CN101891448A - 一种水泥基快速修补材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥基快速修补材料及其制备方法。一种水泥基快速修补材料，其特征在于它由硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相、偏高岭土、水玻璃溶液、减水剂、水和复合早强剂原料制备而成，各原料的重量比为1∶0.05-0.5∶0.05-0.5∶0.02-0.3∶0.01-0.1∶0.2-0.6∶0.0006-0.06。所述的水泥浆体脱水相由废弃混凝土中的废弃水泥浆体经粉磨后于500-1000℃的温度下煅烧2-4小时制得。本发明工作性能好、早期强高，节能环保，可广泛应用于道路、机场、水利、国防设施、油井和矿道支护等的修补工程。

Description

一种水泥基快速修补材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥基快速修补材料及其制备方法。

背景技术

随着水泥、混凝土材料越来越广泛的应用，混凝土结构物也越来越多。然而，由于荷载作用、自然环境等因素的影响，混凝土结构物往往会出现破损、断裂等问题，对这些损伤及时加以修补将有助于提高混凝土结构物的使用寿命。由于道路、桥梁、机场道面等结构物的畅通对于经济和社会效益的影响巨大，所以，对于这类结构物的快速修补就显得尤其重要。

快速修补材料按组成特点将其分为快硬水泥类、快硬混凝土类、快硬外加剂类三类。在这些快速修补材料中，大都应用到了硫铝酸盐型早强快硬水泥，然而硫铝酸盐水泥的使用往往容易造成混凝土结构后期强度发展缓慢，甚至是强度倒缩。针对这种问题，部分快速修补材料采用了硫铝酸盐和硅酸盐水泥复合的技术，或者是利用部分矿物掺合料取代硫铝酸盐水泥的办法。尽管上述方法能够在一定程度解决混凝土结构物后期强度比较低的难题，但是同样也带来了凝结过程相对缓慢、早期强度不高等问题。

另一方面，混凝土结构物建设和拆除过程中产生了大量废弃物，这些废弃物的再生利用对于实现可持续发展也是十分重要的。将建筑垃圾中的废弃混凝土进行回收，其中的砂浆废渣经过一定的破碎、分离、粉磨和低温煅烧处理后可以得到一种名为水泥浆体脱水相的物质。研究表明，水泥浆体脱水相遇到水后能再次水化，并具有胶凝性能。然而，由于水泥浆体脱水相比表面积大，它在水化过程中凝结迅速，利用这种特性有望促进普通水泥的凝结和硬化。另外，废弃混凝土属于建筑垃圾，如若将其随意堆置或填埋，不仅占用土地、污染环境，实际上也是一种资源的浪费。因此，实现废弃混凝土的再生利用不仅可以节约资源、保护环境，而且还可以带来巨大的经济效益。

我国高岭土资源以成因类型齐全、储量丰富、质地优良闻名于世。将高岭土进行适当的煅烧处理和粉磨后可以得到偏高岭土，偏高岭土中包含有大量的活性硅、铝，是一种非常有效的强度促进剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可消耗废弃混凝土中的废弃水泥浆体的水泥基快速修补材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种水泥基快速修补材料，其特征在于它由硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相、偏高岭土、水玻璃溶液、减水剂、水和复合早强剂原料制备而成，各原料的重量比为1∶0.05-0.5∶0.05-0.5∶0.02-0.3∶0.01-0.1∶0.2-0.6∶0.0006-0.06。

所述水泥浆体脱水相按如下步骤制得：1)将废弃混凝土中的废弃水泥浆体粉磨为粒径小于0.075mm的粉料；2)将所得粉料在500-1000℃的温度下煅烧2-4小时，冷却至室温，得水泥浆体脱水相。所述冷却的速度为80-120℃/min。

所述偏高岭土的制备过程如下：首先将大块的高岭土放入球磨机中进行20-40min的粉磨，得到高岭土粉末；将高岭土粉末在550-1000℃的温度下煅烧4-6小时，随后放入球磨机中(球磨机中进行20-30min)粉磨至比表面积为8000-15000m²/kg，得偏高岭土。

所述水玻璃溶液的模数为1.5-2.5，波美度为40-49(°Bé)。

所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。聚羧酸系高效减水剂的减水率≥25％。

所述复合早强剂为亚硝酸钠、无水氯化钙和三乙醇胺，亚硝酸钠、无水氯化钙、三乙醇胺的重量比为(1-1.5)∶(1-1.5)∶(1-1.5)。

上述的水泥基快速修补材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)首先按照硫铝酸盐水泥∶水泥浆体脱水相∶偏高岭土∶水玻璃∶减水剂∶水∶复合早强剂＝1∶0.05-0.5∶0.05-0.5∶0.02-0.3∶0.01-0.1∶0.2-0.6∶0.0006-0.06的重量比选取各原料；

