CN110330244A

CN110330244A - 一种路面快速修复用道路水泥及其制备方法

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Publication number: CN110330244A
Application number: CN201910744054.1A
Authority: CN
Inventors: 黄文�; 刘云; 文寨军; 王晶; 王显斌; 郭随华
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2019-10-15

Abstract

本发明是关于一种路面快速修复用道路水泥及其制备方法。该道路水泥含有如下重量百分比的各组分：水泥熟料：80％～95％，石膏：3％～7％，耐磨材料：1％～15％。其中按重量百分比计，所述水泥熟料中MgO的含量大于2.0％，游离CaO的含量小于1.0％。本发明的路面快速修复用道路水泥综合性能优异，兼具早强、高耐磨、高抗折强度、低收缩等性能，水泥的3d抗折强度≥5.0MPa，3d抗压强度≥25.0MPa，28d干缩率≤1％，28d磨损量≤2.0kg/m²，完全能够满足路面快速修复工程的要求，提高修复后路面的服役寿命。

Description

一种路面快速修复用道路水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种路面快速修复用道路水泥及其制备方法。

发明背景

随着全球化和区域经济一体化趋势不断加深，道路建设已成为国家重点开发战略，未来我国的道路设施规模将近一步扩大。“十三五”现代综合交通运输体系发展规划提出，到2020年公路通车里程达到500万公里，高速公路建成里程达到15万公里民用运输机场数达到260个，通用机场数达到500个。然而，道路在服役过程中长期经受车辆动荷载的冲击、摩擦和反复弯折等作用，容易产生路面开裂破坏等问题，因此，亟需通过修补材料进行快速修复，以提高道路的使用寿命。

与一般的修复工程相比，路面修复工程对于修补材料要求更高。首先，为满足道路快速通行需要，要求修复材料具备凝结硬化时间短、早期强度高等性能，以实现快速施工；其次，基于行车载荷、摩擦、弯折等不利因素对于路面的长期作用，要求修补材料具备较好的耐磨性能及抗折强度，以提高修复后路面的服役寿命，降低修复频率；此外，修补材料要求与原路面的相容性较好，使修补材料能够与原始路面紧密结合。

现有路面修复用材料主要采用通用硅酸盐水泥及其磨细制成的超细硅酸盐水泥，或者使用环氧树脂等有机材料。其中，通用硅酸盐水泥及其磨细制成的超细硅酸盐水泥无法同时满足道路工程对于耐磨性、抗折强度的指标要求，而环氧树脂等有机材料则存在价格高昂、容易老化等问题。因此，经过以上材料修复后的路面，会存在短期内再次开裂的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种路面快速修复用道路水泥及其制备方法，以使其兼具高早强、高抗折、高耐磨、低干缩率等性能，以满足路面快速修复工程的需要。

为了达成上述的目的，本发明提供了一种路面快速修复用道路水泥，含有如下重量百分比的各组分：

水泥熟料：80％～95％；

石膏：3％～7％；

耐磨材料：1％～15％；

其中，按重量百分比计，所述水泥熟料中MgO的含量大于2.0％，游离CaO的含量小于1.0％。

进一步地，其中所述水泥熟料按重量百分比计含有：铝酸三钙：0％～5％，铁铝酸四钙：15％～22％。

进一步地，其中所述石膏选自天然二水石膏、硬石膏、脱硫石膏或磷石膏中的至少一种，其有效组分(硫酸钙)的含量≥75％，以保障水泥的强度和质量稳定性。

进一步地，其中所述耐磨材料选自铜矿渣、钢渣或磷渣中的至少一种。

进一步地，其中按重量百分比计还包括不高于0.5％的助磨剂；所述助磨剂选自三乙醇胺、乙二醇或糖蜜中的至少一种。

进一步地，其中所述路面快速修复用道路水泥的粒径分布为：D95≤30μm，D50≤8μm，D25≤5μm。

进一步地，其中所述路面快速修复用道路水泥的3d抗折强度≥5.0MPa，3d抗压强度≥25.0MPa，28d干缩率≤0.1％，28d磨损量≤2.0kg/m²。

为了达成上述的目的，本发明还提供了一种上述路面快速修复用道路水泥的制备方法，包括以下步骤：

1)将钙质原料、硅铝质原料、校正原料混合并共同粉磨，得到水泥生料；

2)将水泥生料在1400～1450℃条件下煅烧30min～50min，得到水泥熟料；

3)将水泥熟料、石膏、耐磨材料及助磨剂混合粉磨至比表面积≥500m²/kg(其目的是保证水泥具有较高的早期强度同时，避免产生较高的水化放热量，从而降低温度裂缝生成的风险)，得到路面快速修复用道路水泥。

