CN111574164A

CN111574164A - 一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料及其制备方法

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Publication number: CN111574164A
Application number: CN202010454354.9A
Authority: CN
Inventors: 陈闪闪; 杨景; 杨才千; 杨国玉
Original assignee: Jiangsu Menglianqiao Civil Technology Co ltd; Nanjing Menglianqiao Material Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Menglianqiao Civil Technology Co ltd; Nanjing Menglianqiao Material Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明公开了一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料及其制备方法，所述修复材料包括如下组分：普通硅酸盐水泥，快硬水泥，补偿收缩料，活性掺合料，细度模数为2.0~3.2的级配高质石英砂，骨料，减水剂，凝速调节剂，早强剂，纤维，免养护剂，表面活性剂。所述材料按照推荐水胶比加水搅拌均匀即可使用，并且材料的均匀性和一致性良好，初凝时间为35~45分钟，终凝50分钟，浇筑完毕后无需养护，1.0~4.0小时即可开放交通。本发明的超早强收缩补偿道桥快速修复材料具有施工和易性好、现场施工工艺简便，材料强度上升快，抗压、抗折、弹性模量以及与既有结构粘结强度高等优点。本发明适用于市政路桥、高速路桥、高铁路桥以及各类隧道等工程结构的快速修复和维护加固。

Description

一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高速公路等基础设施维修加固的特种材料领域，具体涉及一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料及其制备方法。

背景技术

我国交通基础设施始建于上世纪90年代，随着社会经济的发展，道路建设更是日新月异，目前，我国高速公路里程已突破13万公里，铁路里程突破13万公里，隧道里程2万多公里，各类桥梁近100万座。但是，伴随着交通量不断地增加、超载、环境载荷作用、钢筋腐蚀、冻融损坏、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等自然和人为不利因素的影响，高速公路以及桥梁等工程结构不可避免地产生承载能力下降、抗力衰减、损伤积累、结构耐久性降低等问题，严重影响车辆行驶速度及安全，甚至可能导致灾难性事故发生。因此，如何充分发挥道路的使用效率，延长使用年限，提高道路维修的质量和速度，是交管部门以及道路发展进程中必须面临的一个重大课题。

目前，应用于高速公路、地铁、隧道等基础设施维修加固领域的常用材料主要有以下几类：1）用普通硅酸盐水泥和骨料配置的混凝土材料，其优点是成本低，和旧混凝土性能一致，但此传统维修方法后期养护时间太长，并且粘结性差，收缩大，造成修补路面耐久性差，破损地方往往需要反复修补，因此很难满足实际需求；2）特种水泥类修补砂浆，优点是凝结快，早期强度高，但是经特种水泥修补的混凝土路面会出现后期强度倒缩现象，以及新旧混凝土粘结不理想，容易出现开裂等现象；3）纤维混凝土，延展性以及变形能力强，但是施工复杂，且需较长时间才能达到路面使用所需的强度指标；4）聚合物类混凝土，此类修补材料必须合理控制添加量，才能开发出优质实用的快速修补材料，材料配置难度大，难以满足高速公路快速修补的现场施工要求；5）环氧树脂、丙烯酸等有机高分子材料，具有凝结硬化快，粘结强度高，但是易出现开裂、收缩等问题，耐久性差。此外，大部分修复材料都需要经过长时间养护才能充分发挥功效，这使得施工过程又多了一道工序和额外费用，已不能满足快速修复的施工要求。因此，开发出一种凝结时间适中，强度上升快，使用寿命长，施工方便且不需要养护的快速修复材料，以达到高速公路、铁路、隧道、桥梁等基础设施快速修复的要求，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的不足，提供一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料及其制备方法，所述修复材料包括如下组分：普通硅酸盐水泥10~20份，硫铝酸盐水泥20~40份，补偿收缩料2~5份，活性掺合料1~3份，细度模数为2.0~3.2级配高质石英砂40~50份，骨料60~80份，聚羧酸类早强型减水剂0.5~1份，凝速调节剂0.05~0.1份，早强剂锂盐0.01~0.05份，纤维1~10份，免养护剂0.02~0.05份，表面活性剂聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 0.2~0.5份。

进一步优选，所述普通硅酸盐水泥强度等级为52.5。

进一步优选，所述的补偿收缩料为氧化钙、硫铝酸钙或氧化镁。

进一步优选，所述活性掺合料为硅灰或者粉煤灰。

进一步优选，所述级配石英砂粒径范围为30~100目，细度模数为2.0~3.2；所述骨料粒径为5~15mm，优先选用玄武岩石子。

进一步优选，所述聚羧酸类早强型减水剂优先选用分子量15万~35万的聚羧酸高性能减水剂，其减水率≥25%。

进一步优选，所述凝速调节剂为硼酸或者葡萄糖酸钠中的一种或者两种混合，优先选用葡萄糖酸钠。

进一步优选，所述纤维为钢纤维和聚乙烯醇纤维中的一种或两种组合，钢纤维优先选用长度为12mm的镀铜钢纤维，聚乙烯醇纤维长度为6~12mm，纤维经硬脂酸-矿脂表面处理。

