CN109574611B - 一种路面快速修补环保水泥基材料及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种路面快速修补环保水泥基材料及其制备和使用方法，路面快速修补环保水泥基材料，由以下质量比原料制成：环保水泥：砂：石：PTB乳液：水=5.66～7.23：8.45～9.01：0～16.71：0.20～0.76：1.91～2.87。环保水泥由MgO、激发剂、矿渣和粉煤灰组成，其质量比为MgO：激发剂：矿渣：粉煤灰=0.31～0.72：0.20～0.68：4.05～5.62：0～2.86。本发明的路面快速修补环保水泥基材料具有工作性好、生产工艺简单、凝结时间短、早期强度高、耐水性好、粘结性能好、满足开放交通要求强度的时间短、成本低和环保性强等优点，具有较好的市场应用前景。

Description

一种路面快速修补环保水泥基材料及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于混凝土材料领域，具体涉及一种路面快速修补环保水泥基材料及其制备和使用方法。
背景技术
水泥混凝土路面因其强度高、耐久性好、成本低、受温度影响较小等特点在我国道路工程中广泛使用。但是，混凝土路面在服役期间长期受到交通荷载的反复作用和环境因素的影响，会造成混凝土路面不同程度的破坏，如啃边、裂缝、坑槽等局部小病害。如果这些局部病害不及时修补处理，在反复荷载的作用下，病害会急剧加大，将对行车安全和道路的正常服役年限产生极大的影响，造成严重的经济损失。然而传统的路面修补材料具有制备方式繁琐、成本高、满足开放交通要求强度的时间长和新旧混凝土粘结力低等缺点，严重制约了路面修补材料的发展和应用。因此，研究出一种能够快速修补的新型材料具有十分重要的意义。
目前，国内已申请的多个有关路面快速修补材料的专利，CN 108424087 A专利公开了一种地聚物基水泥路面裂缝快速修补材料及其制备方法和应用，该发明主要采用地聚物基水泥加入减水剂、稻壳灰、稻草秸秆纤维和硅烷偶联剂等材料制成，材料组成和制备过程较为复杂，成本较高，且仅适合小裂缝修补。本发明采用环保水泥（采用碱性激发剂激发具有一定活性的矿渣和粉煤灰所得的胶凝材料）和PTB乳液混合而成，制备过程简单，成本较低，适合大小裂缝修补，且大量使用固体废弃物粉煤灰和矿渣取代水泥，环保效果明显。CN 102864714 A专利公开了一种混凝土公路路面快速修补方法，该发明主要采用A组分（E44环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯、石棉粉、消泡剂）、B组分（无水乙二胺和丙酮）与填料（2种级配碎石和砂、白水泥），先分别进行各组分搅拌，然后再混合搅拌而制成凝结时间快、防水性能和粘结性能好的快速修补材料。该发明操作极为复杂，成本高，不利于大规模生产。本发明只需先将PTB乳液与激发剂溶解在水中，然后掺入到干料中搅拌均匀，即可制得到工作性好、凝结时间短、早期强度高、防水性能和粘结性能好的路面快速修补环保水泥基材料。该材料成本低，防水性能和粘结性能好，操作方便，产业化前景广阔。
发明内容
针对上述背景技术中存在的缺陷与问题，本发明提供了一种路面快速修补环保水泥基材料及其制备和使用方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种路面快速修补环保水泥基材料由环保水泥、砂、石、PTB乳液和水组成，各组分质量比为：环保水泥：砂：石：PTB乳液：水=5.66～7.23：8.45～9.01：0～16.71：0.20～0.76：1.91～2.87。
进一步地，所述的环保水泥是由氧化镁（MgO）、激发剂、矿渣和粉煤灰组成，其质量比为MgO：激发剂：矿渣：粉煤灰=0.31～0.72：0.20～0.68：4.05～5.62：0～2.86。
进一步地，所述的PTB乳液是乙烯-氯乙烯-乙烯酯产品，白色乳液状。其物理性能指标为粘性：80～120 mPa.s、固体含量：52±1wt%、比重：1.1、pH值：7～9。
进一步地，所述的MgO为900 ℃下煅烧1～2h的MgO，平均粒径为20～50 μm。
进一步地，所述的激发剂包括NaOH或水玻璃（模数1.0～2.0）。
进一步地，所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣粉。
进一步地，所述的粉煤灰为电厂固体废弃物II级粉煤灰。
进一步地，其主要机理为：
