CN105236863A - 一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料及其制备方法 - Google Patents

一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料及其制备方法，以质量分数计，其制备材料包括：35％～45％水泥、27％～35％粉煤灰、3％～6％早强剂、2％～4％膨胀剂、0.32％～0.7％减水剂、0.3％～0.7％纤维以及20％～25％水，本发明的注浆材料黏度低，流动性好，能够进入细小孔隙或粉细砂层中，浆液凝固时间在一定范围内可调，并能够准确控制，同时浆液稳定性好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质。

Description

一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥混凝土路面材料制备领域，具体涉及一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土路面是我国高等级路面的重要结构形式，具有使用寿命长，养护工作量小和养护费用低，施工简便等优点。20世纪80年代以来，我国的水泥混凝土路面得到迅猛发展。据统计，截至2013年年底，我国公路通车总里程约达450万公里，各类等级水泥路面约占铺装路面总里程70％左右。但由于路面结构排水不畅、路面结构组合不当、施工工艺不符合规范、材料组成不合理等原因，我国水泥混凝土路面使用状况不佳，使用寿命大大低于设计使用年限，路面板断裂、脱空、唧泥等病害十分普遍。调查发现，混凝土路面板的断裂损坏大多与基层的不良支撑状况有关，且刚性基层与半刚性基层对水泥混凝土面层的影响有较大区别。刚性基层水泥混凝土路面的破坏主要是温度翘曲应力与荷载应力耦合作用的结果，而半刚性基层水泥混凝土路面结构的破坏主要是由脱空引起的。
水泥注浆材料强度高、造价低廉、材料来源丰富、浆液配置方便、操作简单，是使用量最大的浆材。随着时间发展，人们在实践中发现普通水泥的粒径较大，当向较小裂隙的土体注入时显得无能为力，于是开始研究化学浆液和超细水泥。化学浆材可注性较好，浆液粘度低，但一般都具有毒性且价格较高。因此化学浆液的应用范围也受到限制。于是各种低毒、无毒、高效能的改进浆材逐渐出现。至今，国内外各种注浆浆材品种达百余种以上。
快裂型乳化沥青是一种有效的注浆材料。乳化沥青破乳后，能够与基层材料形成一层防水隔离层，达到下封层的目的，可有效防止脱空处再次发生水损害，并且具有很好的流动性，易于灌入板底，灌浆压力小于0.5MPa，施工较为简便。乳化沥青的主要缺点是强度偏低，使得基层刚度不足，且乳化沥青材料受温度的影响大。因此，单纯利用乳化沥青进行压浆处理脱空难以达到目的。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料及其制备方法，本发明的注浆材料黏度低，流动性好，能够进入细小孔隙或粉细砂层中，浆液凝固时间在一定范围内可调，并能够准确控制，同时浆液稳定性好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料，以质量分数计，其制备材料包括：35％～45％水泥、27％～35％粉煤灰、3％～6％早强剂、2％～4％膨胀剂、0.32％～0.7％减水剂、0.3％～0.7％纤维以及20％～25％水。
进一步地，所述的水泥为硅酸盐水泥，表观密度为3.0～3.3g/cm3；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，表观密度为2.1～2.5g/cm3。
进一步地，所述的早强剂为甲酸钙和三异丙醇胺的组合物，其中，以质量分数计，甲酸钙占70％～80％，三异丙醇胺占20％～30％。
进一步地，所述的膨胀剂为氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的组合物，其中，以质量分数计，氧化镁复合膨胀剂占60％～80％，硫铝酸钙膨胀剂占20％～40％。
进一步地，所述的减水剂为聚羧酸类高效减水剂，其固含量为30％，减水率为25％。
进一步地，所述的纤维为聚乙烯醇纤维，其长度为12mm，直径为0.039mm，抗拉强度为1600MPa，模量为42GPa。
一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：以质量分数计，将35％～45％水泥、27％～35％粉煤灰、3％～6％早强剂、2％～4％膨胀剂、0.32％～0.7％减水剂、0.3％～0.7％纤维以及20％～25％水按配比称量；
步骤二：将称量好的水泥和粉煤灰混合并充分搅拌得到混合物A；
步骤三：将膨胀剂、早强剂均配置成质量浓度为1％～2％的水溶液，依次加入混合物A中，搅拌1～2分钟得到混合物B；
步骤四：将纤维分散至水中，搅拌至纤维分散均匀无团聚；
步骤五：将分散均匀的纤维、称量好的减水剂以及剩余的水依次加入混合物B中，搅拌至均匀即得到膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料。
进一步地，所述的水泥为硅酸盐水泥，表观密度为3.0～3.3g/cm3；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，表观密度为2.1～2.5g/cm3。