进一步地，其中步骤1)中，所述粉磨粒度为80μm方孔筛筛余≤10％，这样磨细利于混料，以提高生料均匀性，保证最终煅烧出的熟料质量稳定性。

进一步地，其中步骤1)中，所述钙质原料、硅铝质原料及校正原料的重量比例为(82～88)：(4～7)：(6～12)。

进一步地，其中所述钙质原料为石灰石或泥灰岩；所述硅铝质原料包括黏土、页岩或粉煤灰；所述校正原料为铁质校正原料或镁质校正原料。

进一步地，其中所述铁质校正原料为铁矿石、铁粉或铜矿渣；所述镁质校正原料为白云石或高镁石灰石。

借由上述技术方案，本发明的路面快速修复用道路水泥至少具备以下优点：

本发明利用C₄AF(铁铝酸四钙)水化产物的早强、高耐磨、高抗折强度、低收缩等特性，MgO水化产物的微膨胀特性，铜矿渣等耐磨材料的高耐磨性，可整体提高水泥的耐磨性、早期强度和抗折强度，并通过机械粉磨技术，进一步增加水泥细度，大大提升水泥早期水化速率；

本发明所提供的高抗氯离子道路水泥，其早期强度高，3d抗折强度≥5.0MPa，3d抗压强度≥25.0MPa，可以满足路面修复工程快速施工要求，缩短施工周期；

本发明所提供的高抗氯离子道路水泥，其具有较低的干缩率，28d干缩率≤0.1％，可以减少由于干缩引起的裂缝，提高新旧界面之间的粘结力，避免二次修复；

本发明所提供的高抗氯离子道路水泥，其耐磨性能好，28d磨损量≤2.0kg/m²，适用于道路路面工程，可提高道路的服役寿命。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的路面修复用道路水泥其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本发明的实施例提供了一种路面快速修复用道路水泥，表1给出了实施例1-6的水泥生料的原料组成(重量百分比)。

根据表1中的配方将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5或实施例6的石灰石、粉煤灰、铁矿石及白云石混合均匀，共同粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％，得到相应的水泥生料。

表1实施例1-6的水泥生料的原料组成(按重量百分比)

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							石灰石	87.0	83.0	85.0	85.0	85.0	83.0
粉煤灰	6.0	6.0	5.0	5.0	5.0	6.0
							铁矿石	4.0	4.0	5.0	4.0	5.0	4.0
白云石	3.0	7.0	5.0	6.0	5.0	7.0

将表1中实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5或实施例6分别得到的水泥生料在1450℃下煅烧30-50min，得到水泥熟料，表2给出了实施例1-6的水泥熟料的主要化学成分及组成(含有杂质如磷，硫，钾，钠等)。

表2实施例1-6的水泥熟料的主要化学成分及组成(按重量百分比)

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							SiO<sub>2</sub>	22.76	22.16	21.80	21.74	21.80	22.16
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	4.45	4.42	4.22	4.12	4.22	4.42
							Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	5.30	5.28	6.06	5.20	6.06	5.28
CaO	63.17	62.48	62.87	63.64	62.87	62.48
							MgO	2.80	4.11	3.55	3.79	3.55	4.11
f-CaO	0.50	0.40	0.50	0.30	0.50	0.40
							C<sub>3</sub>S(硅酸三钙)	46.61	48.63	53.17	58.63	53.17	48.63
C<sub>2</sub>S(硅酸二钙)	30.06	26.83	22.36	18.07	22.36	26.83
							C<sub>3</sub>A(铝酸三钙)	2.85	2.79	0.93	2.13	0.93	2.79
C<sub>4</sub>AF(铁铝酸四钙)	16.10	16.05	18.43	15.81	18.43	16.05

其中，C₃S(硅酸三钙)、C₂S(硅酸二钙)、C₃A(铝酸三钙)及C₄AF(铁铝酸四钙)的含量是通过SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，CaO，MgO，f-CaO根据本领域的公知方法计算得出。

