CN105294049B - 特种水泥基的修补材料及水泥混凝土路面快修方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特种水泥基的修补材料，并据此建立了相应的水泥混凝土路面快修方法。该修补材料由特定重量份的以下组分制成：磷酸镁水泥、硫铝酸盐水泥、早强剂、减水剂、可再分散乳胶粉、粉煤灰、金刚砂、细砂份、碎石、碳纤维、水溶性聚氨酯。本发明的特种水泥基的修补材料的力学性能、耐磨耗性能、防水抗渗性和耐久性能等均满足应用要求，所需施工设备简单，施工工艺简便，施工受气候条件影响较小，在常温和雨雪天气下都可以施工，养护时间短，可以快速开放交通，对交通影响小，具有良好的社会效益和经济效益，工程应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于水泥混凝土路面养护修补技术领域，尤其涉及一种特种水泥基的修补材料及水泥混凝土路面快修方法。
背景技术
水泥混凝土路面是一种重要的路面结构形式，在我国的公路网中得到广泛使用。但是，由于受到渠化交通、车辆超载、气候因素等影响，水泥混凝土路面往往在达到预期使用寿命之前，就出现了裂缝、断板、脱空等路面病害，路面的结构承载能力和路表使用功能受到不利影响。在修复水泥混凝土路面病害时，常用修补材料包括无机类和有机类，其中有机类材料主要包括环氧树脂类和沥青类材料，然而有机类材料普遍存在与原路面粘结较差、强度不高、性能单一等问题。除此以外，相较于无机类材料，有机类材料价格更高，且更易造成环境污染。目前，无机类修补材料一股以不同成分的水泥作为基材进行制备，此类材料存在强度发展慢、封闭交通时间长、粘结性能不佳、耐久性差，以及需要二次修补等缺点。因此，无机类修补材料作为水泥混凝土路面修补材料时，主要需改善三个方面的性能：第一，需提高早期强度，以实现快速开放交通；第二，需改善修补材料收缩变形，提高修补界面的粘结强度，以及修补材料的防水抗渗能力；第三，需提高修补材料的耐磨性和耐久性，达到延长使用寿命的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种凝结时间短、早期强度高的特种水泥基的修补材料及水泥混凝土路面快修方法，以降低修补成本、减少施工污染、提高修补路面性能，并实现快速开放交通。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：特种水泥基的修补材料，包括以下重量份的组分：磷酸镁水泥30～80份、硫铝酸盐水泥10～30份、早强剂0.1～0.5份、减水剂0.2～0.5份、可再分散乳胶粉0.2～2份、粉煤灰2～10份、金刚砂10～25份、细砂10～25份、碎石5～50份、碳纤维0.5～2份、水溶性聚氨酯1～5份。
磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂按物质的量比1∶0.15～0.25∶0.03～0.06配制而成；硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥。
早强剂由硫酸铝和氟化钙按照重量比1∶1进行配制；减水剂为聚羧酸高效减水剂；可再分散乳胶粉为丙烯酸可再分散乳胶粉；水溶性聚氨酯为单组分水溶性聚氨酯。
粉煤灰为高钙磨细I级粉煤灰；金刚砂为10目～20目金刚砂和100目～200目金刚砂按含量为85％和15％组成；碎石粒径为5-20mm。
上的特种水泥基的修补材料还包括水10～35份。
使用上述特种水泥基的修补材料的水泥混凝土路面快修方法，将特种水泥基的修补材料用搅拌机拌合均匀后，浇筑到清理好的病害部位，再经捣实、抹面、整形后完成修补；施工完成后在修补位置上覆盖塑料薄膜，养护2～4小时即可。
上述水泥混凝土路面快修方法，包括以下步骤：
(1)配制修补材料；(2)清理病害部位；(3)拌合；(4)浇筑；(5)养生。
步骤(1)按以下操作进行：
①按配比称量氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂拌合均匀制成磷酸镁水泥；
②按照配比称量磷酸镁水泥、硫铝酸盐水泥、早强剂、减水剂、粉煤灰和碳纤维，用搅拌机搅拌5～10分钟；
③将步骤②所得混合物与可再分散乳胶粉、金刚砂放入搅拌机内搅拌5～10分钟，然后将制得的材料封装打包。
步骤(2)按以下操作进行：首先确定破损部位的深度和边界，将破损处用切割机开槽成型，采用压缩空气或热空气吹、手动工具清扫方法清理干净待修补部位。
步骤(3)按以下操作进行：将封装打包的材料取出，按照配比添加细砂和碎石，最后加入水和水溶性聚氨酯，再拌合均匀。
针对现有水泥混凝土路面修补存在的问题，发明人研制了一种特种水泥基的修补材料，并据此建立了相应的水泥混凝土路面快修方法。该修补材料由特定重量份的以下组分制成：磷酸镁水泥、硫铝酸盐水泥、早强剂、减水剂、可再分散乳胶粉、粉煤灰、金刚砂、细砂份、碎石、碳纤维、水溶性聚氨酯。本发明的特种水泥基的修补材料的力学性能、耐磨耗性能、防水抗渗性和耐久性能等均满足应用要求，所需施工设备简单，施工工艺简便，施工受气候条件影响较小，在常温和雨雪天气下都可以施工，养护时间短，可以快速开放交通，对交通影响小，具有良好的社会效益和经济效益，工程应用前景广阔。
