CN113135723A - 一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料及其制备方法 - Google Patents

一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料及其制备方法，该材料组成为：快硬硫铝酸盐水泥35~60份，改性微珠15~40份，细骨料10~30份，早强剂0.01~0.3份，减水剂0.1~0.5份，保水剂0.05~0.2份，消泡剂0.001~0.1份，膨胀剂4~5.5份，水20~35份。本发明通过各组分的协同搭配，在小时强度较高的基础上，实现了流动度大、流速快、灌注率高的性能提升，具有施工周期短、无需振捣、施工方便、性价比高等优点，满足了道路工程快速开放交通的需求。

Description

一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料及其制备方法，该半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料早期强度高、流动度大，填充于多孔的开级配沥青混合料的空隙之中，能够显著改善沥青路面材料的抗车辙能力、耐候性等性能，属于道路工程材料技术领域。
背景技术
半柔性路面是将一种大流态水泥砂浆灌入到大孔隙沥青混合料中形成的一种新型刚柔并济的复合路面，因此该路面兼具了沥青路面的柔性与水泥混凝土路面的刚性。半柔性路面材料已经被证明能够显著改善沥青路面材料的抗车辙、水侵害和耐候性等问题，可用于公交车站台、道路路口、停车场、收费站和加油站等。
CN201711273690.8公开了一种早强型半柔性路面用水泥基灌浆材料，由硫铝酸盐水泥、硅灰、水、减水剂、消泡剂等组成，该材料泌水率和干缩均较小，但未对流动度大小进行评价。CN201510396857.4也公开了一种半柔性复合路面用高早强水泥基填充材料，由硅酸盐水泥、膨胀剂、石英砂、减水剂、稳定剂等组成，该材料虽然流动度相对较大，但其早期强度相对较低，不能满足市政道路工程快速开放交通的需求，影响半柔性路面材料在市政道路上的工程应用。
水泥基灌浆材料的流动性和早期强度这两个性能之间相互矛盾，流动性大会降低早期强度，早期强度高会降低流动性。对于半柔性路面用水泥基灌浆材料，其为了满足快速开放交通的目的，一般要求具有较高的早期强度，但是这会降至灌浆材料的流动性，使其在施工过程中浇注困难，增加了施工难度。目前，还没有既具有较高的早期强度又具有较好的流动性的水泥基灌浆材料的报道。
发明内容
针对半柔性路面水泥基灌浆材料流动性和早期强度彼此矛盾无法满足现有道路施工要求的不足，本发明提供了一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料，该灌浆材料通过各种组分的协同作用，尤其是通过改性微珠的使用，在保证早期强度满足市政道路工程快速开放交通的基础上提高了灌浆材料的流动度，降低了施工难度，具有流动度大、流速快、小时强度高、不泌水离析、低成本和收缩小等特点。
粉煤灰能改善灌浆材料的流动性，但粉煤灰活性较低，不利于灌浆材料强度的提高。相比较而言，粉煤灰微珠是从粉煤灰中精选、加工的，对于灌浆料强度无不利影响，活性优于粉煤灰。但是，由于粉煤灰微珠粒径较小，极易团聚，因此在灌浆材料中很少应用。本发明针对粉煤灰微珠易于团聚的问题，对其进行预处理改性，解决了其易于团聚的问题，将预处理后的改性微珠加入水泥基灌浆材料中，通过与其他成分的协同搭配，能改善半柔性路面灌浆材料流动度，提高早期强度（2小时强度），从而实现快速开放交通。
本发明具体技术方案如下：
一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料，由以下重量份的组分组成：快硬硫铝酸盐水泥35~60份，改性微珠15~40份，细骨料10~30份，早强剂0.01~0.3份，减水剂0.1~0.5份，保水剂0.05~0.2份，消泡剂0.001~0.1份，膨胀剂4~5.5份，水20~35份。
优选的，该半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料由以下重量份的组分组成：快硬硫铝酸盐水泥50份，改性微珠25份，超细石英砂20份，早强剂0.02份，减水剂0.3份，保水剂0.08份，消泡剂0.1份，膨胀剂4.5份，水30份。
进一步的，本发明所述的大流态，指的是水泥基灌浆材料的20min流动度在15s内。
进一步的，所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5强度等级或52.5强度等级的快硬早强硫铝酸盐水泥。
进一步的，所述改性微珠是一种混合物，为粉煤灰微珠、降粘剂和阴离子表面活性剂在高速下混合而得的混合物。其中，所述降粘剂为分子量800~1200的聚乙二醇，优选为分子量1000的聚乙二醇。所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠，优选为十二烷基苯磺酸钠。
进一步的，所述粉煤灰微珠为全球状颗粒，粒径为0.1~5.0μm。
进一步的，改性微珠中，粉煤灰微珠的含量为85~95 wt%，降粘剂的含量为1~5wt%，阴离子表面活性剂的含量为4~10 wt%。
