CN109020468B - 一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及修补剂领域，公开了一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，该修补剂由以下组分组成：磷酸二氢钾、氧化镁、硼砂、碳酸钙、粉煤灰、微硅粉、聚丙烯酰胺、引气剂、减水剂、细集料、粗集料、水；本发明还公开了一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂的制备方法；本发明的抗除冰盐水泥基沟渠修补剂凝结时间快、粘结强度高、具有优良的抗渗性及耐除冰盐腐蚀性能，适用于公路边沟、排水沟等受除冰盐剥蚀破坏的修补。

Description

一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂

技术领域

本发明涉及一种水泥基修补剂，尤其涉及一种抗除冰盐腐蚀的公路边沟、排水沟用水泥基修补剂。

背景技术

在我国北方地区的冬季，降雪量大且持续时间较长，雪层在车辆荷载的作用下变得紧密而结为冰层，影响交通正常运行，导致城市道路及高速公路的严重堵塞。为保障交通顺畅，防止因路面冰雪引发事故，除人工或机械除冰外，路面抛洒大量除冰盐是最常用的除冰雪手段之一。然而，除冰盐在融雪除冰的过程中也给道路带来极大破坏，造成混凝土的严重剥蚀和钢筋锈蚀。对这类腐蚀破坏的修补成为了混凝土结构修补中最棘手的问题之一。而作为汇集和排除路面、路肩流水，设置在路基两侧的公路边沟，受融化雪水的冲刷及除冰盐剥蚀破坏情况更为严重。为了防止其进一步破坏，应及时对其进行修补。而常用的如混凝土、砂浆等修补材料不具备耐除冰盐腐蚀性能，导致修补后的公路边沟耐久性未得到提升，大大增加了公路边沟的维修成本。针对除冰盐腐蚀这些较普遍的问题，研发一种耐盐蚀修补剂，提高修补后水泥基沟渠的耐蚀性，延长其有效使用寿命，是一条有效的技术途径。

CN108069692 A提供了一种快速修补用磷酸镁注浆料，注浆料凝结时间可调且早期强度高、后期强度稳定不倒缩，但不具备抗渗性能及耐除冰盐腐蚀性能；CN101386518A提供了一种快硬早强磷酸镁混凝土，可用于公路、机场、桥梁、码头等工程的快速修补及有毒有害物质的快速固化和封闭，也可用于硫酸盐及海水侵蚀下的土木建筑工程，但其并不具备抗渗性及与破损混凝土界面良好的粘结能力； CN102863174A提供了一种水泥混凝土防腐阻锈剂，其掺入混凝土中可提高混凝土各龄期强度及抗氯离子渗透性能，还可赋予水泥混凝土一定的自修复能力，其应用简便，便于大体积混凝土施工，但并不具备良好的粘结性能，且其强调的是一种水泥混凝土添加剂而非修补材料，组分以硅粉、粉煤灰、矿渣粉、水滑石、乳胶粉为主，与本发明组分存在较大差异； CN103570265A提供了一种磷酸钾镁水泥基混凝土胶粘剂及其制备方法，制备的混凝土胶粘剂凝结时间可控、与普通硅酸盐混凝土构件的粘结强度高、高早强和后期强度稳定增长，且工艺简单使用方便，但其不具备耐盐腐蚀性及抗渗性能，且其强调的是一种混凝土胶黏剂而非混凝土修补材料；专利CN105272138 A提供了一种磷酸镁水泥基快速修补砂浆及其制备方法，具有较高的早期强度、粘结强度及高耐水性，但不具备耐除冰盐腐蚀性能；专利CN107555920A提供了一种耐盐蚀混凝土修补剂，其针对受除冰盐、海水侵蚀混凝土工程损伤问题进行损伤面修补，并通过各种辅料提高修补体与混凝土结构损伤面的粘结性能，具有持续性防御和微结构修补的能力，提高修补体与混凝土结构损伤面的粘结性能，但其凝结时间慢，延长了混凝土结构的修补时间，且其主要采用，采用硫铝酸盐水泥和氯氧镁水泥复合胶结体系，与本发明中磷酸盐水泥基存在差异。

随着严寒地区对水泥基混凝土结构要求的日益提高，混凝土修补材料所应用环境的日益复杂，迫切需要研发新型修补剂，以解决修补体系在盐蚀条件下的难题。因此，研制一种能够快速凝结、解决公路边沟、排水沟除冰盐腐蚀病害问题的水泥基修补剂，显得尤为重要。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂及其制备方法。该材料可以用于公路边沟混凝土受除冰盐剥蚀破坏的修补，能够快速凝结，具有良好的工作性能 、粘结性能、抗渗性及耐除冰盐腐蚀性。

