CN105712669A - 一种地聚合物-纤维道路路面修补材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地聚合物?纤维道路路面修补材料及其制备方法，修补材料以重量百分比计各组分的组成如下：粉煤灰38?52份，矿粉12?27份，碱激发剂溶液25?34份，纤维0.27?0.55份，水1.6?6份。碱激发剂由水玻璃和分析纯按模数1.2?1.8配制而成。制备方法包括步骤：按配比秤取粉煤灰、矿粉并初步混合均匀，得到粉煤灰和矿粉的复合粉体；按配比秤取水玻璃、分析纯，将分析纯快速加入水中搅拌冷却，配成所需模数的碱激发剂溶液；按配比分别秤取水和纤维，将水与碱激发剂溶液混合均匀后加入纤维初步拌匀，再加入复合粉体搅拌均匀，得到修补材料。本发明地聚合物?纤维道路路面修补材料流动性、抗压强度、抗折强度、拉伸强度高，并且快硬早强，高韧性，适用于道路抢修及加固。

Description

一种地聚合物-纤维道路路面修补材料及其制备方法
技术领域
本发明属于无机复合材料技术领域，特别涉及一种道路修补加固用的地聚合物-纤维道路路面修补材料及其制备方法。
背景技术
在现代交通和自然因素作用下，水泥混凝土路面使用过程中，路面存在着不可避免的劣化问题，如产生断板、沉陷、错台、碎裂、拱起、露骨、麻面、磨光、接缝材料损坏，空洞坑槽等问题，而现有的修补材料有一些不如人意的问题。
目前，混凝土构件的修补材料主要有三大类：水泥类砂浆、树脂砂浆、高分子聚合物砂浆。水泥类砂浆与老混凝土界面粘结强度低、易收缩，修补效果不佳，并且这一类修补材料在道路修补时主要问题是修补后开放交通时间偏长、耐久性差；树脂砂浆目前市面上主要为各类环氧基建筑结构胶价格昂贵，与混凝土线膨胀系数相差数倍，且修复工序繁琐，人工成本太高、工艺复杂、耐久性差；高分子聚合物砂浆用于工程修补，传统的方式是采用现场拌和聚合物乳液与水泥砂子，然而现场的水泥和砂子质量及其与聚合物乳液的匹配性、配料比例的波动、施工操作性的变化所导致的实际修补效果远远达不到实验室中的研究结果和工程修补要求，常导致修补的失败。
因而需要一种快硬早强、力学性能良好、成本低，现场施工影响小，具有较高抗压、抗折能力和韧性较高的新型加固材料。
而地聚合物胶凝材料主要是利用工业废渣矿物成分等材料，通过碱激发剂形成胶凝结构的无机高性能高分子胶结材料，对于混凝土结构中的裂缝和缝隙具有填充和加固的作用。其具有抗压、抗折强度高，浆液凝固时间短，浆液流动性好，固化收缩小，且属于环保型材料。
粉煤灰基地聚合物虽然具有快硬早强等优点，但是一个显著的缺陷是脆性较大。虽然抗压强度较高，但是抗折强度和拉伸强度较低，韧性不好。掺入纤维是改善材料韧性的一种方法，但是以往的研究中，加入纤维后，虽然韧性有所改善，但是往往流动度显著降低，工作性能不好，且纤维容易结团。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有混凝土构件修补存在的上述不足，提供一种强度高、流动性好、性能稳定的地聚合物-纤维道路路面修补材料及其制备方法，抗压，抗折以及拉伸强度显著提高；快硬早强，韧性高，节能环保。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种地聚合物-纤维道路路面修补材料，以重量百分比计各组分的组成如下：粉煤灰38-52份，矿粉12-27份，碱激发剂溶液25-34份，纤维0.27-0.55份，水1.6-6份(水为纯水或工业用水)。
按上述方案，所述的碱激发剂由水玻璃和分析纯按模数1.2-1.8配制而成。
按上述方案，所述的粉煤灰为国家I级低钙粉煤灰，细度为45μm方孔筛，筛余量不大于12％，粉煤灰的烧失量小于5％，主要成分为Al2O3和SiO2。
按上述方案，所述的矿粉为S95粒化高炉矿渣粉，主要成分为Al2O3、SiO2和CaO。
按上述方案，所述的水玻璃为建筑用水玻璃，波美度35-45，水玻璃的模数为3.0-3.5。
按上述方案，所述的分析纯为NaOH。
按上述方案，所述的纤维为PVA纤维，长度为8-12mm，纤维直径为12μm～18μm，杨氏弹性模量大于35GPa，抗拉强度大于1200MPa。
本发明还提供了一种上述地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按配比秤取粉煤灰、矿粉并初步混合均匀，得到粉煤灰和矿粉的复合粉体，放置于一边备用；
2)按配比秤取水玻璃、分析纯，将分析纯快速加入水中搅拌冷却，配成所需模数的碱激发剂溶液；
