CN107963822B - 一种用于机场道面的掺内养护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机场道面的掺内养护剂，按重量份计，主要由以下原料制成：改性硅藻土60～65份、助溶剂5～10份、造孔剂10～15份、结合剂4～7份、增稠剂0.3～0.5份以及水15～20份；所述改性硅藻土由硅藻土通过环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚和聚异丁烯改性得到。本发明所提供的掺内养护剂可保证水泥道面低坍落度条件下在水化后期持续释放大量水分供水泥水化；此外，掺内养护剂材料参与反应生成水化硅酸钙提高混凝土基体密实度。更重要的是，该掺内养护剂养护持续时间可长达5年以上，每半年才需维护一次，大大降低了养护成本。

Description

一种用于机场道面的掺内养护剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及机场道面养护领域，具体而言，涉及一种用于机场道面的掺内养护剂及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土路面是机场路面结构的主要型式之一，然而，由于飞机起降时的巨大冲击荷载及轮子与机场道面间强烈的摩擦，使道面承受巨大的压应力和弯拉应力；另一方面，机场道面始终裸露，长期经受严寒酷暑、风吹日晒的恶劣自然环境；此外，冬季使用的除雪剂可渗透进道面的裂缝和孔隙中，对道面会引起严重的侵蚀。上述这些因素，致使机场道面在投入使用不长时间后就出现损坏现象，严重地影响了飞机的飞行安全。为了确保水泥混凝土路面的服务能力和使用品质，必须定期对其实施修补和修复，从而恢复路面的使用性能和结构性能。

目前工程中常用的养护方法是洒水盖被养护及喷涂养护剂。洒水盖被养护即水泥混凝土初凝后盖被遮蔽，终凝后进行洒水养护；但洒水盖被养护工艺繁琐，对水资源浪费较大，而且对垂直及特殊部位无法操作。喷涂养护剂养护即水泥混凝土初凝后在其表面喷涂液体材料，形成一层连续的薄膜，减少水泥混凝土表面水分蒸发；喷涂养护剂养护成本较高，养护效果不明显。

机场承担着繁重的客运及货运任务，在备战与救灾时还可快速的输送急需资源，发挥着不可替代的作用。由于机场路面使用繁忙，例如上海虹桥机场全天只有两个小时的机场路面维修时间，很难对水泥路面进行养护和修补，而水泥材料需要凝结和养护才有强度。因此现在很多机场都采用造价更为昂贵的改性沥青路面。掺内养护剂即向混凝土中掺入吸水性高分子物质，为水泥水化持续供水，不需要额外的养护时间，非常适合机场路面的维护。然而普通掺内养护剂材料由于养护时间短，养护效果一般，无法胜任机场水泥混凝土路面的养护。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明涉及一种用于机场道面的掺内养护剂，按重量份计，主要由以下原料制成：

改性硅藻土60～65份、助溶剂5～10份、造孔剂10～15份、结合剂4～7份、增稠剂0.3～0.5份以及水15～20份；

所述改性硅藻土的制备方法包括：

1).将硅藻土烘干、粉碎得到硅藻土粉；

2).将硅藻土粉与水按照1:8～12的质量比混匀，加热至80℃～85℃预搅拌20～25分钟，随后边搅拌边逐滴加入质量分别为硅藻土粉质量2.5～5％的聚异丁烯及硅藻土粉质量25％～30％的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚，继续于80℃～85℃并在25～30k Hz超声处理下搅拌2小时得到黏稠液体；

3).将所述黏稠液体离心、用去离子水洗涤、烘干并球磨粉碎后即得所述改性硅藻土。

本发明所提供的掺内养护剂可保证水泥道面低坍落度条件下在水化后期持续缓慢释放水分供水泥水化；此外，掺内养护剂材料参与反应生成水化硅酸钙提高混凝土基体密实度。更重要的是，该掺内养护剂养护持续时间可长达5年以上，每半年才需维护一次，大大降低了养护成本。

