CN105859201A - 用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥及其制备方法，由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、减水剂、膨胀剂及早强剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂及超细水泥的质量比为5‑25：0.45‑0.6:7‑9:0.6‑0.8:0‑0.2:0‑0.5:100。本发明具有粘度高、可灌性好、力学性能优良、耐久性好、凝结时间短的特点，并且制备方法简单。
Description
技术领域
本发明属于道路养护工程技术领域，具体涉及一种用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥及其制备方法。
背景技术
开裂是水泥混凝土路面长期存在的病害。路面混凝土成型初期因受环境温湿度变化与内部水化放热、失水共同影响而出现早期收缩微裂缝(干缩、温缩及自收缩)，而这些微裂缝又会在使用期荷载-水热三场耦合作用下逐渐成核、扩展，直至形成宏观裂缝。宏观裂缝一旦出现，雨水及侵蚀性介质将渗入面层内部甚至基层顶面，导致路面遭受化学侵蚀，基、面层脱空，进一步形成断板、错台等病害，严重影响行车安全及路面耐久性，亟需采取有效方式来解决路面开裂问题。
目前，水泥混凝土路面裂缝修补材料主要包括水泥浆材、化学浆材及沥青材料。其中，水泥浆材由于受到粒径与流动性的限制，一般用于较宽大于裂缝的灌浆处理；化学浆材以环氧树脂、聚氨酷、甲基丙烯酸甲酷、酚醛树脂和水玻璃居多，但常含有一些有毒害作用的化合物，不利于环保，且价格昂贵，如在水泥混凝土路面中应用势必造成过高成本；沥青材料用于水泥路面裂缝修补时，常存在与水泥路面相容性差、耐久性差、与路面颜色反差大，影响路容等弊端。
近年来，国外针对裂缝修补进行大量研究。美国的QUIKRETE系列产品，可用于各种建筑的混凝土裂缝修补，但对于水泥混凝土路面裂缝大批量的修补，造价太高；日本住友大阪水泥公司开发出“放心修补棒”修补混凝土裂缝，施工工艺非常简单，但其耐久性及防水性差，导致使用效果不理想。现阶段我国路面修补材料多为可灌缝的环氧树脂及各种改性环氧树脂。由于但此类材料延伸率低，脆性大，与路面相容性较差。当与旧混凝土胶接时，胶结面承受外应力很快会造成缺陷区扩展，裂缝蔓延，从而导致胶层开裂，使胶接处不耐疲劳。
综上所述，国内外虽然在水泥混凝土路面裂缝修补方面进行大量研究并取得一定成果，但均存在裂缝修补效果差的弊端。基于以上考虑，开发出粘度高、可灌性好、力学性能优良、耐久性好、施工工艺简单、凝结时间短的新型混凝土路面裂缝修补材料非常必要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥及其制备方法，该改性水泥粘度高、可灌性好、力学性能优良、耐久性好、凝结时间短，并且制备方法简单。
为达到上述目的，本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、减水剂、膨胀剂及早强剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂及超细水泥的质量比为5-25：0.45-0.6:7-9:0.6-0.8:0-0.2:0-0.5:100。
聚合物、水、消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂及超细水泥的质量比为15-25：0.45-0.55:8:0.8:0.1:0.5:100。
聚合物、水、消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂及超细水泥的质量比为20：0.5:8:0.8:0.1:0:100。
超细水泥由硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及铁铝酸盐水泥按任意比例组成，其中，超细水泥中50％的颗粒的粒径为4～6μm，其中超细水泥中最大的颗粒小于20μm，超细水泥的比表面积为850m2/Kg。
聚合物为UCAR合成胶乳R161，聚合物的含固量为55％-57％，聚合物的布鲁克菲尔德粘度为200-2000cps。
消泡剂为NOPCO 8034消泡剂，消泡剂的粘度为300-900Pa.s，消泡剂的含水量为0-5％。
减水剂为CR-P400高性能减水剂、JRC-2D高效减水剂、BKS-101高效减水剂或SC-11高效减水剂。
膨胀剂为硫铝酸盐膨胀剂或铝酸钙膨胀剂。
早强剂为氯化钙膨胀剂、氯化铝膨胀剂、氯化钠膨胀剂、铝酸钙膨胀剂或硫酸钠膨胀剂。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、减水剂、膨胀剂及早强剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在150-160℃的条件下干燥2-3h；
2)将消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂加入到水中，常温下搅拌1-2min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌5-10min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌10-20min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、减水剂、膨胀剂及早强剂制备而成，聚合物能够降低超细水泥浆体早期的粘度，使本发明所述的改性水泥具有良好的流动性，从而本发明所述的改性水泥能够灌入裂缝约31cm的深度处，比常规的水泥深10cm，且填充效果饱满，可灌性较好。同时通过消泡剂及减水剂有效的提高该改性水泥的凝结时间，提高改性水泥的耐久性及力学性能，同时在水泥凝胶结构逐渐形成的过程中，聚合物颗粒封存在毛细管孔隙内，并凝聚成一层连续封闭的口袋状。封闭的袋状聚合物颗粒在水化水泥表面凝聚成一连续的薄膜，并粘附在水化水泥表面，聚合物的固化成膜，使毛细孔和微裂缝堵塞，把孔壁联系起来，在桥接作用下，增强修补灌浆材料与基体水泥混凝土的粘附力，提高灌浆材料的弯拉粘接强度，经试验，本发明的收缩率为传统水泥的14％～70％，能够有效的降低降低裂缝修补材料与旧混凝土的收缩差异，从而保证粘接界面具有良好的界面粘结性。同时聚合物的乳液均匀分散在超细水泥浆体中。聚合物的乳液可以浸润和渗透水泥水化产物，不仅使得材料明显细化，降低材料的总孔隙，改善孔形状，而且使得材料内部水化物的取向性降低，结构更加致密。水泥石孔结构及形貌得到改善，部分狭长孔变为圆形孔，应力产生的裂缝被聚合物薄膜架桥连接起来，使材料的柔韧性较未改性的材料大为提高，强度提高较为明显。另外，聚合物的加入降低了水泥石中游离Ca(OH)2含量，减小水泥石中易受腐蚀的组分，提高水泥混凝土路面裂缝修补的耐性。本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法在制备时，只需将各原材料混合即可，制备方法较为简单。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细描述，以下是对本发明的解释而不是限定。
实施例一