进一步优选，所述免养护剂优先选用分子量为800万以上的阴离子型聚丙烯酰胺，

本发明提供了上述超早强收缩补偿道桥快速修复材料的制备方法，包括如下步骤：

分别按照比例称取组分一和组分二，所述的组分一为：普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、级配石英砂、骨料，所述的组分二包括补偿收缩料、活性掺合料、聚羧酸类早强型减水剂、凝速调节剂、早强剂碳酸锂、纤维、免养护剂和表面活性剂；先将组分二混合均匀，然后将混合均匀的组分二添加到组分一里面再一起充分搅拌，待其混合均匀后即可得到所述材料。

本发明还提供了上述超早强收缩补偿道桥快速修复材料的应用方法，包括如下步骤：

1）凿除结构破损部分的混凝土，对待修复部位进行冲洗和清洁；

2）取所述快速修复材料，加水搅拌，待其搅拌均匀后对修复部位进行浇筑或者涂抹，然后抹平收光即可；

3）所述快速修复材料无需养护，1.0~4.0小时即可开放交通。

进一步优选，所述快速修复材料与水的质量比为1：0.05~0.09。

本发明通过在普通硅酸盐水泥中加入合适比例的硫铝酸盐水泥及早强剂，早强剂能够极大的促进硅酸盐水泥和硫铝水泥的快速溶解，硅酸盐水泥水化析出氢氧化钙与硫铝水泥主要产物硫铝酸钙生成钙矾石类复合晶体体系，使得材料早期强度上升较快，同时硅酸盐水泥又保证了后期强度的持续增长。因此，该材料具有早强高强的特点，在道路快速修复方面，1.0~4.0小时即可开放交通，且后期强度持续增长。

优质骨料及钢纤维的加入使材料具有高弹模，补偿收缩料有效补偿水泥水化过程产生的塑性收缩及干缩应变，从而避免出现施工过程和服役阶段温度作用和水化作用引起的开裂问题。活性掺合料的填充效应，使得材料微观空隙结构更加致密，另一方面其火山灰效应可以促进水化硅酸钙凝胶稳定增长，得到良好的后期强度及耐久性。此外，纤维表面采用硬脂酸-矿质进行表面活性化处理，从而大幅改善了加入纤维后流动性降低的问题，不进行表面处理加入纤维0.06%以上时流动性降低65%以上，而进行处理后加入0.5%以下时流动性则无明显降低；混杂纤维具有抗裂和阻裂能力，提高了材料的韧性和耐久性。使得材料成型后具有弹性模量高、抗收缩、耐久性好等优点。

掺入快硬硫铝酸盐水泥后材料的凝结时间会大幅缩短，对现场施工要求也随之提高，为了保证对施工留有充足时间，对材料加入合适比例的凝速调节剂，在保证强度的基础上增加材料凝结时间，保证现场施工队时间的要求；此外材料中加入聚羧酸高效减水剂，增加了材料流动性，可达到自流平效果，现场施工基本无需振捣或者微振即可。

本发明选用聚丙烯酰胺作为免养护剂，其内部含有大量结构特异的强吸水性基团，能迅速吸收比自身重数百倍的游离水，在水分充足时，它可以吸收、贮存水分，形成储水能力极强的胶体，当周围环境中的水分含量过低时，它可以缓慢的释放自身胶体中贮存的水分。因此，一方面其极大减少了施工过程中水分的流失，另一方面保证了材料在不养护的情况下其水化过程仍能正常进行，减少了施工工序及费用开支；此外，聚丙烯酰胺还具有一定的增稠效果，可以增加材料粘聚性能，在满足材料大流动性的同时又不泌水离析，提高了施工和易性。

本发明材料中加入以聚氧乙烯辛基苯酚醚-10作为表面活性剂，一方面利用其分散作用和乳化作用将各种微小掺量的外加剂颗粒均匀分散在材料体系中，提高材料均匀性和稳定性；另一方面利用其润湿和渗透作用提高材料成型后的平滑性和光洁度，改善材料的外观性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）该材料具有早强高强的特点，在道路快速修复方面，1.0~4.0小时即可开放交通，且后期强度持续增长。

2）材料力学性能突出，材料微观空隙结构更加致密，材料成型后弹性模量高、抗收缩、耐久性好、后期强度高等。

3）材料施工和易性好，材料流动性可达到自流平效果，现场施工基本无需振捣或者微振即可。

4）材料成型后无需养护，施工过程中极大减少了施工过程中水分的流失，并且材料在不养护的情况下其水化过程仍能正常进行，减少了施工工序及费用开支。

5）提高材料均匀性及稳定性能好，以及材料成型后的平滑性和光洁度，改善材料的外观性能。

6）本发明克服了传统快速修复材料的缺点，适用于高速路面、高速桥梁、地铁隧道等的局部快速修复，本发明材料的性能明显优于市面上的同等产品。

附图说明

图1、调凝剂含量对材料凝结时间的影响效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明快速修复材料具体实施时，包括以下步骤：

