CN108002787B - 高速铁路混凝土缺损快速修补材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种建筑材料，尤其适用于高速铁路混凝土缺损的快速修补，以缓解现有技术中存在的修复材料不能同时具备快硬、高强、高粘结强度、高适应性的要求的技术问题。由以下重量份组分组成：高热快凝类水泥90－100份，水性环氧树脂乳液40－80份，固化剂3－6份，橡胶粉7－12份，硅烷偶联剂1－2份，早强速凝剂0.3－0.5份，细骨料200－400份，增强粉末10－15份，水15－20份。本发明提供的修补材料力学性能高、凝结时间短以及韧性高。

Description

高速铁路混凝土缺损快速修补材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，尤其适用于高速铁路混凝土缺损的快速修补。
背景技术
高速铁路的建设速度与建设规模日益扩大，其已成为我国交通运输业的重要一环，高速铁路的建设与运行离不开高质量的混凝土轨道，高速行车荷载反复作用及复杂环境因素作用下，无砟轨道板、道床混凝土会出现不同程度缺损，成为威胁行车安全的重要隐患，亟需修复。同时，由于高速铁路维修天窗时间短，且不同地域温度差别大，因此亟需发明一种同时满足快硬、高强、高粘结强度、高适应性的高速铁路混凝土修补材料。CN101172833公开了一种水泥混凝土表面修复材料，特别适用于水泥混凝土路面的薄层修复，它由树脂、硅酸盐水泥、快硬硫铝盐水泥、不含泥土的干燥河砂、40－70目的石英砂、灰钙粉和膨胀剂组成；CN101186468公开了一种道路、桥梁用环氧改性不饱和树脂混凝土，属于一种建筑材料，由环氧改性不饱和树脂、固化剂、促进剂、聚脂纤维、黄砂、石料组成；CN101830684公开了一种超早强聚合物快速修补砂浆材料，其包括快硬水泥、石英砂、聚合物增粘剂、增稠剂、早强剂、调凝剂、减水剂、消泡剂、化学短纤维；CN102093018公开了一种水泥混凝土路面修补材料，其包括普通硅酸盐水泥、砂、水性环氧树脂、水性环氧固化剂。上述修复材料均不能同时具备快硬、高强、高粘结强度、高适应性的要求因此无法对高速铁路混凝土缺损进行快速修补。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺点，特提供一种满足快硬、高强、高粘结强度、高适应性的高速铁路混凝土缺损修补材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明高速铁路混凝土缺损快速修补材料，由以下重量份组分组成：高热快凝类水泥90－100份，水性环氧树脂乳液40－80份，固化剂3－6份，橡胶粉7－12份，硅烷偶联剂1－2份，早强速凝剂0.3－0.5份，细骨料200－400份，增强粉末10－15份，水15－20份。
优选的，所述高热快凝类水泥选自快硬硫铝酸盐水泥、高铝水泥中的至少一种。
优选的，所述水性环氧树脂乳液选自E44、E51水性乳液中的至少一种。
优选的，所述固化剂选自环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂质量比为4－5：1.5－2的混合物。
优选的，所述橡胶粉粒径为0.05－1.2mm连续级配，橡胶粉在环氧树脂固化时能形成岛相结构，从而具有良好的增韧效果，可有效抵抗轨道在动载荷下产生的形变与开裂，并提高行车平稳性与舒适性，为高铁提速提供保障。
优选的，所述硅烷偶联剂选自苯胺甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、KH550、KH580中的至少一种。
优选的，所述细骨料选自石英砂。
优选的，所述增强粉末组成为：白炭黑5－9份，滑石粉5－6份。
优选的，所述早强速凝剂选自硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠质量比为1：1.3－1.6：2.1－2.9的混合物。
本发明高速铁路混凝土缺损快速修补材料的制备方法，包括如下制备步骤：
按重量份称取各组分；
将高热快凝类水泥、水性环氧树脂乳液、橡胶粉、早强速凝剂、细骨料、增强粉末添加至高速搅拌机中，高速搅拌至均匀，得混合物A；
将固化剂、硅烷偶联剂、水混合搅拌均匀，得混合物B；
将混合物B添加至混合物A中，搅拌均匀，即得。
本发明具有以下特点：
1.修补材料力学性能高：本发明采用水泥基水化、环氧树脂固化双重胶凝体系形成力学强度，其中，修补材料中水泥基材料首先硬化形成第一结构硬化体，进而环氧树脂进行硬化形成第二结构硬化体，以第一结构硬化体为骨架，填补水泥基硬化体的空隙，该复合固化机构有利于消除两者之间界面缺陷，极大提高力学性能，同时更加强了与混凝土缺损处的界面粘结；添加硅烷偶联剂中存在氨基和羟基，该基团可与环氧树脂的环氧基团发生反应，形成互穿网络结构，具有一定固化剂效果，产生更多的内交联从而提高材料的李学性能和韧性，同时可提高环氧树脂和水泥、细骨料、增强粉末等无机材料之间的界面粘结力，共同增强修补材料的力学性能；同时，增强粉末具有增强、增韧、降低收缩率的功能，可改进修补材料力学性能，本发明采用白炭黑和滑石粉共同作为增强粉末，白炭黑多孔，对修补材料具有补强、抗撕裂、悬浮性，有利于修补材料拌和过程中匀质性的提高和力学性能的增长；滑石粉的添加对粉末材料带来的内应力影响很小，从而极大降低了增强粉末与环氧树脂的粘结强度，并有利于降低新旧混凝土修复界面的粘结性能；在研究过程发现，纤维材料的添加有助于进一步提高修复材料抗压强度，但会使修补材料与混凝土缺损界面的粘结强度造成损失，因此修复材料未添加任何纤维，减少了修复界面之间的异构。经测试，修补材料2h粘结强度≥2.5MPa，2h抗压强度≥30MPa，28d粘结强度≥8MPa，28d抗压强度≥95MPa，使用耐久性强，不会发生再次破损。