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、CR-P400高性能减水剂、硫铝酸盐膨胀剂及早强剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、CR-P400高性能减水剂、硫铝酸盐膨胀剂、氯化钙膨胀剂及超细水泥的质量比为15：0.6:8:0.8:0.1:0.2:100。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、CR-P400高性能减水剂、硫铝酸盐膨胀剂及氯化钙膨胀剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在150℃的条件下干燥3h；
2)将消泡剂、CR-P400高性能减水剂、硫铝酸盐膨胀剂、氯化钙膨胀剂加入到水中，常温下搅拌1.5min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌5min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌15min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
实施例二
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、JRC-2D高效减水剂及铝酸钙膨胀剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、JRC-2D高效减水剂、铝酸钙膨胀剂及超细水泥的质量比为20：0.5:8:0.8:0.1:100。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、JRC-2D高效减水剂及铝酸钙膨胀剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在160℃的条件下干燥2h；
2)将消泡剂、JRC-2D高效减水剂及铝酸钙膨胀剂加入到水中，常温下搅拌2min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌5min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌20min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
实施例三
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、BKS-101高效减水剂、铝酸钙膨胀剂及氯化铝膨胀剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、BKS-101高效减水剂、铝酸钙膨胀剂、氯化铝膨胀剂及超细水泥的质量比为20：0.5:8:0.8:0.1:0.5:100。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、BKS-101高效减水剂、铝酸钙膨胀剂及氯化铝膨胀剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在155℃的条件下干燥2.5h；
2)将消泡剂、BKS-101高效减水剂、铝酸钙膨胀剂、氯化铝膨胀剂加入到水中，常温下搅拌2min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌10min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌20min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
实施例四
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、SC-11高效减水剂、硫铝酸盐膨胀剂及氯化钠膨胀剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、SC-11高效减水剂、硫铝酸盐膨胀剂、氯化钠膨胀剂及超细水泥的质量比为25：0.45:8:0.8:0.1:0.3:100。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、SC-11高效减水剂、硫铝酸盐膨胀剂及氯化钠膨胀剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在160℃的条件下干燥2h；
2)将消泡剂、SC-11高效减水剂、硫铝酸盐膨胀剂、氯化钠膨胀剂加入到水中，常温下搅拌1.5min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌5min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌15min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)的相关技术要求，对本发明实施例一至实施例四中用于水泥混凝土路面裂缝修补的聚合物乳液改性水泥材料性能通过以下试验进行验证。
1)力学性能，表1为聚合物乳液改性超细水泥的力学性能。
表1
从表1中可以看出，聚合物乳液改性超细水泥的28d的抗折强度和弯拉粘结强度明显高于普通超细水泥，表明本发明的修补材料力学性能优越。
2)耐久性，表2为聚合物乳液改性超细水泥的抗渗性试验；表3为聚合物乳液改性超细水泥耐腐蚀性试验；表4为聚合物乳液改性超细水泥耐磨损性试验；
表2
表3
表4
从表2、表3、表4可以看出，本发明的耐久性明显优于普通超细水泥。
实施例五
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、SC-11高效减水剂、铝酸钙膨胀剂及铝酸钙膨胀剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、SC-11高效减水剂、铝酸钙膨胀剂、铝酸钙膨胀剂及超细水泥的质量比为15：0.45:7:0.6:0.2:0.5:100。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、SC-11高效减水剂、铝酸钙膨胀剂及铝酸钙膨胀剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在158℃的条件下干燥2.8h；
2)将消泡剂、SC-11高效减水剂、铝酸钙膨胀剂、铝酸钙膨胀剂加入到水中，常温下搅拌1.2min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌6min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌16min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
实施例六
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、JRC-2D高效减水剂、硫铝酸盐膨胀剂及硫酸钠膨胀剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、JRC-2D高效减水剂、硫铝酸盐膨胀剂、硫酸钠膨胀剂及超细水泥的质量比为25：0.6:9:0.8:0.1:0.3:100。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、JRC-2D高效减水剂、硫铝酸盐膨胀剂及硫酸钠膨胀剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在155℃的条件下干燥2.5h；