（1）环保水泥凝结时间快，早期强度高等特点。体系中NaOH或水玻璃可以提供较强的碱性环境，使得粉煤灰和矿渣内部的Si-O和Al-O四面体快速产生解聚和缩聚反应，形成致密的空间网状结构。
（2）环保水泥基材料具有凝结时间快和早期强度高等优点，但也存在收缩易产生裂缝的缺点。MgO掺入环保水泥基材料中具有一定的膨胀性，明显抑制其收缩开裂问题，避免后期强度倒缩的缺陷，保证工程质量。
（3）PTB乳液具有减水效果，使得路面快速修补环保水泥基材料在施工过程中拥有较好的流动性。PTB乳液具有极好的粘结性、防水性和柔韧性。当PTB乳液掺入到路面快速修补环保水泥基材料中时，PTB乳液在路面快速修补环保水泥基材料内部形成聚合物网状空间结构，这抑制了路面快速修补环保水泥基材料内部微裂缝的发展，使环保水泥基材料具有较好的柔韧性、力学性能（粘结强度和抗压强度等）和耐久性。
进一步地，所述路面快速修补环保水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）计量：按上述比例分别计量各组成材料；
（2）拌合干料：将粉煤灰、矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟，形成干料；
（3）制备外加剂溶液：将激发剂和PTB乳液溶解在水中，搅拌2～3分钟，制成外加剂溶液；
（4）制备水泥基材料：将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成路面快速修补环保水泥基材料。
所述路面快速修补环保水泥基材料的使用方法：将裂缝或坑槽清理干净，然后将体积比PTB乳液：水=1：4的PTB溶液进行底涂层处理，将路面快速修补环保水泥基材料分两层灌入裂缝或坑槽内并反复压实。
与现有的路面快速修补材料技术相比，本发明具有以下优点：
1）PTB乳液具有减水效果，且具备极好的防水性、粘结性和非凡的柔韧性，是一种有机粘结剂，其在失水时产生强度；环保水泥是一种无机粘结剂，其产生强度时需要消耗水。将无机和有机粘结剂相结合，取长补短，使添加了PTB乳液的环保水泥基材料具有很好的工作性、韧性、强度和耐久性。
2）由于环保水泥具有较高的粘结性能，且PTB乳液可以较大提高混凝土的粘结性，因此，路面快速修补环保水泥基材料与旧混凝土基面粘结强度高，在各种荷载作用下不易脱落。
3）环保水泥凝结时间短。在路面快速修补环保水泥基材料中需要掺入MgO，MgO本身具有一定的膨胀性，使其避免收缩开裂问题。此外，环保水泥大量消耗固体废物粉煤灰和矿渣，不仅环保效益明显，而且可以降低路面快速修补环保水泥基材料的成本。
具体实施方式
本发明提供的是一种路面快速修补环保水泥基材料及其制备和使用方法。该路面快速修补环保水泥基材料由环保水泥、砂、石、PTB乳液和水组成，各组分质量比为：环保水泥：砂：石：PTB乳液：水=5.66～7.23：8.45～9.01：0～16.71：0.20～0.76：1.91～2.87。环保水泥由氧化镁（MgO）、激发剂、矿渣和粉煤灰组成，其质量比为MgO：激发剂：矿渣：粉煤灰=0.31～0.72：0.20～0.68：4.05～5.62：0～2.86。
进一步地，所述的PTB乳液是乙烯-氯乙烯-乙烯酯产品，白色乳液状。其物理性能指标为粘性：80～120 mPa.s、固体含量：52±1wt%、比重：1.1、pH值：7～9。
进一步地，所述的MgO为900 ℃下煅烧1～2h的MgO，平均粒径为20～50 μm。
进一步地，所述的激发剂包括NaOH或水玻璃（模数1.0～2.0）。
进一步地，所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣粉。
进一步地，所述的粉煤灰为电厂固体废弃物II级粉煤灰。
本发明路面快速修补环保水泥基材料，其制备过程包括如下步骤：
（1）计量：按上述比例分别计量各组成材料；
（2）拌合干料：将粉煤灰、矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟，形成干料；
（3）制备外加剂溶液：将激发剂和PTB乳液溶解在水中，搅拌2～3分钟，制成外加剂溶液；
（4）制备水泥基材料：将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成路面快速修补环保水泥基材料；
本发明路面快速修补环保水泥基材料，其使用方法：将裂缝或坑槽清理干净，然后将体积比PTB乳液：水=1：4的PTB溶液进行底涂层处理，将路面快速修补环保水泥基材料分两层灌入裂缝或坑槽内并反复压实。