与传统无机类水泥混凝土路面修补材料相比，本发明具有以下优点：
(1)该修补材料短时间可获得较高强度。由于胶凝成分由磷酸镁水泥和快硬硫铝酸盐水泥复配而得，使得修补材料凝结时间比较短，早期强度高，并且后期强度不倒缩，修补完成后，覆盖塑料薄膜无需洒水养护，2～4小时即可开放交通。
(2)该修补材料具有优良的路用性能。修补材料中掺加粉煤灰、碳纤维、金刚砂、水溶性聚氨酯等组分，显著改善了其工作性、韧性、耐磨性和防水抗渗等方面性能，修补连接部位粘结强度高，与原路面粘结性能良好，不易脱开，可有效防止二次损害的发生，适用于各类工程的快速修补。
(3)该修补材料耐久性好、环境友好。本发明利用材料自身性质或通过掺加外加剂等方式，改善其刚度及孔隙结构，提高修补材料耐久性能；无多余能耗、无污染，符合低碳要求，并且环境友好。
(4)该修补材料适应性好。修补时所需的施工设备简单，施工工艺简便；封装打包的材料可储存7～15天，可根据需要提前备料，需要时拆袋即可使用；受气候条件影响较小，在常温和雨雪天气下都可以施工。
具体实施方式
一、本发明特种水泥基的修补材料的成分组成及功用
特种水泥基的修补材料的成分组成：磷酸镁水泥30～80份、硫铝酸盐水泥10～30份、早强剂0.1～0.5份、减水剂0.2～0.5份、可再分散乳胶粉0.2～2份、粉煤灰2～10份、金刚砂10～25份、细砂10～25份、碎石5～50份、碳纤维0.5～2份、水溶性聚氨酯1～5份，使用时添加水10～35份。其中，
磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂按物质的量比1∶0.15～0.25∶0.03～0.06配制而成；硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥，其不仅具有较高的早期强度，12小时抗折强度可达6.5MPa，而且还具有不断增长的后期强度。
早强剂由硫酸铝和氟化钙按照重量比1∶1进行配制；减水剂为聚羧酸高效减水剂；可再分散乳胶粉为丙烯酸可再分散乳胶粉，其主要用于提高修补材料早期抗折强度，改善修补材料的韧性、保水性，以及起到提高修补材料与原水泥混凝土路面的粘结力的作用；水溶性聚氨酯为单组分水溶性聚氨酯，掺加后可以提高修补材料的防水抗渗能力。
粉煤灰为高钙磨细I级粉煤灰，该粉煤灰具有比表面积大、吸附活性好的特点；此外，粉煤灰还起到物理分散作用，一方面可以阻止磷酸镁水泥和硫铝酸盐水泥的粘聚，另一方面可以使碳纤维分布得更均匀；金刚砂为10目～20目金刚砂和100目～200目金刚砂按含量为85％和15％组成，可改善修补位置耐磨耗性能；碎石粒径为5-20mm。
碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量的纤维材料，可以增加材料的韧性，提高抗弯拉强度，增强耐磨和抗老化性能。
二、使用上述特种水泥基的修补材料的水泥混凝土路面快修方法
(1)配制修补材料
①按配比称量氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂拌合均匀制成磷酸镁水泥；
②按照配比称量磷酸镁水泥、硫铝酸盐水泥、早强剂、减水剂、粉煤灰和碳纤维，用搅拌机搅拌5～10分钟；
③将步骤②所得混合物与可再分散乳胶粉、金刚砂放入搅拌机内搅拌5～10分钟，然后将制得的材料封装打包。
(2)清理病害部位
首先确定破损部位的深度和边界，将破损处用切割机开槽成型，采用压缩空气或热空气吹、手动工具清扫等方法清理干净待修补部位。
(3)拌合
将封装打包的材料取出，根据病害的实际情况，按照配比添加细砂和碎石，最后加入水和水溶性聚氨酯，再人工拌合2～4分钟或者搅拌机拌合1～2分钟至拌合均匀。
(4)浇筑
将拌合后的修补材料浇筑到清理好的病害部位，再经捣实、抹面、整形后完成修补；
(5)养生
施工完成后在修补位置上覆盖塑料薄膜，养护2～4小时即可开放交通。
三、实施例
1.特种水泥基的修补材料的成分组成(重量份配比)：磷酸镁水泥40份、硫铝酸盐水泥10份、早强剂0.1份、减水剂0.2份、可再分散乳胶粉0.2份、粉煤灰5份、金刚砂16份、细砂10份、碎石10份、碳纤维0.5份、水溶性聚氨酯2份，使用时添加水16份。其中，磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂按物质的量比1∶0.2∶0.05配制而成。
经试验使用检测，例1修补材料的技术指标为：4小时抗压强度为28MPa，4小时抗折强度为4MPa，24小时抗压强度为36MPa，24小时抗折强度为5.6MPa，初凝时间为9.5分钟。
