CN115745534B - 一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法 - Google Patents

一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，快速修补砂浆的组成为：固废基硫铝酸盐胶凝材料30‑50份，粉煤灰5‑20份，脱硫石膏0‑10份，尾矿砂骨料10‑30份，石英砂5‑20份，减水剂0.1‑0.5份，乳胶粉0.2‑1份，消泡剂0.02‑0.05份，悬浮剂0.02‑0.05份，聚丙烯短纤维0.1‑0.5份；石英砂的目数为20‑200目；尾矿砂骨料为黄金尾矿，目数为40‑80目；将快速修补砂浆的各个组分按比例混合后，向其中加入固体质量20‑30％的水，先200‑300rpm低速搅拌，再400‑600rpm高速搅拌，即得。本发明制备的修补砂浆包含固废基硫铝酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、尾矿砂等多种工业固废，很好的解决了固废高值利用的难题，同时解决了高性能硫铝酸盐水泥原料昂贵、成本高的问题，实现高性能快速修补砂浆的低成本制备。

Description

一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法
技术领域
本发明属于快速修补砂浆技术领域，具体涉及一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
目前，路面修补材料主要有有机材料和无机材料两种。有机修补材料以有机聚合物为主要胶凝材料。将胶凝材料和一定比例的骨料、添加剂按照特定顺序放入反应釜中，在特定的温度和压力下搅拌反应一定时间得到修补料。有机修补材料价格昂贵，施工复杂，原料成本以及施工成本都较高，且有机修补材料耐久性差，难以达到长期稳定的修补效果。
无机修补材料主要以硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料，一般将胶凝材料、骨料、添加剂混合均匀，加水搅拌成浆即可使用。其中硅酸盐水泥因成本低廉，产量大而广泛用于修补材料，但早期强度发展缓慢，造成修补效率低，交通关闭时间长等不良影响；
而硫铝酸盐水泥受高成本原料限制，价格昂贵，难以大量推广使用；并且常规硫铝酸盐水泥的生产规模受制高品位原料而非常小、分散，导致运输半径大、使用费用高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法。该快速修补砂浆可以实现制备成本低、工业固废的规模化高值利用等优势。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，快速修补砂浆的组成为：固废基硫铝酸盐胶凝材料30-50份，粉煤灰5-20份，脱硫石膏0-10份，尾矿砂骨料10-30份，石英砂5-20份，减水剂0.1-0.5份，乳胶粉0.2-1份，消泡剂0.02-0.05份，悬浮剂0.02-0.05份，聚丙烯短纤维0.1-0.5份；
石英砂的目数为20-200目；尾矿砂骨料为黄金尾矿，目数为40-120目；
将快速修补砂浆的各个组分按比例混合后，向其中加入固体质量20-30％的水，先200-300rpm低速搅拌，再400-600rpm高速搅拌，即得。
上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
1、环境友好，成本低廉。本发明制备的修补砂浆包含固废基硫铝酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、尾矿砂等多种工业固废，很好的解决了固废高值利用的难题，同时解决了高性能硫铝酸盐水泥原料昂贵、成本高的问题，实现高性能快速修补砂浆的低成本制备。
2、快速修补砂浆的力学强度高，2h抗压强度不低于20MPa，2h抗折强度不低于4MPa；1d粘结强度大于1MPa；1d抗压强度不低于35MPa，1d抗折强度不低于8MPa；28d抗压强度不低于50MPa，抗折强度不低于10MPa。早期性能远远高于市面上硅酸盐水泥基快速修补材料的同期性能。
