CN111302745A - 一种低温环境下快速修补材料及其应用方法 - Google Patents

一种低温环境下快速修补材料及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低温环境下快速修补材料及其应用方法，包括以下重量份数的原料：高贝利特硫铝酸盐水泥35～80份、快硬硫铝酸盐水泥20～65份、早强速凝剂0.2～6份、减水剂0.1～1.2份、胶粉0.5～4份、纤维0.1～0.5份。该修补材料可在低于5℃环境下实现快速凝结硬化，2h开放交通，后期强度持续增长，非常适用于冬季水泥混凝土道面的快速修复。

Description

一种低温环境下快速修补材料及其应用方法
技术领域
本发明属于水泥混凝土结构修补材料技术领域，具体涉及一种低温环境下快速修补材料及其应用方法。
背景技术
随着我国经济社会的快速发展、公路交通量的不断攀升、行车密度的逐步加大、重型车辆的日趋增多、超载现象的时有发生，混凝土结构的破损修复成为不得不关注的问题。国内、外修补材料主要分为无机非金属材料和有机高分子材料；无机非金属材料包括快硬硅酸盐水泥系列、高铝水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、磷酸镁水泥系列和硫铝酸盐水泥系列等；有机高分子材料主要包括环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸等。快硬硅酸盐水泥基材料早期强度低，磷酸镁水泥基材料实际工程应用仍相对较少。
专利CN 107324738 B公开了一种水泥混凝土路面修补材料及水泥混凝土路面修补方法，该修补材料3h抗压强度可达到30MPa以上，抗折强度达到2.8MPa以上，8～24小时才可开放交通，不能满足快速开放交通的要求。申请号为201610736583.3的专利公开了一种快硬早强混凝土及其制备方法，该混凝土为硫铝酸盐水泥基的一元体系修补材料，12h抗压强度大于30MPa，也不能满足快速开放交通的要求。
申请号201110114890.5的专利公开了一种水泥混凝土路面快速修补用聚合物混凝土砂浆，以经过聚氨酯改性的环氧树脂为粘结剂，固化时间为10～40min，压缩强度可达到65～75MPa。该类材料在20℃以上环境温度下，可实现3～4小时开放交通，在低温环境下，凝结硬化时间会大幅延长，且料浆粘稠度大幅增加，施工性能变差。
申请号201910282675.2提供了混凝土路面修补材料及其制备方法和应用，以快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥为胶凝材料，配制出的部分试块的1h抗压强度可高达30MPa以上，可在短时间内达到通车性能的要求。然而，当环境温度低于10℃时，其凝结硬化时间会大幅延长，不能满足2～3小时开放交通的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种快速修补材料,可在低温环境下实现快速凝结硬化，同时后期强度稳定增长。
本发明的第二个目的在于提供一种低温环境下快速修补材料的应用方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
本发明提供了一种低温环境下快速修补材料，所述的快速修补材料包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥35～80份、快硬硫铝酸盐水泥20～65份、早强速凝剂0.2～6份、减水剂0.1～1.2份、胶粉0.5～4份、纤维0.1～0.5份；
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥合计的重量份数为100份。
优选的，所述的快速修补材料包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥40～75份、快硬硫铝酸盐水泥25～60份、早强速凝剂0.5～5份、减水剂0.2～1份、胶粉1～3份、纤维0.15～0.4份；
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥合计的重量份数为100份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥初凝时间大于15min，4h抗折/压强度大于4.0/12.5MPa，28d抗折/压强度大于6.0/42.5MPa。
所述的快硬硫铝酸盐水泥初凝时间大于25min，28d抗折/压强度大于7.0/45.0MPa。
所述的早强速凝剂的矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙中的一种或多种，及其对应的水化产物(即硅酸钙和/或铝酸钙与水反应的产物，再经磨细处理得到)，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂，可购得。
所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂或木质素磺酸盐减水剂中的任一种，优选聚羧酸高性能减水剂。
所述的胶粉为乙烯—醋酸乙烯共聚物胶粉、丙烯酸类聚合物胶粉、聚氧化乙烯胶粉、苯丙胶粉或丁苯胶粉中的任一种。优选丙烯酸类聚合物胶粉。
所述的纤维为聚丙烯纤维、芳纶纤维、PVA纤维中的任一种，优选聚丙烯纤维。
本发明还提供了快速修补材料的应用方法，包括下列步骤：
(1)根据破损范围在道面上画出边界线，用切割机沿着划线进行边界切割，形成规格几何形状的坑槽；
(2)清除修补坑槽内的破损块和其他杂物，并洒水润湿；
(3)将修补材料、水、砂或砂石搅拌均匀形成砂浆或混凝土，浇筑入坑槽内，振捣、抹平，完工。
为了减小破除难度，减少道面破碎时对周边道面的影响，在完成边界切割后对修补范围内的混凝土进行网格状切割，切割方法如下：
(1)先沿补丁长边方向在补丁修补范围内切出间距为2～6cm缝，切割不能超出修补边界；
(2)再沿短边方向在距离修补边界4cm处切割出两条缝，切割不能超出修补边界。
洒水润湿时，应确保待修补的坑槽内无明水。
可根据修补深度，将修补材料配制成修补砂浆或混凝土，修补砂浆和混凝土的推荐配合比如下：
(1)砂浆配合比：修补材料：水：砂子＝1：(0.26～0.40)：(1～3)，优选石英砂；
(2)混凝土配合比：修补材料：水：砂子：石子＝1：(0.28～0.40)：(1.2～1.8)：(2.2～2.8)，砂子优选中粗砂，石子优选连续级配碎石。
本发明提供的快速修补材料具有以下优点和使用效果：
(1)可在低于5℃的低温环境下，实现快速凝结硬化，2h开放交通，强度高、发展快，且后期强度持续增长；
(2)体积稳定性好，具有良好的抗裂、抗渗和防水性能；
(3)与水泥混凝土材料匹配性好，其弹性模量和热膨胀系数与旧水泥混凝土相当；
