CN101817662B - 一种混凝土路面裂缝修补材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土路面裂缝修补材料，其以水泥为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂、结晶硫酸钠和磷酸三丁酯；其中水与水泥的质量比为：30～70％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：5～30％；JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：5～30％；聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：0.5～4.5％；CaCl2与水泥的质量比为：0.3～2.0％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：5～30％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：0.3～4.5％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：0.1～3.0％。本发明的裂缝修补材料具有良好的流动性及可灌性、优异的粘接性能以及抗压强度和抗折强度，并且还具有抗收缩变形、抗渗、抗腐蚀及耐磨性等特性。
Description
技术领域
本发明属于路面维护领域，涉及一种路面修补材料，尤其是一种适用于DBB混凝土路面裂缝的修补材料。
背景技术
由于水泥混凝土材料的固有特性，在路面施工过程中受各种因素的影响，产生裂缝是不可避免的。裂缝一旦出现，就应及时进行修补，否则在车辆荷载的往复作用下，加上环境因素的影响，裂缝将随时间扩展贯穿，在裂缝处发生应力集中，混凝土发生沿缝碎落、在裂缝处断裂、混凝土板产生滑移，破坏了混凝土路面的整体性。当破损发展到一定程度，裂缝处开始哪泥，板面出现交叉裂缝，并且导致其它板裂缝，最终使混凝土板丧失应有的承载力，整个板发生破坏，严重影响汽车的行车安全、舒适，甚而造成严重的经济损失。
对于早期微裂缝，公路养护部门多采用沥青及环氧树脂等有机材料及时进行修补，这类材料虽有粘合和封闭作用，但存在着与路面水泥混凝土相容性差、易老化、造价高、不利于环保等缺陷。
目前，常用的混凝土路面裂缝修补材料有无机类材料和有机类材料，其中有机材料有环氧树脂类和沥青类，现有的这些有机修补材料存在着性能单一、使用条件苛刻、适用面窄等各种问题。在普遍采用的有机材料中，高模量的环氧树脂和酚醛类修补材料韧性不足、粘接强度不高，而且对修补条件要求苛刻；低模量的聚氨酯和烯类修补材料提供不了足够的强度，不能满足路面抗冲击性能。有机类修补材料，无论在造价上，还是在环保上，都要比无机材料逊色。另外，将传统的有机物用于路面修补，当裂缝宽度较小时，有机物的稠度较大，不能灌彻到底，而且在使用过程中，车辆轮胎往往把有机修补材料带走，使之失效。现有的无机类裂缝修补材料一般采用各种粒度和成分不同的水泥，这类材料刚度太大，而且界面粘结性能差，若要作为路面裂缝的修补材料，必须进行改性。但对这方面材料的研制开发较少，仅有的也是多针对于大坝、建筑等裂缝的修补，而水泥混凝土路面裂缝暴露在环境中受湿度、温度的影响较大，对其性能要求不同；其次，路用修补材料用量大，其经济性必须考虑。
近年来，国外针对水泥混凝土裂缝的修补材料及修补工艺，进行了大量研究。各个国家有许多科研机构和学者都在潜心研究开发新材料、新工艺，解决裂缝问题。美国、日本等国家将常用于建筑混凝土结构裂缝修补的环氧树脂进行改性，研究出适合用于混凝土路面的改性环氧树脂灌浆材料，还有些国家用延性较好的聚氨脂树脂、橡胶-煤焦油填补缝料进行路面的接缝修补。
现阶段我国使用的路面裂缝修补材料多为聚氨酯，这种材料呈黑色，修补固结时间长，开放交通后容易污染路面；另外还使用法国产PU25聚氨酯，该产品固结后与颜色路面相近，但是成本高；路面坑洞修补使用的是沥青砂或者环氧砂浆修补，但沥青砂修补路面存在色差、重复损坏率高等缺点，而且环氧砂浆修补成本极高。
综上所述，国内外虽然在混凝土裂缝修补材料方面开展了大量的研究工作，并取得了许多成果，但有些仍处于研制开发阶段，已投入使用的裂缝修补材料大多为有机材料，主要用于建筑混凝土裂缝修补，这些修补材料不仅对裂缝界面状态要求苛刻、造价高、易老化，而且合成工艺复杂，不利于推广，更难以满足水泥混凝土路面裂缝修补的要求。
理想的混凝土路面裂缝修补材料必须满足下列性能要求：①粘结强度高；②防水、抗渗性好；③在自然温度范围内具有较好的稳定性；④优良的抗嵌入性；⑤优良的耐久性；⑥使用方便，施工快捷；⑦对环境无污染；⑧与基质混凝土具有良好的相容性。
基于以上考虑，开发粘结强度高、流动性好、力学性能优良、抗渗性强、耐疲劳、耐腐蚀、施工工艺简单、适用范围广的新型路面裂缝修补材料不仅十分必要，而且非常迫切。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种混凝土路面裂缝修补材料，这种材料针对现有混凝土路面裂缝修补材料的不足，以普通水泥作为裂缝修补的基质材料，并掺加具有柔性和双组分防水及粘结性能的聚合物乳液进行改性，开发出与路面混凝土相容性好、性能优良、施工方便、经济环保的水泥混凝土路面早期微缝无机改性修补材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，将水泥作为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂、结晶硫酸钠和磷酸三丁酯；所述水与水泥的质量比为：30～70％；总聚与水泥的质量比为：10～60％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：5～30％；所述JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：5～30％；所述聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：0.5～4.5％；CaCl2与水泥的质量比为：0.3～2.0％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：5～30％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：0.3～4.5％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：0.1～3.0％。