进一步的，制备改性微珠时，混合速度大于等于2000r/min，优选为2000~2500r/min，混合时间为15~20min。
进一步的，所述超细石英砂粒径为100~200目，SiO2含量≥96 wt.%。
进一步的，所述早强剂为碳酸锂或/和氯化锂，优选为碳酸锂。
进一步的，所述减水剂为粉体减水型聚羧酸减水剂或/和低引气早强型聚羧酸减水剂，优选为粉体减水型聚羧酸减水剂。
进一步的，所述保水剂为低粘度纤维素醚或/和分子量800~1200万的阴离子型聚丙烯酰胺，优选为低粘度纤维素醚。
进一步的，所述消泡剂为粉体有机硅类或/和聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂，优选为聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂。
进一步的，所述膨胀剂为氧化镁膨胀剂或/和硫铝酸钙类膨胀剂，优选为硫铝酸钙类膨胀剂。
进一步的，本发明还提供了上述半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料的制备方法，该方法为：将除水之外的各物料低速搅拌，使各物料混合均匀，然后加入水，加入后先低速搅拌，再高速搅拌，得到半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料。
进一步的，上述制备方法中，具体包括以下步骤：将除水之外的各物料在转速为60~70r/min的搅拌锅内低速搅拌2~3min，使各物料充分混合后，一次性加入水，加入后先在60~70r/min的转速下搅拌30~60s，然后在1000~1200r/min的转速下搅拌3~5min，得到半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料。
本发明相比于现有技术，其有益效果在于：
1、由于粉煤灰微珠粒径较小，容易团聚影响正常使用，本发明通过使用降粘剂和表面活性剂对粉煤灰微珠进行改性，使粉煤灰微珠表面带上相同电荷，减少或避免团聚，充分发挥微珠的“滚珠效应”，从而增加水泥基灌浆材料的流动度。
2、本发明通过各组分的协同搭配，在小时强度较高的基础上，实现了流动度大、流速快、灌注率高的性能提升，具有施工周期短、无需振捣、施工方便、性价比高等优点，满足了道路工程快速开放交通的需求。
3、本发明的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料砂浆均匀稳定、不泌水离析、且与沥青混合料结合良好，硬化后具有体积稳定性好、耐久性良好，无毒、无害、对水质及周围环境无污染等特点。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
以下实施例中所用的试剂，所用的原料等均可从市场购得或是本领域常用的。
实施例1
一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料，各组分的重量份数为：快硬硫铝酸盐水泥50份、改性微珠25份、细骨料20份、早强剂0.02份、减水剂0.3份、保水剂0.08份、消泡剂0.1份、膨胀剂4.5份和水30份。
所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5强度等级的快硬早强硫铝酸盐水泥。
所述细骨料为超细石英砂，粒径为100~200目，SiO2含量≥96 wt.%。
所述的早强剂为碳酸锂。
所述的减水剂为粉体减水型聚羧酸减水剂。
所述保水剂为400粘度纤维素醚。
所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂。
所述膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂。
所述改性微珠的制备方法为：取95份粉煤灰微珠，1份1000分子量的聚乙二醇和4份十二烷基苯磺酸钠，采用高速混料机充分混合15min，转速2000r/min，即得。其中，粉煤灰微珠粒径为0.1~5.0μm。
半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料的制备方法为：首先，将各粉体物料称量好后先在转速为65r/min的搅拌锅内低速搅拌2min，使各物料充分混合后，一次性加入拌合水，并在65r/min转速下搅拌30s，然后迅速在1000r/min转速下搅拌3min，即得半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料。
依据JTT/1238-2019《半柔性混合料用水泥基灌浆材料》，对本实施例制备的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料进行检测，结果如下：
Figure 902369DEST_PATH_IMAGE001
依据交通运输部JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术指标，将本实施例的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料，并对所得半柔性路面材料进行性能检测，结果如下：
Figure 366848DEST_PATH_IMAGE002
