技术摘要：
本发明属于建筑材料和地下工程技术领域，涉及一种水泥基修补材料，特别涉及一种适用地下潮湿环境中双膨胀无机有机复合裂缝修补材料及制备方法，按重量份数计算，包括如下组分：水泥，砂，钙镁质膨胀剂，硅灰，改性水性环氧树脂，固化剂，消泡剂，聚羧酸减水剂，硫化剂 全部
背景技术：
地下工程及地铁隧道通常处于地下水位以下，易受到地下水的侵蚀，加之地质水 文变化和机车行驶产生的振动和土压力等其它因素影响，钢筋混凝土结构会出现开裂，如 不及时修复，这些裂缝将随时间和荷载循环作用进一步扩大，甚至产生贯穿性裂缝，导致地 下水侵入隧道工程，腐蚀内部钢筋混凝土结构和附属管线，严重的引起塌方和停车，降低地 下隧道工程服役寿命，危害工程的服役和安全。 目前用于地下潮湿或水下环境中混凝土裂缝修补材料易出现脱落、粘接强度大幅 下降，用胶粘剂修补裂缝还需粘结部位保持干燥和清洁，难以长期处于有水环境，粘结后的 裂缝新旧界面的稳定性和耐久性会受到周边环境的影响而再开裂。适用地下潮湿环境中的 裂缝修补材料的研究和产品也较少，市场上仅有一些产品也多应用于工业地坪，对产品的 粘结性能和凝结时间要求较低，材料力学和施工性能难以满足国家结构加固规范和实际工 程要求，不能直接用于地下工程中混凝土裂缝修复和结构加固。 现有技术中的环氧树脂类裂缝修补材料的制备，通常采用环氧乳液和曼尼希型水 性环氧固化剂预先混合在一起，制备修补材料时再将混合物与其余组分按比例搅拌，由于 其与固化剂提前混合，固化速度慢，须立即使用，不能长期存放，也不能很好地修补地下潮 湿工程裂缝，需提前烘干混凝土工程裂缝周围水分后再进行修补。 有鉴于上述现有修补材料存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验 及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种双膨胀无机有机复合裂缝修补材料及 其制备方法，具有凝结时间短、流动性佳、抗压抗折强度高、抗震、收缩变形低、粘结性能好、 不需烘干就可用于地下潮湿环境、生产简单及施工方便等优点。
技术实现要素：
本发明的第一个目的是提供一种双膨胀无机有机复合裂缝修补材料，不产生二次 开裂、适合地下潮湿环境应用、具有凝结时间短、流动性好、抗压抗折强度高、抗震、收缩变 形低、防水性能好，且具有超高的粘结强度和优良的耐久性，具有应用价值。 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的： 本发明提供的一种双膨胀无机有机复合裂缝修补材料，按重量份数计算，包括如 下组分：水泥31～55份，砂0～55份，钙镁质膨胀剂1.5～4.5份，硅灰0.8～4.5份，改性水性 环氧树脂2.5～8.0份、固化剂2.0～5.5份、消泡剂0.23～0.45份、硫化剂0～0.05份，聚羧酸 减水剂0.18～1.5份，水8～30份，其中，水性环氧树脂重量为液体重量，是一种水性液体，由 双酚A环氧树脂与含有亲水基团化合物经化学改性制得，固含量为45％±5％；膨胀剂是由 菱镁石和白云石烧制的钙镁质膨胀剂，钙镁质膨胀剂的加入降低修补材料体积收缩、抑制 3 CN 111606622 A 说 明 书 2/7 页 二次开裂，同时还可有效提高修补材料抗渗能力。 进一步的，含有亲水基团化合物是聚硅氮烷。