CN104045291B - 水泥混凝土路面修补材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥混凝土路面修补材料，该修补材料以质量百分比计含有15.6%～23.6%的硅酸盐水泥，15.6%～23.6%的硫铝酸盐水泥，6%～15%的重钙石粉，2.5%～7%的可再分散乳胶粉，0.08%～1.8%的碳酸锂，0.7%～1.03%的纤维，0.1%～0.22%的酒石酸，0.02%～0.06%的纤维素醚，26.56%～59.04%的石英砂，0.08%～0.25%的聚羧酸减水剂，0.08%～0.33%的有机硅消泡剂，0.2%～0.55%的有机硅憎水剂。采用本发明的水泥混凝土路面修补材料，可实现超薄修补，超强的抗压和粘接强度和超强的耐久性，对水泥路面受损部位能及时修补而无需长时间封闭交通。

Description

水泥混凝土路面修补材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥路面养护技术及材料领域，尤其涉及一种水泥混凝土路面修补材料及其制备方法。

背景技术

道路的维修养护一直以来都是当今道路工程领域中重要的课题之一，其中水泥混凝土路面更是我国道路建设中一个比较重要的路面结构形式。但随着时间的增长，很多水泥混凝土路断板、开裂现象非常严重，而在开裂处，由于受到雨水侵蚀，路面损坏不断增大，挖开重建的成本非常高，因此必须对受损路面进行修补。传统的修补材料有沥青或树脂等，但是沥青熔点低、强度低、易脆易碎；树脂粘接力不强，易脱落，效果不佳，并且其固化时间较长，这两种材料与混凝土材料的收缩、膨胀性差异较大，均容易导致修复失败。

上述传统修补材料都有比较明显的缺陷，针对于此，近年来，国内也相继研究出了聚合物混凝土、纤维混凝土等各种水泥混凝土路面修补材料。但是这些材料的使用范围有很大局限性，对各种气候条件要求高，并且与旧混凝土之间的相容性也不够，同时聚合物、纤维的加入量较大，成本较高。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种凝结时间短、与旧混凝土有较好的结合强度和相容性，坚固耐久，使用范围广、能适应许多气候条件并且性价比高的水泥混凝土路面修补材料。

具体地，本发明提供以下内容。

一种水泥混凝土路面修补材料，该修补材料以质量百分比计含有15.6%～23.6%的硅酸盐水泥，15.6%～23.6%的硫铝酸盐水泥，6%～15%的重钙石粉， 2.5%～7%的可再分散乳胶粉，0.08%～1.8%的碳酸锂，0.7%～1.03%的纤维，0.1%～0.22%的酒石酸，0.02%～0.06%的纤维素醚，26.56%～59.04%的石英砂，0.08%～0.25%的聚羧酸减水剂，0.08%～0.33%的有机硅消泡剂，0.2%～0.55%的有机硅憎水剂。

优选地，本发明的水泥混凝土路面修补材料中，所述纤维可包含聚乙烯醇纤维和碳纤维，所述聚乙烯醇纤维和所述碳纤维的质量比为5:1。

优选地，本发明的水泥混凝土路面修补材料中，所述石英砂包含10～20目的石英砂，20～40目的石英砂以及40～70目的石英砂。

优选地，本发明的水泥混凝土路面修补材料中，所述硅酸盐水泥为P·Ⅱ52.5R型硅酸盐水泥。

优选地，本发明的水泥混凝土路面修补材料中，所述可再分散乳胶粉为丙烯酸可再分散乳胶粉。

优选地，本发明的水泥混凝土路面修补材料中，所述硅酸盐水泥为P·Ⅱ52.5R型硅酸盐水泥，其含量为19.6%，所述硫铝酸盐水泥的含量为19.6%，所述重钙石粉的含量为9.75%，所述可再分散乳胶粉为丙烯酸可再分散乳胶粉，其含量为 5.6%，所述碳酸锂的含量为0.14%，所述纤维的含量为0.98%，所述纤维素醚的含量为0.03%，所述石英砂的含量为43.4%，所述聚羧酸减水剂的含量为0.13%，所述有机硅消泡剂的含量为0.28%，所述有机硅憎水剂的含量为0.35%，所述酒石酸的含量为0.14%。