(4)施工简便，冬季施工无需采用特殊的保温措施。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥80份、快硬硫铝酸盐水泥20份、早强速凝剂4份、减水剂0.8份、胶粉3份、纤维0.3份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥为42.5级抗裂双快水泥；快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为三聚氰胺高效减水剂；胶粉为乙烯-醋酸乙烯聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子＝1：0.3：1.5时，其性能指标见表1所示。
实施例2
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥65份、快硬硫铝酸盐水泥35份、早强速凝剂3份、减水剂0.3份、胶粉2.5份、纤维0.25份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥为42.5级抗裂双快水泥；快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为丙烯酸类聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子＝1：0.3：1.5时，其性能指标见表1所示。
实施例3
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥50份、快硬硫铝酸盐水泥50份、早强速凝剂2份、减水剂0.28份、胶粉2份、纤维0.25份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥为42.5级抗裂双快水泥；快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为丙烯酸类聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子＝1：0.3：1.5时，其性能指标见表1所示。
实施例4
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥35份、快硬硫铝酸盐水泥65份、早强速凝剂1份、减水剂0.28份、胶粉1.5份、纤维0.2份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥为42.5级抗裂双快水泥；快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为丙烯酸类聚合物；纤维为芳纶纤维，长度为6mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子＝1：0.3：1.5时，其性能指标见表1所示。
实施例5
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥50份、快硬硫铝酸盐水泥50份、早强速凝剂2份、减水剂0.3份、胶粉2.5份、纤维0.25份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥为42.5级抗裂双快水泥；快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5，；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为丙烯酸类聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为12mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子：石子＝1：0.3：1.5：2.5时，其性能指标见表1所示。
本实施例与实施例3的不同之处主要在于其应用方法，本实施将修补材料配制成混凝土，其他实施例都将修补材料配制成砂浆使用。
实施例6
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥60份、快硬硫铝酸盐水泥40份、早强速凝剂4份、减水剂0.3份、胶粉2.5份、纤维0.25份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥为42.5级抗裂双快水泥；快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5，；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为乙烯-醋酸乙烯聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为12mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子：石子＝1：0.3：1.5：2.5时，其性能指标见表1所示。
本实施例与实施例5的不同之处主要在于，本实施例调整了高贝利特水泥和快硬硫铝酸盐水泥的复配比例，提高了早强速凝剂的掺量。
对比例1
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥100份、早强速凝剂5份、减水剂0.3份、胶粉1.5份、纤维0.25份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥为42.5级抗裂双快水泥；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为丙烯酸类聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子＝1：0.3：1.5时，其性能指标见表1所示。
本对比例与实施例3的不同之处主要在于，将高贝利特硫铝酸盐水泥与快硬硫铝酸盐水泥的双元体系，改为高贝利特硫铝酸盐水泥的一元体系，并提高了早强促凝剂的掺量。
对比例2
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥100份、促凝剂0.5份、减水剂0.3份、胶粉1.5份、纤维0.25份。
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥为42.5级抗裂双快水泥；促凝剂为碳酸锂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为乙烯-醋酸乙烯聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子＝1：0.3：1.5时，其性能指标见表1所示。