本发明还涉及一种如上所述的用于机场道面的掺内养护剂的制备方法，包括：

将所述硅藻土与所述助溶剂、造孔剂、结合剂、增稠剂、去离子水混合均匀，经造粒，煅烧，降温冷却后即得。

该方法操作简单，对操作人员技术要求低，易于施行、推广与应用。

具体实施方式

本发明涉及一种用于机场道面的掺内养护剂，按重量份计，主要由以下原料制成：

改性硅藻土60～65份、助溶剂5～10份、造孔剂10～15份、结合剂4～7份、增稠剂0.3～0.5份以及去离子水15～20份；

所述改性硅藻土的制备方法包括：

1).将硅藻土烘干、粉碎得到硅藻土粉；

2).将硅藻土粉与水按照1:8～12的质量比混匀，加热至80℃～85℃预搅拌20～25分钟，随后边搅拌边逐滴加入质量分别为硅藻土粉质量2.5～5％的聚异丁烯及硅藻土粉质量25％～30％的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚，继续于80℃～85℃并在25～30k Hz超声处理下搅拌2～4小时得到黏稠液体；

3).将所述黏稠液体离心、用去离子水洗涤、烘干并球磨粉碎后即得所述改性硅藻土。

硅藻土基高吸水陶瓷微粒内部管状孔及管壁上的小孔绝大多数是微米级以下微孔，吸水性能优异，能够吸收4倍以上自身重量的水，在水泥水化过程中，随着硅藻土基材中无定形二氧化硅与水泥水化产物氢氧化钙反应，硅藻土基高吸水陶瓷微粒逐渐疏松解体，释放大量游离水，供水泥持续水化，从而起到提高水泥混凝土强度、减小开裂的目的。环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚为亲水性高分子化合物，大部分硅藻土会进入环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚的网状结构中，以氢键和范德华力的形式结合在一起，聚异丁烯则起到粘结剂的作用，能够稳固二者的结合。改性后的硅藻土能够有效增加吸水量、具备缓释水分的功能，并且能够有效进一步提升机场道面的强度。

在步骤2)中，由于聚异丁烯及环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚均为黏稠液体，因而加入时需要逐滴加入以便混匀。超声处理能够利于硅藻土参入聚异丁烯及环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚中。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，所述聚异丁烯的分子量为8000～30000；更优选为10000～20000。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，在步骤1)中，所述硅藻土粉的粒径为220～260目；更优选为240目。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，在步骤3)中，所述改性硅藻土的粒径为140～160目；更优选为150目。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，所述环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚相对分子质量8～15万，更优选为6～8万；由70～90重量份的环氧乙烷和10～30重量份的环氧丙烷进行烷氧基化得到；更优选为80重量份的环氧乙烷和20重量份环氧丙烷进行烷氧基化。

环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚在5～15万分子量时为黏稠的液体，亲水性较好。其多用做表面活性剂使用，常用于造纸与油漆涂料行业，耐高温。

环氧乙烷和环氧丙烷可以以各种方式进行共聚。本发明需要该聚合物的亲水能力稍强一些，因而环氧乙烷含量更多；而环氧丙烷在增强水泥混凝土的韧性方面效果更佳。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，在步骤1)和3)中，所述烘干的温度为100～300℃，烘干时间2～4小时；

更优选的，所述烘干的温度为200℃，烘干时间3小时。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，所述助溶剂为碳酸镁或碳酸钠。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，所述的造孔剂为碳酸氢铵或尿素。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，所述的结合剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。

优选的，如上所述的用于机场道面的掺内养护剂，所述的增稠剂为羟丙基甲基纤维素或聚丙烯酰胺。

如上所述的用于机场道面的掺内养护剂的制备方法，包括：

将所述硅藻土与所述助溶剂、造孔剂、结合剂、增稠剂、去离子水混合均匀，经造粒，煅烧，降温冷却后即得。

优选的，如上所述的方法，所述造粒所制备的颗粒直径为10mm～20mm；

更优选的，所述造粒所制备的颗粒直径为13mm～17mm。

优选的，如上所述的方法，所述煅烧具体为900℃～1200℃煅烧15min～20min；

更优选的，所述煅烧具体为1000℃～1100℃煅烧16min～19min。

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

本实施例所提供的用于机场道面的掺内养护剂，其制备方法为：

(1)材料准备，将硅藻土在100℃烘箱中烘4小时，随后球磨粉碎至220目得到硅藻土粉；

将硅藻土粉与水按照1:8的质量比混匀，加热至80℃预搅拌25分钟，随后边搅拌边逐滴加入质量分别为硅藻土粉质量2.5％的20000～30000分子量的聚异丁烯及硅藻土粉质量30％的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚，继续于85℃并在25k Hz超声处理下搅拌2小时得到黏稠液体；

所述环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚相对分子质量8万，由70重量份的环氧乙烷和30重量份的环氧丙烷进行烷氧基化得到。

