以下重量份的原料：胶凝材料组分：100份；水溶性聚合物组分：9.65～19.29份；改性剂组分：5.15～15.15份。

4、作为上述方案的进一步改进，所述胶凝材料组分中包括基准水泥和硫铝酸盐水泥，基准水泥与硫铝酸盐水泥的质量比为：1：3～5。

5、作为上述方案的进一步改进，所述水溶性聚合物包括单体、引发剂和交联剂，其中单体为丙烯酰胺、丙烯酸钙、丙烯酸钠和丙烯酸中的任意一种。

6、优选地，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的任意一种。

7、优选地，所述交联剂为n，n’-亚甲基双丙烯酰胺。

8、更优选地，单体：引发剂：交联剂的比例为8：1.5～6：0.014～0.056

9、更更优选地，所述单体：引发剂：交联剂的质量比为8：3：0.028。

10、优选地，所述改性剂组分包括有机硅消泡剂和惰性碳粉。

11、另一方面，本发明提供一种上述的用于潮湿界面的快速修复砂浆的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

12、(1)溶液a预制备：将单体、交联剂、和水按比例搅拌混合直至单体与交联剂完全溶解；

13、(2)溶液b预制备：将引发剂与水按比例搅拌混合直至引发剂完全溶解；

14、(3)干料的制备：将水泥和碳粉按比例混合均匀；

15、(4)修复砂浆的制备：将上述步骤制备的溶液a、溶液b、干料与标准砂和水混合并搅拌，制备得到快速修复砂浆，所述快速修复砂浆直接涂抹于潮湿界面上。

16、实际工程中，潮湿及水下修复加固的情况经常遇到，例如：实现干燥维修条件非常困难的水利工程及桥梁工程等水下建筑；采用高压水射流进行智能剔缝的砂浆置换法，为实现原位修复而没有时间进行干燥的情况；因降雨等气候因素导致界面潮湿又亟需修复的道路裂缝等。针对这类需要在潮湿环境下进行快速修复的场景，目前商售的修复材料在潮湿界面粘接强度显著降低，严重影响修复加固的效果。因此本发明将制备一种用于潮湿环境下的快速修复砂浆，本发明制备的快速修复砂浆弹性模量与古砖墙接近，即使在潮湿环境下也能与基体具有良好的粘接性能，相较于未改性的砂浆，湿界面粘接强度提升了1200％，具有良好得修复效果。

17、原位聚合改性水泥基材料是一种具有显著优势的新型改性方法，对于水泥基材料的致密化和增韧等方面有传统方法无可比拟的优势，具有广阔的研究和应用前景。本发明将有机聚合物材料与无机水泥基材料结合，一方面，丙烯酰胺聚合成聚丙烯酰胺的聚合反应为放热过程，水泥水化也是放热过程，采用原位掺加的方式会使得两者会相互促进，从而实现快速修补的目的；另一方面，因为聚丙烯酰胺为柔性亲水性的材料，使得制备出的砂浆会弥补水泥基材料脆性大，弹性模量与青砖不匹配，湿界面粘接性能不足的问题，具有优异的湿界面粘接性能；而水泥基材料价格低廉，性能稳定，且耐久性较好，从而可以弥补聚丙烯酰胺耐久性不足的问题，从而使得双方优势互补，既可以提高砂浆的湿界面粘接性能和韧性，适当降低抗压强度和弹模使其与古青砖匹配，同时又具有优异的流动性，有利于灌浆操作和充分填充灰缝空隙。此外本专利对发明的快速修复砂浆，可以实现对于古青砖墙体失效灰缝砂浆的有效置换，在不对墙体进行过多干预的情况下实现墙体的大“换血”，施工方便快捷的同时，又可以有效避免对建筑造成不必要的损伤，有效减短工期。

18、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明本采用聚丙烯酰胺原位改性水泥砂浆，得到一种用于古建筑失效灰缝的快速修复砂浆。一方面，普通的修复砂浆由于湿界面的表面水层阻隔，粘接强度较弱，但是本发明的修复砂浆经过了亲水性聚合物的原位改性，具有优异的湿界面粘接性能；另一方面，本发明的原位改性砂浆具有极快的凝结速度，能快速产生强度结构，实现古建筑的原位修复。本发明采用原位改性的方法，提高了砂浆的韧性，湿界面粘接性能，使得修复后的古建筑得以加固不宜破坏，对于古建筑修复工作具有重要意义。

技术特征：

1.一种用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，所述快速修复砂浆的原料包括水泥胶凝材料组分、砂石、水溶性聚合物组分与改性剂组分，其中快速修复砂浆的原料混合后直接涂抹在待修复的潮湿界面上，通过水泥快速水化和水溶性聚合物快速聚合达到在潮湿界面下原位修复。

2.根据权利要求1所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，包括以下重量份的原料：胶凝材料组分：100份；水溶性聚合物组分：9.65～19.29份；改性剂组分：5.15～15.15份。

3.根据权利要求1所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，所述胶凝材料组分中包括基准水泥和硫铝酸盐水泥，基准水泥与硫铝酸盐水泥的质量比为：1：3～5。

4.根据权利要求1所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，所述水溶性聚合物包括单体、引发剂和交联剂，其中单体为丙烯酰胺、丙烯酸钙、丙烯酸钠和丙烯酸中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的任意一种。

6.根据权利要求4所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，所述交联剂为n，n’-亚甲基双丙烯酰胺。

7.根据权利要求4所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，所述单体：引发剂：交联剂的质量比为8：1.5～6：0.014～0.056。

8.根据权利要求7所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，优选的，所述单体：引发剂：交联剂的质量比为8：3：0.028。

9.根据权利要求1所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆，其特征在于，所述改性剂组分包括有机硅消泡剂和惰性碳粉。

10.一种根据权利要求1-9任一所述的用于潮湿界面的快速修复砂浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种用于潮湿界面的快速修复砂浆及其制备方法，所述快速修复砂浆的原料包括水泥胶凝材料组分、砂石、水溶性聚合物组分与改性剂组分，其中快速修复砂浆的原料混合后直接涂抹在待修复的潮湿界面上，通过水泥快速水化和水溶性聚合物快速聚合达到在潮湿界面下原位修复。针对需要在潮湿环境下进行快速修复的场景，目前商售的修复材料在潮湿界面粘接强度显著降低，严重影响修复加固的效果。因此本发明将制备一种用于潮湿环境下的快速修复砂浆，本发明制备的快速修复砂浆弹性模量与古砖墙接近，即使在潮湿环境下也能与基体具有良好的粘接性能，相较于未改性的砂浆，湿界面粘接强度提升了1200％，具有良好得修复效果。

技术研发人员：冯攀,刘明星,邵丽静,叶少雄
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13