CN109809751A

CN109809751A - 纳米Al2O3-Ca2+基偏高岭土地聚合物道路修补材料

Info

Publication number: CN109809751A
Application number: CN201910265856.4A
Authority: CN
Inventors: 王宏光; 何垚; 赵佳宁
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2019-05-28

Abstract

本发明公开了一种纳米Al₂O₃‑Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，配方按质量配比为：纳米Al₂O₃、Ca(OH)₂、煅烧高岭土、硅酸钠、氢氧化钠、蒸馏水(质量比)0.02:0.1：1：0.1：0.05:0.3。偏高岭土地聚合物具有良好的界面粘结性能和优异的耐久性和耐热性，能很好的修复道路上出现的裂缝、坑槽，能提高道路修补材料的使用寿命。通过试验表明在偏高岭土地聚合物中加入Ca(OH)₂可缩短其凝固时间，加入Al₂O₃能明显的增加其抗压强度。其1d的抗压强度可以到达31MPa，初终凝时间分别为60min、295min，力学性能优异，能一定程度的替代水泥成为一种新型的绿色建筑材料，具有良好的应用前景。

Description

纳米Al2O3-Ca2+基偏高岭土地聚合物道路修补材料

技术领域

本发明属于道路建筑材料技术领域，特别涉及一种纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料。

背景技术

在19世纪末20世纪初我国修建了大量的公路和城市道路，随着时间的推移和车辆荷载的作用，道路路面出现不同程度的损坏。注浆技术由于其施工方便、技术可行、社会效益好等优点,在公路工程中得到了广泛的应用。水泥作为一种重要的建筑材料，但其高污染、高能耗的缺点显而易见，随着可持续发展、绿色经济观点的提出，寻找一种可取代水泥的材料成为一个新的科研课题。而高龄土作为一种自然产物，在世界上分布广泛，其在硅酸钠碱激发剂的作用下具有替代水泥的效果，这为道路修补材料的开发提供了一种新的思路。现有的道路修补材料普遍存在开放交通所需时间长，形成强度的时间久，面层裂缝修补工艺要求高，界面粘结性能差等特点。特别是现有的硅酸盐水泥道路修补材料在早期表现的力学性能较差，早期开放交通容易造成修复面层的脱落，工程实际应用效果较差。很多研究者往往是通过掺入外加剂或新型复合材料来改良其某一种性能，想要兼顾各项因素使得修复材料在力学性能、修补效果和施工难度方面都有良好表现是一个很大的挑战。而纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料具有微膨胀性、界面粘结性能好和早强性，可用于注浆和开挖式修补，可以很好的解决现有修补材料性能单一的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，适用于不同地理环境的道路修补材料。

本发明采用的技术方案是：一种纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，配方按质量比如下：纳米Al₂O₃、Ca(OH)₂、煅烧高岭土、硅酸钠、氢氧化钠、蒸馏水＝0.02:0.1：1：0.1：0.05:0.3。

本发明还具有如下技术特征：

1、所述的煅烧高龄土的煅烧是在800℃的条件下进行的。

2、所述的煅烧高龄土的颗粒直径为3.25μm。

3、所述的纳米Al₂O₃粒径为10nm-20nm。

4、所述的硅酸钠和氢氧化钠使用前必须充分溶解到水溶液中，静置12h。

5、所述的煅烧高龄土按质量百分比含有三氧化二铝43-46％，二氧化硅45-55％，三氧化二铁0.9％，氧化钙0.3％，氧化钠0.28％。

6、如上所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料应用于注浆施工时水胶比为0.56。

7、如上所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料应用于坑槽填补加固施工时水胶比为0.37。

本发明的有益效果及优点如下：本道路修补材料的耐热、耐冷冻性、耐磨能极为优异，干缩性小，且在本发明的配比下具有很强的界面粘结性能和微膨胀性。特别适用于道路的紧急修补，在夏季高温条件下，其抗压强度、抗折强度等基本力学性能会有更进一步提升。路修补材料在40-60℃的养护温度下形成的早期强度更快更高，72小时龄期以后的强度发展变得缓慢。本道路修补材料可根据道路实际损坏情况适当的调整材料水胶比，裂缝注浆或者坑槽填补加固。其注浆配比完全符合上海市市政工程管理局专业标准《公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程》中的要求。