将所述黏稠液体离心、用去离子水洗涤、烘干并球磨粉碎至140目后即得所述改性硅藻土。

(2)称量准备，称取改性硅藻土60份、助溶剂为碳酸钠5份、造孔剂为尿素15份、结合剂为EVA 4份、增稠剂为羟丙基甲基纤维素0.5份、去离子水15；

(3)把上述的助溶剂、造孔剂、硅藻土干拌5分钟，加水溶解快速搅拌5分钟；

(4)向浸湿的硅藻土中加入结合剂，快速搅拌10分钟；

(5)将硅藻土送入造粒盘中，形成直径10-20mm硅藻土球状微粒；

(6)将硅藻土球状微粒送入回转窑内，煅烧温度为900℃，煅烧时间20分钟；

(7)冷却后形成直径为10-20mm微粒。

实施例2

本实施例所提供的用于机场道面的掺内养护剂，其制备方法为：

(1)材料准备，将硅藻土在300℃烘箱中烘2小时，随后球磨粉碎至260目得到硅藻土粉；

将硅藻土粉与水按照1:12的质量比混匀，加热至85℃预搅拌20分钟，随后边搅拌边逐滴加入质量分别为硅藻土粉质量5％的8000～10000分子量的聚异丁烯及硅藻土粉质量25％的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚，继续于80℃并在30k Hz超声处理下搅拌4小时得到黏稠液体；

所述环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚相对分子质量15万，由90重量份的环氧乙烷和10重量份的环氧丙烷进行烷氧基化得到。

将所述黏稠液体离心、用去离子水洗涤、烘干并球磨粉碎至160目后即得所述改性硅藻土。

(2)称量准备，称取改性硅藻土65份、助溶剂为碳酸镁10份、造孔剂为碳酸氢铵10份、结合剂为EVA 7份、增稠剂为羟丙基甲基纤维素0.3份、去离子水20；

(3)把上述的助溶剂、造孔剂、硅藻土干拌5分钟，加水溶解快速搅拌5分钟；

(4)向浸湿的硅藻土中加入结合剂，快速搅拌10分钟；

(5)将硅藻土送入造粒盘中，形成直径10-20mm硅藻土球状微粒；

(6)将硅藻土球状微粒送入回转窑内，煅烧温度为1200℃，煅烧时间15分钟；

(7)冷却后形成直径为10-20mm微粒。

实施例3

本实施例所提供的用于机场道面的掺内养护剂，其制备方法为：

(1)材料准备，将硅藻土在200℃烘箱中烘3小时，随后球磨粉碎至240目得到硅藻土粉；

将硅藻土粉与水按照1:10的质量比混匀，加热至83℃预搅拌23分钟，随后边搅拌边逐滴加入质量分别为硅藻土粉质量3.5％的10000～20000分子量的聚异丁烯及硅藻土粉质量27％的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚，继续于83℃并在27k Hz超声处理下搅拌3小时得到黏稠液体；

所述环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚相对分子质量10万，由80重量份的环氧乙烷和20重量份的环氧丙烷进行烷氧基化得到。

将所述黏稠液体离心、用去离子水洗涤、烘干并球磨粉碎至150目后即得所述改性硅藻土。

(2)称量准备，称取改性硅藻土63份、助溶剂为碳酸钠7份、造孔剂为碳酸氢铵13份、结合剂为EVA 6份、增稠剂为羟丙基甲基纤维素0.4份、去离子水18；

(3)把上述的助溶剂、造孔剂、硅藻土干拌5分钟，加水溶解快速搅拌5分钟；

(4)向浸湿的硅藻土中加入结合剂，快速搅拌10分钟；

(5)将硅藻土送入造粒盘中，形成直径10-20mm硅藻土球状微粒；

(6)将硅藻土球状微粒送入回转窑内，煅烧温度为950℃，煅烧时间15分钟；

(7)冷却后形成直径为10-20mm微粒。

应用例

机场水泥混凝土混合料由水泥、细集料(砂)、粗集料(碎石)、水和外加剂组成，混凝土的配合比，应按设计要求保证混凝土的设计强度、耐磨、耐久和混合料的和易性的要求，在冰冻地区还应满足抗冻性的要求。本应用例所用的机场水泥混凝土配方如下表所示。