3)按配比分别秤取水和纤维，将水与步骤2)得到的碱激发剂溶液混合均匀后，倒入搅拌容器，加入纤维初步拌匀，再加入步骤1)得到的粉煤灰和矿粉的复合粉体，通过搅拌机搅拌均匀，得到地聚合物-纤维道路路面修补材料；
4)养护：在常温条件下对步骤3)得到的地聚合物-纤维道路路面修补材料喷雾养护或塑料薄膜覆盖进行养护。
按上述方案，步骤2)中配置溶液较多时，将分析纯少量多次加入，防止分析纯溶解时热量集中释放，导致温度过高，溶液冷却过程中不断搅拌直至溶液温度降至常温。
按上述方案，步骤4)中地聚合物-纤维道路路面修补材料对道路修补时，在修补工作完成后3-5小时开放道路通车，之后5-8天洒水养护。
本发明的有益效果：
1、本发明地聚合物-纤维道路路面修补材料利用纤维来提升材料的强度，通过加入试件体积的0.5％-1.0％的PVA纤维使材料的抗压，抗折以及拉伸强度显著提高，浆液凝固时间短，浆液流动性好；
2、本发明的地聚合物-纤维道路路面修补材料，纤维选择和掺量适当，快硬早强，不仅提高了粉煤灰基地聚合物的韧性，而且纤维不结团，工作性能良好，且属于节能环保型材料，适用于道路抢修及加固，可以广泛应用于道路修补工程中便于施工。
附图说明
图1为本发明实施例中地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实验对本发明作进一步阐述，来说明纤维-地聚合物材料的性能。流动度测试方法按照GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》第13条进行，凝结时间测试方法按照GB T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性》中第8条进行，抗压强度测试方法按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行，拉伸强度按照DL/T5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》第6.3条进行。
实施例1：一种地聚合物-纤维道路路面修补材料，由粉煤灰17.43kg，矿粉11.62kg，碱激发剂溶液(碱激发剂的水玻璃和分析纯的模数为1.8)15.00kg，水0.75kg，纤维0.125kg混合制备而成。纤维直径12μm。
如图1所示，上述地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备步骤：
1)按配比秤取粉煤灰、矿粉并初步混合均匀，得到粉煤灰和矿粉的复合粉体，放置于一边备用；
2)按配比秤取水玻璃、分析纯(NaOH)，将分析纯快速加入水中搅拌冷却，若配置溶液较多时，宜将分析纯少量多次加入，防止分析纯溶解时热量集中释放，导致温度过高，溶液冷却过程中应不断搅拌至常温，配成所需模数的碱激发剂溶液；
3)按配比分别秤取水和纤维，将水与碱激发剂溶液混合均匀后，倒入搅拌容器，加入纤维初步搅匀，再加入复合粉体，通过搅拌机搅拌均匀，得到地聚合物-纤维道路路面修补材料。
测试性能结果如下：
流动度：215mm 初凝时间：50min 终凝时间：65min
试验项目 3天强度(Mpa) 7天强度(Mpa) 28天强度(Mpa)
抗压强度 49.69 66.09 80.24
抗折强度 10.25 13.45 13.62
拉伸强度 2.31 2.79 4.87
实施例2：一种地聚合物-纤维道路路面修补材料，由粉煤灰18.06kg，矿粉12.04kg，碱激发剂溶液(碱激发剂的水玻璃和分析纯的模数为1.2)11.34kg，水3.359kg，纤维0.125kg混合制备而成。
上述地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备步骤与实施例1一致。
测试性能结果如下：
流动度：235mm 初凝时间：137min 终凝时间：182min
试验项目 3天强度(Mpa) 7天强度(Mpa) 28天强度(Mpa)
抗压强度 39.37 50.62 56.38
抗折强度 4.30 4.57 5.35
拉伸强度 1.65 1.90 4.78
实施例3：一种地聚合物-纤维道路路面修补材料，由粉煤灰18.06kg，矿粉12.04kg，碱激发剂溶液(碱激发剂的水玻璃和分析纯的模数为1.2)11.34kg，水3.359kg，纤维0.25kg混合制备而成。
上述地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备步骤与实施例1一致。
测试性能结果如下：
流动度：235mm 初凝时间：137min 终凝时间：182min