优选地，本发明的水泥混凝土路面修补材料中，所述石英砂包含10～20目的石英砂，20～40目的石英砂以及40～70目的石英砂，所述10～20目的石英砂的含量为11.2%，所述20～40目的石英砂的含量为18.2%，所述40～70目的石英砂的含量为14%。

优选地，本发明的水泥混凝土路面修补材料中，所述纤维包含聚乙烯醇纤维和碳纤维，所述聚乙烯醇纤维和所述碳纤维的质量比为5:1。

本发明还提供一种水泥混凝土路面修补材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

1）按前述1-8中的配比方式称取各原料，取原料硅酸盐水泥、硫酸盐水泥和纤维用搅拌机搅拌10～15分钟；

2）将上述1）中所取得的混合物与重钙石粉、石英砂、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂、有机硅憎水剂、可再分散乳胶粉、酒石酸、碳酸锂以及纤维素醚放入搅拌机搅拌30～45分钟；

3）将上述制得的材料封装打包。

本发明的修补材料，是一种既具有高分子材料的粘接性，又具有无机材料耐久性的新型混凝土修补料；其抗压、抗渗、抗腐蚀，固化迅速，粘结力强；有很好的保水性能、耐磨耐碱。同时，本发明的修补材料可专门针对水泥混凝土路面的麻面、空鼓、起皮、脱壳、裂缝、漏筋、破损等进行及时修补，并且使用时其操作简便，无毒无害，是一种环保产品。此外，本发明的修补材料对很多路面的修补带有永久性，施工方便，无需开挖，节省了大量的施工费和材料费，杜绝和延缓了道路病害的扩散和蔓延，延长了道路使用寿命。

采用本发明的修补材料修补破损水泥混凝土路面，由于该修补材料具有适宜的凝结时间，施工后的路面在施工24小时后就可开放使用，无需长时间的封闭交通，并且其同旧混凝土有较好的结合强度，只需修补很薄的一层就可以达到修补效果，最薄之处可做到涂3mm而不脱落、不碎裂，能够实现超薄修补。进一步，该修补材料与旧混凝土有较好的相容性，又与原水泥混凝土路面颜色接近，还可根据原路面颜色调整材料颜色，达到更好的颜色相容性，因此修补后有较好的美观度。同时，本发明修补材料具有较快的硬化速度和较高的早期强度，且其后期强度无衰减，反而不断上升，对水泥路面的破损可做到一次性根除；其线胀系数与原路面混凝土接近，当水泥混凝土伸缩时 ，修补料并不会被拉脱，因此即使在高速和高压的行车状态下也不会出现破碎和脱落现象。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明不受以下实施方式的任何限定，在本发明目的的范围内可以进行适当变更而加以实施。

以下先对本发明的修补材料所含有的各成分进行具体说明。

<硅酸盐水泥>

硅酸盐水泥，国际上统称为波特兰水泥，是一种水硬性胶凝材料，其主要成分为硅酸钙。

硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ；掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。本发明优选采用硅酸盐水泥中的P·II52.5R型，即Ⅱ型硅酸盐水泥中强度为52.5R的水泥。

硅酸盐水泥的凝结硬化快，早期强度及后期强度高，抗冻性好，耐磨性好，但耐腐蚀性差，耐热性差，因此需要搭配其他一些材料使用，本发明中硅酸盐水泥的含量优选为以质量百分比计，15.6%～23.6%的含量范围，采用该含量范围，能够为本发明的修补材料提供一定的抗折抗压强度。

<硫铝酸盐水泥>

硫铝酸盐水泥主要是以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的新型水泥，其具有较高的早期强度，并且有不断增长的后期强度。同时，其具有满足使用要求的凝结时间，抗冻性能高，耐蚀性能、抗渗性能强，耐久性较好。

硫铝酸盐水泥主要有快硬硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥等5个品种，本发明所用的硫铝酸盐水泥并无特别限制，高强硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等均可。此外，本发明所使用的硫铝酸盐水泥的含量范围优选为15.6%～23.6%，采用该含量范围，能够为本发明的修补材料提供一定的早起抗折抗压强度。

<重钙石粉>

重钙石粉是用优质的方解石为原料加工而成的白色粉体，它的主要成分是CaCO₃，重钙石粉具有白度高、纯度好、色相柔和及化学成分稳定等特点，在本发明中其用作填充料，通过使其含量范围在6%～15%的范围内，能够提高本发明材料的和易性以及施工性。

