CN110590299A - 一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料及其制备方法，所述材料由以下组分按重量份数计混合制成：硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥10‑20份、石英砂400‑500份、减水剂1‑2份、消泡剂0.5‑1.0份、可再分散乳胶粉1‑3份、PP纤维0.1‑0.3份、硼泥掺合料15‑30份，所述硼泥掺合料是将硼泥烘干至恒重后磨粉，再经高温煅烧，将碳酸镁全部分解为氧化镁的硼泥掺合料。本发明利用硼泥矿物自身结构特点与组分特征制得水泥掺合料，显著降低水泥基修补材料的收缩率，提高水泥基修补材料与原有道路间的界面粘结性能，从而提高修补材料的耐久性。

Description

一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料及其制备方法
技术领域
本发明市政道路材料技术领域，具体涉及一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料 及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土路面网络作为重要的交通组成部分，为国民经济发展提供巨大的推动作用， 但随着交通量的增长及车辆荷载的增加，混凝土路面破损情况日益严峻。我国目前对水泥混 凝土路面修复仍无健全的规范，普通的水泥基修补材料施工过程复杂、耗时长、交通封闭时 间久，且新旧混凝土的耐久性不太乐观。
水泥混凝土路面修补材料可分为三个类型：无机类材料、有机类材料及无机和有机组成 的复合材料。无机类修补材料如普通硅酸盐水泥混凝土材料等，其优点是材料成本低，修复 后性能接近。但缺点养护时间长，新旧混凝土粘结效果不佳；有机类修补材料有环氧树脂、 聚氨酯、烯类裂缝修补材料等，有机类材料的优点是抗腐蚀性好、粘结效果佳，缺点是材料 成本高，受环境影响大，易老化。目前市场上开发了以硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥为主 要胶凝材料的快硬早强无机类修补材料。
申请号为2017108201182的专利文献中公开了一种高流动性快速修补砂浆,其原料组分 为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、超细矿渣粉、减水剂、消泡剂、早强剂、石英砂。该专利所 述的修补砂浆早期强度高,且后期强度稳定,浆体流动性好,凝结时间合理,与水泥基体相容性 好。
上述公开的制备无机类修补材料均以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料、辅助快硬早强的 硫铝酸盐水泥或高铝水泥缩短凝结硬化时间和提高早期强度。虽然修补材料有合适的凝结硬 化时间、早期强度和后期力学性能，但仍然存在一定弊病。比如收缩率偏大的弊病。由于大 部分的胶凝材料为普通水泥，因此在水化时不可避免出现化学收缩，特别是随着水化的进行， 化学收缩和干燥收缩双重作用导致收缩率偏大。由于原有水泥混凝土道路收缩较小，上述修 补材料在使用时仍然存在由于收缩过大而出现修补失败的弊病。因此开发低收缩的水泥混凝 土道路修补材料非常必要。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修 补材料及其制备方法，本发明利用硼泥矿物自身结构特点与组分特征制得水泥掺合料，显著 降低水泥基修补材料的收缩率，提高水泥基修补材料与原有道路间的界面粘结性能，从而提 高修补材料的耐久性。本发明的技术方案如下：
一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料，由以下组分按重量份数计混合制成：
硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥10-20份、石英砂400-500份、减水剂1-2份、消泡剂0.5-1.0份、可再分散乳胶粉1-3份、PP纤维0.1-0.3份、硼泥掺合料15-30份；
所述硼泥掺合料是将硼泥烘干至恒重后磨粉，再经高温煅烧，将碳酸镁全部分解为氧化 镁的硼泥掺合料。
进一步地，所述硼泥磨粉后经高温煅烧的温度为600℃-700℃，煅烧时间为2-4小时。
进一步地，所述硅酸盐水泥强度等级为42.5MPa；所述硫铝酸盐水泥强度等级为42.5MPa；石英砂为中砂，石英砂的细度模数为2.5-2.8；减水剂为固体聚羧酸减水剂；消泡剂为主要成分为聚醚改性聚硅氧烷的固体消泡剂。
一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：取一定量的硼泥烘干至恒重；
步骤二：取烘干的硼泥进行粉磨，并过筛形成硼泥细粉；