为实现上述目的，本发明提供的抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，由以下重量百分比的组分组成：8%-12% 磷酸二氢钾、14%-20% 氧化镁、2%-5% 硼砂、3%-6% 碳酸钙、16%-24%粉煤灰、1.5%-3.2% 微硅粉、0.05%-0.2% 聚丙烯酰胺、0.2%-0.3% 三萜皂甙引气剂、0.05%-0.2% 减水剂、20%-30% 细集料、13%-18% 粗集料、余量 水。

其中，所述磷酸二氢钾为纯度99%工业级磷酸二氢钾；所述氧化镁为纯度98%的轻烧氧化镁；所述碳酸钙为重质碳酸钙 ；所述硼砂为纯度为99%的工业级硼砂；所述细集料选择级配良好的中砂，细度模数为2.6-2.9；所述粗集料选择5-20mm的连续级配碎石；所述粉煤灰为一级低钙粉煤灰；所述微硅粉为微细硅灰；所述引气剂为三萜皂甙引气剂；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

为实现上述目的，本发明还提供一种该水泥基修补剂的制备方法，具体如下：

（1）按上述原料配比依次称取8%-12%磷酸二氢钾、14%-20%氧化镁、2%-5%硼砂、16%-24%粉煤灰、3%-6%碳酸钙、0.05%-0.2%聚丙烯酰胺；24%-30%细集料、13%-18%粗集料、1.5%-3.2%微细硅灰、0.2%-0.3%三萜皂甙引气剂、0.05%-0.2%聚羧酸高效减水剂、余量水；

（2）将称取的磷酸二氢钾、氧化镁、硼砂、碳酸钙、细集料、粗集料、粉煤灰及硅灰置于搅拌机搅拌3-5min；

（3）加入引气剂、减水剂、聚丙烯酰胺继续搅拌1-2min，使其混合均匀 ；

（4）加水搅拌 1-2min，直至形成流动性较好的糊状浆体，即制得抗除冰盐水泥基沟渠修补剂。

上述抗除冰盐水泥基沟渠修补剂可用于用于公路边沟混凝土受除冰盐剥蚀破坏的修补，能够快速凝结，具有良好的工作性能 、粘结性能、抗渗性及耐除冰盐腐蚀性能。

其中，碳酸钙的掺杂对本发明的水泥基修补剂的粘结抗折性能、抗粘结拉拔性能产生影响，其含量的影响对本发明的水泥基修补剂具有较大影响，因此对其含量进行了筛选，本发明中仅仅选择几个具有代表性的列在下表。

由表1可知当碳酸钙掺量为3%-6%时，本发明修补剂7d后的粘结拉拔强度最大，且拉拔断裂破坏发生在硅酸盐水泥混凝土基体中，即修补剂的粘结拉拔强度高于硅酸盐水泥混凝土的粘结拉拔强度，粘结修补效果合格。且当碳酸钙掺量为3%-6%时。随着碳酸钙掺量的增加，抗折粘结强度越强。

与现有技术相比，本发明的有益效果。

本发明中所用磷酸二氢钾与氧化镁以及铁粉（铁粉为在菱镁矿煅烧后破碎磨细成氧化镁过程中所引入的）发生反应的过程中产生氢气，使得水泥基具有较高含气量，相对于普通硅酸盐水泥具有更高的抗盐冻效果；本发明中所用磷酸二氢钾能与碳酸钙及破损界面普通硅酸盐混凝土中的Ca(OH)₂反应生成具有胶凝性的磷酸钙类产物，相对于普通硅酸盐水泥基修补材料不仅具备更好的物理粘结性，还具备更强的化学粘结性；本发明所用硼砂在溶液中提供的B₄O₇ ^2-与Mg²⁺结合生成硼酸镁，并成膜附着在氧化镁颗粒表面，用于减缓氧化镁与磷酸二氢钾过快的反应速率，延长反应时间，保证施工操作的时间；本发明所用低钙粉煤灰需水量小，可以降低水胶比，增加混凝土密实度；本发明所用聚丙烯酰胺为有机高分子聚合物，其中的长分子链结构可以改善材料粒子间的相互作用，提高材料的粘结强度及抗渗性能；本发明所用的引气剂是一种非离子型表面活性物质，其主要成份为有机物三萜皂苷，不仅可以显著改善材料的和易性及流动性，降低离析及泌水现象，引入的微小气泡可以填充骨料及胶凝材料间的空隙，降低及延缓物理膨胀及化学反应膨胀引起的水泥基破坏，同时提高材料的密实度，弥补水泥基材料结构缺陷，改善其抗渗性及耐盐腐蚀性能，提高了材料的整体耐久性；通过添加聚羧酸高效减水剂可以降低水灰比，增加材料的密实度性及其抗渗性能；加入的微硅粉为尺寸极小的球状颗粒，具有极好的填充性，能够填充骨粒及水泥颗粒间的孔隙，提高材料的密实度。