进一步地，所述的早强剂为甲酸钙和三异丙醇胺的组合物，其中，以质量分数计，甲酸钙占70％～80％，三异丙醇胺占20％～30％；所述的膨胀剂为氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的组合物，其中，以质量分数计，氧化镁复合膨胀剂占60％～80％，硫铝酸钙膨胀剂占20％～40％。
进一步地，所述的减水剂为聚羧酸类高效减水剂，其固含量为30％，减水率为25％；所述的纤维为聚乙烯醇纤维，其长度为12mm，直径为0.039mm，抗拉强度为1600MPa，模量为42GPa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的注浆材料工作性能、力学性能和耐久性能优异，能够解决当前注浆材料不具膨胀性的缺陷，为解决混凝土路面板底脱空提供了有效的解决方法，具有广阔的应用前景。本发明的注浆材料具有微膨胀性能，能够较好的补偿水泥在水化及使用过程中的收缩，3h后的自由膨胀率为1.0～1.5，24h后的自由膨胀率达到1.8～2.4；配制的注浆料可保证3h内有效塑性，便于施工，且膨胀速率平稳。该注浆料30min流动度保持在19.3～22.1范围内，流动性较大且比较稳定，说明该注浆料具有良好的和易性和工作性。同时注浆料7d抗折强度最低达到7.4MPa，远高于规范要求。另外该材料的7d强度至少达到42.2MPa，且7d和28d强度都比较稳定，没有大的波动，能够有效防止注浆材料早期及后期收缩，提高注浆材料硬化后的强度和耐久性。
本发明方法操作简单方便，不需专门技术人员操作，施工人员或者实验人员参照按照本发明方法即可进行操作。本发明提出先将早强剂和膨胀剂配置成一定比例的水溶液，然后再加入混合物A中，此方法能使早强剂和膨胀剂与混合物充分接触，使早强剂与膨胀剂分散更加均匀，有助于早强剂和膨胀剂充分发挥作用。本发明方法将纤维在水中分散均匀然后和减水剂以及水加入混合物B中，避免了纤维在搅拌中的团聚问题和分散不均匀问题，更好的抑制硬化后注浆料微裂纹的产生，将分散好的纤维、减水剂、水依次加入上述混合物中，然后进行最终的搅拌，此方法能减缓因搅拌时间过长对注浆料工作性能的影响。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料，以质量分数计，其制备材料包括：35％～45％水泥、27％～35％粉煤灰、3％～6％早强剂、2％～4％膨胀剂、0.32％～0.7％减水剂、0.3％～0.7％纤维以及20％～25％水。
所述的水泥为硅酸盐水泥，表观密度为3.0～3.3g/cm3；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，表观密度为2.1～2.5g/cm3；所述的早强剂为甲酸钙和三异丙醇胺的组合物，其中，以质量分数计，甲酸钙占70％～80％，三异丙醇胺占20％～30％；所述的膨胀剂为氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的组合物，其中，以质量分数计，氧化镁复合膨胀剂占60％～80％，硫铝酸钙膨胀剂占20％～40％；所述的减水剂为聚羧酸类高效减水剂，其固含量为30％，减水率为25％；所述的纤维为聚乙烯醇纤维，其长度为12mm，直径为0.039mm，抗拉强度为1600MPa，模量为42GPa。
一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：以质量分数计，将35％～45％水泥、27％～35％粉煤灰、3％～6％早强剂、2％～4％膨胀剂、0.32％～0.7％减水剂、0.3％～0.7％纤维以及20％～25％水按配比称量；所述的水泥为硅酸盐水泥，表观密度为3.0～3.3g/cm3；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，表观密度为2.1～2.5g/cm3；所述的早强剂为甲酸钙和三异丙醇胺的组合物，其中，以质量分数计，甲酸钙占70％～80％，三异丙醇胺占20％～30％；所述的膨胀剂为氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的组合物，其中，以质量分数计，氧化镁复合膨胀剂占60％～80％，硫铝酸钙膨胀剂占20％～40％；所述的减水剂为聚羧酸类高效减水剂，其固含量为30％，减水率为25％；所述的纤维为聚乙烯醇纤维，其长度为12mm，直径为0.039mm，抗拉强度为1600MPa，模量为42GPa；
步骤二：将称量好的水泥和粉煤灰混合并充分搅拌得到混合物A；
步骤三：将膨胀剂、早强剂均配置成质量浓度为1％～2％的水溶液，依次加入混合物A中，搅拌1～2分钟得到混合物B；
步骤四：将纤维分散至水中，搅拌至纤维分散均匀无团聚；
步骤五：将分散均匀的纤维、称量好的减水剂以及除步骤三和步骤四用后剩余的水依次加入混合物B中，搅拌至均匀即得到膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料。
本发明提供了一种工艺简单、成本低廉、性能优良的膨胀型高流动水泥混凝土路面基层注浆补强材料及其制备方法。该注浆材料黏度低，流动性好，能够进入细小孔隙或粉细砂层中，浆液凝固时间在一定范围内可调，并能够准确控制，浆液稳定性好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，不发生强烈的化学反应且浆液固化时无缩率现象，固化后与岩土体、混凝土等有一定的黏结性，耐老化性能好且价格低廉能有效实现对水泥混凝土路面板底脱空的处治。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