2)将选取好的硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相和偏高岭土在搅拌机中混合均匀，得到固体原料；

3)将选取好的水玻璃、减水剂、水和复合早强剂混合均匀，得到液体原料；

4)将固体原料和液体原料在搅拌机中搅拌均匀，得到水泥基快速修补材料。

本发明的有益效果是：与单纯的硫铝酸盐水泥相比，水泥浆体脱水相进一步促进了凝结硬化过程，因而促进了早期强度，而偏高岭土-水玻璃的加入则进一步促进了体系强度的发展。本发明中涉及的水泥基快速修补材料，水泥浆体脱水相由于比表面积大、结构疏松等特点，使其水化反应速度较快，并在整个体系中形成大量的小团状絮凝结构，这些絮凝结构为接下来水泥的水化提供了丰富的成核点，水泥水化的不断进行使最初的絮凝结构逐渐变成被水泥水化产物所包裹的水化基团。在上述水化基团的形成过程中，还未参与水化反应的偏高岭土颗粒将充分发挥其微集料效应，均匀地填充在水化基团的空隙中，使水化基团的结构更为密实。当水化基团发展到一定程度的时候，基团与基团之间将会出现价键的搭合，从而使整个反应体系形成一个有序的网络结构，有利于早期强度的发展；同时偏高岭土-水玻璃体系在后期逐步表现出补强作用。该发明的初凝时间基本可以控制在15-25min，相比于一般水泥基修补材料3-4h的初凝时间有了非常明显的缩短。本发明的水泥浆体脱水相由废弃混凝土中的废弃水泥浆体制备而成，本发明可消耗废弃混凝土。由于本发明消耗了一定的建筑废弃物，还具有环保和节能减排的优点。

本发明工作性能好(扩展度能达到250mm以上)、早期强度高(1d抗压强度达到30MPa以上)，并解决了单纯使用硫铝酸盐水泥后期强度不高的难题，可广泛应用于道路、机场、水利、国防设施、油井和矿道支护等的修补工程。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1-8：

一种水泥基快速修补材料，它由硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相、偏高岭土、水玻璃、减水剂、水、复合早强剂原料制备而成，各原料的重量比见表1。

表1各原料重量比

实施例序号	硫铝酸盐水泥	水泥浆体脱水相	偏高岭土	水玻璃	减水剂	水	复合早强剂
								1	1	0.2	0.3	0.25	0.06	0.3	0.008
2	1	0.05	0.1	0.3	0.07	0.5	0.001
								3	1	0.5	0.5	0.2	0.02	0.4	0.009
4	1	0.1	0.05	0.02	0.01	0.6	0.0006
								5	1	0.3	0.4	0.1	0.09	0.3	0.01
6	1	0.5	0.05	0.05	0.1	0.2	0.06
								7	1	0.15	0.25	0.08	0.05	0.35	0.0045
8	1	0.45	0.1	0.12	0.02	0.55	0.002

所述水泥浆体脱水相按如下步骤制得：1)首先进行一定的分离和破碎，除去大块的集料，选取其中的废弃水泥浆体；随后再经过破碎、10-60min粉磨和筛分后，取0.075筛子的筛下物，即粉料；2)将所得粉料在600℃的温度下煅烧3小时，以100℃/min速度冷却至室温，得水泥浆体脱水相。

所述偏高岭土的制备过程如下：将高岭土粉末在700℃的温度下煅烧6小时，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为10000m²/kg，得偏高岭土。

所述水玻璃溶液的模数为2.0，波美度为42(°Bé)。

所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，聚羧酸系高效减水剂的固含量为22.9％，减水率≥27.5％。

所述复合早强剂为亚硝酸钠、无水氯化钙和三乙醇胺，亚硝酸钠、无水氯化钙、三乙醇胺的重量比为1∶1∶1。

上述一种水泥基快速修补材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)首先按照表1中重量比选取硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相、偏高岭土、水玻璃溶液、减水剂、水和复合早强剂原料，备用；

2)将选取好的硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相和偏高岭土在搅拌机中混合均匀，得到固体原料；

3)将选取好的水玻璃、减水剂、水和复合早强剂混合均匀，得到液体原料；

4)将固体原料和液体原料在搅拌机中搅拌均匀，得到水泥基快速修补材料，其性能见表2(静浆试样用40mm×40mm×40mm六联试模成型后按GB1346-89进行养护，到达龄期24h后在WE-5液压式万能试验机上测定抗压强度)。

