快速修補的聚合物砂漿及應用制造技術

本發明專利技術是一種快速修補的聚合物砂漿及應用。該砂漿以天然彩砂為主要原料，以改性的雙酚A環氧樹脂為膠結料，以復配型改性脂肪胺為固化劑，以無機納米粒子為增韌填料，添加適量的活性稀釋劑、環氧樹脂消泡劑、防老劑等，按比例配制而成。該砂漿具有良好的不透水性、低溫固化速度快、壓折比低、低溫柔韌性好、抗震性好、粘結強度高、抗凍融性好、耐久性好等特點，同時制作工藝簡單、成本適中，適用于高寒地區高鐵無軌砟道間混凝土層凍融粉化的快速修補，也可廣泛用于道路井蓋下陷、高速公路隧道路面和橋面、機場混凝土路面等的破損修補。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種高強高抗凍融性彩色聚合物砂漿及其制備工藝，該聚合物修補砂漿應用于高寒、高溫地區高鐵系統混凝土路面粉化和干裂表面修復。
技術介紹
在我國高寒地區，受大溫差、干濕變化、凍融循環、風蝕等多種自然因素的影響，造成混凝土工程極易產生粉化、剝蝕、裂縫等災害。病害一旦出現，就需要及時進行調查分析，找出產生的原因并采取合適的材料及技術加以修補，以確保混凝土結構的安全性和耐久性。哈大鐵路客運專線是我國第一條高寒地區高速鐵路，自開通運營以來，由于哈大客運專線地處高寒地區，晝夜溫差大，導致兩線間和路肩防水保護層混凝土陸續發生粉化現象，給高速鐵路行車帶來安全隱患。為確保高速鐵路的行車安全，哈大客專公司決定對防水保護層纖維混凝土產生粉化的處所采取表面清理、下部混凝土固化的措施進行整治試驗。很多國內科研機構都對此進行研究。聚合物砂漿不僅有良好的機械性能，而且具有漂亮的外觀，是一種多用途的材料。它在建筑、交通、水利、裝潢行業都有一定的應用。相比傳統水泥砂漿有良好的耐磨性、粘結強度、抗凍融性、以及低收縮性，因而成為各種工程結構修補用的重要材料。專利號CN 102765919A公布了一種水泥混凝土路面快速修補材料及其制備方法，這種砂漿由環氧樹脂、粉煤灰、多元胺、稀釋劑等組成，具有快硬早強，粘結強度大、韌性好等優點，但是因為其有機物含量過高、大大降低了其耐久性、單一級配的填料會增加材料的脆性。同樣在低溫下其收縮率會變大，抗凍融性差。專利號CN 101560077 A公布了一種應用于板式無扎軌道的環氧樹脂砂漿組合物，該砂漿對水泥具有耐是熱老化、耐化學腐蝕、彈性和機械強度好等特點，缺點是工藝較為復雜，攪拌時間長，不利于高鐵無軌軋道混凝土路面的快速修復，同時其粘結強度只有2-3MPa。因此開發出一種高粘結強度、韌性好、抗震性好、耐久性好、抗凍融性好、低收縮率的聚合物砂漿對其在高寒地區高鐵無砟軌道混凝土路面及其他混凝土工事的緊急修補有著重要的意義。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是：提供一種高寒地區粉化水泥混凝土路面快速修補用聚合物砂漿，通過方案優化，以及聚合物復配和改性增韌，并集這些材料的各自優點，克服現有技術中存在的快固聚合物基修復砂漿韌性差、耐久性差等問題。本專利技術解決其技術問題采用以下的技術方案：本專利技術提供的快速修補的聚合物砂漿，是以天然彩砂為主要原料，改性環氧樹脂為膠結料，復配型改性脂肪胺為固化劑，以無機納米粒子為增韌填料，再添加助劑，按比例配制而成；按重量份數計，具體配比為：天然彩砂300～600份，改性環氧樹脂70～100份，復配型改性多元胺30～60份，無機納米粒子2～10份，固化促進劑1～10份，增塑劑10-30份，稀釋劑10～20份，環氧樹脂消泡劑0.1～0.5份，防老劑0.1～0.5份。