CN104402392A - 偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法 - Google Patents

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水中和
余风
王桂明
包明
韩金龙
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Abstract

本发明公开了一种偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法。包括以下步骤：将菱镁矿在1200-1500℃的温度下煅烧2-4小时，自然冷却至室温，球磨得重烧氧化镁；将高岭土粉末在550-800℃的温度下煅烧2-4小时，冷却至室温，球磨得偏高岭土；重烧氧化镁、偏高岭土、粉煤灰、炭黑、砂在搅拌机中混合均匀，得到固体原料；磷酸二氢铵、硼酸、水混合均匀，得到液体原料；固体原料和液体原料在搅拌机中搅拌均匀，得到高岭土基氧化镁型快速修补材料。本发明的初凝时间基本控制在15-25分钟，相比于一般水泥基修补材料3-4小时的初凝时间有了非常明显的缩短。本发明可消耗一定废弃粉煤灰，还具有环保和节能减排的优点。

Description

偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法。
背景技术
水泥混凝土路面具有良好的施工性能和优良的耐久性，且路面结构坚固、抗滑性能和耐磨性能好、使用寿命长。因此，水泥混凝土路面在我国路网中占据着非常重要的位置。但由于交通运输量的不断增加，路面设计及施工管理等方面的不足，随着路面服务年限的增长，许多水泥混凝土路面由于不堪承受日益繁重的运力而受到了不同程度的损坏。常用的水泥基材局部修复技术不仅工艺较复杂,开放交通时间长,而且修补界面粘结性差,修补效果很不理想，因此,为了给高等级交通枢纽地段减少经济损失,研制快速高早强修补材料应用于水泥混凝土路面的维修中是目前亟待解决的问题。
现阶段快速修补材料按其组成特点大致可分为快硬水泥类、快硬混凝土类、快硬外加剂类。在这些快速修补材料中，大多使用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。针对这种情况，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上缓解混凝土结构物后期强度增长缓慢的问题，但同时也带来了凝结硬化过程相对缓慢、早期强度不高等问题。
根据复合材料设计理论，将具有优异潜在水化活性的偏高岭土与磷酸盐水泥有机组合，并辅以部分优质粉煤灰，制备出一种成本较低的偏高岭土基氧化镁型快速修补材料，其具有快凝快硬、高早期强度、高粘接强度、高耐磨性及干缩小等优良性能，非常适用于高速公路、机场跑道、市政主干道的快速修补，在军事工程的快速抢修、抢建方面也有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本偏高岭土基氧化镁型快速修补材料，其具有快凝快硬、高早期强度、高粘接强度、高耐磨性及干缩小等优良性能，其适用于高速公路、机场跑道、市政主干道的快速修补，在军事工程的快速抢修、抢建也有广阔应用前景。
为实现上述目的，采用技术方案如下：
一种偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将菱镁矿在1200-1500℃的温度下煅烧2-4小时，自然冷却至室温，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为200-500m2/kg，得重烧氧化镁；
将高岭土粉末在550-800℃的温度下煅烧2-4小时，冷却至室温，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为8000-15000m2/kg，得偏高岭土；
2)重烧氧化镁、偏高岭土、粉煤灰、炭黑、砂在搅拌机中混合均匀，得到固体原料；磷酸二氢铵、硼酸、水混合均匀，得到液体原料；
3)固体原料和液体原料在搅拌机中搅拌均匀，得到高岭土基氧化镁型快速修补材料；
其中，各原料按重量份数计如下：
重烧氧化镁100份，偏高岭土5-50份，粉煤灰5-20份，磷酸二氢铵20-50份，硼酸1-10份，炭黑0.5-2份，砂5-30份，水15-35份。
按上述方案，所述粉煤灰为I级灰。
按上述方案，所述磷酸二氢铵为含量大于92％的工业纯。
按上述方案，所述硼酸为含量大于95％的工业纯。
按上述方案，所述炭黑为粒度小于200目的工业纯。
按上述方案，所述砂为粒径小于2.36mm的连续级配河砂。
与单纯的磷酸盐水泥相比，掺入适量粉煤灰可以调整磷酸盐水泥基材料的颜色及延长磷酸盐水泥的凝结时间，还可显著改善磷酸盐水泥基材料的流动性,在保持流动性不变的情况下降低水胶比,提高磷酸盐水泥基材料的强度。炭黑主要作为超细填料以优化快速修补材料的孔隙结构及调整硬化体颜色。偏高岭土的加入则进一步促进了体系强度的发展，由于偏高岭土具有很好的微粉填充效应,能填补水泥石中大的孔隙，磷酸盐水泥中掺入偏高岭土大大改善了水泥石的孔隙分布，进一步改善了其体积稳定性。
本发明的有益效果是：
本发明的初凝时间基本控制在15-25分钟，相比于一般水泥基修补材料3-4小时的初凝时间有了非常明显的缩短。本发明可消耗一定废弃粉煤灰，还具有环保和节能减排的优点。
本发明的工作性能好(扩展度能达到250mm以上)、早期强度高(3小时抗压强度可在25-60MPa范围内调整)，并解决了磷酸盐水泥后期强度不高以及体积收缩的难题，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
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明偏高岭土基氧化镁型快速修补材料制备过程如下：
1)将菱镁矿在1200-1500℃的温度下煅烧2-4小时，自然冷却至室温，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为200-500m2/kg，得重烧氧化镁；
将高岭土粉末在550-800℃的温度下煅烧2-4小时，冷却至室温，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为8000-15000m2/kg，得偏高岭土；
2)重烧氧化镁、偏高岭土、粉煤灰、炭黑、砂在搅拌机中混合均匀，得到固体原料；磷酸二氢铵、硼酸、水混合均匀，得到液体原料；
3)固体原料和液体原料在搅拌机中搅拌均匀，得到高岭土基氧化镁型快速修补材料；
其中，各原料按重量份数计如下：
重烧氧化镁100份，偏高岭土5-50份，粉煤灰5-20份，磷酸二氢铵20-50份，硼酸1-10份，炭黑0.5-2份，砂5-30份，水15-35份。
实施例1-8，各原料的重量比见表1。
表1
先期测试其扩展度及凝结时间，后试样用40mm×40mm×160mm三联试模按JGJ55-2000成型，室温下静停1小时后拆模,室温养护到达龄期3小时(3h)及1天(1d)后在DKZ-5000水泥电动抗折机和WE-5液压式万能试验机试验测试其强度。
快速修补材料与旧混凝土之间的界面粘结强度采用抗折强度间接方法测定，先制备40mm×40mm×160mm水泥砂浆试块(JGJ55-2000，标准胶砂强度测试)，在水中养护28d，将水泥砂浆试块从中间横向锯断，将其中一半置于40mm×40mm×160mm模具底部且断面朝上，再经浇筑修补砂浆成型(锯断面与修补砂浆结合)。
修补材料耐磨性试验按GB/T16925-1997《混凝土及其制品耐磨性试验方法》试验方法进行。根据磨头的转速R和材料的磨损深度D就可以计算出材料的耐磨度IA＝(R×10-3)0.5/D。
其性能见表2、3、4。
表2快速修补材料的性能
表2说明了：1-8号实例的3h抗压强度均达到了40MPa以上，大大超过一般修补材料的1d抗压强度达到20MPa的要求，且上述实例的1d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287mm，可见其具有良好的工作性能。同时1-8号实例其抗压强度和扩展深度均明显大于未掺入偏高岭土的对照组，最后，所有实例的初凝时间均15-25min内，远小于一般水泥基修补材料3-4小时的初凝时间，说明其凝结硬化十分的迅速，但能满足一般的施工时间需求。
表3快速修补材料的强度
表3说明了：1-8号实例的3h、1d抗折强度均达到了8MPa以上，达到了硅酸盐水泥28d的强度水平。且所有实例均具有良好的粘结强度，其大小基本上与修补材料的本征抗折强度一致。且抗折强度相对于未掺入偏高岭土的对照组略高2MPa，粘结强度也略高。
表4快速修补材料的耐磨性及体积稳定性
表4说明了：经5000转的磨损，实例的耐磨度均远大于普通混凝土3.9左右的耐磨度。且实例的干缩率非常小，与普通水泥砂浆的(30～50)×10-4和环氧树脂砂浆的(7～10)×10-4相比要小的多，体积稳定性很高。