机场水泥混凝土配合比

机场水泥混凝土的制备方法为：

1).搅拌机装料顺序为细集料→水泥→粗集料，进料后边拌合边均匀加水，水应在拌合开始后15s内全部进入搅拌机鼓桶。

2).混凝土拌合均匀，拌合时间从除水之外所有材料都已进入鼓筒时起算至拌合物开始卸料为止，双卧轴强制式搅拌机拌合最短时间宜不小于60s，加纤维时应延长20～30s，加粉煤灰时应延长15～25s。

3).将实施例3制备得到的掺内养护剂和外加剂在1/3用水量投入后开始投料，并于搅拌结束30s之前应全部投入搅拌机。掺内养护剂的参量为水泥混凝土重量的4wt％。

水泥等级为52.5时，单位水泥用量不小于320kg/m³。机场道面铺好后每半年洒水养护一次。

注：具体可参见《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》MH5006-2015。

对比例1

与应用例一致，区别仅在于，不添加实施例3制备得到的掺内养护剂。

对比例2

与应用例一致，区别仅在于，在制备实施例3得到的掺内养护剂时，不采用环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚，而换用聚环氧乙烷，分子量为10万左右。

对比例3

与应用例一致，区别仅在于，在制备实施例3得到的掺内养护剂时，不采用环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚，而换用聚环氧丙烷，分子量为10万左右。

对比例4

与应用例一致，区别仅在于，在制备实施例3得到的掺内养护剂时，不加入聚异丁烯。

对比例5

与应用例一致，区别仅在于，在制备实施例3得到的掺内养护剂时，将环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚替换为其1/4质量的明胶(明胶添加过多则)。

对比例6

与应用例一致，区别仅在于，在制备实施例3得到的掺内养护剂时，不采用改性硅藻土，而仅采用等质量的常规的硅藻土。

上述应用例和对比例均均铺设于机场实验跑道上，以负重卡车模拟机场滑行道负重。在铺设第五年时进行质检，各组主要指标如下：

注：开裂率CR＝S_cr÷S_inv×100％

S_cr——出现裂缝的道面面积。“纵向、横向裂缝”和“刚性道面加铺层反射裂缝”以损坏长度乘0.5m折算成损坏面积；“龟裂”和“不规则裂缝”为出现裂缝的道面区域面积，m²；

S_inv——调查区域道面面积，m²。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种用于机场道面的掺内养护剂，其特征在于，按重量份计，主要由以下原料制成：

改性硅藻土60~65份、助溶剂5~10份、造孔剂10~15份、结合剂4~7份、增稠剂0.3~0.5份以及去离子水15~20份；

所述改性硅藻土的制备方法包括：

1）.将硅藻土烘干、粉碎得到硅藻土粉；

2）.将硅藻土粉与水按照1:8~12的质量比混匀，加热至80℃~85℃预搅拌20~25分钟，随后边搅拌边逐滴加入质量分别为硅藻土粉质量2.5~5%的聚异丁烯及硅藻土粉质量25%~30%的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚，继续于80℃~85℃并在25~30k Hz超声处理下搅拌2~4小时得到黏稠液体；

3）.将所述黏稠液体离心、用去离子水洗涤、烘干并球磨粉碎后即得所述改性硅藻土；

所述掺内养护剂的制备方法，包括如下步骤：

将所述改性硅藻土与所述助溶剂、造孔剂、结合剂、增稠剂、去离子水混合均匀，经造粒，煅烧，降温冷却后即得；

所述造粒所制备的颗粒直径为10mm~20mm；

所述煅烧具体为900℃~1200℃煅烧15min~20min。

2.根据权利要求1所述的用于机场道面的掺内养护剂，其特征在于，所述环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚醚相对分子质量8~15万，由70~90重量份的环氧乙烷和10~30重量份的环氧丙烷进行烷氧基化得到。

3.根据权利要求1所述的用于机场道面的掺内养护剂，其特征在于，在步骤1）和3）中，所述烘干的温度为100~300℃，烘干时间2~4小时。

4.根据权利要求1所述的用于机场道面的掺内养护剂，其特征在于，所述助溶剂为碳酸镁或碳酸钠。

5.根据权利要求1所述的用于机场道面的掺内养护剂，其特征在于，所述的造孔剂为碳酸氢铵或尿素。

6.根据权利要求1所述的用于机场道面的掺内养护剂，其特征在于，所述的结合剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

7.根据权利要求1所述的用于机场道面的掺内养护剂，其特征在于，所述的增稠剂为羟丙基甲基纤维素或聚丙烯酰胺。