聚硅氮烷对环氧树脂进行改性后，因 聚硅氮烷具有亲水基团，能在水中分散，同时与钙镁质膨胀剂形成协同作用，菱镁石和白云 石烧制的膨胀剂中氧化钙和氧化镁吸收水性环氧树脂里面的水分，形成的水化产物氢氧化 钙和氢氧化镁分别补偿修补材料早期和后期收缩，避免裂缝修复后二次开裂；同时由于水 性环氧树脂的固化，放出热量，加速了水泥和膨胀剂水化，抑制了了修补材料中的水分蒸 发，有利于提高材料强度，并约束了氢氧化镁后期过度膨胀。 进一步的，聚硅氮烷是全氢聚硅氮烷或无机聚硅氮烷。全氢聚硅氮烷和无机聚硅 氮烷与双酚A结合后，由于亲水链段包含在环氧树脂分子中，提高交联固化的网联分子量， 进而降低交联密度，提高环氧树脂的韧性，提高修补材料与混凝土裂缝界面间的粘结力。 进一步的，固化剂为多元胺苯磺酰胺。与常规的改性胺相比，多元苯磺酰胺能与环 氧树脂形成空间网状互联结构，凝结时间短，与钙镁质膨胀剂形成协同作用，促进钙镁质膨 胀剂的双膨胀作用；同时将苯环引入到环氧树脂的分子链段中，提高了环氧树脂的粘结强 度。 进一步的，多元胺苯磺酰胺是N,N’-1,4-苯基二-(3-氨基-4-甲氧基)苯磺酰胺、N, N’-1,3-苯基二-(3-氨基-4-甲氧基)苯磺酰胺或3,4-二氨基-N-(2-甲氧基-苯基)苯磺酰胺 中的任意一种或几种混合物。由于引入苯环，提高了环氧树脂粘结强度，但同时也给环氧树 脂带来了脆性，因此本发明采用上述多元胺，将甲氧基引入到环氧树脂分子链中，通过甲氧 基稀释库仑力作用，破坏氢键，促进分子链间移动，同时引入柔性段，改善由于苯环的引入 造成的脆性问题，提高了环氧树脂的韧性和流动性，使修补材料与裂缝界面间的相容性更 好。 进一步的，固化剂是N-(1 ,3-二羟基异丙基)-4-甲基苯磺酰胺。采用此种固化剂， 能形成潜伏性固化效果，不会出现游离酸，且具有亲水基团，使环氧树脂的亲水性增加，分 子链在水中更加舒展，大幅增加体系粘度，有利于在地下潮湿环境中粘结和应用；固化后在 一定程度上阻止分子链间的运动，抑制了钙镁质膨胀剂的过度膨胀，使水泥基裂缝修补材 料的收缩变形受到了一定的约束。 进一步的，上述固化剂的使用复配质量分数为10％～15％的K2CO3DMF溶液，用量为 固化剂质量的5％。K2CO3的碱性有助于环氧基开环，促进固化，缩短固化时间。可以通过固化 剂和促进剂的用量来调节固化时间。 进一步的，减水剂为聚羧酸减水剂。 进一步的，消泡剂为化学纯磷酸三丁酯。 进一步的，水泥为52.5MPa普通硅酸盐水泥。 进一步的，砂为河砂或石英砂。 进一步的，按照重量份数计算，钙镁膨胀剂主要由菱镁石和白云石共同烧制而成， 烧制后由MgO、CaO和Ca2SiO4组成，其中，菱镁石与白云石的质量比为5:5～9:1。其中CaO先膨 胀，抑制水泥与水反应放热后引起的温降收缩，防止水泥混凝土收缩开裂；而MgO的膨胀期 滞后，在混凝土开裂位置与水作用后，可抑制水泥混凝土中水分蒸发引起的后期干燥收缩， 防止二次开裂，且MgO与水反应后形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，防止水泥石溶蚀， 达到裂缝修复与防护功效，提升其使用寿命；同时，菱镁石与白云石共同烧制后，会形成少 4 CN 111606622 A 说 明 书 3/7 页 量的Ca2SiO4和Mg2SiO4晶体，上述两种晶体同样能形成微膨胀，且膨胀期较长，能够与MgO形 成协同作用，共同抑制水泥混凝土的后期干燥收缩。 进一步的，菱镁石和白云石的烧制温度为750～950℃。 本发明的另一个目的是提供一种双膨胀无机有机复合裂缝修补材料的制备方法， 具有同样的效果。 本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的： 本发明提供的双膨胀无机有机复合裂缝修补材料的制备方法，包括以下步骤： S1 .