CN109053078A - 地聚合物基注浆用道路快速修补材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，以质量份数计，制备该修补材料的原料包括：复合碱激发剂10‑15份、煅烧偏高岭土35‑45份、水25‑35份、减水剂0.1‑0.5份、纳米氧化镁0.1‑0.5份、改性剑麻纤维0.1‑0.5份、钠基膨润土2‑5份、普通硅酸盐水泥5‑10份、生石灰0.1‑0.5份和硅丙乳液2‑5份。本发明的地聚合物基注浆用道路快速修补材料具有早后期强度高、柔韧性好、抗收缩开裂性优良、开放交通时间短、耐久性好的特点。

Description

地聚合物基注浆用道路快速修补材料及其制备方法
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注浆用道路快速修补材料及其制备方法。
背景技术
截止目前，我国公路通车总里程已近500万公里，特别是水泥路面约占铺装总里程70％左右。但由于路面结构、施工工艺、超载超重等原因，导致水泥路面发生断裂、脱空、唧泥等病害的发生。这些病害的发生很大程度上跟路基承载能力有关。采用注浆方式，通过将注浆材料注入道路底层，凝结硬化后起到充填、加固的目的，是目前道路病害防治、加固常采用的方法。注浆材料可分为有机注浆材料和无机注浆材料两大类。无机注浆材料大多以水泥为基材，但水泥注浆材料具有浆液稳定性不好、结实率低等缺点；有机注浆材料一般为化学浆液，如聚氨酯、环氧树脂等，但化学浆液一般价格较高，也极大限制其应用范围。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、道路桥梁建造与修复等领域。近年来，地聚合物注浆材料也广泛用于道路修复、加固领域。但由于碱性激发剂的选择及其矿物材料自身特点，地聚合物材料仍存在韧性较差、收缩开裂、早期强度低等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，该修补材料具有早期强度高、与旧水泥混凝土粘结力强、耐久好、易于施工、开放交通时间短等优点。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，以质量份数计，制备该修补材料的原料包括：复合碱激发剂10-15份、煅烧偏高岭土35-45份、水25-35份、减水剂0.1-0.5份、纳米氧化镁0.1-0.5份、改性剑麻纤维0.1-0.5份、钠基膨润土2-5份、普通硅酸盐水泥5-10份、生石灰0.1-0.5份和硅丙乳液2-5份。
本发明的另一方面提供一种上述地聚合物基注浆用道路快速修补材料的制备方法，该制备方法包括：
(1)将煅烧偏高岭土、纳米氧化镁、普通硅酸盐水泥、生石灰和钠基膨润土进行研磨混合，得到预混料；
(2)将所述预混料和改性剑麻纤维混合均匀，然后与复合碱激发剂、减水剂、硅丙乳液和水混合均匀，得到所述地聚合物基注浆用道路快速修补材料。
本发明的修补材料与传统道路注浆材料相比，具有以下的优点：
(1)本发明的地聚合物基注浆用道路快速修补材料具有早、后期强度高、柔韧性好、抗收缩开裂性优良、开放交通时间短、耐久性好的特点。
(2)传统注浆材料存在用于微小裂隙，可注性差，防治效果不佳的问题；然而本发明的地聚合物基注浆用道路快速修补材料稳定性好、渗透性优良，能渗透到微小裂隙、深孔裂隙和结构微裂隙中。
(3)本发明的快速修补材料采用了工、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。
(4)本发明的地聚合物基注浆用道路快速修补材料制备方法简单，易于推广。
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。
本发明的一方面提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，以质量份数计，制备该修补材料的原料包括：复合碱激发剂10-15份、煅烧偏高岭土35-45份、水25-35份、减水剂0.1-0.5份、纳米氧化镁0.1-0.5份、改性剑麻纤维0.1-0.5份、钠基膨润土2-5份、普通硅酸盐水泥5-10份、生石灰0.1-0.5份和硅丙乳液2-5份。
根据本发明，优选地，所述复合碱激发剂由NaOH和固含量为30-40％的Na2SiO3水溶液组成，所述复合碱激发剂的模数为1-2M。
作为优选方案，所述复合碱激发剂的制备方法为将NaOH和固含量为30-40％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1-2M。
作为优选方案，激发剂在使用前陈化24h以上。
根据本发明，优选地，所述煅烧偏高岭土由包括以下步骤的制备方法制得；将高岭土在500-600℃下煅烧3-5h，然后研磨、过筛，得到所述煅烧偏高岭土；所述煅烧偏高岭土的平均粒径为50-100nm。
根据本发明，优选地，所述改性剑麻纤维为硅烷偶联剂改性剑麻纤维；所述改性剑麻纤维的长度为0.5-1cm。