将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5或实施例6得到的水泥熟料与石膏、耐磨材料、助磨剂按表3所示的配方混合并共同粉磨至比表面积≥500m²/kg，得到所述路面快速修复用道路水泥。

表3给出了路面修复用道路水泥实施例1-6的水泥配方。表4给出了实施例1-6所制备的路面快速修复用道路水泥的比表面积及粒径分布。

表3实施例1-6的路面修复用道路水泥的配方(按重量百分比计)

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							水泥熟料	94.9	89.8	84.7	80.1	85	89.8
二水石膏	4.0	4.0	5.0	6.0	5.0	/
							硬石膏	/	/	/	/	/	4.0
铜矿渣	1.0	6.0	10.0	13.5	10.0	/
							磷渣	/	/	/	/	/	6.0
助磨剂	0.1	0.2	0.3	0.4	0	0.2

表4实施例1-6的路面快速修复用道路水泥的比表面积及粒径分布

将上述实施例1-6所制备的路面快速修复用道路水泥进行了物理性能测试，结果见表5。

表5实施例1-6所制备的路面快速修复用道路水泥的物理性能

水泥熟料矿物组成、石膏掺量、混合材种类及掺量、水泥细度是影响水泥性能的关键因素。从表1-表5的数据可看出，本发明将熟料中的MgO重量百分比控制在＞2％，优选为大于3％，如果熟料中MgO的重量百分含量低于2％，会引起水泥干缩率增大，降低新旧界面间的粘结力。本发明将石膏掺量控制在3％～7％，优选为4％～6％，如果该组分的重量百分含量低于3％，会出现初凝时间过短的问题，不易施工，如果该组分的重量百分含量高于7％，则会产生膨胀开裂的风险。本发明将耐磨材料组分的重量百分比控制在1～15％，优选为10％～13.5％，如果该组分的重量百分含量低于1％，水泥耐磨性将显著降低，难以满足路面工程要求，如果该组分的重量百分含量高于15％，会降低水泥早期强度，难以满足快速施工要求。本发明将水泥细度控制在≥500m²/kg，可以提高水泥的水化活性，如果水泥细度低于500m²/kg，会降低水泥的早期强度性能，不满足路面快速修复的要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种路面快速修复用道路水泥，其特征在于，含有如下重量百分比的各组分：

水泥熟料：80％～95％；

石膏：3％～7％；

耐磨材料：1％～15％；

2.根据权利要求1所述的路面快速修复用道路水泥，其特征在于，所述水泥熟料按重量百分比计含有：铝酸三钙：0％～5％，铁铝酸四钙：15％～22％。

3.根据权利要求1所述的路面快速修复用道路水泥，其特征在于，所述石膏选自天然二水石膏、硬石膏、脱硫石膏或磷石膏中的至少一种，其硫酸钙的含量≥75％。

4.根据权利要求1所述的路面快速修复用道路水泥，其特征在于，所述耐磨材料选自铜矿渣、钢渣或磷渣中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的路面快速修复用道路水泥，其特征在于，按重量百分比计还包括不高于0.5％的助磨剂；所述助磨剂选自三乙醇胺、乙二醇或糖蜜中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的路面快速修复用道路水泥，其特征在于，所述路面快速修复用道路水泥的粒径分布为：D95≤30μm，D50≤8μm，D25≤5μm。

7.根据权利要求1所述的路面快速修复用道路水泥，其特征在于，所述路面快速修复用道路水泥的3d抗折强度≥5.0MPa，3d抗压强度≥25.0MPa，28d干缩率≤0.1％，28d磨损量≤2.0kg/m²。

8.一种权利要求1-7任一项所述的路面快速修复用道路水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3)将水泥熟料、石膏、耐磨材料及助磨剂混合粉磨至比表面积≥500m²/kg，得到路面快速修复用道路水泥。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述粉磨粒度为80μm方孔筛筛余≤10％；所述钙质原料、硅铝质原料及校正原料的重量比例为(82～88)：(4～7)：(6～12)；所述钙质原料为石灰石或泥灰岩；所述硅铝质原料包括黏土、页岩或粉煤灰；所述校正原料为铁质校正原料或镁质校正原料。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述铁质校正原料为铁矿石、铁粉或铜矿渣；所述镁质校正原料为白云石或高镁石灰石。