施工过程中，在30℃水浴环境下将水性环氧树脂、硫化剂与固化剂进行混合， 搅拌均匀，得到均匀的混合液A； S2.将水泥、砂、硅灰和钙镁膨胀剂加入搅拌锅，搅拌均匀； S3.将减水剂加入到水中，搅拌均匀，得到混合均匀的溶液B； S4.留30％～40％的溶液B备用，将剩余溶液B缓慢加入搅拌锅，边搅拌边加入，搅 拌均匀； S5.将混合液A加入搅拌锅，搅拌均匀； S6.将磷酸三丁酯加入到步骤S4留下备用的溶液B中，得到混合物C； S7.将步骤S6得到的混合液C全部加入搅拌锅，搅拌均匀，制得双膨胀无机有机复 合裂缝修补材料。 作为上述技术方案的优选，包括以下步骤： S1 .在30℃水浴环境下将水性环氧树脂、硫化剂与固化剂进行混合并加入10％～ 15％的K2CO3DMF溶液，搅拌均匀，得到均匀的混合液A； S2.将水泥、砂、硅灰和钙镁膨胀剂加入搅拌锅，搅拌均匀； S3.将减水剂加入到水中，搅拌均匀，得到混合均匀的溶液B； S4.留下30％～40％的溶液B备用，将剩余溶液B缓慢加入搅拌锅，边搅拌边加入， 搅拌均匀； S5.将混合液A加入搅拌锅，搅拌均匀； S6.将磷酸三丁酯加入到步骤S4留下备用的溶液B中，得到混合物C； S7.将步骤S6得到的混合液C全部加入搅拌锅，搅拌均匀，制得双膨胀无机有机复 合裂缝修补材料。作为上述技术方案的优选，步骤S4～步骤S7所用时间小于等于120秒。 综上所述，本发明具有以下有益效果： 本发明的提供的双膨胀无机有机复合裂缝修补材料及其制备方法，采用固化剂与 钙镁质膨胀剂复配使用，形成协同作用，得到的裂缝修补材料凝结时间短且易于储存、流动 性好、抗压抗折强度高、抗震、收缩变形低、性能好，适合地下潮湿环境应用、且具有超高的 粘结强度和优良的耐久性。
本发明属于建筑材料和地下工程技术领域，涉及一种水泥基修补材料，特别涉及一种适用地下潮湿环境中双膨胀无机有机复合裂缝修补材料及制备方法，按重量份数计算，包括如下组分：水泥，砂，钙镁质膨胀剂，硅灰，改性水性环氧树脂，固化剂，消泡剂，聚羧酸减水剂，硫化剂 全部
背景技术：
地下工程及地铁隧道通常处于地下水位以下，易受到地下水的侵蚀，加之地质水 文变化和机车行驶产生的振动和土压力等其它因素影响，钢筋混凝土结构会出现开裂，如 不及时修复，这些裂缝将随时间和荷载循环作用进一步扩大，甚至产生贯穿性裂缝，导致地 下水侵入隧道工程，腐蚀内部钢筋混凝土结构和附属管线，严重的引起塌方和停车，降低地 下隧道工程服役寿命，危害工程的服役和安全。 目前用于地下潮湿或水下环境中混凝土裂缝修补材料易出现脱落、粘接强度大幅 下降，用胶粘剂修补裂缝还需粘结部位保持干燥和清洁，难以长期处于有水环境，粘结后的 裂缝新旧界面的稳定性和耐久性会受到周边环境的影响而再开裂。适用地下潮湿环境中的 裂缝修补材料的研究和产品也较少，市场上仅有一些产品也多应用于工业地坪，对产品的 粘结性能和凝结时间要求较低，材料力学和施工性能难以满足国家结构加固规范和实际工 程要求，不能直接用于地下工程中混凝土裂缝修复和结构加固。 现有技术中的环氧树脂类裂缝修补材料的制备，通常采用环氧乳液和曼尼希型水 性环氧固化剂预先混合在一起，制备修补材料时再将混合物与其余组分按比例搅拌，由于 其与固化剂提前混合，固化速度慢，须立即使用，不能长期存放，也不能很好地修补地下潮 湿工程裂缝，需提前烘干混凝土工程裂缝周围水分后再进行修补。 有鉴于上述现有修补材料存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验 及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种双膨胀无机有机复合裂缝修补材料及 其制备方法，具有凝结时间短、流动性佳、抗压抗折强度高、抗震、收缩变形低、粘结性能好、 不需烘干就可用于地下潮湿环境、生产简单及施工方便等优点。
