一种基于海水和珊瑚砂的水下修补材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于海水和珊瑚砂的水下修补材料及其制备方法，该水下修补材料由硫铝酸盐水泥、海工硅酸盐水泥、粉煤灰、可再分散性乳胶粉、改性环氧树脂、有机抗蚀剂、膨胀剂、水下抗分散剂、改性珊瑚砂、高效聚羧酸减水剂制备而成，其中，改性珊瑚砂为表面包覆有疏水涂层的珊瑚砂，改性环氧树脂为偶联有纳米聚硫橡胶粉和纳米石墨粉的水性环氧树脂。本发明专利技术利用人工破碎珊瑚砂取代天然河砂，将水泥砂浆同环氧树脂复合，提高水下修补材料粘结性能，复掺水下抗分散剂和有机抗蚀剂减少浆体损失并在钢筋表面形成钝化膜，并掺加复合型膨胀剂，多膨胀源连续膨胀提高水下修补材料和原构件间贴合度，堵塞有害离子侵蚀通道。

【技术实现步骤摘要】
一种基于海水和珊瑚砂的水下修补材料及其制备方法
本专利技术属于建筑材料领域，特别涉及一种基于海水和珊瑚砂的水下修补材料及其制备方法。
技术介绍
随着社会经济的发展，近年来，沿海海域修建了大量跨海大桥及离岸设施，如海上石油平台、港口、风力发电站等。然而这些混凝土结构在服役期内始终处于复杂的环境中，如海面上时刻不停且强弱不均匀的冲刷作用、强紫外线的辐射作用、各类侵蚀性离子的强腐蚀作用等都会造成混凝土结构性能的劣化，极大地影响了混凝土结构的使用寿命。考虑到混凝土结构体积庞大，发生损伤后，其剩余使用寿命和重新修建的造价因素，现有技术一般不做报废处理，而是采用水下修补材料进行结构损伤修复。然而，部分跨海大桥及离岸设施远离大陆，造成当地传统砂石资源稀缺，若采用船舶运输，不仅运费高昂也易受海上风浪影响，势必造成工期延误。
技术实现思路
本专利技术利用海洋环境下丰富的珊瑚砂资源制备一种基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，以解决沿海地区传统砂石资源稀缺的问题，具有广阔的应用前景和经济社会效益。第一方面，本专利技术提供了一种基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，按重量份计包括如下组分：其中，改性珊瑚砂为表面包覆有疏水涂层的珊瑚砂；改性环氧树脂为偶联有纳米聚硫橡胶粉和纳米石墨粉的水性环氧树脂。优选地，水性环氧树脂通过钛酸酯偶联剂与纳米聚硫橡胶粉及纳米石墨粉偶联。优选地，水性环氧树脂为双酚F型环氧树脂。优选地，水性环氧树脂、纳米聚硫橡胶粉和纳米石墨粉的重量比为(80～200)：(2～8)：1。优选地，珊瑚砂表面包覆的疏水涂层由硅烷喷雾形成，硅烷为甲硅烷或乙硅烷。优选地，可再分散性乳胶粉通过以下步骤制备得到：(1)按重量比(60～75):(12～25)：1将聚丙烯醋酸酯乳液、聚乙烯醇及甲基丙烯酸甲酯加入反应釜中得混合液A；(2)按混合液A的0.5wt％～2.0wt％滴加聚乙烯醇水溶液，搅拌20～35min后，升温至80～95℃，按混合液A的0.2wt％～1.2wt％滴加偶氮二异丁腈，保温1～2.5h；(3)反应液冷却至室温后转移至干燥塔内，按反应液的3wt％加入二氧化硅粉末，喷雾干燥5～35min，喷雾干燥塔进口温度为180～250℃。优选地，有机抗蚀剂中包含氨基硅烷偶联剂和水溶性有机物，水溶性有机物指的是聚乙二醇、三乙烯四胺。优选地，有机抗蚀剂的制备方法包含以下步骤：将2～5重量份聚乙二醇、0.01～0.1重量份氨基硅烷偶联剂和1重量份三乙烯四胺混合，得水溶性混合物B；将1重量份碳酸锂、0.2～0.7重量份偏铝酸盐速凝剂、0.04～0.3重量份聚丙烯酰胺和5～9重量份去离子水混合，以120r/min～200r/min的转速搅拌10min～25min，升温至65℃～90℃，滴加水溶性混合物B，继续搅拌4min～10min后，调节pH值至7～8，得有机抗蚀剂。优选地，膨胀剂由HSCA型膨胀剂、UEA型膨胀剂、轻烧氧化镁膨胀剂及石膏按重量比(5～8)：(1～2)：(1～3)：1复配制得。另一方面，本专利技术提供一种制备基于海水和珊瑚砂的水下修补材料的方法，包括如下步骤：称好原材料，将胶凝材料、聚羧酸高效减水剂及改性珊瑚砂干混均匀，得到干混料；将有机抗蚀剂、水下抗分散剂及海水混合均匀，得到湿混料；将70vol％的湿混料缓慢倒入干混料中，搅拌1min～2min后加入改性环氧树脂、膨胀剂以及剩余的30vol％的湿混料，继续搅拌2～5min，即得基于海水和珊瑚砂的水下修补材料。本专利技术的专利技术原理如下：水下结构破损主要原因在于海水中氯离子侵蚀，因此对水下修补材料的耐久性要求主要集中于抗渗性，本专利技术用于替代传统河砂的珊瑚砂表面附着多种海水离子，将其用作细骨料易在混凝土内部引入大量有害离子，且珊瑚砂结构疏松多孔，易形成离子侵蚀通道，因此通过喷雾硅烷的方式在珊瑚砂表面制备疏水涂层，一方面包裹各类有害离子，堵塞骨料内部连通孔，堵塞氯离子渗透通道，以提高材料抗渗性。另一方面，珊瑚砂表面处理后，可提高浆骨界面致密度，和原结构粘结紧密，避免在缺陷处留下缝隙形成氯离子侵蚀通道。本专利技术采用C3A、C4AF含量较高的海工硅酸盐水泥，可大量结合、固定海水中氯离子形成水化氯铝酸钙等物质，避免游离氯离子腐蚀钢筋。本专利技术使用的有机抗蚀剂中含有氨基硅烷偶联剂及三乙烯四胺，利用其迁移作用，使得氨基硅烷偶联剂的无机端与钢筋裸露的表面或钢筋表面的钝化膜偶联，氨基硅烷偶联剂的有机端与水溶性有机物偶联，发挥其“胶水功能”在钢筋表面形成一层致密的有机层，并进一步隔绝侵蚀离子，增强混凝土结构海洋环境下耐久性。本专利技术使用的改性环氧树脂采用钛酸酯偶联剂将纳米橡胶粉和纳米石墨粉偶联在水性环氧树脂上，可使得水性环氧树脂具备高黏高弹特性，提高其与水泥基材料的界面粘结性能，促进水性环氧树脂形成空间骨架结构，限制砂浆变形，从而提高水下修补材料的抗压强度及粘结性能。本专利技术采用的可再分散性乳胶粉与水接触后可以很快再分散成乳液，分散后成膜并作为一种补充胶粘剂发挥增强作用，施工中可提高砂浆的内聚性和流动性；砂浆固化后提高水下修补材料弹性模量，增强其抗冲模性能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术采用改性珊瑚砂替代传统砂石骨料，在跨海大桥及部分离岸设施修补中可降低运输成本，保证工期，避免已损伤部位侵蚀进一步加深。采用粉体聚羧酸高效减水剂，不仅可利用其内含消泡、匀泡、减缩等功能组分提高水下修补材料工作性，在损伤缺陷处形成良好的填充，修补内部微裂纹提升结构密实度，还可提前同粉料混合均匀加快施工进度。本专利技术采取海水拌和混凝土，便于就地取材提高施工效率。同时引入高效的水下抗分散剂及有机抗蚀剂，减少水下修补材料浆体损失并在钢筋表面形成致密的钝化膜，相较传统无机型的氯盐类有机抗蚀剂可避免引入侵蚀性离子。本专利技术采用可再分散性乳胶粉和改性环氧树脂复掺，与水泥砂浆形成良好适配性，并在其内部形成空间骨架网络，不仅可增强砂浆黏结性能，且显著提高其韧性、防水性及弹性模量。本专利技术将三种膨胀剂复合制得一种复合型膨胀剂，利用其多膨胀源连续膨胀原理，补偿水下修补材料体积收缩，在水化早期生成凝胶态钙矾石提高混凝土表面致密度，堵塞离子侵入通道，在水化后期生成氢氧化镁晶体，使水下修补材料和原混凝土结构间接触更为紧密，避免形成内部缝隙，为氯离子渗透提供通道，造成应力集中。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术在不破坏生态环境的前提下就地取材，利用海洋地区丰富的珊瑚砂替代天然河砂，天然河砂成分主要以二氧化硅为主，珊瑚砂属于天然轻骨料，然而其表面相对粗糙，摩擦阻力相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：