表2快速修补材料的性能

表2说明了：1-8号实例的1d抗压强度均达到了30MPa以上，达到了一般修补材料的1d抗压强度达到20MPa的要求，且上述实例的28d强度均有5-15MPa的提升，没有出现强度倒缩的现象。另外，所有实例中的扩展度均达到了250mm以上，最高的甚至达到了286mm，可见其具有良好的工作性能。最后，所有实例的初凝时间均15-25min内，远小于一本水泥基修补材料3-4小时的初凝时间，说明其凝结十分的迅速。

实施例9-13：

一种水泥基快速修补材料，它由硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相、偏高岭土、水玻璃、减水剂、水、复合早强剂原料制备而成，各原料按照实施例1中第一个重量比(序号为1)进行配料，见表1。

所述的水泥浆体脱水相由粒径小于0.075mm的废弃水泥浆体粉料经500℃煅烧4小时制得；所述的偏高岭土由高岭土经550℃煅烧6小时制得，其比表面积为15000m²/kg；所述的复合早强剂为亚硝酸钠、无水氯化钙和三乙醇胺的混合物，亚硝酸钠、无水氯化钙和三乙醇胺的重量比为1.5∶1.5∶1.5。改变水玻璃的模数和波美度，见表3。

制备方法与实施例1相同，制备出的各组产品的性能见表3。

表3水玻璃参数及产品性能

实施例14-15：

一种水泥基快速修补材料，它由硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相、偏高岭土、水玻璃、减水剂、水、复合早强剂原料制备而成，各原料按照实施例1中第一个重量比(序号为1)进行配料，见表1。

所述的水泥浆体脱水相由粒径小于0.075mm的废弃水泥浆体粉料经1000℃煅烧2小时制得；所述的偏高岭土由高岭土经1000℃煅烧4小时制得，其比表面积为13000m²/kg；所述的水玻璃的模数为2.2，波美度为41。改变复合早强剂的成分，见表4。

制备方法与实施例1相同，制备出的各组产品的性能见表4。

表4复合早强剂的配比及产品性能

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (9)

1.一种水泥基快速修补材料，其特征在于它由硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相、偏高岭土、水玻璃溶液、减水剂、水和复合早强剂原料制备而成，各原料的重量比为1∶0.05-0.5∶0.05-0.5∶0.02-0.3∶0.01-0.1∶0.2-0.6∶0.0006-0.06。

2.根据权利要求1所述的水泥基快速修补材料，其特征在于：所述水泥浆体脱水相按如下步骤制得：1)将废弃混凝土中的废弃水泥浆体粉磨为粒径小于0.075mm的粉料；2)将所得粉料在500-1000℃的温度下煅烧2-4小时，冷却至室温，得水泥浆体脱水相。

3.根据权利要求2所述的水泥基快速修补材料，其特征在于：所述冷却的速度为80-120℃/min。

4.根据权利要求1所述的水泥基快速修补材料，其特征在于：所述偏高岭土的制备过程如下：将高岭土粉末在550-1000℃的温度下煅烧4-6小时，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为8000-15000m²/kg，得偏高岭土。

5.根据权利要求1所述的水泥基快速修补材料，其特征在于：所述水玻璃溶液的模数为1.5-2.5，波美度为40-49。

6.根据权利要求1所述的水泥基快速修补材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

7.根据权利要求6所述的水泥基快速修补材料，其特征在于：聚羧酸系高效减水剂减水率≥25％。

8.根据权利要求1所述的水泥基快速修补材料，其特征在于：所述复合早强剂为亚硝酸钠、无水氯化钙和三乙醇胺，亚硝酸钠、无水氯化钙、三乙醇胺的重量比为(1-1.5)∶(1-1.5)∶(1-1.5)。

9.如权利要求1所述的水泥基快速修补材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)首先按照硫铝酸盐水泥∶水泥浆体脱水相∶偏高岭土∶水玻璃∶减水剂∶水∶复合早强剂＝1∶0.05-0.5∶0.05-0.5∶0.02-0.3∶0.01-0.1∶0.2-0.6∶0.0006-0.06的重量比选取各原料；

2)将选取好的硫铝酸盐水泥、水泥浆体脱水相和偏高岭土在搅拌机中混合均匀，得到固体原料；

3)将选取好的水玻璃、减水剂、水和复合早强剂混合均匀，得到液体原料；

4)将固体原料和液体原料在搅拌机中搅拌均匀，得到水泥基快速修补材料。