所述的改性環氧樹脂為羥甲基雙酚A型環氧樹脂，其環氧值≥0.45，40℃時粘度為25-60Pa﹒s，軟化溫度23～27℃。所述的復配型改性多元胺固化劑為酚醛胺與聚醚胺的混合物，其混合重量比為1～3：2～1；其中所用酚醛胺是以苯酚、甲醛、脂環胺為原料的第三代酚醛胺，其胺值為440～520mgKOH/g，25℃時的黏度2000-4000mPa.s；所用聚醚胺為單官能、雙官能、三官能聚醚胺的一種或者兩種以上的混合物，其胺值為200～500mgKOH/g，25℃時的黏度≤400mPa.s。所述的天然彩砂，由5～20目、20～40目、40～80目、80～100目、100～200目以及≤200目的石英砂復配而得，所述石英砂相應復配重量百分比分別為：10～35％，15～25％，10～20％，5～15％，5～20％，20～45％。所述的稀釋劑為丁基縮水甘油醚、芐基縮水甘油醚中的一種。所述的固化促進劑為DMP-30、芐基二胺、苯酚中的一種。所述的納米無機粒子為經過偶聯劑改性的碳酸鈣粉或二氧化硅，其粒徑為40-60nm；所述偶聯劑為鈦酸酯，或者硅烷偶聯劑KH550、KH560中的一種。本專利技術提供的上述快速修補的聚合物砂漿，其用途是：在高寒地區高鐵無砟軌道粉化混凝土緊急修補中的應用，或者在道路井蓋下陷、高速公路隧道路面和橋面、機場混凝土路面破損的快速修補中的應用。所述聚合物砂漿應用時，具體是采用以下方法施工：(1)設計配合比：根據混凝土工程具體特點和修補技術的要求，配制聚合物砂漿；(2)修補基層處理：先對破損混凝土結構表面進行表面清潔處理，再根據配制的聚合物砂漿材料性能控制指標結合混凝土表面粗糙程度進行修補，修補厚度3-15mm，當修補層超過15mm時分層嵌補；(3)界面粘結層：在干燥的修補基面上涂覆一層聚合物漿液作為界面層，以增加修補砂漿與基層混凝土的粘結力，在漿液未干前，鋪筑聚合物修補砂漿；所述聚合物漿液由所述砂漿中除天然彩砂外其它組分按比例配制而成；(4)修補砂漿的制備：按配比，將天然彩砂、改性環氧樹脂、無機納米粒子、增塑劑和防老劑配制后，進行水浴脫泡，獲得A組分；所述的無機納米粒子由以下方法進行表面改性，1)稱取一定量的納米無機粒子，70℃烘干30min,與偶聯劑溶液進行共混，共混物超聲波分散30-40min,80℃烘干至納米粒子質量不再變化，2)停止加熱，冷卻至室溫，出料，密封保存；按配比，將酚醛胺、聚醚胺、固化促進劑配制后，進行水浴脫泡，獲得B組分；(5)將A、B組分按照重量配比混合后，然后在滑模攤鋪機中加入占改性環氧樹脂重量比0.1～0.5％的環氧樹脂消泡劑進行快速攪拌5～10min，得到聚合物砂漿；利用滑模攤鋪機將聚合物砂漿鋪在無砟軌道清理后的混凝土基表面，凝膠30min后用砂漿抹平機進行表面平整處理；(6)自然固化或經現場檢測合格，恢復高鐵運行。上述步驟(6)中，所述自然固化是：室溫及正常濕度下，聚合物砂漿1-2小時后即可表干，6小時后即可完全固化；正常情況下，待膠層完全固化后即可開放交通；特殊情況下，修補砂漿表干后亦可開放交通。本專利技術相對于傳統的聚合物基砂漿具有以下主要的優勢。1.本聚合物砂漿采用脂肪族縮水甘油醚活性稀釋劑，該稀釋劑分子結構中帶有環氧基團，在環氧樹脂固化交聯過程中，還能結合在環氧樹脂固化網絡中，增加網絡的可變形性，具有良好的稀釋增韌作用，同時提高環氧樹脂粘結性能，而環氧膠黏劑的固化速度下降的很少，避免了砂漿固化過程中產生的發氣、空鼓的問題。2.采用基于最大密度曲線理論科學級配的天然彩砂大大降低了砂漿固化后的孔隙率，提高了修補砂漿的耐久性，減少了膠結料添加量，同時具有抗腐蝕、耐酸堿、抗暴曬、不變色等特點。