2.修补材料凝结时间短：首先，本发明采用高热快凝类水泥，并添加由硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠复配而成的早强速凝剂，使水泥凝结时间缩短至0.9￣1.2h，水泥水化将混合料中水分消耗后，在固化剂作用下，环氧树脂进行硬化，凝结时间为1.3￣1.5h，于此修补材料实现整体凝结；为促进水泥凝结常常加入氯盐、碳酸盐等速凝剂，环氧树脂固化剂对环氧树脂进行固化形成高分子量的交联物质，其种类达上百种，其中，本发明为提高环氧树脂与水泥基材料的复合与增强效果，优选采用水性环氧树脂乳液作为环氧树脂品种，并添加特定的由环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂复配组成的水性固化剂，水性环氧树脂为E44、E51至少一种经相反转法制备而成，成本较低，绿色环保，且保持了环氧树脂的固化特性，环氧改性胺固化剂，与水性环氧树脂乳液具有良好相容性，810固化剂是改性胺类固化剂，含有苯环，吸收了芳香胺和脂肪胺的优点，在潮湿、低温、水下、干燥的条件下均能对环氧树脂进行固化，对其进行乳化处理有利于其在修补材料制备过程中分散更为均匀。本发明经过实验研究发现，硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠的复配使用可使快硬硫铝酸盐水泥、高铝水泥快速固化，环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂复配使用可使水性环氧树脂乳液进行快速固化，同时对低温、潮湿等环境据有良好适应性，当硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠质量比为1：1.3－1.6：2.1－2.9，环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂质量比为4－5：1.5－2时，可将环氧树脂固化时间与水泥基材料凝结时间相匹配，适用于高速铁路混凝土缺损在恶劣环境中的快速固化，性价比最高。
3.修补材料韧性高：通过添加橡胶粉对环氧树脂进行改性，提高了修复材料的韧性，降低了弹性模量，修复材料断裂延伸率达0.5－1.2％，降低了动载荷、温度、收缩等条件下的开裂风险，提高了行车舒适度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的高速铁路混凝土缺损快速修补材料的制备方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
高速铁路混凝土缺损快速修补材料，由以下重量份组分组成：快硬硫铝酸盐水泥90份，E44水性乳液48份，固化剂3份，橡胶粉9份，KH550硅烷偶联剂1份，早强速凝剂0.3份，细骨料石英砂350份，增强粉末11份，水17份，固化剂选自环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂质量比为4.2：1.6的混合物，所述增强粉末组成为：白炭黑5份，滑石粉6份，所述早强速凝剂选自硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠质量比为1：1.3：2.4的混合物。经测试，修补材料2h粘结强度2.6MPa，2h抗压强度32MPa，28d粘结强度8.0MPa，28d抗压强度96.2MPa，断裂延伸率为0.9％。
实施例2
高速铁路混凝土缺损快速修补材料，由以下重量份组分组成：铝酸盐水泥95份，E51水性乳液78份，固化剂5.3份，橡胶粉11份，乙烯基三乙氧基硅烷1.1份，早强速凝剂0.3份，细骨料石英砂350份，增强粉末15份，水19份，固化剂选自环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂质量比为4：2的混合物，所述增强粉末组成为：白炭黑9份，滑石粉5份，所述早强速凝剂选自硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠质量比为1：1.4：2.5的混合物。经测试，修补材料2h粘结强度3.1MPa，2h抗压强度35MPa，28d粘结强度8.6MPa，28d抗压强度102.7MPa，断裂延伸率为1.1％，水泥凝结时间1.1h，环氧树脂凝结时间1.4h。
实施例3
高速铁路混凝土缺损快速修补材料，由以下重量份组分组成：快硬硫铝酸盐水泥50份，铝酸盐水泥50份，E44水性乳液66份，固化剂3.6份，橡胶粉10份，苯胺甲基三乙氧基硅烷1.3份，早强速凝剂0.5份，石英砂380份，增强粉末12份，水20份，固化剂选自环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂质量比为5：1.7的混合物，所述增强粉末组成为：白炭黑9份，滑石粉5.5份，所述早强速凝剂选自硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠质量比为1：1.2：2.8的混合物。经测试，修补材料2h粘结强度3.2MPa，2h抗压强度33MPa，28d粘结强度8.3MPa，28d抗压强度105.1MPa，断裂延伸率为1％，水泥凝结时间1.2h，环氧树脂凝结时间1.3h。