实施例1
本发明的路面快速修补环保水泥基材料可以适用宽度8mm的贯通裂缝修补。主要由下列质量比的原料制成：环保水泥：砂：石：PTB乳液：水=5.66：8.45：0：0.20：1.91。其中环保水泥由MgO、模数1.0的水玻璃、矿渣和粉煤灰组成，其质量比为MgO：水玻璃：矿渣：粉煤灰=0.31：0.20：4.05：0。
本发明路面快速修补环保水泥基材料制备方法的具体步骤为：
（1）计量：按上述比例分别计量各组成材料；
（2）拌合干料：将矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂搅拌2～3分钟，形成干料；
（3）制备外加剂溶液：将模数1.0的水玻璃和PTB乳液溶解在水中，搅拌2～3分钟，制成外加剂溶液；
（4）制备水泥基材料：将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成路面快速修补环保水泥基材料；
修补工作：将裂缝凿出V型槽，鼓风机将灰尘吹净，压力水清洗，然后将体积比PTB乳液：水=1：4的PTB溶液进行底涂层处理，采用刮刀将路面快速修补环保水泥基材料灌入裂缝中，反复压实并抹平。
对路面快速修补环保水泥基材料的初凝时间、满足开放交通要求强度的时间、1d抗压强度、1d抗折强度、与基底的粘结强度进行测定，其初凝时间18min、满足开放交通要求强度的时间18min、1d抗压强度56MPa、1d抗折强度5.7MPa、与基底的粘结强度2.0MPa。满足《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》（JT/T 1211.1-2018）中CRRM-I的要求。
实施例2
本发明的路面快速修补环保水泥基材料可以适用深度15mm的非贯通裂缝或坑槽修补。主要由下列质量比的原料制成：环保水泥：砂：石：PTB乳液：水=5.66：8.45：0：0.20：1.91。其中环保水泥由MgO、NaOH、矿渣和粉煤灰组成，其质量比为MgO：NaOH：矿渣：粉煤灰=0.31：0.20：4.05：0。
本发明路面快速修补环保水泥基材料制备方法的具体步骤为：
（1）计量：按上述比例分别计量各组成材料；
（2）拌合干料：将矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂搅拌2～3分钟，形成干料；
（3）制备外加剂溶液：将NaOH和PTB乳液溶解在水中，搅拌2～3分钟，制成外加剂溶液；
（4）制备水泥基材料：将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成路面快速修补环保水泥基材料；
修补工作：将裂缝凿出V型槽，鼓风机将灰尘吹净，压力水清洗，然后将体积比PTB乳液：水=1：4的PTB溶液进行底涂层处理，采用刮刀将路面快速修补环保水泥基材料灌入裂缝中，反复压实并抹平。
对路面快速修补环保水泥基材料的初凝时间、满足开放交通要求强度的时间、1d抗压强度、1d抗折强度、与基底的粘结强度进行测定，其初凝时间30min、满足开放交通要求强度的时间35min、1d抗压强度42MPa、1d抗折强度5.3MPa、与基底的粘结强度1.7MPa。满足《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》（JT/T 1211.1-2018）中CRRM-I的要求。
实施例3
本发明的路面快速修补环保水泥基材料可以适用深度35mm的坑槽修补。主要由下列质量比的原料制成：环保水泥：砂：石：PTB乳液：水=6.02：8.87：13.25：0.53：2.50。环保水泥由氧化镁（MgO）、模数1.5水玻璃、矿渣和粉煤灰组成，其质量比为MgO：水玻璃：矿渣：粉煤灰=0.56：0.47：5.17：1.22。
本发明路面快速修补环保水泥基材料制备方法的具体步骤为：
（1）计量：按上述比例分别计量各组成材料；
（2）拌合干料：将粉煤灰、矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟，形成干料；
（3）制备外加剂溶液：将模数1.5的水玻璃和PTB乳液溶解在水中，搅拌2～3分钟，制成外加剂溶液；
（4）制备水泥基材料：将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成路面快速修补环保水泥基材料；
修补工作：用鼓风机将坑槽内灰尘吹净，压力水清洗，然后将体积比PTB乳液：水=1：4的PTB溶液进行底涂层处理，然后分两层浇筑路面快速修补环保水泥基材料，振捣密实后用刮刀抹平。
