CN106565157A - 一种有机改性加固补强路面材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有机改性加固补强路面材料及其制备方法，包括以下原料制成：砂、矿粉混合料、复合碱性激发剂、有机混合物、纤维混合物、复合分散剂和水。本发明制备的有机注浆材料，在矿粉混合料中加入纤维混合物，使用纤维均为天然纤维，环保无害，棕榈纤维与麻纤维均有质地坚韧、富有弹性、与耐腐蚀性能，在碱性条件下分解成单丝状纤维，经过搅拌使纤维相互交叠成网状三维结构均匀分散，利用有机混合物优异的粘接性能，形成弹性结点，在有机注浆材料内部形成由多个植物纤维“弹簧”组成的片状弹性材料。对减少路面裂缝有很大帮助，可提高路面的抗裂性能。

Description

一种有机改性加固补强路面材料及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程材料领域，涉及一种注浆材料，具体涉及一种有机改性加固补强路面注浆材料及其制备方法。
背景技术
随着我国道路交通行业的迅猛发展，道路路面结构的质量要求也进一步提高，但道路设计、施工等存在的先天缺陷及交通流量和轴重的激增使得市政道路和公路在使用一段时间后常出现沉陷、裂缝、唧浆等多种结构性损害，此时，路面结构加固补强的实现显得尤为重要。常见的路面结构补强技术如翻挖补强、加罩补强等应用于交通繁忙的高等级公路时需长时间的封道施工，易导致交通混乱，而具有施工快、非开挖、交通影响小等优点的注浆加固技术将逐步占领高等级公路路面结构加固补强技术领域。
世界上最早应用的注浆材料为水泥注浆材料，但水泥注浆材料稳定性差、易析水回浓、固相体积收缩等缺点限制了其在加固、补强、止水中的应用，为了解决上述水泥注浆材料存在的缺陷学者们随之研发了化学注浆材料。化学浆液具有良好的膨胀性、堵水效果，同时凝结时间可控，但其通常具有毒性、易对人和环境造成损害且价格昂贵。因此，开发一种环保无毒、性能优良、制备简单且价格低廉的注浆材料具有重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种有机改性加固补强路面材料及其制备方法，解决路面承载能力低、稳定性差与易产生结构性损害的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种有机改性加固补强路面材料，包括以下原料制成：砂、矿粉混合料、复合碱性激发剂、有机混合物、纤维混合物、复合分散剂和水；
所述的矿粉混合料由红柱石、叶腊石、钙沸石、伊利石和电气石中的两种以上按照等质量比混合而成；
所述的复合碱性激发剂由碱渣、电石渣与黑液按照等质量比混合而成；
所述的有机混合物的制备过程为：将二甲基硅氧烷与环氧树脂按照摩尔比为1：1混合，加入催化量的二异丙基氨基锂作为催化剂，静置30min，得到有机混合物；
所述的纤维混合物由棕榈纤维与麻纤维按照等质量比混合而成；
所述的复合分散剂为焦磷酸钠与焦磷酸钾的混合溶液，焦磷酸钠与焦磷酸钾按照等质量比混合。
本发明还具有如下区别技术特征：
具体的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料20～28份，复合碱性激发剂6～12，有机混合物2～7份，纤维混合物4～9份，复合分散剂1～3份，水33～39份。
优选的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料22～26份，复合碱性激发剂9～12份，有机混合物3～6份，纤维混合物5～8份，复合分散剂1～2份，水35～37份。
最优选的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料24份，复合碱性激发剂10份，有机混合物5份，纤维混合物7份，复合分散剂2份，水36份。
所述的矿粉混合料的细度为通过45μm筛的数量超过90％。
所述的纤维混合物由研磨后细度在40目以下的棕榈纤维与长度在4mm以下的麻纤维按照等质量比混合而成。
所述的复合分散剂的总质量浓度为5％。
如上所述的有机改性加固补强路面材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，将矿粉混合料和纤维混合物混合均匀，得到混合料A；
步骤二，将复合碱性激发剂加入到混合料A中混合均匀，得到混合物B；
步骤三，将复合分散剂加入到混合物B中，得到混合物C；