相對于單級配的砂漿體系其脆性、收縮性大大降低，天然彩砂可根據不同要求進行顏色搭配，同時起到美化環境的作用。3.為了提高聚合物砂漿的固化速度，本專利技術采用活性大的羥甲基環氧樹脂，該環氧樹脂能低溫快速固化，可與環氧樹脂混合使用，可做室溫快固和負溫下使用的環氧砂漿，適用于不同季節混凝土工程的緊急修補的施工作業。4.交替凍融會降低水泥混凝土的性能，本聚合物砂漿內部沒有吸放水的相互連通的孔結構，在澆鑄過程中因空氣所產生的空隙都是孤立、不連續的。對本聚合物砂漿進行300次凍融循環沒有發現質量損失。5.該專利技術聚合物砂漿采用兩種改性脂肪胺進行復配的固化劑體系，改性脂肪胺為酚醛胺和聚醚胺，酚醛胺因為在分子結構中引入本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快速修補的聚合物砂漿，其特征是以天然彩砂為主要原料，改性環氧樹脂為膠結料，復配型改性脂肪胺為固化劑，以無機納米粒子為增韌填料，再添加助劑，按比例配制而成；按重量份數計，具體配比為：天然彩砂300～600份，改性環氧樹脂70～100份，復配型改性多元胺30～60份，無機納米粒子2～10份，固化促進劑1～10份，增塑劑10?30份，稀釋劑10～20份，環氧樹脂消泡劑0.1～0.5份，防老劑0.1～0.5份。

【技術特征摘要】
1.一種快速修補的聚合物砂漿，其特征是以天然彩砂為主要原料，改性環氧樹脂為膠結料，復配型改性脂肪胺為固化劑，以無機納米粒子為增韌填料，再添加助劑，按比例配制而成；按重量份數計，具體配比為：天然彩砂300～600份，改性環氧樹脂70～100份，復配型改性多元胺30～60份，無機納米粒子2～10份，固化促進劑1～10份，增塑劑10-30份，稀釋劑10～20份，環氧樹脂消泡劑0.1～0.5份，防老劑0.1～0.5份。2.如權利要求1所述的快速修補的聚合物砂漿，其特征在于所述的改性環氧樹脂為羥甲基雙酚A型環氧樹脂，其環氧值≥0.45，40℃時粘度為25-60Pa﹒s，軟化溫度23～27℃。3.如權利要求1所述的快速修補的聚合物砂漿，其特征在于所述的復配型改性多元胺固化劑為酚醛胺與聚醚胺的混合物，其混合重量比為1～3：2～1；其中所用酚醛胺是以苯酚、甲醛、脂環胺為原料的第三代酚醛胺，其胺值為440～520mgKOH/g，25℃時的黏度2000-4000mPa.s；所用聚醚胺為單官能、雙官能、三官能聚醚胺的一種或者兩種以上的混合物，其胺值為200～500mgKOH/g，25℃時的黏度≤400mPa.s。4.如權利要求3所述的快速修補的聚合物砂漿，其特征在于所述的天然彩砂，由5～20目、20～40目、40～80目、80～100目、100～200目以及≤200目的石英砂復配而得，所述石英砂相應復配重量百分比分別為：10～35％，15～25％，10～20％，5～15％，5～20％，20～45％。5.如權利要求1所述的快速修補聚合物砂漿，其特征在于所述的稀釋劑為丁基縮水甘油醚、芐基縮水甘油醚中的一種。6.如權利要求1所述的快速修補聚合物砂漿，其特征在于所述的固化促進劑為DMP-30、芐基二胺、苯酚中的一種。7.如權利要求1所述的快速修補聚合物砂漿，其特征在于所述的納米無機粒子為經過偶聯劑改性的碳酸鈣粉或二氧化硅，其粒徑為40-60nm；所述偶聯劑為鈦酸酯，或者硅烷偶聯劑KH550、KH56...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梅啟林，程相見，王宏華，李欣怡，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42