所述改性珊瑚砂为表面包覆有疏水涂层的珊瑚砂；
所述改性环氧树脂为偶联有纳米聚硫橡胶粉和纳米石墨粉的水性环氧树脂。


2.根据权利要求1所述的基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，其特征在于：所述水性环氧树脂通过钛酸酯偶联剂与纳米聚硫橡胶粉及纳米石墨粉偶联。


3.根据权利要求1或2所述的基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，其特征在于：所述水性环氧树脂为双酚F型环氧树脂。


4.根据权利要求1所述的基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，其特征在于：所述水性环氧树脂、纳米聚硫橡胶粉和纳米石墨粉的重量比为(80～200)：(2～8)：1。


5.根据权利要求1所述的基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，其特征在于：所述疏水涂层由硅烷喷雾形成，所述硅烷为甲硅烷或乙硅烷。


6.根据权利要求1所述的基于海水和珊瑚砂的水下修补材料，其特征在于:所述可再分散性乳胶粉通过以下步骤制备得到：
(1)按重量比(60～75):(12～25)：1将聚丙烯醋酸酯乳液、聚乙烯醇及甲基丙烯酸甲酯混合，得混合液A；
(2)按混合液A的0.5wt％～2.0wt％滴加聚乙烯醇水溶液，搅拌20～35min后，升温至80～95℃，按混合液A的0.2wt％～1.2wt％滴加偶氮二异丁腈，保温1～2.5h；
(3)反应液冷却至室温后转移至干燥塔内，按反应液的2wt％～4wt％加入二氧化硅粉末，喷雾干燥5～35m...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈露一，郑丽，包嘉诚，黄有强，张志豪，李信，
申请(专利权)人：中铁桥研科技有限公司，中铁大桥局集团有限公司，中铁大桥科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42