步骤三：将硼泥细粉高温煅烧，使硼泥细粉中的碳酸镁全部分解为氧化镁，制成硼泥掺 合料，并将制备好的硼泥掺合料密封备用；
步骤四：首先称取100重量份的硅酸盐水泥粉、10-20重量份的硫铝酸盐水泥粉和15-30 重量份的硼泥掺合料混合搅拌，然后依次加入1-2重量份的减水剂、0.5-1重量份的消泡剂、 1-3重量份的可再分散乳胶粉和0.1-0.3重量份的PP纤维，继续搅拌，最后加入400-500重 量份的石英砂，混合搅拌均匀得到低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料。
所述步骤一中，硼泥在105℃-125℃条件下烘干24小时至恒重。
所述步骤二中，取烘干的硼泥置于球磨机内粉磨2-4小时，并通过200目方孔筛形成硼 泥细粉。
所述步骤三中，将硼泥细粉置于马弗炉内，在600-700℃条件下煅烧2-4小时，使硼泥 细粉中的碳酸镁全部分解为氧化镁。
所述步骤四中，首先称取100重量份的硅酸盐水泥粉、10-20重量份的硫铝酸盐水泥粉 和15-30重量份的硼泥掺合料倒入砂浆搅拌机中搅拌1小时，然后依次加入1-2重量份的减 水剂、0.5-1重量份的消泡剂、1-3重量份的可再分散乳胶粉和0.1-0.3重量份的PP纤维，继 续搅拌1小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料通过加入工业固体废弃物硼泥， 显著降低传统水泥基修补材料在长龄期下的收缩率，作为道路修补材料应用时具有良好的界 面粘结性能，特别是在修补1-2年后修补材料与原道路材料间的仍有良好的界面粘结性能。
2、本发明所述低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料拓宽了硼泥的利用途径，对于 固体废弃物资源化利用具有重要的借鉴意义。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，本发明的具体实施方式如 下：
硼泥是工业上利用硼镁(铁)矿生产硼砂时排出的废渣,每生产1吨硼砂约排4～5吨硼 泥。硼泥呈碱性；化学组成为：MgO、SiO2、Fe2O3、B2O3、CaO和Al2O3。主要矿物组成为 镁橄榄石和碳酸镁，其中MgO含量为25-40％，SiO2含量为15-30％，B2O3含量为1.5-4％。 硼泥中含有较多的非晶质颗粒，具有一定的火山灰活性，可作为水泥基材料的掺合料，而碳 酸镁在高温煅烧条件下可分解为氧化镁，氧化镁在水泥水化过程中形成氢氧化镁，氢氧化镁与空气中的二氧化碳发生反应生成碱式碳酸镁，从而发生微量的体积膨胀，此时可部分抵消 水泥石的收缩，从而减小修补材料的收缩率。
基于上述硼泥的自身结构特点与组分特征，本发明公开了一种低收缩耐磨水泥混凝土道 路快速修补材料及其制备方法，具体实施例如下：
实施例1：
步骤一：称取100Kg硼泥，在105℃条件下烘干24小时至恒重；
步骤二：取烘干的硼泥置于球磨机内粉磨2小时，并通过200目方孔筛形成硼泥细粉；
步骤三：将硼泥细粉置于马弗炉内，在600℃条件下煅烧2小时，将硼泥细粉中的碳酸 镁全部分解为氧化镁，制成硼泥掺合料，并将制备好的硼泥掺合料装入密封袋内备用；
步骤四：首先称取称取100Kg强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥粉、10Kg强度等 级为52.5MPa快硬型硫铝酸盐水泥粉和15Kg硼泥掺合料倒入砂浆搅拌机中搅拌1小时，然 后依次加入1Kg固体聚羧酸减水剂、0.5Kg主要成分为聚醚改性聚硅氧烷的固体消泡剂、1Kg 可再分散乳胶粉和0.1KgPP纤维，继续搅拌1小时，最后加入400Kg细度模数为2.5的石英 砂中砂混合搅拌均匀得到低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料。
通过上述步骤即可获得低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料。
为了测试本实施例1所制得的低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的性能，称取 100kg低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料，加入20Kg自来水搅拌均匀，形成低收缩 耐磨水泥混凝土道路快速修补材料砂浆(以下简称“本申请材料砂浆”)；同时，在上述实施 例1中所述配比的物料基础上去除硼泥掺合料组分制备对比样品材料，称取100kg对比样品 材料，并加入20Kg自来水搅拌均匀，形成对比样品材料砂浆。对比样品材料砂浆样品编号 为A，本申请材料砂浆样品编号为B，根据《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ70-90中相关 规定，测试砂浆抗压强度和收缩率，所述实施例1的实验结果见下表一。