步骤四，将有机混合物倒入混合物C中均匀搅拌3min混合，得到混合物D，将水加入到混合物D中并搅拌，低速搅拌45s后，在第二个45s开始的同时均匀地将砂加入，然后转至高速再搅拌30s，停拌90s，用胶皮刮具将叶片和锅壁上的浆体刮入锅中间，再在高速下继续搅拌60s。得到有机改性加固补强路面材料。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明制备的有机注浆材料，在矿粉混合料中加入纤维混合物，使用纤维均为天然纤维，环保无害，棕榈纤维与麻纤维均有质地坚韧、富有弹性、与耐腐蚀性能，在碱性条件下分解成单丝状纤维，经过搅拌使纤维相互交叠成网状三维结构均匀分散，利用有机混合物优异的粘接性能，形成弹性结点，在有机注浆材料内部形成由多个植物纤维“弹簧”组成的片状弹性材料。对减少路面裂缝有很大帮助，可提高路面的抗裂性能。
(Ⅱ)本发明制备的有机注浆材料，在混合料中加入复合碱性激发剂，在复合碱性激发剂作用下，既可形成一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，又可以与矿粉混合料中的Ca2+形成一种凝胶结构与微膨胀的物质，在搅拌过程中增强砂浆的粘结性能、膨胀物质填充与砂粒孔隙之中，提高密实度，同时因铝氧四面体显电负性，可以吸收体系中的正离子来平衡电荷，可以吸附碱渣、电石渣中的金属离子，可变废为宝，黑液中木质素有减水的作用，可以减少用水量。
(Ⅲ)本发明制备的有机注浆材料，在加入碱性激发剂后加入一种有机混合物，以二异丙基氨基锂为催化剂，在碱性条件下，环氧树脂提供大量的羟基，二甲基硅氧烷在碱性条件下开环反应，发生交联反应形成三维网状结构高聚物，之后与复合碱性激发剂形成的AlO4和SiO4四面体结构进行聚合反应，二者凝结形成一个大型的网状结构，实现了有机与无机的良好结合，改善了单一环氧树脂注浆材料流动性差的问题，同时获得一种更为致密、紧凑的结构。
(Ⅳ)本发明制备的有机注浆材料，在加入碱性激发剂后加入一种分散剂，可加快分子在浆体中的运动，且极易溶于水，水溶液呈碱性，能和碱土金属和重金属离子发生螯合作用；与Sn2+、Ag2+形成稳定的络合物，可固化金属离子，净化土壤，与水混合后呈粘性浆状体，提高砂浆的粘结能力。
(Ⅴ)本发明所用原材料来源广泛且储量丰富，生产过程无毒无污染，是一种绿色的道路注浆材料，适于推广。
(Ⅵ)本发明制备工艺简单，所用机械普遍，且常温即可制备，成本低，且具有极高的化学稳定性、极强的抗化学腐蚀性、良好的阻燃性能及耐高温性能，具有良好的经济效益，适于推广。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种有机改性加固补强路面材料，包括以下原料制成：砂、矿粉混合料、复合碱性激发剂、有机混合物、纤维混合物、复合分散剂和水；
具体的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料20份，复合碱性激发剂6份，有机混合物2份，纤维混合物4份，复合分散剂1份，水33份。其中：
砂为中砂，最大粒径不大于2.5mm，黏土杂质含量<5％。
矿粉混合料由红柱石、叶腊石、钙沸石、伊利石和电气石中的两种以上按照等质量比混合而成即任意两种的等质量比组合，任意三种的等质量比组合，任意四种的等质量比组合和五种的等质量比组合。本实施例中选择红柱石和叶腊石按照等质量混合，也可以选择红柱石、叶腊石和钙沸石按照等质量混合，也可以选择红柱石、叶腊石、钙沸石和伊利石按照等质量混合，也可以选择红柱石、叶腊石、钙沸石、伊利石和电气石按照等质量混合。矿粉混合料的细度为通过45μm筛的数量超过90％。
复合碱性激发剂由碱渣、电石渣与黑液按照等质量比混合后静置10min而成。
碱渣是指工业生产中制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣。包含铵碱法制碱过程中排放的废渣和其它工业生产过程排放的碱性废渣。碱渣成份主要包括碳酸钙、硫酸钙、氯化钙等钙盐为主要组分的废渣，还含有少量的二氧化硫等成份。
电石渣是指电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣。
黑液是指硫酸盐法或烧碱法制纸浆过程中，洗涤蒸煮后的纸浆的洗涤液。呈黑色，其中含有蒸煮液中的无机物和从植物纤维原料中溶出的木素、半纤维素和纤维素的降解产物及有机酸等。无机物包括游离的氢氧化钠、硫酸钠、硫化钠、碳酸钠以及与有机物化合的钠、二氧化硅等。
