一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料
阅读说明：本技术 一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料 (Rapid-hardening high-corrosion-resistance mortar repair material for sewage concrete structure ) 是由 史若昕 陈广 樊俊江 於林锋 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料,由以下重量百分比的组分组成：61％-70％的普通硅酸盐水泥、2％～5％硫铝酸盐水泥、8％～10％的粉煤灰、2％～5％的硅灰、2％～5％的石膏、4％～7％的膨胀剂、0.5％～1％的减水剂、2％～6％的乳胶粉以及0.1％～0.2％的乙醇胺；该快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料的抗蚀系数达到1.2、拉伸粘结强度达到1.7MPa,28d抗压强度达到48MPa以上,并且经酸腐蚀浸泡180d试验验证,该材料具有较高的耐弱酸腐蚀作用,满足了污水混凝土构筑物高耐腐蚀性的要求,作为一种有效的防腐混凝土涂层,对污水处理设施的长期安全运营具有重要的意义。(The invention discloses a quick-hardening high-corrosion-resistance mortar repair material for a sewage concrete structure, which comprises the following components in percentage by weight: 61-70% of ordinary portland cement, 2-5% of sulphoaluminate cement, 8-10% of fly ash, 2-5% of silica fume, 2-5% of gypsum, 4-7% of expanding agent, 0.5-1% of water reducing agent, 2-6% of latex powder and 0.1-0.2% of ethanolamine; the corrosion resistance coefficient of the rapid-hardening high-corrosion-resistance mortar repair material reaches 1.2, the tensile bonding strength reaches 1.7MPa, the 28d compressive strength reaches more than 48MPa, and acid corrosion soaking 180d tests prove that the material has a high weak acid corrosion resistance effect, meets the requirement of high corrosion resistance of a sewage concrete structure, is an effective anticorrosive concrete coating, and has important significance for long-term safe operation of a sewage treatment facility.)
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料。
背景技术
城市污水处理厂正在水环境保护中发挥关键的主导作用，其污水处理系统中的混凝土构筑物在长年运营中会受到微生物等各种腐蚀介质的侵蚀，导致混凝土表面出现污损、疏松、脱落、骨料钢筋外露等现象，严重时还会产生混凝土开裂和钢筋锈蚀，并且由于缺乏足够的认识和有效的防治措施，既有的污水处理混凝土构筑物大多不做防腐处理，现有大量早期投入运行的污水处理设施已遭到严重的腐蚀破坏，这不仅影响了构筑物的使用功能，而且使其无法达到设计使用年限，一些新投入运行的污水处理工程，短期内也已产生明显的腐蚀现象。城市污水处理系统中混凝土构筑物的腐蚀问题亟待解决，采取有效的防护措施，如制备出一种高耐腐蚀性材料，对污水处理设施的长期安全运营具有重要意义。