本对比例与实施例3的不同之处主要在于，将高贝利特硫铝酸盐水泥与快硬硫铝酸盐水泥的双元体系，改为高贝利特硫铝酸盐水泥的一元体系，并将促凝剂改为碳酸锂。
对比例3
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
快硬硫铝酸盐水泥100份、早强速凝剂5份、减水剂0.28份、胶粉2份、纤维0.25份。
所述的快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为丙烯酸类聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子＝1：0.3：1.5时，其性能指标见表1所示。
本对比例与实施例3的不同之处主要在于，将高贝利特硫铝酸盐水泥与快硬硫铝酸盐水泥的双元体系，改为快硬硫铝酸盐水泥的一元体系，并提高了促凝早强剂的掺量。
对比例4
一种低温环境下快速修补材料，包括以下重量份数的原料：
快硬硫铝酸盐水泥100份、早强速凝剂2份、减水剂0.28份、胶粉2份、纤维0.25份。
所述的快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5；早强速凝剂主要矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙及其水化产物，是一种快硬硫铝酸盐水泥专用促凝剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；胶粉为丙烯酸类聚合物；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm。
当环境温度为5℃，修补材料：水：砂子＝1：0.3：1.5时，其性能指标见表1所示。
本对比例与实施例3的不同之处主要在于，将高贝利特硫铝酸盐水泥与快硬硫铝酸盐水泥的双元体系，改为快硬硫铝酸盐水泥的一元体系。
从表1可以看出，在环境温度为5℃的环境下，当只采用高贝利特硫铝酸盐水泥时，即使掺入较多的早强促凝剂或碳酸锂等早强剂时，其凝结时间仍很长，且2小时几乎没有强度；当只采用快硬硫铝酸盐水泥时，通过调节早强促凝剂的掺量，虽然可以显著缩短修补材料的凝结时间，但是其2小时点强度非常低，对比例4脱模时，试块破损，不能满足快速开放交通的要求；当采用高贝利特硫铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥的二元体系，并掺入较少量的早强促凝剂时，其凝结时间和流动性都居于两种一元体系的水泥基修补材料之间，初凝时间可在20～60min的范围调节，但2小时强度却大幅提高，出现了超乎意料的技术效果，即在5℃的环境下，其砂浆2h抗压强度竟然超过30MPa，且砂浆2h抗折强度也可达到5MPa以上。
当将修补材料配制成混凝土时，强度更高，如实施例6测试的2小时抗折和抗压强度分别高达4.6MPa和41.3MPa，完全可满足快速开放交通的要求，其后期强度稳定增长。另外，该修补材料的流动性非常好，施工简便，无需特殊养护，抗裂和抗渗性能好。
表1
Figure BDA0002438569520000071
注：①凝结时间试验采用各实施例和对比例对应的水泥净浆，参照GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测定；
②砂浆抗折抗压强度试验依据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行测定；
③混凝土抗折抗压强度试验按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测定；
④“—”表示试块不能脱模，或者为试块强度不足，导致脱模时破损；
⑤实施例5和6的流动性采用混凝土坍落度的大小来表征，其余实施例和对比例的流动性参照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行试验，采用砂浆在静置状态下的扩展范围来衡量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种低温环境下快速修补材料，其特征在于，所述的快速修补材料包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥35～80份、快硬硫铝酸盐水泥20～65份、早强速凝剂0.2～6份、减水剂0.1～1.2份、胶粉0.5～4份、纤维0.1～0.5份；
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥合计的重量份数为100份。
2.根据权利要求1所述的快速修补材料，其特征在于，所述的快速修补材料包括以下重量份数的原料：
高贝利特硫铝酸盐水泥40～75份、快硬硫铝酸盐水泥25～60份、早强速凝剂0.5～5份、减水剂0.2～1份、胶粉1～3份、纤维0.15～0.4份；
所述的高贝利特硫铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥合计的重量份数为100份。
3.根据权利要求1所述的快速修补材料，其特征在于，所述的高贝利特硫铝酸盐水泥初凝时间大于15min，4h抗折/压强度大于4.0/12.5MPa，28d抗折/压强度大于6.0/42.5MPa。
4.根据权利要求1所述的快速修补材料，其特征在于，所述的快硬硫铝酸盐水泥初凝时间大于25min，28d抗折/压强度大于7.0/45.0MPa。
5.根据权利要求1所述的快速修补材料，其特征在于，所述的早强速凝剂的矿物成分包括硅酸钙、铝酸钙中的一种或多种，及其对应的水化产物。
6.根据权利要求1所述的快速修补材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂或木质素磺酸盐减水剂中的任一种，优选聚羧酸高性能减水剂。
7.根据权利要求1所述的快速修补材料，其特征在于，所述的胶粉为乙烯—醋酸乙烯共聚物胶粉、丙烯酸类聚合物胶粉、聚氧化乙烯胶粉、苯丙胶粉或丁苯胶粉中的任一种，优选丙烯酸类聚合物胶粉。
8.根据权利要求1所述的快速修补材料，其特征在于，所述的纤维为聚丙烯纤维、芳纶纤维、PVA纤维中的任一种，优选聚丙烯纤维。
9.如权利要求1～8任一项所述的快速修补材料的应用方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)根据破损范围在道面上画出边界线，用切割机沿着划线进行边界切割，形成规格几何形状的坑槽；
(2)清除修补坑槽内的破损块和其他杂物，并洒水润湿；
(3)将快速修补材料、水、砂或砂石搅拌均匀形成砂浆或混凝土，浇筑入坑槽内，振捣、抹平，完工。
10.如权利要求9所述的快速修补材料的应用方法，其特征在于，所述的水和快速修补材料的质量比为0.26～0.40。
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