综上所述本发明中提供的抗除冰盐水泥基沟渠修补剂具有优良的抗渗性能及耐除冰盐腐蚀性能，且凝结时间快，粘结强度高，可以广泛应用于高速公路边沟、排水沟盐冻破坏修补工程中。

具体实施方式

实施例1。

一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，其材料配比及制备方法如下：按原料所需配比依次称取10% 磷酸二氢钾、16% 氧化镁、3% 硼砂、4.5% 碳酸钙、18.4% 粉煤灰、3% 微硅粉、0.1% 聚丙烯酰胺、0.3% 三萜皂甙引气剂、0.2% 聚羧酸高效减水剂、24% 细集料、15% 粗集料、余量水；将称取的磷酸二氢钾、氧化镁、硼砂、碳酸钙、细集料、粗集料、粉煤灰及微硅灰置于搅拌机搅拌5min；加入引气剂、减水剂、聚丙烯酰胺继续搅拌2min，使其搅拌混合均匀，最后加水搅拌2min直至形成流动性较好的糊状浆体。

1.性能测试方法。

（1）凝结时间。

实验仪器采用GB1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》中所规定的仪器及器具；将按配比制出的材料立即倒入圆模，振动数次并刮去多余稠浆，抹干后，测定初级凝及终凝时间。

（2）粘结强度。

作普通硅酸盐混凝土标准块尺寸为40mm×40mm×160mm，放入标准养护室养护28天后将混凝土标准试块用抗折机从二分之一处折断以备用，如若异常折断则弃用。将半块折断好的混凝试块放入40mm×40mm×160mm的模具中，剩余空隙倒入水泥基修补剂，然后脱模养护至28d龄期 后，分别在到抗折机和拉拔仪上进行抗折粘结强度和抗拉粘结强度测试。

配制20% CaCl₂溶液作为除冰盐腐蚀液，将本发明的抗除冰盐水泥基沟渠修补剂与普通硅酸盐水泥基修补剂浸泡在10±5℃的腐蚀液中，进行强度保留率和外观测试。

（4）抗渗性。

采用渗水高度法进行抗水渗透性实验，制作6个尺寸为上底直径 175 mm、下底直径 185 mm、高 150 mm 的圆台体试件，分别为1#、2#、3#、4#、5#和6#，试件成型 24h后拆模，在标准养护室中养护28d。在水泥混凝土渗透仪上对试件进行加压，水充满试位坑，且水压恒定控制在1.2±0.5Mpa，24小时后停止实验，用压力机将试件沿轴向劈开，测量出 10 个测点的渗水高度，读数精确至 1mm，计算出每个试件的平均渗水高度。

2.测试结果及分析。

按照实施例1中提供的组分和方法，分别进行三组平行试验，并对每组分别进行测试，平均时间取整数值：

（1）凝结时间。

（2）粘结强度。

由表4可知，实施例一中修补剂28d抗折粘结强度均大于7Mpa，且抗拉粘结强度均高于硅酸盐水泥混凝土的粘结拉拔强度。

（3）耐除冰盐腐蚀性。

根据数据可知盐溶液对本发明中修补剂的腐蚀作用相对于普通硅酸盐水泥修补剂较小，60d龄期后的强度保留率为75%以上，而且经过长时间浸泡后的试件表面仍然比较完好，由此可见本发明修补剂具备优良耐盐腐蚀性能。

（4）抗渗性。

由表6可知，本发明中抗除冰盐水泥基沟渠修补剂具有良好的抗渗性能，且相对于普通修补剂的抗渗性能提高了24%以上。

实施例2。

一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，其材料配比及制备方法如下：按原料所需配比依次称取12%磷酸二氢钾、18%氧化镁、5%硼砂、3%碳酸钙、16.9%粉煤灰、1.6%微硅粉、0.2%聚丙烯酰胺、0.2%三萜皂甙引气剂、0.1%聚羧酸高效减水剂、23%细集料、13%粗集料、余量水；将称取的磷酸二氢钾、氧化镁、硼砂、碳酸钙、细集料、粗集料、粉煤灰及微硅灰置于搅拌机搅拌5min；加入引气剂、减水剂、聚丙烯酰胺继续搅拌2min，使其搅拌混合均匀，最后加水搅拌2min直至形成流动性较好的糊状浆体。