<石英砂>

石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒，石英石是一种非金属矿物质，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的矿物，其主要矿物成分是SiO₂，石英砂的颜色为乳白色或无色半透明状。

本发明中优选采用三种目数的石英砂，即10-20目的石英砂、20-40目的石英砂、40-70目的石英砂，其含量范围分别优选为6.85%～15.24%，13.14%～25.01%，6.57%～18.79%，通过这三种目数的石英砂的搭配使用，能够为本发明的材料带来耐磨性以及较好的抗压强度。

<可再分散乳胶粉>

可再分散乳胶粉是一种水溶性可再分散粉末，为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物，丙烯酸共聚物等等，以聚乙烯醇作为保护胶体。可再分散乳胶粉具有高粘结能力和独特的性能，如：抗水性、施工性及隔热性等，还具有极突出的粘结强度，能提高砂浆的柔性并有较长之开放时间，能够赋予砂浆优良的耐碱性,改善砂浆的粘附性、粘合性、抗折强度、防水性、可塑性、耐磨性能和施工性。

本发明中优选采用丙烯酸可再分散乳胶粉，其含量范围优选2.5%～7%，通过使可再分散乳胶粉的含量处于该含量范围内，能够增加材料的粘贴性、韧性、耐磨性，改善内聚力，提高变形能力和施工性。

<酒石酸>

酒石酸，即，2,3-二羟基丁二酸，在本发明的修补材料中，其用作缓凝剂，其含量范围优选0.1%～0.22%，本发明通过含有该含量范围的酒石酸，能够减慢水化集中放热时间，提供前期施工性。

<碳酸锂>

碳酸锂是一种无色单斜晶系结晶体或白色粉末，本发明优选其含量范围为0.08%～1.8%，通过采用该含量范围，能够提高本发明修补材料的凝结早期强度。

<纤维>

纤维能提高材料的韧性、抗折抗压强度，减少收缩，抗冲击阻裂、耐磨耐老化功能。本发明中优选聚乙烯醇纤维(pva纤维)和碳纤维搭配使用，二者比例优选为5:1。

其中，聚乙烯醇纤维能耐水泥的碱性，且与水泥的粘结性和亲合性好，在本发明中其可增加材料的强度，使其耐磨耐老化；碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，在本发明中搭配使用碳纤维，可以增加材料的强度，提高抗折抗压性能。二者结合使用可以进一步提高材料的韧性，使其耐磨耐老化性能增强。

<纤维素醚>

纤维素醚是一种由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。纤维素经醚化后则能溶于水、稀碱溶液和有机溶剂，并具有热塑性。根据取代基的化学结构分类，纤维素醚可分为阴离子、阳离子和非离子型醚类。随所用醚化剂的不同而有甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素、苄基氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维素等，其中以甲基纤维素和乙基纤维素实用性较大。

本发明中所使用的纤维素醚无特别限定，能实现保水功能即可，其含量范围优选0.02%～0.06%。通过使用纤维素醚，可以提高本发明的修补材料在搅拌过程的流动性和施工的滑爽性，同时其可以使修补材料中的水分不易失去，并在较长的一段时间内逐步释放，赋予修补材料良好的保水性和工作性。

除上述各成分以外，本发明还可以添加各种减水剂、消泡剂以及憎水剂以使本发明的材料具有更好的性能。其中，优选使用聚羧酸减水剂，有机硅消泡剂以及有机硅憎水剂。

<聚羧酸减水剂>

聚羧酸减水剂是一种高性能减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂。聚羧酸减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土工作性，并且显著提高混凝土各龄期强度。

本发明中使用的聚羧酸减水剂无特别限制，优选聚羧酸减水剂的含量范围为0.08%～0.25%，通过使其处于该含量范围内，能够减少用水量，增加本发明修补材料的密度、强度和流动性。

<有机硅消泡剂>

有机硅消泡剂是以改性的聚甲基硅氧烷为主体，加入适量的无机、有机表面活性剂，经特殊工艺精制而成均匀水色油型（O/W）乳状液。本发明中所使用的有机硅消泡剂也无特别限制，其含量范围优选0.08%～0.33%，有机硅消泡剂的消泡力强，同时在本发明中其还可以增加修补材料的密度和强度。

