CN111574174A - 一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料及其制备方法 - Google Patents

一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料及其制备方法，按重量计份，主要由以下原料制成：硫铝酸盐水泥16～20份、硅酸盐水泥13～17份、促凝剂3～4份、粉煤灰1～2份、硅灰1～2份、级配河沙37～42份、复合缓凝剂3.1～4.5份、早强剂0.01～0.02份、减水剂0.2～0.3份、消泡剂0.02～0.03份、高分子黏合剂0.3～0.5份、水17～19份，总份数为100份。本发明所提供的材料初凝时间为15‑35分钟，能够满足不同修补施工工况的时间要求；早期强度高，3h抗折强度最高可达6.0MPa以上，能够满足快速通车的强度要求，且后期强度持续增长；该材料具有显著提高的韧性和密实度，材料抗裂能力显著增强，降低了后期维护成本。本发明解决了现有技术中修补材料凝结硬化过快、强度低、易开裂的问题，适用于道路工程的紧急修复。

Description

一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体而言，涉及一种用于水泥混凝土路面快速修补的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土由于其刚度大、承载能力强、施工便捷和成本低廉等优点广泛应用于交通领域。但在使用过程中，由于外界环境的侵蚀及外加荷载的持续作用，尤其在桥梁伸缩缝及高速收费岛区域，水泥混凝土材料通常在使用后不久出现破损现象，严重影响行车安全。为了确保路面的行车安全与使用品质，必须对破损水泥混凝土路面进行修补，从而恢复路面的结构性能和使用性能。
由于城市道路日益繁忙，破损路面修补要快速，以减少修补过程对城市交通的影响，并且修补后的路面应具有较高的早期强度及较强的耐久性能。
目前修补材料分为有机类修补材料与无机类修补材料，有机类修补材料由于其高昂的价格限制了其在工程上的应用，无机类修补材料应用较为广泛。常用的无机类修补材料主要有铝酸盐水泥体系、磷酸盐体系和硫铝酸盐水泥体系。铝酸盐水泥存在晶形转变后期强度倒缩和价格高的问题；磷酸盐体系存在不耐水和与既有水泥混凝土存在明显色差的问题；硫铝酸盐水泥体系存在质量不稳定及干缩较大的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明涉及一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，该材料水化后迅速生成以钙矾石为主的硬化浆体结构，具有优异的快凝快硬、早强及抗裂性能。本发明的材料主要由以下原料制成：硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、硬石膏粉、粉煤灰、硅灰、砂、复合缓凝剂、早强剂、减水剂、消泡剂、高分子黏合剂、水。
进一步地，各组份的重量份为：硫铝酸盐水泥16～20份、硅酸盐水泥13～17份、硬石膏粉3～4份、粉煤灰1～2份、硅灰1～2份、砂37～42份、复合缓凝剂3.1～4.5份、早强剂0.01～0.02份、减水剂0.2～0.3份、消泡剂0.02～0.03份、高分子黏合剂0.3～0.5份、水17～19份，总份数为100份。
进一步地，本发明所述硫铝酸盐水泥标号为52.5、72.5或92.5；所述硅酸盐水泥标号为52.5或52.5R；所述硬石膏粉为200～400目硬石膏粉；所述的粉煤灰为一级原状粉煤灰；所述砂选自细度模数为2.6～3.2的河砂；所述早强剂采用碳酸锂粉、氯化锂粉或硫酸锂粉中的一种或多种；所述减水剂采用聚羧酸减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂中的一种或多种；所述消泡剂采用聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂或矿物油类消泡剂中的一种或多种；所述高分子黏合剂采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-氯乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物或醋酸乙烯酯-乙烯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物中的一种或多种。
进一步地，本发明所述复合缓凝剂由无机缓凝A组份3～4重量份和有机缓凝B组份0.1～0.5重量份组成。所述A组份为200～400目α半水石膏粉、200～400目β半水石膏粉中的一种或多种；所述B组份为柠檬酸、酒石酸、硼砂、硼酸、葡萄糖酸钠中一种或多种。