试验项目 3天强度(Mpa) 7天强度(Mpa) 28天强度(Mpa)
抗压强度 39.85 60.50 64.76
抗折强度 7.14 8.20 8.97
拉伸强度 2.77 2.81 4.92
实施例4：一种地聚合物-纤维道路路面修补材料，由粉煤灰23.24kg，矿粉5.81kg，碱激发剂溶液(模数1.2)13.77kg，水2.678kg，纤维0.25kg混合制备而成。
上述地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备步骤与实施例1一致。
测试性能结果如下：
流动度：189mm 初凝时间：195min 终凝时间：255min
试验项目 3天强度(Mpa) 7天强度(Mpa) 28天强度(Mpa)
抗压强度 39.63 49.75 56.80
抗折强度 6.64 8.96 9.44
拉伸强度 2.61 2.88 4.59
根据上述实施例，可以得出材料中各个成分对抗压强度、抗折强度、拉伸强度的影响比重，对应调整粉煤灰、矿粉、碱激发剂溶液、水和纤维的重量百分比，即可满足不同道路修补工程中对抗压强度、抗折强度、拉伸强度的要求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种地聚合物-纤维道路路面修补材料，其特征在于，以重量百分比计各组分的组成如下：粉煤灰38-52份，矿粉12-27份，碱激发剂溶液25-34份，纤维0.27-0.55份，水1.6-6份。
2.根据权利要求1所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料，其特征在于，所述的碱激发剂由水玻璃和分析纯按模数1.2-1.8配制而成。
3.根据权利要求1所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料，其特征在于，所述的粉煤灰为国家I级低钙粉煤灰，细度为45μm方孔筛，筛余量不大于12％，粉煤灰的烧失量小于5％，主要成分为Al2O3和SiO2。
4.根据权利要求3所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料，其特征在于，所述的矿粉为S95粒化高炉矿渣粉，主要成分为Al2O3、SiO2和CaO。
5.根据权利要求2所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料，其特征在于，所述的水玻璃为建筑用水玻璃，波美度35-45，水玻璃的模数为3.0-3.5。
6.根据权利要求2所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料，其特征在于，所述的分析纯为NaOH。
7.根据权利要求1所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料，其特征在于，所述的纤维为PVA纤维，长度为8-12mm，纤维直径为12μm～18μm，杨氏弹性模量大于35GPa，抗拉强度大于1200MPa。
8.一种根据权利要求1～7任意之一所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按配比秤取粉煤灰、矿粉并初步混合均匀，得到粉煤灰和矿粉的复合粉体，放置于一边备用；
2)按配比秤取水玻璃、分析纯，将分析纯快速加入水中搅拌冷却，配成所需模数的碱激发剂溶液；
3)按配比分别秤取水和纤维，将水与步骤2)得到的碱激发剂溶液混合均匀后，倒入搅拌容器，加入纤维初步拌匀，再加入步骤1)得到的粉煤灰和矿粉的复合粉体，通过搅拌机搅拌均匀，得到地聚合物-纤维道路路面修补材料；
4)养护：在常温条件下对步骤3)得到的地聚合物-纤维道路路面修补材料喷雾养护或塑料薄膜覆盖进行养护。
9.根据权利要求8所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中配置溶液较多时，将分析纯少量多次加入，防止分析纯溶解时热量集中释放，导致温度过高，溶液冷却过程中不断搅拌直至溶液温度降至常温。
10.根据权利要求8所述的地聚合物-纤维道路路面修补材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中地聚合物-纤维道路路面修补材料对道路修补时，在修补工作完成后3-5小时开放道路通车，之后5-8天洒水养护。
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