2.特种水泥基的修补材料的成分组成(重量份配比)：磷酸镁水泥40份、硫铝酸盐水泥20份、早强剂0.1份、减水剂0.2份、可再分散乳胶粉0.2份、粉煤灰5份、金刚砂15份、细砂10份、碎石10份、碳纤维0.5份、水溶性聚氨酯2份，使用时添加水18份。其中，磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂按物质的量比1∶0.2∶0.06配制而成。
经试验使用检测，例2修补材料的技术指标为：4小时抗压强度为30MPa，4小时抗折强度为4.3MPa，24小时抗压强度为38MPa，24小时抗折强度为6MPa，初凝时间为12分钟。
3.特种水泥基的修补材料的成分组成(重量份配比)：磷酸镁水泥60份、硫铝酸盐水泥10份、早强剂0.2份、减水剂0.3份、可再分散乳胶粉0.3份、粉煤灰8份、金刚砂20份、细砂10份、碎石10份、碳纤维1份、水溶性聚氨酯3份，使用时添加水22份。其中，磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂按物质的量比1∶0.25∶0.05配制而成。
经试验使用检测，例3修补材料的技术指标为：4小时抗压强度为27MPa，4小时抗折强度为3.9MPa，24小时抗压强度为32MPa，24小时抗折强度为5.3MPa，初凝时间为9分钟。
4.特种水泥基的修补材料的成分组成(重量份配比)：磷酸镁水泥60份、硫铝酸盐水泥20份、早强剂0.2份、减水剂0.3份、可再分散乳胶粉0.3份、粉煤灰8份、金刚砂20份、细砂15份、碎石15份、碳纤维1份、水溶性聚氨酯3份，使用时添加水24份。其中，磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂按物质的量比1∶0.25∶0.06配制而成。
经试验使用检测，例4修补材料的技术指标为：4小时抗压强度为32MPa，4小时抗折强度为4.5MPa，24小时抗压强度为40MPa，24小时抗折强度为6.2MPa，初凝时间为14分钟。
Claims (8)
1.一种特种水泥基的修补材料，其特征在于包括以下重量份的组分：磷酸镁水泥30～80份、硫铝酸盐水泥10～30份、早强剂0.1～0.5份、减水剂0.2～0.5份、可再分散乳胶粉0.2～2份、粉煤灰2～10份、金刚砂10～25份、细砂10～25份、碎石5～50份、碳纤维0.5～2份、水溶性聚氨酯1～5份。
2.根据权利要求1所述的特种水泥基的修补材料，其特征在于：所述磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂按物质的量比1∶0.15～0.25∶0.03～0.06配制而成；所述硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的特种水泥基的修补材料，其特征在于：所述早强剂由硫酸铝和氟化钙按照重量比1∶1进行配制；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述可再分散乳胶粉为丙烯酸可再分散乳胶粉；所述水溶性聚氨酯为单组分水溶性聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的特种水泥基的修补材料，其特征在于：所述粉煤灰为高钙磨细I级粉煤灰；所述金刚砂为10目～20目金刚砂和100目～200目金刚砂按含量为85％和15％组成；所述碎石粒径为5-20mm。
5.根据权利要求1所述的特种水泥基的修补材料，其特征在于还包括水10～35份。
6.使用权利要求2所述特种水泥基的修补材料的水泥混凝土路面快修方法，其特征在于：将所述特种水泥基的修补材料用搅拌机拌合均匀后，浇筑到清理好的病害部位，再经捣实、抹面、整形后完成修补；施工完成后在修补位置上覆盖塑料薄膜，养护2～4小时即可。
7.根据权利要求6所述的水泥混凝土路面快修方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配制修补材料；(2)清理病害部位；(3)拌合；(4)浇筑；(5)养生；
步骤(1)按以下操作进行：
①按配比称量氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂拌合均匀制成磷酸镁水泥；
②按照配比称量磷酸镁水泥、硫铝酸盐水泥、早强剂、减水剂、粉煤灰和碳纤维，用搅拌机搅拌5～10分钟；
③将步骤②所得混合物与可再分散乳胶粉、金刚砂放入搅拌机内搅拌5～10分钟，然后将制得的材料封装打包；
步骤(3)按以下操作进行：将封装打包的材料取出，按照配比添加细砂和碎石，最后加入水和水溶性聚氨酯，再拌合均匀。
8.根据权利要求7所述的水泥混凝土路面快修方法，其特征在于步骤(2)按以下操作进行：首先确定破损部位的深度和边界，将破损处用切割机开槽成型，采用压缩空气或热空气吹、手动工具清扫方法清理干净待修补部位。
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