有机混合物的制备过程为：将二甲基硅氧烷与环氧树脂按照摩尔比为1：1混合，加入催化量的二异丙基氨基锂作为催化剂，静置30min，得到有机混合物；催化量为二甲基硅氧烷摩尔数的1％～2％，优选2％。
纤维混合物由研磨后细度在40目以下的棕榈纤维与长度在4mm以下的麻纤维按照等质量比混合而成。
复合分散剂为焦磷酸钠与焦磷酸钾的混合溶液，焦磷酸钠与焦磷酸钾按照等质量比混合，复合分散剂的总质量浓度为5％。
水为pH>6.5的纯水或工业用水。
本实施例的有机改性加固补强路面材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，将矿粉混合料和纤维混合物混合均匀，得到混合料A；
步骤二，将复合碱性激发剂加入到混合料A中混合均匀，得到混合物B；
步骤三，将复合分散剂加入到混合物B中，得到混合物C；
步骤四，将有机混合物倒入混合物C中均匀搅拌3min混合，得到混合物D，将水加入到混合物D中并搅拌，低速搅拌45s后，在第二个45s开始的同时均匀地将砂加入，然后转至高速再搅拌30s，停拌90s，用胶皮刮具将叶片和锅壁上的浆体刮入锅中间，再在高速下继续搅拌60s。得到有机改性加固补强路面材料。
实施例2：
本实施例给出一种有机改性加固补强路面材料，包括原料与实施例1相同，具体的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料28份，复合碱性激发剂12份，有机混合物7份，纤维混合物9份，复合分散剂3份，水39份。其中：
原料的规格要求与实施例1相同。本实施例的有机改性加固补强路面材料的制备方法与实施例1基本相同。
实施例3：
本实施例给出一种有机改性加固补强路面材料，包括原料与实施例1相同，具体的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料22份，复合碱性激发剂9份，有机混合物3份，纤维混合物5份，复合分散剂1份，水35份。其中：
原料的规格要求与实施例1相同。本实施例的有机改性加固补强路面材料的制备方法与实施例1基本相同。
实施例4：
本实施例给出一种有机改性加固补强路面材料，包括原料与实施例1相同，具体的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料26份，复合碱性激发剂12份，有机混合物6份，纤维混合物8份，复合分散剂2份，水37份。其中：
原料的规格要求与实施例1相同。本实施例的有机改性加固补强路面材料的制备方法与实施例1基本相同。
实施例5：
本实施例给出一种有机改性加固补强路面材料，包括原料与实施例1相同，具体的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料24份，复合碱性激发剂10份，有机混合物5份，纤维混合物7份，复合分散剂2份，水36份。其中：
原料的规格要求与实施例1相同。本实施例的有机改性加固补强路面材料的制备方法与实施例1基本相同。
实施例6：
本实施例给出一种有机改性加固补强路面材料，包括原料与实施例1相同，具体的，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料25份，复合碱性激发剂11份，有机混合物4份，纤维混合物7份，复合分散剂1份，水36份。其中：
原料的规格要求与实施例1相同。本实施例的有机改性加固补强路面材料的制备方法与实施例1基本相同。
对比例1：
本对比例给出一种路面材料，其他原料与实施例5相同，区别仅仅在于，本对比例采用单一的质量浓度为10％氢氧化钠溶液作为激发剂，替换实施例5中的复合碱性激发剂。具体的，以重量份数计，原料的配比与实施例5相同。
原料的规格要求与实施例1相同。本对比例的路面材料的制备方法与实施例1基本相同。
对比例2：
本对比例给出一种路面材料，其他原料与实施例5相同，区别仅仅在于，本对比例采用单一的环氧树脂作为有机物，替换实施例5中的有机混合物。具体的，以重量份数计，原料的配比与实施例5相同。
原料的规格要求与实施例1相同。本对比例的路面材料的制备方法与实施例1基本相同。
性能测试：
为了验证本发明有机注浆材料的路用性能，依据《公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规范》(SZ-G-B04-2007)的相关规定对本发明实施例1至6及对比例1至2有机注浆材料进行基本性能试验，同时结合《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T 70-2009)进行相关试验。