3、快速修补砂浆的施工性能好。流动度可达300mm+，修补表面平整光滑；初凝时间20-40分钟；终凝时间30-60分钟，凝结速度快，早期强度高，交通封闭时间短。市面价值高、市场大，可实现固废的规模化高值利用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的施工工艺流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，快速修补砂浆的组成为：固废基硫铝酸盐胶凝材料30-50份，粉煤灰5-20份，脱硫石膏0-10份，尾矿砂骨料10-30份，石英砂5-20份，减水剂0.1-0.5份，乳胶粉0.2-1份，消泡剂0.02-0.05份，悬浮剂0.02-0.05份，聚丙烯短纤维0.1-0.5份；
尾矿砂骨料为黄金尾矿砂，目数为40-120目；
石英砂的目数为20-40目、40-80目、80-120目以及120-200目，按石英砂的质量计，20-40目：40-80目：80-120目：120-200目为4-6：6-12：10-15：10-15；
将快速修补砂浆的各个组分按比例混合后，向其中加入固体质量20-30％的水，先200-300rpm低速搅拌，再400-600rpm高速搅拌，即得。
先低速搅拌是为了防止砂浆干粉飞扬以及拌合用水的溅出；再高速搅拌，保证修补砂浆各组分更加均匀，性能更稳定。
快速修补砂浆中各个组分的作用如下：
固废基硫铝酸盐胶凝材料：其早强、高强、快硬的特点十分适用于快速修补砂浆的制备，对修补砂浆的性能起决定作用；以固废为原料，解决高品位原料带来的高成本问题，而且固废分布广泛、降低硫铝酸盐胶凝材料的运输半径。
粉煤灰：粉煤灰可以基于“滚珠效应”提高砂浆的流动性，同时抑制砂浆的泌水效应；发挥填料作用，提高砂浆密实度。
脱硫石膏：脱硫石膏为固废基硫铝酸盐胶凝材料的水化提供硫源和钙源，促进早期水化的进行，使修补砂浆具有早强快硬特性；保证胶凝材料水化过程更加彻底，防止对强度有害的矿相产生。
黄金尾矿砂骨料：尾矿砂是一种矿场采矿后产生的固体废弃物，具有产量大，浪费资源，难以处理等特点。尾矿砂的粒度分布与石英砂相匹配而形成合理级配，也为尾矿砂的高值利用提供了可行的途径。尾矿砂在修补砂浆中与石英砂作用相同，同时其中含有的少量铝离子可以起到一定的促凝作用。尾矿砂骨料取自黄金尾矿，目数集中分布在40-120目，但是该目数分布不合理，且缺少粗颗粒与细颗粒。而使用20-40目、40-80目、80-120目、120-200目四种目数的石英砂，联合黄金尾矿砂，合理调节级配，使骨料级配达到20-40目：40-80目：80-120目：120-200目为4-6：6-12：10-15：10-15。该骨料级配可以为修补砂浆提供较好的流动度与力学性能。
黄金尾矿的优势在于：1、粒度合适。没有过粗与过细的颗粒，再与石英砂配合得到合适的骨料级配，利于修补砂浆的流动度和强度发展。2、有一定的促凝作用，可以用来调整修补砂浆的凝结时间，以保证既有充足的可施工时间，又尽可能缩短交通封闭时间。
石英砂：在硬化的修补砂浆中起到骨架支撑的作用，提高修补砂浆的力学性能，同时石英砂比硬化水泥的体积稳定性高得多，石英砂的掺入可以有效提高砂浆整体的稳定性，防止修补砂浆因体积变化出现开裂和脱壳的现象；石英砂与尾矿砂形成一定级配，发挥骨料作用。
减水剂：减水剂可以有效提高砂浆的流动度，改善修补砂浆的施工便捷性，同时可以使修补表面更加平整。
乳胶粉：乳胶粉可以提高砂浆粘接强度，使修补砂浆与与修补基底的粘接界面更加牢固。对修补砂浆的抗折强度起到一定的提升作用。
消泡剂：消泡剂可以使砂浆内部在施工时产生的大量气泡快速排出，减少砂浆内部空腔，提高修补砂浆的强度和体积稳定性。
悬浮剂：悬浮剂可以阻滞砂浆中大颗粒的沉降，起到悬浮稳定的效果，同时改善砂浆的保水性。
聚丙烯短纤维：聚丙烯纤维为6mm长的短纤维，纤维在砂浆中交错分布，起到桥接的作用，对修补砂浆的抗裂性能、抗折强度有很大改进。
在一些实施例中，固废基硫铝酸盐胶凝材料强度标号42.5以上，聚丙烯短纤维的平均长度为6mm。
在一些实施例中，脱硫石膏的份数为3-8份。
在一些实施例中，所述消泡剂为无机硅消泡剂。
在一些实施例中，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
在一些实施例中，所述悬浮剂为羟丙基甲基纤维素醚。
优选的，所述石英砂的目数为20-200目。
在一些实施例中，低速搅拌的时间为20-40s。
在一些实施例中，高速搅拌的时间为2-3min。
