CN109928711A - 一种镁质高强注浆修补料及制备方法与应用 - Google Patents

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孙赫男
毕万利
胡智淇
滕莹雪
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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种绿色环保且凝结硬化快、早期强度高的镁质高强注浆修补料,并进一步公开其制备方法与应用。本发明所述高强注浆修补料,以重烧氧化镁粉、酸式磷酸盐、缓凝剂、增强材料和减水剂为原料,并通过将上述原料筛选分类并分别制备成A浆料和B浆料再混合的双液注浆的方式,在A浆液与B浆液保证流动度且不凝固的情况下,得到磷酸镁水泥注浆修补料。本发明方案使用双液组分形式,可以有效延长磷酸镁水泥的凝结时间,具有凝结时间可控、流动度好、抗压强度大的性能优势,且可以保证现场调试易控制,具有方便储存、运输、携带的优势,对其广泛的开发与应用奠定了基础。

Description

一种镁质高强注浆修补料及制备方法与应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种绿色环保且凝结硬化快、早期强度高的镁质高强注浆修补料,并进一步公开其制备方法与应用。
背景技术
随着经济建设的不断发展,道路工程作为经济建设的纽带越来越发挥着重要的作用,而当前道路工程建设面临的一个重要问题则是沥青路面损耗的问题。目前针对旧沥青路面出现开裂、沉陷、坑槽等病害以及水泥混凝土路面出现脱空病害时,通常采用的注浆修补的方式,通常使用的路面浅层注浆材料主要有水泥浆、有机高聚物类等。其中,水泥类注浆材料流动性、渗透性能较差,难以注入结构层细小孔隙,且其耐久性差,注浆后容易出现软化和二次唧浆;而高聚物高聚合物注浆修补料早期只能填充结构层的空洞等,封水效果较为明显,却无法固结层间松散物,导致两三年后硬泡聚氨酯蠕变、徐变和老化后,将再次出现层间脱空,并且所要求的施工工艺和技术要求高,不适用于已发生严重破坏的路面。
鉴于道路基层注浆的注浆料主要是填充路面结构层间细微的空隙、粘结加固松散、脱空的层间材料,因此注浆后首先是能在较短时间内形成较高的强度,从而达到明显的补强效果,以及提高路面的承载能力,这就要求注浆修补材料必须要具备加好的浆液流动性、渗透性、稳定性等,且要求其结石体早期强度高,具有一定的抗压、抗折强度、抗冲刷及耐老化性能。
磷酸镁水泥是一种具有早强、高强、高抗折、高韧性、强粘结及快速硬化等优点的新型建筑材料,其高抗折、高韧性、强粘结等性能使其具有作为注浆修补料的潜力,但鉴于其硬化速度快的特点,使其无法适应于现场施工之用,而且由于磷酸镁水泥的耐水性略差,也使其在实际道路施工中的应用受到限制。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于提供一种镁质高强注浆修补料,所述注浆修补料具有凝结性能好、早强高且绿色环保、便于运输储存的优势,以解决现有技术中注浆修补料性能无法满足施工需要的问题;
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述镁质高强注浆修补料的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明所述的一种镁质高强注浆修补料,包括配合使用的A浆液和B浆液;
所述A浆液包括如下重量份的原料组分:重烧氧化镁粉55-70份、缓凝剂2.5-4重量份、减水剂0.5-1重量份以及水;
所述B浆液包括如下重量份的原料组分:酸式磷酸盐18-22重量份、增强材料8-20重量份、缓凝剂2.5-4重量份、减水剂0.5-1重量份以及水。
优选的,所述A浆液和B浆液的质量比为1:1。
优选的,所述重烧氧化镁粉与所述磷酸盐的质量比为3:1。
优选的,本发明所述镁质高强注浆修补料中,所述A浆液和B浆液中的减水剂的加入量相同,均优选为重烧氧化镁添加量的0.1wt%。
具体的,所述酸式磷酸盐包括磷酸二氢钾和/或磷酸二氢铵。
具体的,所述增强材料包括粉煤灰和/或钢渣。
具体的,所述缓凝剂包括硼砂和/或三聚磷酸钠。
具体的,所述减水剂包括萘系减水剂,具体可选用萘系高效减水剂FDN。
具体的,所述的镁质高强注浆修补料中:
所述A浆液中,所述水的用量与所述固体物料总量的质量比为0.25-0.3:1;
所述B浆液中,所述水的用量与所述固体物料总量的质量比为0.1-0.2:1。
本发明还公开了一种制备所述镁质高强注浆修补料的方法,包括如下步骤:
(1)取选定量的所述重烧氧化镁粉、缓凝剂、减水剂和水混匀,得到所需A浆液,备用;
(2)取选定量的所述酸式磷酸盐、增强材料、缓凝剂、减水剂与水混匀,得到所需B浆液,备用;
(3)将所得B浆液迅速倒入所述A浆液中,快速搅拌混匀,即得所需注浆修补料。
