CN108424087B - 一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料及其制备方法和应用。所述地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料包括：碱激发剂10～25重量份、偏高岭土45～65重量份、硅灰0.1～0.5重量份、水1～2重量份、减水剂0.1～0.5重量份、硅酸盐水泥1～5重量份、稻壳灰1～2重量份、稻草秸秆纤维0.1～0.5重量份、硅烷偶联剂0.5～1重量份。本发明的地聚合物基水泥混凝土路面裂缝修补材料具有强度高、开放交通时间短、耐久性好、新旧混凝土界面作用强及价格低廉的特点。

Description

一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于道路修补材料技术领域，更具体地，涉及一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料及其制备方法和应用。
背景技术
水泥混凝土路面由于设计、施工、环境、交通荷载等原因，会发生不同程度的裂缝病害，如裂缝、啃边、唧泥、坑槽等。如果这些小范围的局部病害不能及时有效的修复，最终将导致路面更严重的破坏，造成更大的经济损失。因此，为了提高水泥混凝土的服役质量，延长其使用寿命，有必要对水泥路面裂缝进行修补。目前，水泥路面修补材料主要包括无机类和有机类2种。有机类修补材料包括环氧树脂、聚氨酯、橡胶沥青等，但普遍存在着施工工艺复杂、耐久性较差、成本较高等缺点。无机类的主要以水泥基材料为主，如聚合物混凝土、特种水泥等，但也存在着修补界面新旧混凝土粘结性较差、修补后开放交通时间较长以及质量参差不齐等局限性。因此，开发新型的水泥混凝土路面修补材料迫在眉睫。地聚合物是一种采用天然矿物或固体废弃物及人工硅铝化合物为原料，制备的硅氧四面体与铝氧四面体三维网络聚合凝胶体，它具有较高的力学性能和非常优异的耐化学腐蚀、耐高温等性能，可广泛用于机场跑道、通讯设施、道路桥梁建造于修复等领域。目前，地聚合物的研究多处于理论研究阶段，在道路修补应用领域报道的并不多，主要局限于作为注浆/灌浆材料治理道路基层唧泥或面板脱空等病害。但对于修补水泥混凝土路面裂缝等病害，地聚合物注浆/灌浆材料无法满足其性能要求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料及其制备方法和应用。该修补材料具有强度高、与旧水泥混凝土粘结力强、耐久好、易于施工、开放交通时间短且价格适中等优点。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，所述地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料包括：
碱激发剂10～25重量份、偏高岭土45～65重量份、硅灰0.1～0.5重量份、水1～2重量份、减水剂0.1～0.5重量份、硅酸盐水泥1～5重量份、稻壳灰1～2重量份、稻草秸秆纤维0.1～0.5重量份、硅烷偶联剂0.5～1重量份。
作为本发明优选的实施方式，所述碱激发剂由NaOH和固含量为30-40wt％的Na2SiO3溶液复合得到，所述碱激发剂的模数为1.0-1.5M，模数在此范围内可以保证获得更好应用性能。
作为本发明优选的实施方式，所述偏高岭土的制备方法包括：将纯高岭土在650～750℃的温度下煅烧4h～12h；所述偏高岭土的粒径为50～100nm。
作为本发明优选的实施方式，所述稻壳灰的制备方法包括：将稻壳于500-700℃的温度下煅烧2-6h，所述稻壳灰的粒径≤100nm。
根据本发明，所述稻草秸秆纤维可以通过本领域技术人员常规采用的方式去除稻草秸秆中的糖分等物质，保留纤维。为获得更优质的稻草秸秆纤维，所述稻草秸秆纤维为经55-65℃、4-6wt％的NaOH溶液浸泡20-30h后，以去离子水冲洗并烘干得到的稻草秸秆纤维，采用的稻草秸秆的长度通常为1～3cm。
作为本发明优选的实施方式，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。实际操作过程中，所述聚羧酸类减水剂的固含量为10-20wt％，减水率为15-25％。
作为本发明优选的实施方式，所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560和KH570中的至少一种。
本发明的第二方面提供所述的地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料的制备方法，所述制备方法包括：