在一些实施例中，待修补界面提前2-3h清理干净，并用水浸湿，消除明水。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例中，将快速修补砂浆的各组分按如下比例放入混料机搅拌均匀：固废基硫铝酸盐胶凝材料775g，粉煤灰185g，脱硫石膏60g，尾矿砂骨料530g，石英砂480g，减水剂聚羧酸高效减水剂)11g，乳胶粉14g，消泡剂(无机硅消泡剂)0.64g，悬浮剂(羟丙基甲基纤维素醚(10万粘度))0.77g，聚丙烯短纤维3g。
尾矿砂骨料为黄金尾矿，目数为40-120目；石英砂骨料的目数，按石英砂的质量计，20-40目：40-80目：80-120目：120-200目为4：6：11：10。
在搅拌机中倒入550g水，再加入混好的快速修补砂浆粉料，在200rpm的低转速下搅拌30s，然后将转速调至450rpm搅拌2分30s。
将修补砂浆倒入流动度试模、凝结时间试模、粘结强度成型框、40×40×160mm长方体试模中。测得流动度为300+mm，初凝时间31min，终凝时间53min。4h后脱模，1d测得抗压、抗折强度分别为37MPa、8.3MPa，粘结强度1.1MPa。28d测得抗压、抗折强度分别为54MPa、11.2MPa。
实施例2
本实施例中，将快速修补砂浆的各组分按如下比例放入混料机搅拌均匀：固废基硫铝酸盐胶凝材料960g，粉煤灰210g，脱硫石膏30g，尾矿砂骨料500g，石英砂500g，减水剂(聚羧酸高效减水剂)7g，乳胶粉22g，消泡剂(无机硅消泡剂)1.1g，悬浮剂(羟丙基甲基纤维素醚(10万粘度))1.1g，聚丙烯短纤维4g。
尾矿砂骨料为黄金尾矿，目数为40-120目；石英砂骨料的目数，按石英砂的质量计，20-40目：40-80目：80-120目：120-200目为4：12：15：15。
在搅拌机中倒入540g水，再加入混好的快速修补砂浆粉料，在280rpm的低转速下搅拌40s，然后将转速调至400rpm搅拌2分。
将修补砂浆倒入流动度试模、凝结时间试模、粘结强度成型框、40×40×160mm长方体试模中。测得流动度为300+mm，初凝时间25min，终凝时间44min。4h后脱模，1d测得抗压、抗折强度分别为41.3MPa、8.3MPa，粘结强度1.3MPa。28d测得抗压、抗折强度分别为60.4MPa、11.9MPa。
实施例3
本实施例中，将快速修补砂浆的各组分按如下比例放入混料机搅拌均匀：固废基硫铝酸盐胶凝材料910g，粉煤灰210g，脱硫石膏50g，尾矿砂骨料570g，石英砂530g，减水剂(聚羧酸高效减水剂)6.3g，乳胶粉8g，消泡剂(无机硅消泡剂)0.75g，悬浮剂(羟丙基甲基纤维素醚(15万粘度))0.85g，聚丙烯短纤维3g。
尾矿砂骨料为黄金尾矿，目数为40-120目；石英砂骨料的目数，按石英砂的质量计，20-40目：40-80目：80-120目：120-200目为5：9：13：13。
在搅拌机中倒入560g水，再加入混好的快速修补砂浆粉料，在300rpm的低转速下搅拌25s，然后将转速调至600rpm搅拌3分。
将修补砂浆倒入流动度试模、凝结时间试模、粘结强度成型框、40×40×160mm长方体试模中。测得流动度为300+mm，初凝时间33min，终凝时间51min。4h后脱模，1d测得抗压、抗折强度分别为36.6MPa、8.6MPa，粘结强度1.1MPa。28d测得抗压、抗折强度分别为53.4MPa、10.6MPa。
对比例1
与实施例3的区别点在于：将石英砂替换为黄金尾矿砂骨料，其他组分不变。
将修补砂浆倒入流动度试模、凝结时间试模、粘结强度成型框、40×40×160mm长方体试模中。测得流动度为255mm，初凝时间21min，终凝时间43min。4h后脱模，1d测得抗压、抗折强度分别为27.3MPa、7.2MPa，粘结强度0.9MPa。28d测得抗压、抗折强度分别为49.6MPa、8.5MPa。
对比例2
与实施例3的区别点在于：将黄金尾矿砂骨料替换为石英砂，其他组分不变。
将修补砂浆倒入流动度试模、凝结时间试模、粘结强度成型框、40×40×160mm长方体试模中。测得流动度为300+mm，初凝时间42，终凝时间73min。4h后脱模，1d测得抗压、抗折强度分别为34.5MPa、7.5MPa，粘结强度1.0MPa。28d测得抗压、抗折强度分别为51.8MPa、9.9MPa。
对比例3
与实施例3的区别点在于：石英砂的目数为20-200目，没有不同粒度的石英砂的级配，其他组分不变。