实施例2
按照实施例1的方法制备半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料，不同的是，所述改性微珠的制备方法为：取85份粉煤灰微珠，5份2000分子量的聚乙二醇和10份十二烷基硫酸钠，采用高速混料机充分混合15min，转速2000r/min，即得。其中，粉煤灰微珠粒径为0.1~5.0μm。
依据JTT/1238-2019《半柔性混合料用水泥基灌浆材料》，对本实施例制备的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料进行检测，结果如下：
Figure 301306DEST_PATH_IMAGE003
依据交通运输部JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术指标，将本实施例的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料，并对所得半柔性路面材料进行性能检测，结果如下：
Figure 560249DEST_PATH_IMAGE004
实施例3
按照实施例1的方法制备半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料，不同的是，所述改性微珠的制备方法为：取90份粉煤灰微珠，3份1500分子量的聚乙二醇和7份十二烷基磺酸钠，采用高速混料机充分混合15min，转速2500r/min，即得。其中，粉煤灰微珠粒径为0.1~5.0μm。
依据JTT/1238-2019《半柔性混合料用水泥基灌浆材料》，对本实施例制备的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料进行检测，结果如下：
Figure 81623DEST_PATH_IMAGE005
依据交通运输部JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术指标，将本实施例的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料，并对所得半柔性路面材料进行性能检测，结果如下：
Figure 84214DEST_PATH_IMAGE006
实施例4
按照实施例1的方法制备半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料，不同的是，各组分的重量份数为：快硬硫铝酸盐水泥40份、改性微珠40份、细骨料10份、早强剂0.3份、减水剂0.1份、保水剂0.05份、消泡剂0.03份、膨胀剂5.5份和水24份。
依据JTT/1238-2019《半柔性混合料用水泥基灌浆材料》，对本实施例制备的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料进行检测，结果如下：
Figure 138758DEST_PATH_IMAGE007
依据交通运输部JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术指标，将本实施例的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料，并对所得半柔性路面材料进行性能检测，结果符合要求。
实施例5
按照实施例1的方法制备半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料，不同的是，各组分的重量份数为：快硬硫铝酸盐水泥60份、改性微珠15份、细骨料30份、早强剂0.1份、减水剂0.5份、保水剂0.2份、消泡剂0.05份、膨胀剂4份和水35份。
依据JTT/1238-2019《半柔性混合料用水泥基灌浆材料》，对本实施例制备的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料进行检测，结果如下：
Figure 834181DEST_PATH_IMAGE008
依据交通运输部JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术指标，将本实施例的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料，并对所得半柔性路面材料进行性能检测，结果符合要求。
对比例1
按照实施例1的方法制备水泥基灌浆材料，不同的是：将25份的改性微珠替换为25份粒径为5~30μm的粉煤灰。
依据GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》，对本对比例制备的水泥基灌浆材料进行检测，结果如下：
Figure 62425DEST_PATH_IMAGE009
依据交通运输部JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术指标，将本对比例的水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料，并对所得半柔性路面材料进行性能检测，结果如下：
Figure 868707DEST_PATH_IMAGE010
对比例2