<有机硅憎水剂>

有机硅憎水剂是一种无污染、无刺激性的新型高效防水材料，是由单甲基烷合成的高效能防水剂。它能与空气中的二氧化碳的作用，自聚形成一层硅树脂防水膜，从而起到良好的抗水渗透性。

本发明中所使用的有机硅憎水剂无特别限制，其含量范围优选0.2%～0.55%，通过使用该范围，能够使本发明的修补材料具备良好的防水作用，减少雨水侵蚀作用。

[实施例]

一.修补材料的制备

按照表1中3种不同的配料方式，并采用如下制备方法来制备本发明的修补材料。

1）取相应比例的硅酸盐水泥、硫酸盐水泥和纤维用搅拌机搅拌10～15分钟；

2）将上述1）中所取得的混合物与相应比例的重钙石粉、石英砂、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂、有机硅憎水剂、可再分散乳胶粉、酒石酸、碳酸锂以及纤维素醚放入搅拌机搅拌30～45分钟；

3）将上述制得的材料封装打包。

表1

实施例中，纤维主要采用聚乙烯醇纤维和碳纤维，其使用比例无特别限制，但优选聚乙烯醇纤维： 碳纤维=5:1。此外，实施例中所采用的硫铝酸盐水泥的种类也无特别限定，快硬硫铝酸盐水泥、普通硫铝酸盐水泥均可。各产品的生产厂家和型号均无特别限制，可以采用国内或者国外厂家的产品，本发明中优选使用的聚羧酸减水剂为信邦生物化学有限公司的PC-1030P型号的聚羧酸减水剂，有机硅消泡剂优选使用德国毕克的703号有机硅消泡剂， 有机硅憎水剂和纤维素醚分别优选采用上虞宝成化学技术有限公司的202S型有机硅憎水剂和MT-B100K纤维素醚。

二.修补材料的用法用量

1、 基本要求

（1）采用上述修补材料，当修补厚度为3mm时，每平方米大约需要材料4.5kg。

（2）采用无污染水（牲畜可饮用水）。

（3）施工厚度3mm以上为宜。

（4）施工条件：温度需在6℃以上，大雨天不能施工。

（5）施工机械：砂浆搅拌机或手动的搅拌工具（手电钻改装），切割机，高压水冲洗设备，底面清扫工具，海绵或拖布（吸干多余水分用），铁质的搅拌桶两个以上，抹子若干个。

2、底面处理

（1）清理：先将待修补路面起鼓、脱皮、裂缝等部位的松动部分剔掉， 对低于3mm的部位、过于平整的部位和有油污的部位要进行拉毛处理，刷混凝土界面剂。

（2）清扫：将底面的浮土等杂物清扫干净，用高压水冲刷干净，冲刷时应将泥浆冲出作业面并防止回流。

3、 材料调配

（1） 加水：将材料与水混合搅拌，加水量在16%时效果最佳，但根据修补部位不同，对稀释度不同要求时可调整加水量，但加水量应控制在16%—20%之间。

（2）搅拌：搅拌时须充分搅拌均匀，观察无干粉球和气泡，如果仍有干粉球和气泡，可静止一分钟后再搅拌，搅拌时间在3分钟左右为宜，但也不宜时间过长，防止在搅拌桶内凝固。

（3）注意事项：搅拌时先加水再加料会更省时省力，因为本材料凝固时间较短，一次性搅拌量不宜过大，根据作业面和施工进度，每次搅拌的料应在20分钟内施工完成。

4、施工方法

（1） 时机：待修补面充分润透，表面湿润但无明水，如果坑洼部位有积水，用海绵或干布将积水吸干后再施工，如果有积水会破坏材料的换水量从而影响强度；如果有出现表面过干现象，用淋洒的方式再重新湿润；作业面保持合适的干湿度有助于粘接和便于施工。

（2）修补：①针对坑槽、麻面、起皮、空鼓的修补，将搅拌好的材料倒在作业面上，用抹子摊平即可，将抹子前进端略微抬起与地面成10°角，用尽量少的次数将材料摊平，因为回板次数太多会出现粘板现象，若难以抹平时，就静止两到三分钟后再抹平。②针对裂缝的修补，如果裂缝低于3mm需要将裂缝先进行扩缝处理，用切割机切除旧口，因旧口有未完全水化的结晶体，切口深度不能少于原水泥板的厚度50％，待扩出一个比较好造作的修补面，会利于材料的粘接和补强作用。