技术实现要素：
本发明的第一个目的是提供一种双膨胀无机有机复合裂缝修补材料，不产生二次 开裂、适合地下潮湿环境应用、具有凝结时间短、流动性好、抗压抗折强度高、抗震、收缩变 形低、防水性能好，且具有超高的粘结强度和优良的耐久性，具有应用价值。 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的： 本发明提供的一种双膨胀无机有机复合裂缝修补材料，按重量份数计算，包括如 下组分：水泥31～55份，砂0～55份，钙镁质膨胀剂1.5～4.5份，硅灰0.8～4.5份，改性水性 环氧树脂2.5～8.0份、固化剂2.0～5.5份、消泡剂0.23～0.45份、硫化剂0～0.05份，聚羧酸 减水剂0.18～1.5份，水8～30份，其中，水性环氧树脂重量为液体重量，是一种水性液体，由 双酚A环氧树脂与含有亲水基团化合物经化学改性制得，固含量为45％±5％；膨胀剂是由 菱镁石和白云石烧制的钙镁质膨胀剂，钙镁质膨胀剂的加入降低修补材料体积收缩、抑制 3 CN 111606622 A 说 明 书 2/7 页 二次开裂，同时还可有效提高修补材料抗渗能力。 进一步的，含有亲水基团化合物是聚硅氮烷。聚硅氮烷对环氧树脂进行改性后，因 聚硅氮烷具有亲水基团，能在水中分散，同时与钙镁质膨胀剂形成协同作用，菱镁石和白云 石烧制的膨胀剂中氧化钙和氧化镁吸收水性环氧树脂里面的水分，形成的水化产物氢氧化 钙和氢氧化镁分别补偿修补材料早期和后期收缩，避免裂缝修复后二次开裂；同时由于水 性环氧树脂的固化，放出热量，加速了水泥和膨胀剂水化，抑制了了修补材料中的水分蒸 发，有利于提高材料强度，并约束了氢氧化镁后期过度膨胀。 进一步的，聚硅氮烷是全氢聚硅氮烷或无机聚硅氮烷。全氢聚硅氮烷和无机聚硅 氮烷与双酚A结合后，由于亲水链段包含在环氧树脂分子中，提高交联固化的网联分子量， 进而降低交联密度，提高环氧树脂的韧性，提高修补材料与混凝土裂缝界面间的粘结力。 进一步的，固化剂为多元胺苯磺酰胺。与常规的改性胺相比，多元苯磺酰胺能与环 氧树脂形成空间网状互联结构，凝结时间短，与钙镁质膨胀剂形成协同作用，促进钙镁质膨 胀剂的双膨胀作用；同时将苯环引入到环氧树脂的分子链段中，提高了环氧树脂的粘结强 度。 进一步的，多元胺苯磺酰胺是N,N’-1,4-苯基二-(3-氨基-4-甲氧基)苯磺酰胺、N, N’-1,3-苯基二-(3-氨基-4-甲氧基)苯磺酰胺或3,4-二氨基-N-(2-甲氧基-苯基)苯磺酰胺 中的任意一种或几种混合物。由于引入苯环，提高了环氧树脂粘结强度，但同时也给环氧树 脂带来了脆性，因此本发明采用上述多元胺，将甲氧基引入到环氧树脂分子链中，通过甲氧 基稀释库仑力作用，破坏氢键，促进分子链间移动，同时引入柔性段，改善由于苯环的引入 造成的脆性问题，提高了环氧树脂的韧性和流动性，使修补材料与裂缝界面间的相容性更 好。 进一步的，固化剂是N-(1 ,3-二羟基异丙基)-4-甲基苯磺酰胺。采用此种固化剂， 能形成潜伏性固化效果，不会出现游离酸，且具有亲水基团，使环氧树脂的亲水性增加，分 子链在水中更加舒展，大幅增加体系粘度，有利于在地下潮湿环境中粘结和应用；固化后在 一定程度上阻止分子链间的运动，抑制了钙镁质膨胀剂的过度膨胀，使水泥基裂缝修补材 料的收缩变形受到了一定的约束。 