将修补砂浆倒入流动度试模、凝结时间试模、粘结强度成型框、40×40×160mm长方体试模中。测得流动度为285mm，初凝时间41，终凝时间66min。4h后脱模，1d测得抗压、抗折强度分别为22.6MPa、5.4MPa，粘结强度0.7MPa。28d测得抗压、抗折强度分别为46.3MPa、6.9MPa。
对比例4
与实施例3的区别点在于：省略粉煤灰，其他组分不变。
将修补砂浆倒入流动度试模、凝结时间试模、粘结强度成型框、40×40×160mm长方体试模中。测得流动度为265mm，初凝时间15min，终凝时间37min。4h后脱模，1d测得抗压、抗折强度分别为35.6MPa、8.3MPa，粘结强度1.0MPa。28d测得抗压、抗折强度分别为51.9MPa、9.2MPa。
对比例5
与实施例3的区别点在于：将实施例3中的黄金尾矿砂替换为铁尾矿砂，其粒度范围小于20目，颗粒过大，其他组分不变。
将修补砂浆倒入流动度试模、凝结时间试模、粘结强度成型框、40×40×160mm长方体试模中。测得流动度为290mm，初凝时间41min，终凝时间62min。4h后脱模，1d测得抗压、抗折强度分别为21.7MPa、4.8MPa，粘结强度0.8MPa。28d测得抗压、抗折强度分别为38.9MPa、6.5MPa。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：快速修补砂浆的组成为：固废基硫铝酸盐胶凝材料30-50份，粉煤灰5-20份，脱硫石膏0-10份，尾矿砂骨料10-30份，石英砂5-20份，减水剂0.1-0.5份，乳胶粉0.2-1份，消泡剂0.02-0.05份，悬浮剂0.02-0.05份，聚丙烯短纤维0.1-0.5份；
尾矿砂骨料为黄金尾矿砂，目数为40-120目；
石英砂的目数为20-40目、40-80目、80-120目以及120-200目，按石英砂的质量计，20-40目：40-80目：80-120目：120-200目为4-6：6-12：10-15：10-15；
将快速修补砂浆的各个组分按比例混合后，向其中加入固体质量20-30％的水，先200-300rpm低速搅拌，再400-600rpm高速搅拌，即得；
固废基硫铝酸盐胶凝材料强度标号42.5以上；
黄金尾矿砂的粒度分布与石英砂相匹配形成合理级配；
所述快速修补砂浆的流动度可达300mm+，修补表面平整光滑；初凝时间20-40分钟；终凝时间30-60分钟；
所述快速修补砂浆的力学强度高，2h抗压强度不低于20MPa，2h抗折强度不低于4MPa；1d粘结强度大于1MPa；1d抗压强度不低于35MPa，1d抗折强度不低于8MPa；28d抗压强度不低于50MPa，抗折强度不低于10MPa。
2.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：聚丙烯短纤维的平均长度为6mm。
3.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：脱硫石膏的份数为3-8份。
4.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：所述消泡剂为无机硅消泡剂。
5.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：所述悬浮剂为羟丙基甲基纤维素醚。
7.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：按石英砂的质量计，20-40目：40-80目：80-120目：120-200目为4-6：8-10：12-14：10-14。
8.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：低速搅拌的时间为20-40s。
9.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：高速搅拌的时间为2-3min。
10.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐胶凝材料制备快速修补砂浆的方法，其特征在于：待修补界面提前2-3h清理干净，并用水浸湿，消除明水。
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