相比于常规有机缓凝剂，本发明提出适于本体系的无机缓凝A组份及有机缓凝B组份组成的复合缓凝剂。相比于常规单掺有机缓凝组份，无机缓凝A组份的掺入大幅延长了修补材料的凝结时间，主要是由于无机缓凝A组分中半水石膏溶解速率快，能够很快参与反应，在水化初期较快较多的提供SO4 2-,与活性较高的C3A和C4A3
Figure BDA0002514187670000031
反应生成钙矾石，如式(1)、(2)，生成的钙矾石包覆在C3A和C4A3
Figure BDA0002514187670000032
表面，降低了其活性，从而延缓了水化，发挥了缓凝作用。
Figure BDA0002514187670000033
Figure BDA0002514187670000034
与此同时，本发明的材料具有优异的抗裂性能，这来源于两方面：一方面是因为高分子黏合剂在水化后的基体内部形成相互黏连的膜状结构，增加了结构的致密度和韧性，改善了基体内部应力分布，材料的抗裂能力大幅提高；另一方面是因为硅酸盐水泥中C2S和C3S水化生成C-S-H凝胶和Ca(OH)2，体系中Ca(OH)2含量增加，在CH量充足情况下前述生成的铝胶进一步生成钙矾石，如式(3)，此时生成的钙矾石具有膨胀性，补偿了收缩，水化体系更加致密，材料抗裂性增强。
Figure BDA0002514187670000035
本发明还涉及一种快凝快硬超早强高抗裂修补材料的制备方法，包括：
S1：分别称取上述快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料中提到的原料；
S2：将称取的硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、硬石膏粉、粉煤灰、硅灰和砂放入搅拌机中慢速搅拌2min，得到均匀粉料；
S3：向S2步骤中制得的均匀粉料中加入称取的缓凝剂、早强剂、减水剂、消泡剂和高分子黏合剂，在搅拌机中慢速搅拌1min，得到均匀粉料；
S4：向S3步骤中制得的均匀粉料中加入称取的水，慢速搅拌1min，然后快速搅拌2min，即可得到快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料。
本发明解决了现有技术中修补材料凝结硬化过快、强度低、易开裂的问题，适用于道路工程的紧急修复。本发明提供的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料及其制备方法具有如下优点：
(1)初凝时间为15-35分钟，能够满足不同修补工况施工时间的要求；
(2)制备所得的材料早期强度高，3h抗折强度最高可达6.0Mpa以上，且后期强度持续增长；
(3)该材料具有优异的抗裂性能，主要是因为该修补材料水化过程中生成了具有膨胀性能的钙矾石补偿了材料的收缩，以及高分子黏合剂在基体内部形成致密的聚合物膜状结构，改善了基体内部应力分布，显著提高了材料的韧性和密实度，降低了后期维护成本。
(4)本发明提供的制备方法操作简单，对操作人员技术要求低，降低了生产成本，易于施行、推广与应用。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，按重量份数计，包括以下组分：
72.5硫铝酸盐水泥18份，52.5硅酸盐水泥15份，200目硬石膏粉3份，一级原状粉煤灰1.5份、硅灰1.5份、砂39份、无机缓凝A组份(200目β半水石膏)3份、有机缓凝B组份0.36份(其中酒石酸0.1份、硼酸0.06份、柠檬酸0.1份、葡萄糖酸钠0.1份)、碳酸锂粉0.02份、萘系减水剂0.2份、聚醚类消泡剂0.02份、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物0.4份、水18份；
上述修补材料通过如下方法制备得到：
S1：按如上质量份分别称取各组分；
S2：将称取的硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、硬石膏粉、粉煤灰、硅灰和砂分别放入搅拌机中慢速搅拌2min，得到均匀粉料；
S3：向S2)步骤中制得的均匀粉料中加入称取的复合缓凝剂缓凝剂、碳酸锂粉、萘系减水剂、聚醚类消泡剂和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，在搅拌机中慢速搅拌1min，得到均匀粉料；
S4：向S3)步骤中制得的均匀粉料中加入称取的水，慢速搅拌1min，然后快速搅拌2min即可得到快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料。
实施例2：
一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，按重量份数计，包括以下组分：
72.5硫铝酸盐水泥18份，52.5硅酸盐水泥15份，200目硬石膏粉4份，一级原状粉煤灰1.5份、硅灰1.5份、砂38.2份、无机缓凝A组份(200目β半水石膏)3份、有机缓凝B组份0.16份(其中酒石酸0.1份、硼酸0.06份)、碳酸锂粉0.02份、萘系减水剂0.2份、聚醚类消泡剂0.02份、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物0.4份、水18份。