根据本发明，优选地，所述改性的步骤包括：将剑麻纤维于含质量浓度为2-8％的KH550硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中浸泡，然后冲洗、烘干。优选地，所述浸泡时间为20-28h。
根据本发明，优选地，所述减水剂为聚羧酸类减水剂，其固含量为10-20％，减水率为10-30％。
根据本发明，优选地，所述硅丙乳液中的聚合物的平均粒径为50-100nm，固含量为5-15％。
根据本发明，优选地，所述纳米氧化镁的平均粒径为40-60nm；所述钠基膨润土的平均粒径为80-120nm。
根据本发明，优选地，所述普通硅酸盐水泥为32.5号普通硅酸盐水泥和/或42.5号普通硅酸盐水泥。
本发明的另一方面提供一种上述地聚合物基注浆用道路快速修补材料的制备方法，该制备方法包括：
(1)将煅烧偏高岭土、纳米氧化镁、普通硅酸盐水泥、生石灰和钠基膨润土进行研磨混合，得到预混料；
(2)将所述预混料和改性剑麻纤维混合均匀，然后与复合碱激发剂、减水剂、硅丙乳液和水混合均匀，得到所述地聚合物基注浆用道路快速修补材料。
作为优选方案，步骤(1)中，所述研磨时间为10-20min。步骤(2)中，所述预混料和改性剑麻纤维的混合时间为5-10min；然后与复合碱激发剂、减水剂、硅丙乳液和水的混合时间为5-10min。
以下通过实施例进一步说明本发明：
以下各实施例中，各物质的用量份数均为质量份；以下各实施例所用的复合碱激发剂由NaOH和固含量为35％的Na2SiO3水溶液组成；煅烧偏高岭土的平均粒径为100nm；改性剑麻纤维由如下方法制得：将剑麻纤维于含质量浓度为5％的KH550硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中浸泡24h，然后冲洗、烘干；减水剂为聚羧酸类减水剂，其固含量为15％，减水率为20％；硅丙乳液中的聚合物的平均粒径为80nm，固含量为10％；纳米氧化镁的平均粒径为50nm；所述钠基膨润土的平均粒径为100nm。
实施例1
本实施例提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，具体制备方法为：将45份550℃煅烧4h的煅烧偏高岭土、0.3份纳米氧化镁、5份42.5号普通硅酸盐水泥、0.1份生石灰、2份钠基膨润土在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在搅拌机中加入预混料、掺入0.1份0.5cm长的改性剑麻纤维搅拌8min，然后加入10份复合碱激发剂(模数1.0M)、2份硅丙乳液、0.1份减水剂和30份水，继续搅拌8min，即得。
实施例2
本实施例提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，具体制备方法为：将35份550℃煅烧5h的煅烧偏高岭土、0.5份纳米氧化镁、10份42.5号普通硅酸盐水泥、0.5份生石灰、5份钠基膨润土在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在搅拌机中加入预混料、掺入0.5份0.5cm长的改性剑麻纤维搅拌8min，然后加入15份复合碱激发剂(模数1.5M)、5份硅丙乳液、0.3份减水剂和35份水，继续搅拌8min，即得。
实施例3
本实施例提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，具体制备方法为：将35份500℃煅烧3h的煅烧偏高岭土、0.1份纳米氧化镁、8份42.5号普通硅酸盐水泥、0.3份生石灰、4份钠基膨润土在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在搅拌机中加入预混料、掺入0.3份1cm长的改性剑麻纤维搅拌8min，然加入12份复合碱激发剂(模数1.0M)、5份硅丙乳液、0.5份减水剂和35份水，继续搅拌8min，即得。
实施例4
本实施例提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，具体制备方法为：将40份600℃煅烧4h的煅烧偏高岭土、0.3份纳米氧化镁、7份32.5号普通硅酸盐水泥、0.1份生石灰、3份钠基膨润土在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在搅拌机中加入预混料、掺入0.3份0.5cm长的改性剑麻纤维搅拌8min，然后加入15份复合碱激发剂(模数2.0M)、5份硅丙乳液、0.3份减水剂和25份水，继续搅拌8min，即得。
实施例5