进一步的，上述固化剂的使用复配质量分数为10％～15％的K2CO3DMF溶液，用量为 固化剂质量的5％。K2CO3的碱性有助于环氧基开环，促进固化，缩短固化时间。可以通过固化 剂和促进剂的用量来调节固化时间。 进一步的，减水剂为聚羧酸减水剂。 进一步的，消泡剂为化学纯磷酸三丁酯。 进一步的，水泥为52.5MPa普通硅酸盐水泥。 进一步的，砂为河砂或石英砂。 进一步的，按照重量份数计算，钙镁膨胀剂主要由菱镁石和白云石共同烧制而成， 烧制后由MgO、CaO和Ca2SiO4组成，其中，菱镁石与白云石的质量比为5:5～9:1。其中CaO先膨 胀，抑制水泥与水反应放热后引起的温降收缩，防止水泥混凝土收缩开裂；而MgO的膨胀期 滞后，在混凝土开裂位置与水作用后，可抑制水泥混凝土中水分蒸发引起的后期干燥收缩， 防止二次开裂，且MgO与水反应后形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，防止水泥石溶蚀， 达到裂缝修复与防护功效，提升其使用寿命；同时，菱镁石与白云石共同烧制后，会形成少 4 CN 111606622 A 说 明 书 3/7 页 量的Ca2SiO4和Mg2SiO4晶体，上述两种晶体同样能形成微膨胀，且膨胀期较长，能够与MgO形 成协同作用，共同抑制水泥混凝土的后期干燥收缩。 进一步的，菱镁石和白云石的烧制温度为750～950℃。 本发明的另一个目的是提供一种双膨胀无机有机复合裂缝修补材料的制备方法， 具有同样的效果。 本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的： 本发明提供的双膨胀无机有机复合裂缝修补材料的制备方法，包括以下步骤： S1 .施工过程中，在30℃水浴环境下将水性环氧树脂、硫化剂与固化剂进行混合， 搅拌均匀，得到均匀的混合液A； S2.将水泥、砂、硅灰和钙镁膨胀剂加入搅拌锅，搅拌均匀； S3.将减水剂加入到水中，搅拌均匀，得到混合均匀的溶液B； S4.留30％～40％的溶液B备用，将剩余溶液B缓慢加入搅拌锅，边搅拌边加入，搅 拌均匀； S5.将混合液A加入搅拌锅，搅拌均匀； S6.将磷酸三丁酯加入到步骤S4留下备用的溶液B中，得到混合物C； S7.将步骤S6得到的混合液C全部加入搅拌锅，搅拌均匀，制得双膨胀无机有机复 合裂缝修补材料。 作为上述技术方案的优选，包括以下步骤： S1 .在30℃水浴环境下将水性环氧树脂、硫化剂与固化剂进行混合并加入10％～ 15％的K2CO3DMF溶液，搅拌均匀，得到均匀的混合液A； S2.将水泥、砂、硅灰和钙镁膨胀剂加入搅拌锅，搅拌均匀； S3.将减水剂加入到水中，搅拌均匀，得到混合均匀的溶液B； S4.留下30％～40％的溶液B备用，将剩余溶液B缓慢加入搅拌锅，边搅拌边加入， 搅拌均匀； S5.将混合液A加入搅拌锅，搅拌均匀； S6.将磷酸三丁酯加入到步骤S4留下备用的溶液B中，得到混合物C； S7.将步骤S6得到的混合液C全部加入搅拌锅，搅拌均匀，制得双膨胀无机有机复 合裂缝修补材料。作为上述技术方案的优选，步骤S4～步骤S7所用时间小于等于120秒。 综上所述，本发明具有以下有益效果： 本发明的提供的双膨胀无机有机复合裂缝修补材料及其制备方法，采用固化剂与 钙镁质膨胀剂复配使用，形成协同作用，得到的裂缝修补材料凝结时间短且易于储存、流动 性好、抗压抗折强度高、抗震、收缩变形低、性能好，适合地下潮湿环境应用、且具有超高的 粘结强度和优良的耐久性。