Claims (6)

1.一种偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将菱镁矿在1200-1500℃的温度下煅烧2-4小时，自然冷却至室温，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为200-500m2/kg，得重烧氧化镁；
将高岭土粉末在550-800℃的温度下煅烧2-4小时，冷却至室温，随后放入球磨机中粉磨至比表面积为8000-15000m2/kg，得偏高岭土；
2)重烧氧化镁、偏高岭土、粉煤灰、炭黑、砂在搅拌机中混合均匀，得到固体原料；磷酸二氢铵、硼酸、水混合均匀，得到液体原料；
3)固体原料和液体原料在搅拌机中搅拌均匀，得到高岭土基氧化镁型快速修补材料；
其中，各原料按重量份数计如下：
重烧氧化镁100份，偏高岭土5-50份，粉煤灰5-20份，磷酸二氢铵20-50份，硼酸1-10份，炭黑0.5-2份，砂5-30份，水15-35份。
2.如权利要求1所述偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法，其特征在于所述粉煤灰为I级灰。
3.如权利要求1所述偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法，其特征在于所述磷酸二氢铵为含量大于92％的工业纯。
4.如权利要求1所述偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法，其特征在于所述硼酸为含量大于95％的工业纯。
5.如权利要求1所述偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法，其特征在于所述炭黑为粒度小于200目的工业纯。
6.如权利要求1所述偏高岭土基氧化镁型快速修补材料的制备方法，其特征在于所述砂为粒径小于2.36mm的连续级配河砂。
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