制备方法同实施例1所述方法。
实施例3：
一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，按重量份数计，包括以下组分：
72.5硫铝酸盐水泥18份，52.5硅酸盐水泥15份，200目硬石膏粉3份，一级原状粉煤灰1.5份、硅灰1.5份、砂37.86份、无机缓凝A组份(200目β半水石膏)4份、有机缓凝B组份0.5份(其中酒石酸0.15份、硼酸0.08份、柠檬酸0.15份、葡萄糖酸钠0.12份)、碳酸锂粉0.02份、萘系减水剂0.2份、聚醚类消泡剂0.02份、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物0.4份、水18份。
制备方法同实施例1所述方法。
实施例4：一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，按重量份数计，包括以下组分：
72.5硫铝酸盐水泥18份，52.5硅酸盐水泥15份，200目硬石膏粉3份，一级原状粉煤灰1.5份、硅灰1.5份、砂39份、无机缓凝A组份(200目β半水石膏)3份、有机缓凝B组份0.36份(葡萄糖酸钠0.36份)、碳酸锂粉0.02份、萘系减水剂0.2份、聚醚类消泡剂0.02份、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物0.4份、水18份；
制备方法同实施例1所述方法。
实施例5：
一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，按重量份数计，包括以下组分：
72.5硫铝酸盐水泥18份，52.5硅酸盐水泥15份，200目硬石膏粉3份，一级原状粉煤灰1.5份、硅灰1.5份、砂39份、无机缓凝A组份(200目β半水石膏)3份、有机缓凝B组份0.36份(其中酒石酸0.1份、硼酸0.06份、柠檬酸0.1份、葡萄糖酸钠0.1份)、氯化锂粉0.02份、萘系减水剂0.2份、聚醚类消泡剂0.02份、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物0.4份、水18份；
制备方法同实施例1所述方法。
对比例1：
复合缓凝剂中无机缓凝A组份，即α半水石膏或β半水石膏中的一种或多种对体系凝结时间及强度有重要作用，对比例1不掺加无机缓凝A组份，按重量份数计，包括以下组份：
72.5硫铝酸盐水泥18份，52.5硅酸盐水泥15份，200目硬石膏粉3份，一级原状粉煤灰1.5份、硅灰1.5份、砂42份、有机缓凝B组份0.36份(其中酒石酸0.1份、硼酸0.06份、柠檬酸0.1份、葡萄糖酸钠0.1份)、碳酸锂粉0.02份、萘系减水剂0.2份、聚醚类消泡剂0.02份、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物0.4份、水18份；
制备方法同实施例1所述方法。
对比例2：
复合缓凝剂中有机缓凝B组份，即柠檬酸、酒石酸、硼砂、硼酸、葡萄糖酸钠中一种或多种混合物对体系凝结时间有重要作用，对比例2不掺加有机缓凝B组份，按重量份数计，包括以下组份：
72.5硫铝酸盐水泥18份，52.5硅酸盐水泥15份，200目硬石膏粉3份，一级原状粉煤灰1.5份、硅灰1.5份、砂39.36份、无机缓凝A组份(200目β半水石膏)3份、碳酸锂粉0.02份、萘系减水剂0.2份、聚醚类消泡剂0.02份、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物0.4份、水18份；
制备方法同实施例1所述方法。
对比例3：
取市面上常用的某品牌RGM高强无收缩早抢料为对比例3，该材料广泛应用于市政工程路面、桥梁临时断路抢修施工工程，地下工程及隧道工程锚喷支护工程中。
性能检测：
对上述实施例1-6及对比例进行初凝时间、不同龄期抗折强度及3h时抗裂性能试验，测试结果如表一所示。
表一测试结果
Figure BDA0002514187670000081
(1)凝结时间
对比例1-3中体系凝结时间较短，不能满足大面积大体积修补施工的要求。实施例1、3、4、5凝结时间较长，能够满足较大面积大体积修补施工作业的操作要求。
对比例1和对比例2反映了复合缓凝剂对体系凝结时间的影响，复合缓凝剂A、B组份单掺时不会起到很好的缓凝效果；只有当A、B组份复掺时，缓凝作用得到体现，体系凝结时间能够大幅度延长，满足施工作业时间要求。
(2)体系强度
实施例1-5抗折强度较市面常用材料高，尤其早期3h抗折强度，能够满足3h通车强度要求，且后期强度继续增长。这是因为体系水化后迅速生成以钙矾石为主的硬化浆体结构，具有优异的早强性能。
(3)抗开裂能力