表一
样品编号 28天抗压强度(MPa) 28天收缩率(％) 360天收缩率(％)
A 42.2 0.142 0.166
B 40.6 0.104 0.108
从上述实施例1的实验结果可知，在28天抗压强度基本相同的情况下，本申请材料砂 浆样品28天的收缩率低于对比样品材料砂浆，而从28天短龄期到360天长龄期，对比样品 材料砂浆的收缩率增加16.9％，而本产品收缩率仅增加了3.8％，这说明了本实施例1所制备 的低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料能够显著抑制在长龄期下的收缩率。
实施例2：
步骤一：称取100Kg硼泥，在125℃条件下烘干24小时至恒重；
步骤二：取烘干的硼泥置于球磨机内粉磨4小时，并通过200目方孔筛形成硼泥细粉；
步骤三：将硼泥细粉置于马弗炉内，在650℃条件下煅烧4小时，将硼泥细粉中的碳酸 镁全部分解为氧化镁，制成硼泥掺合料，并将制备好的硼泥掺合料装入密封袋内备用；
步骤四：首先称取称取100Kg强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥粉、15Kg强度等 级为52.5MPa快硬型硫铝酸盐水泥粉和20Kg硼泥掺合料倒入砂浆搅拌机中搅拌1小时，然 后依次加入1.5Kg固体聚羧酸减水剂、0.75Kg主要成分为聚醚改性聚硅氧烷的固体消泡剂、 2Kg可再分散乳胶粉和0.2KgPP纤维，继续搅拌1小时，最后加入450Kg细度模数为2.6的石英砂中砂混合搅拌均匀得到低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料。
通过上述步骤即可获得低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料。
为了测试本实施例2所制得的低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的性能，称取 100kg低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料，加入18Kg自来水搅拌均匀，形成低收缩 耐磨水泥混凝土道路快速修补材料砂浆(以下简称“本申请材料砂浆”)；同时，在上述实施 例2中所述配比的物料基础上去除硼泥掺合料组分制备对比样品材料，称取100kg对比样品 材料，并加入18Kg自来水搅拌均匀，形成对比样品材料砂浆。对比样品材料砂浆样品编号 为A，本申请材料砂浆样品编号为B，根据《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ70-90中相关 规定，测试砂浆抗压强度和收缩率，所述实施例2的实验结果见下表二。
表二
样品编号 28天抗压强度(MPa) 28天收缩率(％) 360天收缩率(％)
A 50.2 0.1 0.11
B 47.6 0.084 0.086
从上述实施例2的实验结果可知，在28天抗压强度基本相同的情况下，本申请材料砂 浆样品28天的收缩率低于对比样品材料砂浆，而从28天短龄期到360天长龄期，对比样品 材料砂浆的收缩率增加13.3％，而本产品收缩率仅增加了5％，这说明了本实施例2所制备 的低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料能够显著抑制在长龄期下的收缩率。
实施例3：
步骤一：称取100Kg硼泥，在125℃条件下烘干24小时至恒重；
步骤二：取烘干的硼泥置于球磨机内粉磨4小时，并通过200目方孔筛形成硼泥细粉；
步骤三：将硼泥细粉置于马弗炉内，在700℃条件下煅烧4小时，将硼泥细粉中的碳酸 镁全部分解为氧化镁，制成硼泥掺合料，并将制备好的硼泥掺合料装入密封袋内备用；
步骤四：首先称取称取100Kg强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥粉、20Kg强度等 级为52.5MPa快硬型硫铝酸盐水泥粉和30Kg硼泥掺合料倒入砂浆搅拌机中搅拌1小时，然 后依次加入2Kg固体聚羧酸减水剂、1Kg主要成分为聚醚改性聚硅氧烷的固体消泡剂、3Kg 可再分散乳胶粉和0.3KgPP纤维，继续搅拌1小时，最后加入500Kg细度模数为2.8的石英 砂中砂混合搅拌均匀得到低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料。
通过上述步骤即可获得低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料。