本实施例提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，具体制备方法为：将45份550℃煅烧4h的煅烧偏高岭土、0.5份纳米氧化镁、5份32.5号普通硅酸盐水泥、0.3份生石灰、5份钠基膨润土在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在搅拌机中加入预混料、掺入0.3份1.0cm长的改性剑麻纤维搅拌8min，然后加入15份复合碱激发剂(模数1.5M)、5份硅丙乳液、0.1份减水剂和35份水，继续搅拌8min，即得。
实施例6
本实施例提供一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，具体制备方法为：将40份550℃煅烧4h的煅烧偏高岭土、0.3份纳米氧化镁、7份32.5号普通硅酸盐水泥、0.3份生石灰、4份钠基膨润土在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在搅拌机中加入预混料、掺入0.3份0.5cm长的改性剑麻纤维搅拌8min，然后加入12份复合碱激发剂(模数1.5M)、3份硅丙乳液、0.3份减水剂和30份水，继续搅拌8min，即得。
测试例
采用水泥混凝土/砂浆的国家“JGJ70-2009、JTGE30-2005与GB/T50081-2002”标准，对实施例1-6所制备的地聚合物基注浆用道路快速修补材料进行性能测试，其测试结果请见表1，其中，终凝时间和收缩性按照JGJ70-2009进行测试，流动度按照JTGE30-2005标准进行测试，抗压强度按照GB/T50081-2002进行测试。
表1地聚合物基注浆用道路快速修补材料的性能检测结果
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 (10)

1.一种地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其特征在于，以质量份数计，制备该修补材料的原料包括：复合碱激发剂10-15份、煅烧偏高岭土35-45份、水25-35份、减水剂0.1-0.5份、纳米氧化镁0.1-0.5份、改性剑麻纤维0.1-0.5份、钠基膨润土2-5份、普通硅酸盐水泥5-10份、生石灰0.1-0.5份和硅丙乳液2-5份。
2.根据权利要求1所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其中，所述复合碱激发剂由NaOH和固含量为30-40％的Na2SiO3水溶液组成，所述复合碱激发剂的模数为1-2M。
3.根据权利要求1所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其中，所述煅烧偏高岭土由包括以下步骤的制备方法制得；将高岭土在500-600℃下煅烧3-5h，然后研磨、过筛，得到所述煅烧偏高岭土；所述煅烧偏高岭土的平均粒径为50-100nm。
4.根据权利要求1所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其中，所述改性剑麻纤维为硅烷偶联剂改性剑麻纤维；所述改性剑麻纤维的长度为0.5-1cm。
5.根据权利要求4所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其中，所述改性的步骤包括：将剑麻纤维于含质量浓度为2-8％的KH550硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中浸泡，然后冲洗、烘干。
6.根据权利要求1所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其中，所述减水剂为聚羧酸类减水剂，其固含量为10-20％，减水率为10-30％。
7.根据权利要求1所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其中，所述硅丙乳液中的聚合物的平均粒径为50-100nm，固含量为5-15％。
8.根据权利要求1所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其中，所述纳米氧化镁的平均粒径为40-60nm；所述钠基膨润土的平均粒径为80-120nm。
9.根据权利要求1所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料，其中，所述普通硅酸盐水泥为32.5号普通硅酸盐水泥和/或42.5号普通硅酸盐水泥。
10.权利要求1-9中任意一项所述的地聚合物基注浆用道路快速修补材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
(1)将煅烧偏高岭土、纳米氧化镁、普通硅酸盐水泥、生石灰和钠基膨润土进行研磨混合，得到预混料；
(2)将所述预混料和改性剑麻纤维混合均匀，然后与复合碱激发剂、减水剂、硅丙乳液和水混合均匀，得到所述地聚合物基注浆用道路快速修补材料。
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