上述聚羧酸系减水剂是lons-p型。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的裂缝修补材料具有良好的流动性及可灌性，本发明的修补材料可灌入1～3mm左右的裂缝；
(2)本发明的裂缝修补材料具有优异的粘接性能；
本发明模拟路面实际受力状况设计了弯拉粘结强度试验，采用修补后的试件的粘结抗折强度来表征其粘结强度，一般要求强度大于3.5MPa。本发明的裂缝修补材料的弯拉粘结强度较未改性水泥提高100％以上，可以达到5MPa，完全满足路用修补粘接性能的要求。
(3)本发明的裂缝修补材料具有良好的抗压强度和抗折强度；
本裂缝修补材料的抗弯拉强度可以达到5.0MPa以上，抗压强度则可以达到25MPa。
(4)本发明的裂缝修补材料具有抗收缩变形特性；
本发明由于有膨胀剂的加入，在聚合物和膨胀剂的复合作用下使得修补材料的收缩率大大减小，甚至出现微膨胀，从而使其具有更好的抗收缩变形特性，不会削弱接触面的粘结，而且随着时间的推移，其粘结性能会不断劣化。
(5)本发明的裂缝修补材料具有抗渗、抗腐蚀及耐磨性等耐久性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
DBB混凝土路面裂缝修补材料，以水泥作为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、lons-p型聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂(代号UEA)、结晶硫酸钠(Na2SO4·10H2O)和磷酸三丁酯；其中水与水泥的质量比为：30％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：30％；JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：5％；lons-p型聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：0.5％；CaCl2与水泥的质量比为：0.3％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：30％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：4.5％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：3.0％。
实施例2
本实施例中，DBB混凝土路面裂缝修补材料，以水泥作为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、lons-p型聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂(代号UEA)、结晶硫酸钠(Na2SO4·10H2O)和磷酸三丁酯；其中水与水泥的质量比为：70％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：5％；JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：30％；lons-p型聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：4.5％；CaCl2与水泥的质量比为：2.0％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：5％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：0.3％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：0.1％。
实施例3
本实施例中，DBB混凝土路面裂缝修补材料，以水泥作为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、lons-p型聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂(代号UEA)、结晶硫酸钠(Na2SO4·10H2O)和磷酸三丁酯；其中所述水与水泥的质量比为：50％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：10％；所述JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：10％；所述lons-p型聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：3％；CaCl2与水泥的质量比为：1.0％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：10％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：1％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：1％。
实施例4
本实施例中，DBB混凝土路面裂缝修补材料，以水泥作为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、lons-p型聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂(代号UEA)、结晶硫酸钠(Na2SO4·10H2O)和磷酸三丁酯；其中所述水与水泥的质量比为：40％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：20％；JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：20％；lons-p型聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：2％；CaCl2与水泥的质量比为：1.5％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：20％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：2％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：2％。