实施例4
高速铁路混凝土缺损快速修补材料，由以下重量份组分组成：快硬硫铝酸盐水泥50份，铝酸盐水泥50份，E44水性乳液66份，固化剂3.6份，橡胶粉10份，苯胺甲基三乙氧基硅烷1.3份，早强速凝剂0.5份，石英砂380份，增强粉末12份，水19份，固化剂选自环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂质量比为5：1.7的混合物，所述增强粉末组成为：白炭黑9份，滑石粉5.5份，所述早强速凝剂选自硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠质量比为1：1.2：2.8的混合物。经测试，修补材料2h粘结强度3.2MPa，2h抗压强度33MPa，28d粘结强度8.3MPa，28d抗压强度105.1MPa，断裂延伸率为1.1％，水泥凝结时间0.9h，环氧树脂凝结时间1.3h。
实施例5
高速铁路混凝土缺损快速修补材料，由以下重量份组分组成：快硬硫铝酸盐水泥50份，铝酸盐水泥50份，E44环氧树脂66份，T31胺固化剂3.6份，橡胶粉10份，稀释剂2.8份，苯胺甲基三乙氧基硅烷1.3份，早强速凝剂0.5份，石英砂380份，增强粉末12份，水17份，稀释剂选自C12烷基缩水甘油醚，增强粉末组成为：白炭黑9份，滑石粉5.5份，所述早强速凝剂选自氯化钙。经测试，水泥凝结时间2.1h，环氧树脂凝结时间1.7h，成型试件渣化严重，无法进行2h力学性能检测，28d粘结强度2.5MPa，28d抗压强度58.2MPa，断裂延伸率为0.1％。
实施例6
高速铁路混凝土缺损快速修补材料，由以下重量份组分组成：快硬硫铝酸盐水泥90份，E51水性乳液48份，固化剂3份，橡胶粉9份，KH550硅烷偶联剂1份，早强速凝剂0.3份，石英砂350份，增强粉末11份，水17份，固化剂选自环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂质量比为4.2：1.6的混合物，所述增强粉末组成为：白炭黑5份，滑石粉6份，所述早强速凝剂选自三乙醇胺。经测试，水泥凝结时间2.4h，环氧树脂凝结时间2.1h，成型试件无法进行2h力学性能检测，28d粘结强度1.2MPa，28d抗压强度44.8MPa，断裂延伸率为0.08％。
实施例7
本实施例提供了一种高速铁路混凝土缺损快速修补材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、按重量份称取各组分；
S2、将高热快凝类水泥、水性环氧树脂乳液、橡胶粉、早强速凝剂、细骨料、增强粉末添加至高速搅拌机中，高速搅拌至均匀，得混合物A；
S3、将固化剂、硅烷偶联剂、水混合搅拌均匀，得混合物B；
S4、将混合物B添加至混合物A中，搅拌均匀，即得。
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，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)

1.一种高速铁路混凝土缺损快速修补材料，其特征在于，由以下重量份组分组成：高热快凝类水泥90－100份，水性环氧树脂乳液40－80份，固化剂3－6份，橡胶粉7－12份，硅烷偶联剂1－2份，早强速凝剂0.3－0.5份，细骨料200－400份，增强粉末10－15份，水15－20份；
所述高热快凝类水泥选自快硬硫铝酸盐水泥、高铝水泥中的至少一种；
所述固化剂选自环氧改性胺固化剂与乳化810固化剂质量比为4－5：1.5－2的混合物；
所述早强速凝剂选自硫酸氢钠：三乙醇胺：偏铝酸钠质量比为1：1.3－1.6：2.1－2.9的混合物。
2.如权利要求1所述的高速铁路混凝土缺损快速修补材料，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液选自E44、E51水性乳液中的至少一种。
3.如权利要求1所述的高速铁路混凝土缺损快速修补材料，其特征在于，所述橡胶粉粒径为0.05－1.2mm连续级配。
4.如权利要求1所述的高速铁路混凝土缺损快速修补材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自苯胺甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、KH550、KH580中的至少一种。
5.如权利要求1所述的高速铁路混凝土缺损快速修补材料，其特征在于，所述细骨料选自石英砂。
6.如权利要求1所述的高速铁路混凝土缺损快速修补材料，其特征在于，所述增强粉末组成为：白炭黑5－9份，滑石粉5－6份。
7.如权利要求1所述的高速铁路混凝土缺损快速修补材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
按重量份称取各组分；
将高热快凝类水泥、水性环氧树脂乳液、橡胶粉、早强速凝剂、细骨料、增强粉末添加至高速搅拌机中，高速搅拌至均匀，得混合物A；
将固化剂、硅烷偶联剂、水混合搅拌均匀，得混合物B；
将混合物B添加至混合物A中，搅拌均匀，即得。
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