本发明还公开了所述镁质高强注浆修补料在路面修补及岩层加固领域中的应用。
本发明所述高强注浆修补料,以重烧氧化镁粉、酸式磷酸盐、缓凝剂、增强材料和减水剂为原料,并通过将上述原料筛选分类并分别制备成A浆料和B浆料再混合的双液注浆的方式,在A浆液与B浆液保证流动度且不凝固的情况下,得到磷酸镁水泥注浆修补料。所述修补料不仅相比于传统化学修补浆液具有污染少的优势,与传统的磷酸镁水泥修补料相比,本发明方案使用双液组分形式,使得浆液可以填充到流空的部分并迅速凝胶化,混合后的磷酸镁水泥具有非常大的流动度,对于修补细微裂缝中或颗粒间隙有很大的优势;可以有效延长磷酸镁水泥的凝结时间,具有凝结时间可控、流动度好、抗压强度大的性能优势,且可以保证现场调试易控制,具有方便储存、运输、携带的优势,对其广泛的开发与应用奠定了基础。
本发明所述高强注浆修补料成分中,各材料在凝结硬化过程中,酸式磷酸盐中的磷酸根离子可以与金属阳离子形成环境介质,A浆液采用氧化镁、硼砂与一定的减水剂,B浆液采用磷酸二氢钾、粉煤灰、硼砂与减水剂,由于重烧氧化镁粉中MgO的含量在90%以上,需要加入大量的水才能保证流动度,所以在A浆液中加入少量的减水剂保证所需的性能,另一方面,在A浆液与B浆液中加入一定量的缓凝剂进行缓凝,但其不参加酸碱反应,只起到阻碍氧化镁与磷酸二氢钾反应,并可以根据硼砂加入量的多少来调节磷酸镁水泥的凝结时间,使得所述修补浆料具有凝结时间可控的优势。
本发明所述高强注浆修补料,从资源循环利用、可持续发展角度出发,以工业废料(或副产品)及低耗能材料为原料制备一种力学性能稳定、耐久性好的磷硅水泥新材料,并将其用于岩层注浆加固上,是一种新型的生态绿色建筑料。
本发明所述高强注浆修补料,在岩层注浆方面首次对一种水泥材料的几种组分进行分开研究,为双液注浆材料的开发提供了一种新的可能,而且本发明对于进一步研究磷酸镁水泥的反应机理,也能够为磷酸镁水泥的工程应用提供重要的数据支持和方案论证基础,以及在对磷酸镁水泥运用工业矿渣代替细骨料的工程运用起到很大推进作用。
具体实施方式
本发明下述各实施例中:
重烧氧化镁粉选用粒度为200目以下、MgO含量为91%的重烧氧化镁粉;
磷酸二氢钾为工业级纯度,含量为大于等于95%;
粉煤灰选用II级粉煤灰,其氧化镁掺入含量小于30%,粒度在200目以下;
硼砂使用工业级纯度的,Na2B4O7·10H2O含量大于等于95%,粒度在325目以下。
实施例1
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉57kg、硼砂3kg、萘系高效减水剂FDN0.57kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.27:1;
B浆液:磷酸二氢钾19kg、粉煤灰10kg、硼砂3kg、萘系高效减水剂FDN0.57kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.18:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法,包括如下步骤:
(1)取选定量的所述重烧氧化镁粉、缓凝剂、减水剂和水混匀,得到所需A浆液,备用;
(2)取选定量的所述酸式磷酸盐、增强材料、缓凝剂、减水剂与水混匀,得到所需B浆液,备用;
(3)将所得B浆液迅速倒入所述A浆液中,边倒入边快速搅拌混匀,即得所需注浆修补料。
实施例2
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉57kg、硼砂3kg、萘系高效减水剂FDN0.57kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.27:1;
B浆液:磷酸二氢钾19kg、粉煤灰15kg、硼砂3kg、萘系高效减水剂FDN0.57kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.18:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法,包括如下步骤:
(1)取选定量的所述重烧氧化镁粉、缓凝剂、减水剂和水混匀,得到所需A浆液,备用;
(2)取选定量的所述酸式磷酸盐、增强材料、缓凝剂、减水剂与水混匀,得到所需B浆液,备用;
(3)将所得B浆液迅速倒入所述A浆液中,边倒入边快速搅拌混匀,即得所需注浆修补料。
实施例3
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉57kg、硼砂3kg、萘系高效减水剂FDN0.57kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.27:1;