将偏高岭土、硅灰、硅酸盐水泥和稻壳灰混合后进行研磨，得到预混料；
将预混料、稻草秸秆纤维混合搅拌，然后加入碱激发剂、硅烷偶联剂、减水剂和水，继续搅拌，得到所述地聚合物基水泥路面快速修补材料。
作为本发明优选的实施方式，所述碱激发剂在使用前陈化24h以上。
作为本发明优选的实施方式，研磨时间为10-20min，搅拌时间为5-10min。
本发明的第三方面提供所述的地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料在修补水泥混凝土路面裂缝中的应用。
本发明与传统混凝土路面修补材料相比，具有以下主要的优点：
1)本发明的地聚合物基水泥混凝土路面裂缝修补材料具有强度高、开放交通时间短、耐久性好、新旧混凝土界面作用强及价格低廉的特点；
2)本发明采用了工、农业废弃物，在降低了材料的成本的同时，还提高了材料的性能和施工性；
3)本发明的地聚合物基水泥混凝土路面快速修补材料制备方法简单，易于推广；
4)部分制备得到的地聚合物基水泥混凝土路面裂缝快速修补材料3h后抗压强度即可达25.8MPa，抗折强度可达4.2MPa，满足我国相关规范规定的路面通车要求(路面材料抗压强度大于20MPa，抗折强度大于3.5MPa)。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1：
本实施例提供一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其制备过程如下：
将45份在650℃煅烧4h的偏高岭土、0.1份硅灰、1份P.O42.5硅酸盐水泥和1份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.1份稻草秸秆纤维，搅拌60s，然后加入10份碱激发剂(模数1.0)、0.5份硅烷偶联剂KH550、0.1份聚羧酸类减水剂和1份水，继续搅拌120s，然后浇筑、振捣，标准养护条件下养护。
其中，碱激发剂由NaOH和固含量为30-40wt％的Na2SiO3溶液复合得到；稻草秸秆纤维为经55-65℃、4-6wt％的NaOH溶液浸泡20-30h后，以去离子水冲洗并烘干得到的稻草秸秆纤维；稻壳灰的粒径≤100nm，偏高岭土的粒径为50～100nm。
实施例2：
本实施例提供一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其制备过程如下：
将65份在650℃煅烧8h的偏高岭土、0.3份硅灰、5份P.O42.5硅酸盐水泥和2份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.3份稻草秸秆纤维，搅拌60s，然后加入20份碱激发剂(模数1.5)、1份硅烷偶联剂KH550、0.5份聚羧酸类减水剂和2份水，继续搅拌120s，然后浇筑、振捣，标准养护条件下养护。
碱激发剂和稻草秸秆纤维的制备方法同实施例1，稻壳灰的粒径≤100nm，偏高岭土的粒径为50～100nm。
实施例3：
本实施例提供一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其制备过程如下：
将45份在750℃煅烧6h的偏高岭土、0.3份硅灰、5份P.O42.5硅酸盐水泥和2份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.3份稻草秸秆纤维，搅拌60s，然后加入15份碱激发剂(模数1.2)、1份硅烷偶联剂KH560、0.3份聚羧酸类减水剂和1.5份水，继续搅拌120s，然后浇筑、振捣，标准养护条件下养护。
碱激发剂和稻草秸秆纤维的制备方法同实施例1，稻壳灰的粒径≤100nm，偏高岭土的粒径为50～100nm。
实施例4：
本实施例提供一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其制备过程如下：
将55份在700℃煅烧12h的偏高岭土、0.3份硅灰、5份P.O42.5硅酸盐水泥和2份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.5份稻草秸秆纤维，搅拌60s，然后加入20份碱激发剂(模数1.3)、0.8份硅烷偶联剂(0.4份KH560+0.4份KH550)、0.3份聚羧酸类减水剂和1份水，继续搅拌120s，然后浇筑、振捣，标准养护条件下养护。
碱激发剂和稻草秸秆纤维的制备方法同实施例1，稻壳灰的粒径≤100nm，偏高岭土的粒径为50～100nm。
实施例5：
本实施例提供一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其制备过程如下：