实施例5
本实施例中，DBB混凝土路面裂缝修补材料，以水泥作为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、lons-p型聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂(代号UEA)、结晶硫酸钠(Na2SO4·10H2O)和磷酸三丁酯；其中水与水泥的质量比为：60％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：15％；JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：25％；lons-p型聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：3.2％；CaCl2与水泥的质量比为：0.9％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：15％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：3.5％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：1.5％。
实施例6
本实施例中，DBB混凝土路面裂缝修补材料，以水泥作为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、lons-p型聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂(代号UEA)、结晶硫酸钠(Na2SO4·10H2O)和磷酸三丁酯；其中所述水与水泥的质量比为：66％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：19％；JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：24％；lons-p型聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：3.2％；CaCl2与水泥的质量比为：1.8％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：23％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：3.5％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：1.7％。
综上所述，当水泥中掺加聚合物后，聚合物会以乳液状掺入到水泥净浆中，经搅拌后可均匀地分散在水泥净浆体系中，形成聚合物水泥浆体。随着水泥水化的进行及水分的减少，不但聚合物逐渐成膜，而且水泥水化物及聚合物形成一个完整的互相穿透的网状结构，相互粘结形成复合体。
聚合物在水泥石结构中的形态与聚合物品种及掺量有关。聚合物品种不同、掺量不同，聚合物乳液成膜及对孔隙的填充程度不同。本发明选用的多种聚合物乳液掺入水泥浆体，均能形成空间网架结构，不同程度地填充水泥浆体的孔隙、改善水泥石孔结构，使得改性材料中，大孔减小，小孔增多，孔径分布向小孔方向偏移，水化物晶粒细化，取向性减小。另外，聚合物在水泥石中不仅形成了“桥梁”作用，而且可能与水泥在某种程度上发生一定的物理化学反应，增强了聚合物与水泥水化产物之间的连接，从而提高了抗折强度，有效的防止微裂纹产生和扩展，但聚合物中的柔性集团作用将导致抗压强度有所损失。
聚合物的掺入可显著提高与旧混凝土界面的粘附性，原因在于聚合物本身具有较强的粘附性，同时亲水性聚合物与水泥悬浮体的液相一起向基体的孔隙及毛细管内的渗透，改善了聚合物乳液改性水泥与多孔基体的界面粘附状况。本发明的具体组成材料的技术要求如下：
(1)聚合物的技术要求：
丁苯乳液
丁苯乳液是由丁二烯与苯乙烯乳液共聚而得，其主要性能见表1：
表1水泥专用丁苯胶乳主要性能
苯丙乳液
苯丙乳液是由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液共聚而得，本发明选用JS复合防水涂料(即JS防水乳液)，其主要成分是苯丙乳液。其主要性能见表2：
表2 JS复合防水涂料主要性能
(2)本发明对水泥的技术要求：
所采用的基质水泥，其详细技术指标如表3：
表3水泥技术指标
本发明的裂缝修补材料具有良好的流动性及可灌性：可灌性是材料能否灌入、施工能否保证的前提，是修补材料的一个重要性能指标，本修补材料可灌入1～3mm左右的裂缝。
本发明的裂缝修补材料具有优异的粘接性能：粘结强度是修补材料的关键指标之一。它关系到修补材料能否与旧混凝土界面产生很好的粘结，修补后的裂缝是否会出现二次破坏，能否真正起到修补裂缝的目的。本发明模拟路面实际受力状况设计了弯拉粘结强度试验，采用修补后的试件的粘结抗折强度来表征其粘结强度，一般要求强度大于3.5MPa。本发明的裂缝修补材料的弯拉粘结强度较未改性水泥提高100％以上，可以达到5MPa，完全满足路用修补粘接性能的要求。
本发明的裂缝修补材料具有抗渗、抗腐蚀及耐磨性等耐久性：耐久性关系到修补材料的使用寿命和长期的性价比，也是极为重要的性能指标。本发明中，对材料的耐久性测试了三个方面的性能，包括抗渗性、耐腐蚀性和耐磨损性能，均体现出良好的效果。
Claims (2)
1.一种混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，将水泥作为基质材料，在水泥中加入水、丁苯乳液、JS防水乳液、聚羧酸系减水剂、CaCl2、U型膨胀剂、结晶硫酸钠和磷酸三丁酯；
所述水与水泥的质量比为：30～70％；丁苯乳液的固含物与水泥的质量比为：5～30％；所述JS防水乳液的固含物与水泥的质量比为：5～30％；所述聚羧酸系减水剂与水泥的质量比为：0.5～4.5％；CaCl2与水泥的质量比为：0.3～2.0％；U型膨胀剂与水泥的质量比为：5～30％；结晶硫酸钠与水泥的质量比为：0.3～4.5％；磷酸三丁酯与水泥的质量比为：0.1～3.0％。
2.根据权利要求1所述的混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，所述聚羧酸系减水剂是lons-p型。
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