实施例3。

一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，其材料配比及制备方法如下：按原料所需配比依次称取11%磷酸二氢钾、17%氧化镁、5%硼砂、4%碳酸钙、16%粉煤灰、1.8%微硅灰、0.15%聚丙烯酰胺、0.2%三萜皂甙引气剂、0.15%聚羧酸高效减水剂、24%细集料、14%粗集料、余量水；将称取的磷酸二氢钾、氧化镁、硼砂、碳酸钙、细集料、粗集料、粉煤灰及微硅灰置于搅拌机搅拌5min；加入引气剂、减水剂、聚丙烯酰胺继续搅拌2min，使其搅拌混合均匀，最后加水搅拌2min直至形成流动性较好的糊状浆体。

对比例。

分别挑选实施例1、2、3中的一组与某品牌市售普通硅酸盐修补剂的效果进行对比：由表7可知本发明中抗除冰盐水泥基沟渠修补剂相对于某品牌市售普通修补剂具有优良的抗渗性及耐除冰盐腐蚀性能，且凝结时间快，粘结强度高。

Claims (5)

1.一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，其特征在于，由以下组分组成：8%-12% 磷酸二氢钾、14%-20% 氧化镁、2%-5% 硼砂、3%-6% 碳酸钙、16%-24% 粉煤灰、1.5%-3.2% 微硅粉、0.05%-0.2% 聚丙烯酰胺、0.2%-0.3%引气剂、0.05%-0.2% 减水剂、20%-30% 细集料、13%-18% 粗集料、余量水；

所述磷酸二氢钾为纯度99%工业级磷酸二氢钾；所述氧化镁为纯度98%的轻烧氧化镁；所述碳酸钙为重质碳酸钙 ；所述硼砂为纯度为99%的工业级硼砂；所述细集料选择级配良好的中砂，细度模数为2.6-2.9；所述粗集料选择5-20mm的连续级配碎石；所述粉煤灰为一级低钙粉煤灰；所述微硅粉为微细硅灰；所述引气剂为三萜皂甙引气剂；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

2.根据权利要求1所述的一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，其特征在于，由以下组分组成：10% 磷酸二氢钾、16% 氧化镁、3% 硼砂、4.5% 碳酸钙、18.4% 粉煤灰、3% 微硅粉、0.1%聚丙烯酰胺、0.3% 三萜皂甙引气剂、0.2% 聚羧酸高效减水剂、24% 细集料、15% 粗集料、余量水。

3.根据权利要求1所述的一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，其特征在于，由以下组分组成：12%磷酸二氢钾、18%氧化镁、5%硼砂、3%碳酸钙、16.9%粉煤灰、1.6%微硅粉、0.2%聚丙烯酰胺、0.2%三萜皂甙引气剂、0.1%聚羧酸高效减水剂、23%细集料、13%粗集料、余量水。

4.根据权利要求1所述的一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂，其特征在于，由以下组分组成：11%磷酸二氢钾、17%氧化镁、5%硼砂、4%碳酸钙、16%粉煤灰、1.8%微硅灰、0.15%聚丙烯酰胺、0.2%三萜皂甙引气剂、0.15%聚羧酸高效减水剂、24%细集料、14%粗集料、余量水。

5.根据权利要求1所述的一种抗除冰盐水泥基沟渠修补剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按原料配比依次称取8%-12%磷酸二氢钾、14%-20%氧化镁、2%-5%硼砂、16%-24%粉煤灰、3%-6%碳酸钙、0.05%-0.2%聚丙烯酰胺、24%-30%细集料、13%-18%粗集料、1.5%-3.2%微硅灰、0.2%-0.3%三萜皂甙引气剂、0.05%-0.2%聚羧酸高效减水剂、余量水；

（2）将称取的磷酸二氢钾、氧化镁、硼砂、碳酸钙、细集料、粗集料、粉煤灰及微硅灰置于搅拌机搅拌3-5min；

（3）加入引气剂、减水剂、聚丙烯酰胺继续搅拌1-2min，使其混合均匀 ；

（4）加水搅拌 1-2min，直至形成流动性较好的糊状浆体，即制得抗除冰盐水泥基沟渠修补剂。