具体实施方式

下面举例对本发明做进一步说明：

实施例1

本实施例采用XRF(X射线荧光光谱分析)法分析偏高岭土的主要化学成分如表1所示。

表1偏高岭土化学组成

主成分	三氧化二铝	二氧化硅	三氧化二铁	氧化钙	氧化钠
						比例	43-46％	45-55％	0.9％	0.3％	0.28％

实施例2

本实施例对偏高岭土地聚合物道路修补材料的不同配比进行了试验。本实施例所采用的试验块的尺寸为40mm×40mm×160mm的试件，每组试件三个，采用正交实验法以水胶比、氢氧化钠、硅酸钠为因子，共进行了16组试验，如表2所示。

表2试验组成和结果

有试验结果可知水胶比0.3，氢氧化钠质量分数0.05，硅酸钠质量分数0.10时其早期抗压强度最佳。因此偏高岭土地聚合物基础试验配方为蒸馏水/氢氧化钠/硅酸钠/偏高岭土＝6：1：2：17。

实施例3

本实施例将养护温度进行对比试验(湿度为95％，时间为12h)本实施例所采用的试验块的尺寸为40mm×40mm×160mm的试件，每组试件三个，共进行5组试验，试验组分同试验1，实验结果如表3。

表3实验结果

试验序号	试验温度(℃)	实验结果(MPa)
			1	20	18
2	40	35
			3	60	68
4	80	63
			5	100	52

由试验结果可以看出，高温有利于偏高岭土地聚合物道路修补材料早期强度的发展，最佳养护温度为60℃。

实施例4

本实施例测定道路修补材料的初终凝时间和流动度及抗压强度，测试方法参照中华人民共和国行业标准《公路工程水泥及混凝土试验规程》，测试结果如表4:

表4初终凝时间和流动度及抗压强度测试结果

MC是指早强型偏高岭土地聚合物道路修补材料。

实施例5

本实施例分别将1％、2％的纳米Al₂O₃加入到上述基础实验中，其抗压强度如表5所示：

表5抗压强度

Al₂O₃-MC是指纳米Al₂O₃基偏高岭土地聚合物道路修补材料，结果取2％的掺量。

实施例6

将不同质量分数的Ca(OH)₂掺加到2％纳米Al₂O₃实验中，其试验结果如表6所示：

表6不同质量分数的Ca(OH)₂掺加到2％纳米Al₂O₃试验结果

当掺加15％的Ca(OH)₂后，其流动性太差，且初凝时间不符合上海市政工程管理局专业标准中的公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程，故采用10％Ca(OH)₂的掺量。Ca(OH)₂对试件的抗压强度还有微弱的提升，可能是在反应过程中形成了类似水泥石的结构。

综上所述，纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料其胶凝剂的组分比例是：纳米Al₂O₃、Ca(OH)₂、煅烧高岭土、硅酸钠、氢氧化钠、蒸馏水质量比为0.02:0.1：1：0.1：0.05:0.3。因此纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物修补材料裂缝注浆式修补配方为：氢氧化钙10％、三氧化二铝2％、氢氧化钠5％、硅酸钠10％，偏高岭土73％，水胶比为0.3。其中可根据实际工况适当调整氢氧化钙的掺量，当路面裂缝或坑槽浅而宽的情况下可以适当增加氢氧化钙的比例，但一般不宜超过15％。

Claims

1.一种纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，其特征在于，配方按质量比如下：纳米Al₂O₃、Ca(OH)₂、煅烧高岭土、硅酸钠、氢氧化钠、蒸馏水＝0.02:0.1：1：0.1：0.05:0.3。

2.根据权利要求1所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，其特征在于，所述的煅烧高龄土的煅烧是在800℃的条件下进行的。

3.根据权利要求1所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，其特征在于，所述的煅烧高龄土的颗粒直径为3.25μm。

4.根据权利要求1所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，其特征在于，所述的纳米Al₂O₃粒径为10nm-20nm。

5.根据权利要求1所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，其特征在于，所述的硅酸钠和氢氧化钠使用前必须充分溶解到水溶液中，静置12h。

6.根据权利要求1所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料，其特征在于，所述的煅烧高龄土按质量百分比含有三氧化二铝43-46％，二氧化硅45-55％，三氧化二铁0.9％，氧化钙0.3％，氧化钠0.28％。

7.根据权利要求1所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料应用于注浆施工时水胶比为0.56。

8.根据权利要求1所述的纳米Al₂O₃-Ca²⁺基偏高岭土地聚合物道路修补材料应用于坑槽填补加固施工时水胶比为0.37。