为了测试本实施例3所制得的低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的性能，称取 100kg低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料，加入16Kg自来水搅拌均匀，形成低收缩 耐磨水泥混凝土道路快速修补材料砂浆(以下简称“本申请材料砂浆”)；同时，在上述实施 例3中所述配比的物料基础上去除硼泥掺合料组分制备对比样品材料，并加入20Kg自来水 搅拌均匀，形成对比样品材料砂浆。对比样品材料砂浆样品编号为A，本申请材料砂浆样品 编号为B，根据《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ70-90中相关规定，测试砂浆抗压强度和 收缩率，所述实施例3的实验结果见下表三。
样品编号 28天抗压强度(MPa) 28天收缩率(％) 360天收缩率(％)
A 46.2 0.12 0.136
B 44.0 0.08 0.084
从上述实施例3的实验结果可知，在28天抗压强度基本相同的情况下，本申请材料砂 浆样品28天的收缩率低于对比样品材料砂浆，而从28天短龄期到360天长龄期，对比样品 材料砂浆的收缩率增加10％，而本产品收缩率仅增加了2.4％，这说明了本实施例3所制备 的低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料能够显著抑制在长龄期下的收缩率。

Claims (8)

1.一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料，其特征在于：
由以下组分按重量份数计混合制成：
硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥10-20份、石英砂400-500份、减水剂1-2份、消泡剂0.5-1.0份、可再分散乳胶粉1-3份、PP纤维0.1-0.3份、硼泥掺合料15-30份；
所述硼泥掺合料是将硼泥烘干至恒重后磨粉，再经高温煅烧，将碳酸镁全部分解为氧化镁的硼泥掺合料。
2.如权利要求1所述一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料，其特征在于：
所述硼泥磨粉后经高温煅烧的温度为600℃-700℃，煅烧时间为2-4小时。
3.如权利要求1所述一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料，其特征在于：
所述硅酸盐水泥强度等级为42.5MPa；
所述硫铝酸盐水泥强度等级为42.5MPa；
石英砂为中砂，石英砂的细度模数为2.5-2.8；
减水剂为固体聚羧酸减水剂；
消泡剂为主要成分为聚醚改性聚硅氧烷的固体消泡剂。
4.如权利要求1所述一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的制备方法，其特征在于：
所述制备方法具体过程如下：
步骤一：取一定量的硼泥烘干至恒重；
步骤二：取烘干的硼泥进行粉磨，并过筛形成硼泥细粉；
步骤三：将硼泥细粉高温煅烧，使硼泥细粉中的碳酸镁全部分解为氧化镁，制成硼泥掺合料，并将制备好的硼泥掺合料密封备用；
步骤四：首先称取100重量份的硅酸盐水泥粉、10-20重量份的硫铝酸盐水泥粉和15-30重量份的硼泥掺合料混合搅拌，然后依次加入1-2重量份的减水剂、0.5-1重量份的消泡剂、1-3重量份的可再分散乳胶粉和0.1-0.3重量份的PP纤维，继续搅拌，最后加入400-500重量份的石英砂，混合搅拌均匀得到低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料。
5.如权利要求4所述一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤一中，硼泥在105℃-125℃条件下烘干24小时至恒重。
6.如权利要求4所述一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤二中，取烘干的硼泥置于球磨机内粉磨2-4小时，并通过200目方孔筛形成硼泥细粉。
7.如权利要求4所述一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤三中，将硼泥细粉置于马弗炉内，在600-700℃条件下煅烧2-4小时，使硼泥细粉中的碳酸镁全部分解为氧化镁。
8.如权利要求4所述一种低收缩耐磨水泥混凝土道路快速修补材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤四中，首先称取100重量份的硅酸盐水泥粉、10-20重量份的硫铝酸盐水泥粉和15-30重量份的硼泥掺合料倒入砂浆搅拌机中搅拌1小时，然后依次加入1-2重量份的减水剂、0.5-1重量份的消泡剂、1-3重量份的可再分散乳胶粉和0.1-0.3重量份的PP纤维，继续搅拌1小时。
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