将65份在650℃煅烧4h的偏高岭土、0.3份硅灰、5份P.O42.5硅酸盐水泥和1.5份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.3份稻草秸秆纤维，搅拌60s，然后加入20份碱激发剂(模数1.3)、0.8份硅烷偶联剂(0.6份KH560+0.2份KH570)、0.5份聚羧酸类减水剂和1份水，继续搅拌120s，然后浇筑、振捣，标准养护条件下养护。
碱激发剂和稻草秸秆纤维的制备方法同实施例1，稻壳灰的粒径≤100nm，偏高岭土的粒径为50～100nm。
实施例6：
本实施例提供一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其制备过程如下：
将55份在650℃煅烧8h的偏高岭土、0.3份硅灰、3份P.O42.5硅酸盐水泥和1.5份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.3份稻草秸秆纤维，搅拌60s，然后加入18份碱激发剂(模数1.5)、0.8份硅烷偶联剂(0.3份KH550+0.4份KH560+0.1份KH570)、0.3份聚羧酸类减水剂和2份水，继续搅拌120s，然后浇筑、振捣，标准养护条件下养护。
碱激发剂和稻草秸秆纤维的制备方法同实施例1，稻壳灰的粒径≤100nm，偏高岭土的粒径为50～100nm。
本发明采用水泥混凝土/砂浆的国家标准JGJ70－2009、JTGF30-2003、JTGE30-2005与GB/T50081-2002对上述实施例所述材料进行了测试，其测试结果如表1所示。
表1地聚合物基水泥路面裂缝修补材料的性能检测结果(3h)
检测项目 3h抗压强度/MPa 3h抗折强度/MPa
实施例1 20.5 3.8
实施例2 22.8 3.6
实施例3 20.7 3.57
实施例4 25.8 4.2
实施例5 23.5 3.5
实施例6 24.3 3.56
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (6)

1.一种地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其特征在于，所述地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料由如下组分组成：
碱激发剂10～25重量份、偏高岭土45～65重量份、硅灰0.1～0.5重量份、水1～2重量份、减水剂0.1～0.5重量份、硅酸盐水泥1～5重量份、稻壳灰1～2重量份、稻草秸秆纤维0.1～0.5重量份、硅烷偶联剂0.5～1重量份；
所述碱激发剂由NaOH和固含量为30-40wt％的Na2SiO3溶液复合得到，所述碱激发剂的模数为1.0-1.5M；
所述偏高岭土的制备方法包括：将纯高岭土在650～750℃的温度下煅烧4h～12h；所述偏高岭土的粒径为50～100nm；
所述稻壳灰的制备方法包括：将稻壳于500-700℃的温度下煅烧2-6h，所述稻壳灰的粒径≤100nm；
所述稻草秸秆纤维为经55-65℃、4-6wt％的NaOH溶液浸泡20-30h后，以去离子水冲洗并烘干得到的稻草秸秆纤维。
2.根据权利要求1所述的地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其中，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
3.根据权利要求1所述的地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料，其中，所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560和KH570中的至少一种。
4.权利要求1-3中任意一项所述的地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将偏高岭土、硅灰、硅酸盐水泥和稻壳灰混合后进行研磨，得到预混料；
将预混料、稻草秸秆纤维混合搅拌，然后加入碱激发剂、硅烷偶联剂、减水剂和水，继续搅拌，得到所述地聚合物基水泥路面快速修补材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述碱激发剂在使用前陈化24h以上。
6.权利要求1-3中任意一项所述的地聚合物基水泥路面裂缝快速修补材料在修补水泥混凝土路面裂缝中的应用。
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