2)将消泡剂、JRC-2D高效减水剂、硫铝酸盐膨胀剂、硫酸钠膨胀剂加入到水中，常温下搅拌1.5min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌8min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌15min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
实施例七
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、BKS-101高效减水剂、膨胀剂及早强剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、BKS-101高效减水剂及超细水泥的质量比为5：0.5:7.5:0.7:100。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂及BKS-101高效减水剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在160℃的条件下干燥2h；
2)将消泡剂及BKS-101高效减水剂加入到水中，常温下搅拌2min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌5min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌20min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
实施例八
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、SC-11高效减水剂、铝酸钙膨胀剂及氯化铝膨胀剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、SC-11高效减水剂、铝酸钙膨胀剂、氯化铝膨胀剂及超细水泥的质量比为15：0.55:7.5:0.65:0.15:0.35:100。
本发明所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、SC-11高效减水剂、铝酸钙膨胀剂及氯化铝膨胀剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在150℃的条件下干燥3h；
2)将消泡剂、SC-11高效减水剂、铝酸钙膨胀剂、氯化铝膨胀剂加入到水中，常温下搅拌1min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌10min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌10min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
其中，实施例一至实施例八中，超细水泥由硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及铁铝酸盐水泥按任意比例组成，其中，超细水泥中50％的颗粒的粒径为4～6μm，其中超细水泥中最大的颗粒小于20μm，超细水泥的比表面积为850m2/Kg；聚合物为UCAR合成胶乳R161，聚合物的含固量为55％-57％，聚合物的布鲁克菲尔德粘度为200-2000cps；消泡剂为NOPCO 8034消泡剂，消泡剂的粘度为300-900Pa.s，消泡剂的含水量为0-5％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，由超细水泥、水、聚合物、消泡剂、减水剂、膨胀剂及早强剂制备而成，其中，聚合物、水、消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂及超细水泥的质量比为5-25：0.45-0.6:7-9:0.6-0.8:0-0.2:0-0.5:100。
2.根据权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，聚合物、水、消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂及超细水泥的质量比为15-25：0.45-0.55:8:0.8:0.1:0.5:100。
3.根据权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，聚合物、水、消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂及超细水泥的质量比为20：0.5:8:0.8:0.1:0:100。
4.根据权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，超细水泥由硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及铁铝酸盐水泥按任意比例组成，其中，超细水泥中50％的颗粒的粒径为4～6μm，其中超细水泥中最大的颗粒小于20μm，超细水泥的比表面积为850m2/Kg。
5.根据权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，聚合物为UCAR合成胶乳R161，聚合物的含固量为55％-57％，聚合物的布鲁克菲尔德粘度为200-2000cps。
6.根据权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，消泡剂为NOPCO 8034消泡剂，消泡剂的粘度为300-900Pa.s，消泡剂的含水量为0-5％。
7.根据权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，减水剂为CR-P400高性能减水剂、JRC-2D高效减水剂、BKS-101高效减水剂或SC-11高效减水剂。
8.根据权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，膨胀剂为硫铝酸盐膨胀剂或铝酸钙膨胀剂。
9.根据权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥，其特征在于，早强剂为氯化钙膨胀剂、氯化铝膨胀剂、氯化钠膨胀剂、铝酸钙膨胀剂或硫酸钠膨胀剂。
10.一种权利要求1所述的用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取超细水泥、水、聚合物、消泡剂、减水剂、膨胀剂及早强剂，再将超细水泥放置到干燥箱中，并在150-160℃的条件下干燥2-3h；
2)将消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂加入到水中，常温下搅拌1-2min，得混合液体；
3)将步骤1)中干燥后的超细水泥与步骤2)得到的混合液体混合放入到搅拌器中，并在常温下搅拌5-10min，得超细水泥浆体；
4)向搅拌器中加入聚合物的乳液，再搅拌10-20min，得用于水泥混凝土路面裂缝修补的改性水泥材料。
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