B浆液:磷酸二氢钾19kg、粉煤灰20kg、硼砂3kg、萘系高效减水剂FDN0.57kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.18:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法,包括如下步骤:
(1)取选定量的所述重烧氧化镁粉、缓凝剂、减水剂和水混匀,得到所需A浆液,备用;
(2)取选定量的所述酸式磷酸盐、增强材料、缓凝剂、减水剂与水混匀,得到所需B浆液,备用;
(3)将所得B浆液迅速倒入所述A浆液中,边倒入边快速搅拌混匀,即得所需注浆修补料。
实施例4
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉57kg、硼砂3kg、萘系减水剂0.9kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.26:1;
B浆液:磷酸二氢钾19kg、钢渣10kg、硼砂3kg、萘系减水剂0.9kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.18:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉57kg、硼砂3kg、萘系减水剂1.5kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.25:1;
B浆液:磷酸二氢钾19kg、粉煤灰10kg、硼砂3kg、萘系减水剂1.5kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.14:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉60kg、硼砂3kg、萘系减水剂2.4kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.25:1;
B浆液:磷酸二氢钾20kg、粉煤灰10kg、硼砂3kg、萘系减水剂2.4kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.13:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法同实施例1。
实施例7
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉60kg、三聚磷酸钠3kg、萘系减水剂0.6kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.25:1;
B浆液:磷酸二氢钾20kg、粉煤灰10kg、三聚磷酸钠3kg、萘系减水剂0.6kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.12:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法同实施例1。
实施例8
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉55kg、硼砂2.5kg、萘系减水剂0.5kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.25:1;
B浆液:磷酸二氢钾18kg、粉煤灰8kg、硼砂2.5kg、萘系减水剂0.5kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.1:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法同实施例1。
实施例9
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉70kg、硼砂4kg、萘系减水剂1kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.30:1;
B浆液:磷酸二氢钾22kg、粉煤灰18kg、硼砂4kg、萘系减水剂1kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.20:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法同实施例1。
实施例10
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉60kg、硼砂3kg、萘系减水剂0.8kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.25:1;
B浆液:磷酸二氢钾20kg、粉煤灰15kg、硼砂3kg、萘系减水剂0.8kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.20:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法同实施例1。