对比例1-3均产生了一定程度的开裂现象，实施例1-5均没有产生开裂，以上结果表明本发明具有优异的抗裂性能。这是因为本发明中的铝质组份(硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥)及硫质组份(天然硬石膏、半水石膏)在CH含量较高情况下生成具有膨胀性能的钙矾石，增加了体系密实度；同时，高分子黏合剂在水化后的基体内部形成相互黏连的膜状结构，增加了结构的致密度和韧性，改善了基体内部应力分布，材料的抗裂能力大幅提高。
(4)有机缓凝B组份的构成对修补材料性能的影响
实施例4中复合缓凝剂有机缓凝B组份为单一葡萄糖酸钠，相比于实施例1中有机缓凝B组份多成分，实施例4凝结时间较短，且强度较低。优选的，有机缓凝B组份为多成分时有益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，其特征在于，主要由以下原料制成：硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、硬石膏粉、粉煤灰、硅灰、砂、复合缓凝剂、早强剂、减水剂、消泡剂、高分子黏合剂、水。
2.根据权利要求1所述的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，其特征在于，按重量份计，主要由以下原料制成：硫铝酸盐水泥16～20份、硅酸盐水泥13～17份、硬石膏粉3～4份、粉煤灰1～2份、硅灰1～2份、砂37～42份、复合缓凝剂3.1～4.5份、早强剂0.01～0.02份、减水剂0.2～0.3份、消泡剂0.02～0.03份、高分子黏合剂0.3～0.5份、水17～19份，总份数为100份。
3.根据权利要求1或2所述的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥标号为52.5、72.5或92.5；所述硅酸盐水泥标号为52.5、52.5R。
4.根据权利要求1或2所述的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，其特征在于，所述硬石膏粉为200～400目硬石膏粉。
5.根据权利要求1或2所述的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，其特征在于，所述粉煤灰选自一级原状粉煤灰。
6.根据权利要求1或2所述的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，其特征在于，所述砂选自细度模数为2.6～3.2的河砂。
7.根据权利要求1或2所述的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，其特征在于，所述复合缓凝剂由无机缓凝A组份3～4重量份和有机缓凝B组份0.1～0.5重量份组成；
所述无机缓凝A组份为200～400目α半水石膏粉或200～400目β半水石膏粉中的一种或多种；
所述有机缓凝B组份为柠檬酸、酒石酸、硼砂、硼酸、葡萄糖酸钠中一种或多种混合物。
8.根据权利要求1或2所述的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料，其特征在于，所述早强剂选自碳酸锂粉、氯化锂粉或硫酸锂粉中的一种或多种；所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂中的一种或多种；所述消泡剂选自聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂或矿物油类消泡剂中的一种或多种；所述高分子黏合剂选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-氯乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物或醋酸乙烯酯-乙烯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物中的一种或多种。
9.一种快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1：分别称取如权利要求1-8任一项所述的快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料中提到的所述原料；
S2：将称取的硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、硬石膏粉、粉煤灰、硅灰和砂分别放入搅拌机中慢速搅拌2min，得到均匀粉料；
S3：向S2步骤中制得的均匀粉料中加入称取的复合缓凝剂、早强剂、减水剂、消泡剂和高分子黏合剂，在搅拌机中慢速搅拌1min，得到均匀粉料；
S4：向S3步骤中制得的均匀粉料中加入称取的水，慢速搅拌1min，然后快速搅拌2min，即可得到快凝快硬超早强高抗裂路面修补材料。
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