除了提高混凝土本身的耐久性外，采用混凝土表面防腐涂层材料，将混凝土与周围的腐蚀性介质隔离开或阻止有害介质的侵入，也是一种有效的防腐措施。该措施是在混凝土表面涂覆一层高耐腐蚀材料，形成一层隔离层阻止水、氧、氯离子等介质渗入混凝土内部造成腐蚀。如何根据污水混凝土构筑物快速修复施工要求和高耐久性要求，研究制备一种快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，作为混凝土表面的防腐蚀砂浆涂层，对污水处理设施的长期安全运营具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对污水混凝土构筑物快速修复施工要求和高耐久性要求，提供一种快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，作为混凝土表面的防腐蚀砂浆涂层，以满足对污水处理设施的长期安全运营要求。
其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，其特点为，由以下重量百分比的组分组成：
61％-70％的普通硅酸盐水泥、2％～5％的硫铝酸盐水泥、8％～10％的粉煤灰、2％～5％的硅灰、2％～5％的石膏、4％～7％的膨胀剂、0.5％～1％的减水剂、2％～6％的乳胶粉以及0.1％～0.2％的乙醇胺。
其中，所述硅酸盐水泥优选为P·II 52.5普通硅酸盐水泥。
所述硫铝酸盐水泥优选为42.5级快硬硫铝酸盐水泥。
所述乳胶粉优选为聚合物丙烯酸酯乳胶粉。
所述硅灰的比表面积不小于18000m2/kg。
作为本技术方案的进一步改进，该砂浆修补材料的抗蚀系数达到1.2以上、拉伸粘结强度达到1.7MPa以上，28d抗压强度达到48MPa以上。
也作为本技术方案的进一步改进，该砂浆修补材料的28d抗渗压力达到1.8MPa以上，72h吸水量低于2.0kg·m-3，28d耐磨性小于0.5g。
进一步，所述砂浆修补材料经酸腐蚀浸泡180d试验后，抗压强度仅稍有下降，电通量则反而有明显的增加。
作为本发明的优选实施例，所述砂浆修补材料由以下重量百分比的组分组成：
61％-66％的普通硅酸盐水泥、2％～5％的硫铝酸盐水泥、8％～10％的粉煤灰、2％～5％的硅灰、2％～5％的石膏、4％～7％的膨胀剂、0.5％～1％的减水剂、2％～6％的聚合物丙烯酸乳胶粉以及0.1％～0.2％的乙醇胺。
采用上述技术方案的污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，具有如下有益效果：
该污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料具有较高的耐弱酸腐蚀作用，满足了污水混凝土构筑物高耐腐蚀性的要求，作为一种有效的防腐混凝土涂层，对污水处理设施的长期安全运营具有重要的意义。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。
实施例1(对比例)：
一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，由以下重量百分比的原料组成：67.5％的普通硅酸盐水泥、5％硫铝酸盐水泥、10％的粉煤灰、5％的硅灰、5％的石膏、6.8％的膨胀剂、0.5％的减水剂以及0.2％的乙醇胺。
实施例2：
一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，由以下重量百分比的原料组成：65.5％的普通硅酸盐水泥、5％硫铝酸盐水泥、10％的粉煤灰、5％的硅灰、5％的石膏、6.8％的膨胀剂、0.5％的减水剂、2％的乳胶粉以及0.2％的乙醇胺。
实施例3：
一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，由以下重量百分比的原料组成：63.5％的普通硅酸盐水泥、5％硫铝酸盐水泥、10％的粉煤灰、5％的硅灰、5％的石膏、6.8％的膨胀剂、0.5％的减水剂、4％的乳胶粉以及0.2％的乙醇胺。
实施例4：
一种污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，由以下重量百分比的原料组成：61.5％的普通硅酸盐水泥、5％硫铝酸盐水泥、10％的粉煤灰、5％的硅灰、5％的石膏、6.8％的膨胀剂、0.5％的减水剂、6％的乳胶粉以及0.2％的乙醇胺。
将上述四个实施例的污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，进行拌合物性能测试，和12h、3d和28d抗折强度、抗压强度、粘结强度和弹性模量力学测试，以及抗氯离子渗透性能耐久性测试，其结果分别如表1、表2和表3所示。
表1：污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料拌合物性能测试结果