对路面快速修补环保水泥基材料的初凝时间、满足开放交通要求强度的时间、1d抗压强度、1d抗折强度、与基底的粘结强度进行测定，其初凝时间23min、满足开放交通要求强度的时间32min、1d抗压强度54MPa、1d抗折强度5.5MPa、与基底的粘结强度1.8MPa。满足《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》（JT/T 1211.1-2018）中CRRM-I的要求。
实施例4
本发明的路面快速修补环保水泥基材料可以适用深度30mm坑槽修补。主要由下列质量比的原料制成：环保水泥：砂：石：PTB乳液：水=7.23：9.01：16.71：0.76：2.87。环保水泥由氧化镁（MgO）、模数2.0的水玻璃、矿渣和粉煤灰组成，其质量比为MgO：水玻璃：矿渣：粉煤灰=0.72：0.68：5.62：2.86。
本发明路面快速修补环保水泥基材料制备方法的具体步骤为：
（1）计量：按上述比例分别计量各组成材料；
（2）拌合干料：将粉煤灰、矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟，形成干料；
（3）制备外加剂溶液：将模数2.0的水玻璃和PTB乳液溶解在水中，搅拌2～3分钟，制成外加剂溶液；
（4）制备水泥基材料：将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成路面快速修补环保水泥基材料；
修补工作：将坑槽内清理干净，然后将体积比PTB乳液：水=1：4的PTB溶液进行底涂层处理，将路面快速修补环保水泥基材料分两层浇筑坑槽内并反复压实抹平。
对路面快速修补环保水泥基材料的初凝时间、满足开放交通要求强度的时间、1d抗压强度、1d抗折强度、与基底的粘结强度进行测定，其初凝时间27min、满足开放交通要求强度的时间36min、1d抗压强度50MPa、1d抗折强度5.2MPa、与基底的粘结强度1.7MPa。满足《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》（JT/T 1211.1-2018）中CRRM-I的要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种路面快速修补环保水泥基材料，其特征在于：所述路面快速修补环保水泥基材料由环保水泥、砂、石、PTB乳液和水组成，各组分质量比为：环保水泥：砂：石：PTB乳液：水=5.66～7.23：8.45～9.01：0～16.71：0.20～0.76：1.91～2.87；
所述的环保水泥是由MgO、激发剂、矿渣和粉煤灰组成，其质量比为MgO：激发剂：矿渣：粉煤灰=0.31～0.72：0.20～0.68：4.05～5.62：0～2.86；
所述的PTB乳液的粘性：80～120 mPa.s、固体含量：52±1wt%、比重：1.1、pH值：7～9；
所述的MgO为900 ℃下煅烧1～2h的MgO，平均粒径为20～50 μm；
所述的激发剂包括NaOH和水玻璃中的一种，其中水玻璃的模数为1.0～2.0。
2.根据权利要求1所述的路面快速修补环保水泥基材料，其特征在于：所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣粉。
3.根据权利要求1所述的路面快速修补环保水泥基材料，其特征在于：所述的粉煤灰为电厂固体废弃物II级粉煤灰。
4.根据权利要求1-3任一所述的路面快速修补环保水泥基材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）计量：按比例分别计量各组成材料；
（2）拌合干料：将粉煤灰、矿渣和MgO倒入搅拌机中干拌2～3分钟，然后再倒入砂和石搅拌2～3分钟，形成混合干料；
（3）制备外加剂溶液：将激发剂和PTB乳液溶解在水中，搅拌2～3分钟，制成外加剂溶液；
（4）制备水泥基材料：将外加剂溶液倒入混合干料中搅拌2～3分钟，即制成路面快速修补环保水泥基材料。
5.根据权利要求1-3任一所述的路面快速修补环保水泥基材料的使用方法，其特征在于：将混凝土路面的裂缝或坑槽清理干净，然后将体积比PTB乳液：水=1：4的PTB溶液进行底涂层处理，将路面快速修补环保水泥基材料分两层灌入裂缝或坑槽内并反复压实。
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