试验1：流动度试验：将实施例1至6及对比例1至2所制浆体倾入流动度试验漏斗，记录浆体全部流完时间，详见表1。
表1注浆材料流动度试验结果
试验2：凝结时间测定：将实施例1至6及对比例1至2所制浆体注入圆模内，利用测试针的自由沉入，记录沉入时间，详见表2。
表2注浆材料凝结时间测定结果
试验3：耐水性试验：将实施例1至6及对比例1至2所制浆体制成(4×4×16)cm3的试件，一部分放入标准养护室养护28天测其强度，另一部分在28天的养护周期后放在水中浸泡30天，测其强度，计算耐水性。试验结果见表3。
表3注浆材料耐水性试验结果
试验4：抗压强度试验：将实施例1至6及对比例1至2所制浆体制成(70.7×70.7×70.7)mm3的试件，测试其抗压强度，试验结果见表4。
表4注浆材料抗压强度试验结果
由表1、表2、表3和表4的测试结果，结合实施例1至6与对比例1至2可知，本发明所制备的有机注浆材料均满足《公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规范》(SZ-G-B04-2007)的相关要求，从各表可得本发明所制备的有机注浆材料的各项指标均远远优于普通注浆材料与无机注浆材料。可有效提高地基承载力，减少路面病害。

Claims (8)

1.一种有机改性加固补强路面材料，其特征在于，包括以下原料制成：砂、矿粉混合料、复合碱性激发剂、有机混合物、纤维混合物、复合分散剂和水；
所述的矿粉混合料由红柱石、叶腊石、钙沸石、伊利石和电气石中的两种以上按照等质量比混合而成；
所述的复合碱性激发剂由碱渣、电石渣与黑液按照等质量比混合而成；
所述的有机混合物的制备过程为：将二甲基硅氧烷与环氧树脂按照摩尔比为1：1混合，加入催化量的二异丙基氨基锂作为催化剂，静置30min，得到有机混合物；
所述的纤维混合物由棕榈纤维与麻纤维按照等质量比混合而成；
所述的复合分散剂为焦磷酸钠与焦磷酸钾的混合溶液，焦磷酸钠与焦磷酸钾按照等质量比混合。
2.如权利要求1所述的有机改性加固补强路面材料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料20～28份，复合碱性激发剂6～12，有机混合物2～7份，纤维混合物4～9份，复合分散剂1～3份，水33～39份。
3.如权利要求2所述的有机改性加固补强路面材料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料22～26份，复合碱性激发剂9～12份，有机混合物3～6份，纤维混合物5～8份，复合分散剂1～2份，水35～37份。
4.如权利要求3所述的有机改性加固补强路面材料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：砂100份，矿粉混合料24份，复合碱性激发剂10份，有机混合物5份，纤维混合物7份，复合分散剂2份，水36份。
5.如权利要求1所述的有机改性加固补强路面材料，其特征在于，所述的矿粉混合料的细度为通过45μm筛的数量超过90％。
6.如权利要求1所述的有机改性加固补强路面材料，其特征在于，所述的纤维混合物由研磨后细度在40目以下的棕榈纤维与长度在4mm以下的麻纤维按照等质量比混合而成。
7.如权利要求1所述的有机改性加固补强路面材料，其特征在于，所述的复合分散剂的总质量浓度为5％。
8.一种如权利要求1至7任一权利要求所述的有机改性加固补强路面材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，将矿粉混合料和纤维混合物混合均匀，得到混合料A；
步骤二，将复合碱性激发剂加入到混合料A中混合均匀，得到混合物B；
步骤三，将复合分散剂加入到混合物B中，得到混合物C；
步骤四，将有机混合物倒入混合物C中均匀搅拌3min混合，得到混合物D，将水加入到混合物D中并搅拌，低速搅拌45s后，在第二个45s开始的同时均匀地将砂加入，然后转至高速再搅拌30s，停拌90s，用胶皮刮具将叶片和锅壁上的浆体刮入锅中间，再在高速下继续搅拌60s，得到有机改性加固补强路面材料。
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