表2：污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料力学性能测试结果
表3：污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料耐久性能测试结果
从测试结果来看：从实施例1到实施例4，乳胶粉掺量不断增加，修补砂浆达到同等流动度的用水量增加，凝结时间延长。用水量的增加某种程度上导致了砂浆强度的降低，并且虽然凝结时间的延长不利于快速修复，但同时也增加了可操作时间。并且掺入6％乳胶粉的实施例4的28d粘结强度达到最高的2.4MPa，这是由于聚合物丙烯酸酯乳胶粉形成的高分子树脂薄膜的拉伸强度通常高于水硬性材料的一个数量级以上，使得砂浆自身强度和粘结强度得以增强，随着乳胶粉掺量的增加，砂浆粘结强度也逐渐提高。
此外，随着实施例1到实施例4中乳胶粉掺量的增加，修补砂浆不同龄期的抗压强度和抗折强度呈逐渐下降的趋势。实施例1的早期抗压强度较高，而实施例2～实施例4的早期抗压强度较低，但是后期抗压强度相对早期有较大幅度的增长，这是因为胶粉有缓凝作用，掺量越大，缓凝作用越明显。随着龄期延长，水化的进行，胶粉颗粒进一步凝结，形成较高强度和粘结力的膜，胶粉的空间网状结构把水泥水化产物联结在一起，改善了水泥石的结构形态，因此修补砂浆的28d抗压强度相对早期强度有大幅度的增长。但由于胶粉的自身弹性模量比水泥石低，当复合体受压时起不到刚性支撑作用，所以实施例2～实施例4的抗压强度仍比实施例1的强度要低。实施例2～实施例4不同龄期的抗折强度均低于实施例1，但28d抗折强度大幅度提高，接近实施例1。随胶粉掺量增加，抗折强度逐渐提高，这是因为到了28d龄期，空间网状结构逐渐形成，有效地增强了骨料与水泥石结构的粘接，使得抗折强度大幅度提高；另一方面，胶粉的引气作用导致过多气泡，改变了孔隙结构，对抗折强度有一定的不利影响，因此随着胶粉掺量的增加，砂浆抗折强度呈现下降趋势。
而对于未掺加胶粉的实施例1来说，其电通量和氯离子扩散系数最大，在掺入胶粉后，实施例2～实施例4的电通量和氯离子扩散系数下降明显，且随着胶粉掺量的增加，电通量和氯离子扩散系数也随之降低，电通量和氯离子扩散系数最低分别可达636C、4.82×10-13m2/s、1.17×10-12m2/s。说明胶粉均能够显著降低水泥砂浆的氯离子扩散能力，改善水泥砂浆的抗氯离子侵蚀能力。因此本发明所述的污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料，胶粉的比例规定为2～4％，不宜超过4％。
将实施例3作为研究对象，参照《修补砂浆》(JC/T 2381-2016)中相关步骤测试修补砂浆28d抗渗压力、72h吸水量、抗蚀系数、28d耐磨性、28d抗压强度、28d拉伸粘结强度，其结果如表4所示。此外，模拟污水构筑物的酸性腐蚀环境，分别配制pH值为0.3和5.5的强酸性模拟腐蚀液和弱酸性模拟腐蚀液，成型C40普通混凝土，在表面涂覆3mm厚本发明实施例3制备的高耐腐蚀聚合物修补砂浆并养护至规定龄期后，干湿循环或长期浸泡于上述两种模拟腐蚀液，浸泡龄期为180d，浸泡至目标龄期后，测试观察修补砂浆的腐蚀情况、对内部混凝土的保护作用，并测试内部混凝土的电通量和残余抗压强度。试验结果如表5所示。
表4：污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料性能验证试验
技术指标
标准要求
验证试验测试值
28d抗渗压力/MPa
≥1.5
1.8
72h吸水量/kg·m<sup>-3</sup>
≤2.0
1.0
抗蚀系数
≥0.85
1.2
28d耐磨性/g
≤0.5
0.4
28d抗压强度/MPa
≥30
48.5
28d拉伸粘结强度/MPa
/
1.7
表5：混凝土强度及在酸性腐蚀溶液中浸泡后强度
从表4和表5结果中来看，所述实施例3的修补砂浆各项性能指标均满足标准要求，并且耐腐蚀能力突出。实施例3的修补砂浆在弱酸溶液中浸泡180d后，砂浆表面完整，无任何腐蚀后的粉化剥落现象，表明其具有较好的耐弱酸腐蚀性能。但在强酸溶液中受腐蚀较为严重，出现了明显的粉化剥落，实际上任何无机类水泥砂浆在如此低pH值的酸性腐蚀液中均会受到腐蚀。此外，无论混凝土试块表面的耐腐蚀修补砂浆是否受到腐蚀，都对内部混凝土试块起到了较好的保护作用。与同龄期基准试块相比，混凝土的抗压强度仅降低6％～7％，电通量则反而有所明显的增加。通过试验结果可以预测，本发明所述的污水混凝土构筑物快硬型高耐腐蚀砂浆修补材料可对污水混凝土构筑物起到较好的保护作用，这对污水处理设施的长期安全运营具有重要的意义。
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