按照实施例1的方法制备水泥基灌浆材料，不同的是：所述改性微珠的制备方法为：取95份粉煤灰微珠，1份4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚和4份烯丙基聚氧乙烯醚，采用高速混料机充分混合15min，转速2000r/min，即得。其中，粉煤灰微珠粒径为0.1~5.0μm。
依据JTT/1238-2019《半柔性混合料用水泥基灌浆材料》，对本对比例制备的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料进行检测，结果如下：
Figure 479554DEST_PATH_IMAGE011
依据交通运输部JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术指标，将本实施例的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料，并对所得半柔性路面材料进行性能检测，结果如下：
Figure 877038DEST_PATH_IMAGE012
上述实施例和对比例的性能检测结果可以看出，本发明掺加改性微珠的半柔性路面用灌浆材料最优实施例的2h抗压强度达到15MPa以上，具有优异的早强性能，同时灌浆材料的20min流动度在15s内，流动性好，易于灌注。
本发明制备的大流态半柔性路面水泥基灌浆料，添加自主研发生产的改性微珠，从而使其具有良好的可灌注性能，大幅度改善了水泥基灌浆材料的工作性能和力学性能，施工方便，性能优异，制备成本低，具有重要社会意义。
虽然本发明列举部分实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，例如对某份原料组分或工艺时间作增加或减少，但对产品的效果可能不会产生实质性影响，那么这种改动同样属于本申请的权利要求保护范围所界定的范围之内。

Claims (10)

1.一种半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料，其特征是由以下重量份的组分组成：快硬硫铝酸盐水泥35~60份，改性微珠15~40份，细骨料10~30份，早强剂0.01~0.3份，减水剂0.1~0.5份，保水剂0.05~0.2份，消泡剂0.001~0.1份，膨胀剂4~5.5份，水20~35份。
2.根据权利要求1所述的大流态水泥基灌浆材料，其特征是由以下重量份的组分组成：快硬硫铝酸盐水泥50份，改性微珠25份，超细石英砂20份，早强剂0.02份，减水剂0.3份，保水剂0.08份，消泡剂0.1份，膨胀剂4.5份，水30份。
3.根据权利要求1或2所述的大流态水泥基灌浆材料，其特征是：所述改性微珠为粉煤灰微珠、降粘剂和阴离子表面活性剂在高速下混合而得的混合物；其中，所述降粘剂为分子量800~1200的聚乙二醇，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
4.根据权利要求3所述的大流态水泥基灌浆材料，其特征是：所述降粘剂为分子量1000的聚乙二醇，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
5.根据权利要求3所述的大流态水泥基灌浆材料，其特征是：所述粉煤灰微珠为球状颗粒，粒径为0.1~5.0μm。
6.根据权利要求3所述的大流态水泥基灌浆材料，其特征是：改性微珠中，粉煤灰微珠的含量为85~95 wt%，降粘剂的含量为1~5 wt%，阴离子表面活性剂的含量为4~10 wt%。
7.根据权利要求3所述的大流态水泥基灌浆材料，其特征是：制备改性微珠时，混合速度大于等于2000r/min，优选为2000~2500r/min，混合时间为15~20min。
8.根据权利要求1或2所述的大流态水泥基灌浆材料，其特征是：所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5强度等级或52.5强度等级的快硬早强硫铝酸盐水泥；所述超细石英砂粒径为100~200目，SiO2含量≥96 wt.%；所述早强剂为碳酸锂或/和氯化锂；所述减水剂为粉体减水型聚羧酸减水剂或/和低引气早强型聚羧酸减水剂；所述保水剂为低粘度纤维素醚或/和分子量800~1200万的阴离子型聚丙烯酰胺；所述消泡剂为粉体有机硅类或/和聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂；所述膨胀剂为氧化镁膨胀剂或/和硫铝酸钙类膨胀剂。
9.种权利要求1所述的半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料的制备方法，其特征是：将除水之外的各物料低速搅拌，使各物料混合均匀，然后加入水，加入后先低速搅拌，再高速搅拌，得到半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征是：将除水之外的各物料在转速为60~70r/min的搅拌锅内低速搅拌2~3min，使各物料充分混合后，一次性加入水，加入后先在60~70r/min的转速下搅拌30~60s，然后在1000~1200r/min的转速下搅拌3~5min，得到半柔性路面用大流态水泥基灌浆材料。
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