实施例11
本实施例所述镁质高强注浆修补料,各组分浆液包括如下重量份的组分:
A浆液:重烧氧化镁粉60kg、硼砂3kg、萘系减水剂0.8kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.30:1;
B浆液:磷酸二氢钾20kg、粉煤灰15kg、硼砂3kg、萘系减水剂0.8kg以及水,控制所述水的用量与所述固体物料总量的质量比(即水胶比)为0.18:1。
本实施例所述镁质高强注浆修补料的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例所述修补料的原料组成与实施例2相同,其区别仅在于,在制备所述浆料时,直接将所有组分一次性加入并搅拌混匀,制得浆料使用。
实验例
分别对上述实施例1-7和对比例1中制得浆料进行性能测试。
分别向上述实施例1-7及对比例1中所得高强注浆修补料加入占其总重的24%的水,在水泥净浆混炼机中低速搅拌120s后,高速搅拌120s,浇注在40mm×40mm×40mm的模具中成型,3h后脱模,置于空气中养护到相应龄期,测定其耐压强度值;
按照国家标准GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》的要求测试了MPC水泥抗压强度;
按照国家标准GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定其初、终凝时间。
各样品具体测试结果见下表1所示。
表1各样品性能测试结果
编号 流动度/mm 初凝时间/min 终凝时间/min 3天强度/MPa 7天强度/MPa
实施例1 190 10 12 16.8 20.8
实施例2 200 10 15 17.2 22.2
实施例3 210 10 22 16.8 20.8
实施例4 180 12 26 8.7 10.5
实施例5 180 12 30 17.2 20.9
实施例6 183 16 28 16.1 20.4
实施例7 160 8 13 15.8 19.8
对比例1 187 13 28 16.6 18.8
从上表1中数据可知,本发明所述修补料与传统的磷酸镁水泥修补料相比,本发明方案使用双液组分形式,使得浆液可以填充到流空的部分并迅速凝胶化,混合后的磷酸镁水泥具有非常大的流动度,对于修补细微裂缝中或颗粒间隙有很大的优势;可以有效延长磷酸镁水泥的凝结时间,具有凝结时间可控、流动度好、抗压强度大的性能优势,且可以保证现场调试易控制,具有方便储存、运输、携带的优势。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种镁质高强注浆修补料,其特征在于,包括配合使用的A浆液和B浆液;
所述A浆液包括如下重量份的原料组分:重烧氧化镁粉55-70份、缓凝剂2.5-4重量份、减水剂0.5-1重量份以及水;
所述B浆液包括如下重量份的原料组分:酸式磷酸盐18-22重量份、增强材料8-20重量份、缓凝剂2.5-4重量份、减水剂0.5-1重量份以及水。
2.根据权利要求1所述的镁质高强注浆修补料,其特征在于,所述A浆液和B浆液的质量比为1:1。
3.根据权利要求1或2所述的镁质高强注浆修补料,其特征在于,所述重烧氧化镁粉与所述磷酸盐的质量比为3:1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的镁质高强注浆修补料,其特征在于,所述酸式磷酸盐包括磷酸二氢钾和/或磷酸二氢铵。
5.根据权利要求1-4任一项所述的镁质高强注浆修补料,其特征在于,所述增强材料包括粉煤灰和/或钢渣。
6.根据权利要求1-5任一项所述的镁质高强注浆修补料,其特征在于,所述缓凝剂包括硼砂和/或三聚磷酸钠。
7.根据权利要求1-6任一项所述的镁质高强注浆修补料,其特征在于,所述减水剂包括萘系减水剂。
8.根据权利要求1-7任一项所述的镁质高强注浆修补料,其特征在于:
所述A浆液中,所述水的用量与所述固体物料总量的质量比为0.25-0.3:1;
所述B浆液中,所述水的用量与所述固体物料总量的质量比为0.1-0.2:1。
9.一种制备权利要求1-8任一项所述镁质高强注浆修补料的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)取选定量的所述重烧氧化镁粉、缓凝剂、减水剂和水混匀,得到所需A浆液,备用;
(2)取选定量的所述酸式磷酸盐、增强材料、缓凝剂、减水剂与水混匀,得到所需B浆液,备用;
(3)将所得B浆液迅速倒入所述A浆液中,快速搅拌混匀,即得所需注浆修补料。
10.权利要求1-8任一项所述镁质高强注浆修补料在路面修补及岩层加固领域中的应用。
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