膨胀型高流动水泥混凝土路面基层注浆补强材料原材料组成为：以质量分数计，水泥、粉煤灰、早强剂、膨胀剂、减水剂、纤维及水分别为36％、30％、6％、2％、0.5％、0.5％、25％，其中早强剂中甲酸钙和三异丙醇胺的用量重量比为80:20；膨胀剂中氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的用量重量比为60:40。
制备方法如下：
步骤一：以质量分数计，将36％水泥、30％粉煤灰、6％早强剂、2％膨胀剂、0.5％减水剂、0.5％纤维以及25％水按配比称量；其中早强剂中甲酸钙和三异丙醇胺的用量重量比为80:20；膨胀剂中氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的用量重量比为60:40；
步骤二：将称量好的水泥和粉煤灰混合并充分搅拌得到混合物A；
步骤三：将膨胀剂、早强剂均配置成质量浓度为1％～2％的水溶液，依次加入混合物A中，搅拌1～2分钟得到混合物B；
步骤四：将纤维分散至水中，搅拌至纤维分散均匀无团聚；
步骤五：将分散均匀的纤维、称量好的减水剂以及剩余的水加入混合物B中，搅拌至均匀即得到膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料。
实施例2
膨胀型高流动水泥混凝土路面基层注浆补强材料原材料组成为：以质量分数计，水泥、粉煤灰、早强剂、膨胀剂、减水剂、纤维及水分别为45％、27％、3％、2.6％、0.32％、0.3％、21.78％，其中早强剂中甲酸钙和三异丙醇胺的用量重量比为70:30；膨胀剂中氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的用量重量比为80:20。
制备方法如下：
步骤一：以质量分数计，将45％水泥、27％粉煤灰、3％早强剂、2.6％膨胀剂、0.32％减水剂、0.3％纤维以及21.78％水按配比称量；其中早强剂中甲酸钙和三异丙醇胺的用量重量比为70:30；膨胀剂中氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的用量重量比为80:20；
步骤二：将称量好的水泥和粉煤灰混合并充分搅拌得到混合物A；
步骤三：将膨胀剂、早强剂均配置成质量浓度为1％～2％的水溶液，依次加入混合物A中，搅拌1～2分钟得到混合物B；
步骤四：将纤维分散至水中，搅拌至纤维分散均匀无团聚；
步骤五：将分散均匀的纤维、称量好的减水剂以及剩余的水加入混合物B中，搅拌至均匀即得到膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料。
实施例3
膨胀型高流动水泥混凝土路面基层注浆补强材料原材料组成为：以质量分数计，水泥、粉煤灰、早强剂、膨胀剂、减水剂、纤维及水分别为35％、35％、4％、3％、0.7％、0.3％、22％，其中早强剂中甲酸钙和三异丙醇胺的用量重量比为75:25；膨胀剂中氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的用量重量比为70:30。
制备方法如下：
步骤一：以质量分数计，将35％水泥、35％粉煤灰、4％早强剂、3％膨胀剂、0.7％减水剂、0.3％纤维以及22％水按配比称量；其中早强剂中甲酸钙和三异丙醇胺的用量重量比为75:25；膨胀剂中氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的用量重量比为70:30；
步骤二：将称量好的水泥和粉煤灰混合并充分搅拌得到混合物A；
步骤三：将膨胀剂、早强剂均配置成质量浓度为1％～2％的水溶液，依次加入混合物A中，搅拌1～2分钟得到混合物B；
步骤四：将纤维分散至水中，搅拌至纤维分散均匀无团聚；
步骤五：将分散均匀的纤维、称量好的减水剂以及剩余的水加入混合物B中，搅拌至均匀即得到膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料。
实施例4
膨胀型高流动水泥混凝土路面基层注浆补强材料原材料组成为：以质量分数计，水泥、粉煤灰、早强剂、膨胀剂、减水剂、纤维及水分别为41％、29％、4.8％、4％、0.5％、0.7％、20％，其中早强剂中甲酸钙和三异丙醇胺的用量重量比为75:25；膨胀剂中氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的用量重量比为75:25。
制备方法如下：
步骤一：以质量分数计，将41％水泥、29％粉煤灰、4.8％早强剂、4％膨胀剂、0.5％减水剂、0.7％纤维以及20％水按配比称量；其中早强剂中甲酸钙和三异丙醇胺的用量重量比为75:25；膨胀剂中氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的用量重量比为75:25；
步骤二：将称量好的水泥和粉煤灰混合并充分搅拌得到混合物A；
步骤三：将膨胀剂、早强剂均配置成质量浓度为1％～2％的水溶液，依次加入混合物A中，搅拌1～2分钟得到混合物B；
步骤四：将纤维分散至水中，搅拌至纤维分散均匀无团聚；
步骤五：将分散均匀的纤维、称量好的减水剂以及剩余的水加入混合物B中，搅拌至均匀即得到膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料。
性能分析