（3）注意事项：本材料不能像混凝土那样进行压光，因为本材料初凝时间较短，初凝时会有粘连性，不利于抹平，所以用尽量少的次数将材料用摊铺的形式抹平即可；但本材料也需要像混凝土振捣环节一样，将材料摊铺密实和均匀，所以在施工时才能避免出现空洞和断层，特别是与底面的粘接处，在摊铺时最好先薄薄的刮上一层，观察各凹凸点都有材料充分接触后再立马摊铺需要的厚度，如果大厚度的坑槽部位最好使用本材料加上瓜米石进行修补（粉料：瓜米石=1:1）

5、 修补后的养护 修补完成后，用手触摸材料表面硬化以后，即可进行洒水养生，但不能用高压水冲，防止将表面浆液冲走而影响强度，如果水分蒸发过快天气，要进行覆盖养生，不论哪种养生方式能保持湿润状态24小时以上即可。温度在20℃以上时，24小时即可开放交通，温度低时，可适当延长开放时间。根据经验，覆盖养生效果最佳，覆盖物可用材料的包装袋、树枝等就地取材的东西即可，尽量创造条件覆盖养生。如果条件允许，尽量延长开放交通的时间也有助于材料性能的提高。

按上述操作方法，采用本发明的超强韧修补材料对水泥混凝土路面进行修补以后发现，本发明的材料可实现超薄修补，修补后的路面具有超强的抗压和超强的耐久性，其与原水泥混凝土之间的粘合强度较好，对水泥路面受损部位能及时修补而无需长时间封闭交通。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水泥混凝土路面修补材料,其特征在于,该修补材料以质量百分比计含有15.6％～23.6％的硅酸盐水泥,15.6％～23.6％的硫铝酸盐水泥,6％～15％的重钙石粉,2.5％～7％的可再分散乳胶粉,0.08％～1.8％的碳酸锂,0.7％～1.03％的纤维,0.1％～0.22％的酒石酸,0.02％～0.06％的纤维素醚,26.56％～59.04％的石英砂,0.08％～0.25％的聚羧酸减水剂,0.08％～0.33％的有机硅消泡剂,0.2％～0.55％的有机硅憎水剂；

其中，所述纤维包含聚乙烯醇纤维和碳纤维,所述聚乙烯醇纤维和所述碳纤维的质量比为5:1。

2.如权利要求1所述的水泥混凝土路面修补材料,其特征在于,所述石英砂包含10～20目的石英砂,20～40目的石英砂以及40～70目的石英砂。

3.如权利要求1所述的水泥混凝土路面修补材料,其特征在于,所述硅酸盐水泥为P·II 52.5R型硅酸盐水泥。

4.如权利要求1所述的水泥混凝土路面修补材料,其特征在于,所述可再分散乳胶粉为丙烯酸可再分散乳胶粉。

5.如权利要求1所述的水泥混凝土路面修补材料,其特征在于,所述硅酸盐水泥为P·II 52.5R型硅酸盐水泥,其含量为19.6％,所述硫铝酸盐水泥的含量为19.6％,所述重钙石粉的含量为9.75％,所述可再分散乳胶粉为丙烯酸可再分散乳胶粉,其含量为5.6％,所述碳酸锂的含量为0.14％,所述纤维的含量为0.98％,所述纤维素醚的含量为0.03％,所述石英砂的含量为43.4％,所述聚羧酸减水剂的含量为0.13％,所述有机硅消泡剂的含量为0.28％,所述有机硅憎水剂的含量为0.35％,所述酒石酸的含量为0.14％。

6.如权利要求5所述的水泥混凝土路面修补材料,其特征在于,所述石英砂包含10～20目的石英砂,20～40目的石英砂以及40～70目的石英砂,所述10～20目的石英砂的含量为11.2％,所述20～40目的石英砂的含量为18.2％,所述40～70目的石英砂的含量为14％。

7.如权利要求1-6中任一项所述的水泥混凝土路面修补材料的制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:

1)取原料硅酸盐水泥、硫酸盐水泥和纤维用搅拌机搅拌10～15分钟；

2)将上述1)中所取得的混合物与重钙石粉、石英砂、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂、有机硅憎水剂、可再分散乳胶粉、酒石酸、碳酸锂以及纤维素醚放入搅拌机搅拌30～45分钟；

3)将上述制得的材料封装打包。