下面对实施例1～4的制得的样品进行性能测试，测试试验包括抗压试验、抗折实验、流动度和自由膨胀率。具体参照《聚合物改性水泥砂浆试验规程》(GB50728-2011)，表1是本发明实施例样品的抗折强度、抗压强度度、流动度和自由膨胀率的相关测试数据。
表1注浆材料性能测试结果
从表1中数据可以看出，该注浆材料具有微膨胀性能，能够较好的补偿水泥在水化及使用过程中的收缩，3h后的自由膨胀率为1.0～1.5，24h后的自由膨胀率达到1.8～2.4；配制的注浆料可保证3h内有效塑性，便于施工，且膨胀速率平稳。该注浆料30min流动度保持在19.3～22.1范围内，流动性较大且比较稳定，说明该注浆料具有良好的和易性和工作性。从上表还可以看出，注浆料7天抗折强度最低达到7.4MPa，远高于规范要求。同时，上述结果还表明该材料的7d强度至少达到42.2MPa，且7d和28d强度都比较稳定，没有大的波动，能够有效防止注浆材料早期及后期收缩，提高注浆料硬化后的强度和耐久性。
综上实验表明，本发明制备的注浆材料工作性、力学性能和耐久性能优异，能够解决当前注浆材料不具膨胀性的缺陷，为解决混凝土路面板底脱空提供了有效的解决方法，具有广阔的应用前景。尽管结合实例对本发明实施方案做了说明，但本发明的内容不仅仅局限于所述实施例的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料，其特征在于，以质量分数计，其制备材料包括：35％～45％水泥、27％～35％粉煤灰、3％～6％早强剂、2％～4％膨胀剂、0.32％～0.7％减水剂、0.3％～0.7％纤维以及20％～25％水。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料，其特征在于，所述的水泥为硅酸盐水泥，表观密度为3.0～3.3g/cm3；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，表观密度为2.1～2.5g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料，其特征在于，所述的早强剂为甲酸钙和三异丙醇胺的组合物，其中，以质量分数计，甲酸钙占70％～80％，三异丙醇胺占20％～30％。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料，其特征在于，所述的膨胀剂为氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的组合物，其中，以质量分数计，氧化镁复合膨胀剂占60％～80％，硫铝酸钙膨胀剂占20％～40％。
5.根据权利要求1所述的一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸类高效减水剂，其固含量为30％，减水率为25％。
6.根据权利要求1所述的一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料，其特征在于，所述的纤维为聚乙烯醇纤维，其长度为12mm，直径为0.039mm，抗拉强度为1600MPa，模量为42GPa。
7.一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：以质量分数计，将35％～45％水泥、27％～35％粉煤灰、3％～6％早强剂、2％～4％膨胀剂、0.32％～0.7％减水剂、0.3％～0.7％纤维以及20％～25％水按配比称量；
步骤二：将称量好的水泥和粉煤灰混合并充分搅拌得到混合物A；
步骤三：将膨胀剂、早强剂均配置成质量浓度为1％～2％的水溶液，依次加入混合物A中，搅拌1～2分钟得到混合物B；
步骤四：将纤维分散至水中，搅拌至纤维分散均匀无团聚；
步骤五：将分散均匀的纤维、称量好的减水剂以及剩余的水依次加入混合物B中，搅拌至均匀即得到膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料。
8.根据权利要求7所述的一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料的制备方法，其特征在于，所述的水泥为硅酸盐水泥，表观密度为3.0～3.3g/cm3；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，表观密度为2.1～2.5g/cm3。
9.根据权利要求7所述的一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料的制备方法，其特征在于，所述的早强剂为甲酸钙和三异丙醇胺的组合物，其中，以质量分数计，甲酸钙占70％～80％，三异丙醇胺占20％～30％；所述的膨胀剂为氧化镁复合膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂的组合物，其中，以质量分数计，氧化镁复合膨胀剂占60％～80％，硫铝酸钙膨胀剂占20％～40％。
10.根据权利要求7所述的一种膨胀型高流动水泥基路面注浆补强材料的制备方法，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸类高效减水剂，其固含量为30％，减水率为25％；所述的纤维为聚乙烯醇纤维，其长度为12mm，直径为0.039mm，抗拉强度为1600MPa，模量为42GPa。
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