1）凿除结构破损部分的混凝土，对待修复部位进行冲洗和清洁，如有特殊要求，可喷洒混凝土界面剂；

2）取所述快速修复材料，按推荐比例加水搅拌，待其搅拌均匀后对修复部位进行浇筑或者涂抹，实际用水量可根据现场情况进行微调，不影响结果。所述材料可达到自流平效果，无需振捣，或根据施工部位的不同可适当进行微振，最后抹平收光即可；

3）所述快速修复材料初凝时间35~45分钟，终凝时间为50分钟，完全满足现场施工需求，材料成型后无需养护，1.0~4.0小时即可开放交通。

下面结合三种具体实施例对本发明的技术效果作进一步说明：

下述各实施例中的普通硅酸盐水泥强度等级为52.5，快硬水泥为硫铝酸盐水泥，骨料为玄武岩石子，补偿收缩料为氧化钙，活性掺合料为粉煤灰，减水剂为聚羧酸高效减水剂，凝速调节剂为葡萄糖酸钠，免养护剂为800万分子量的聚丙烯酰胺，表面活性剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10，纤维为长度为12mm的镀铜钢纤维，材料与水的质量比为1：0.07。

实施例中所采用的混凝土修复材料组份质量配比如表1所示：

表1 材料组份配比

	PO	SAC	级配石英砂	石子	减水剂	早强剂	凝速调节剂	纤维	补偿收缩料	粉煤灰	表面活性剂	免养护剂
													实施例一	10	40	45	70	0.6	0.02	0.06	2	3	2	0.2	0.02
实施例二	10	40	50	65	0.8	0.02	0.08	5	5	3	0.4	0.03
													实施例三	15	40	50	75	0.8	0.03	0.08	5	5	3	0.5	0.03
实施例四	15	20	40	60	0.5	0.01	0.05	1	2	1	0.3	0.04
													实施例五	20	30	45	80	1	0.05	0.1	10	4	3	0.5	0.05
实施例六	10	40	45	70	0.6	0.02	0.02	2	3	2	0.2	0.02
													实施例七	10	40	45	70	0.6	0.02	0.03	2	3	2	0.2	0.02
实施例八	10	40	45	70	0.6	0.02	0.04	2	3	2	0.2	0.02
													实施例九	10	40	45	70	0.6	0.02	0.05	2	3	2	0.2	0.02
实施例十	10	40	45	70	0.6	0.02	0.07	2	3	2	0.2	0.02
													实施例十一	10	40	45	70	0.6	0.02	0.08	2	3	2	0.2	0.02
对比例一	10	40	45	70	0.6	0.02	0	2	3	2	0.2	0.02

为验证本发明快速修复材料的相关性能，根据GB/T50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准的相关规定，对本发明实施例1-3中的组份配合比，以及本发明的制作方法制备本发明的快速修复材料，制作标准试块，测试初凝、终凝时间、抗压强度、弹性模量、以及粘结强度等，结果如表2、表3所示：

表2 材料凝结时间及扩展度

	初凝时间（min）	终凝时间（min）	扩展度（mm）
				实施例一	38	47	640
实施例二	43	49	690
				实施例三	41	50	660

表3材料强度测试

由上述具体实施例可见：本发明的超早强快速修复材料的初凝时间以及流动性完全可以满足现场施工的要求，且材料3小时的抗压强度能够达到40MPa以上，4小时抗压强度能够达到50MPa以上，完全满足通车需求。该材料的施工性能及施工状态均优于目前市面上较先进的材料。

实施例六-实施例十一以及对比例一，这7个实施例中除了调凝剂的掺加量与实施例一不同，其它原料的选择和规格要求以及制备方法均与实施例1相同。对上述8个实施例所制得修复材料进行凝结时间进行测试，得到调凝剂的掺加量对材料凝结时间的影响（如图1）。由于本发明修复材料中掺入快硬硫铝酸盐水泥后材料的凝结时间会大幅缩短，对现场施工要求也随之提高，为了保证对施工留有充足时间，通过添加合适量的凝速调节剂，增加材料凝结时间，保证现场施工队时间的要求，最高能控制凝结时间达到50min。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料，其特征在于，所述快速修复材料由如下重量份组分组成：普通硅酸盐水泥10~20份，硫铝酸盐水泥20~40份，补偿收缩料2~5份，活性掺合料1~3份，细度模数为2.0~3.2的级配高质石英砂40~50份，骨料60~80份，聚羧酸类早强型减水剂0.5~1份，凝速调节剂0.05~0.1份，早强剂碳酸锂0.01~0.05份，纤维1~10份，免养护剂0.02~0.05份，表面活性剂聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 0.2~0.5份。

2.根据权利要求1所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料，其特征在于，所述的补偿收缩料为氧化钙、硫铝酸钙或氧化镁。

3.根据权利要求1所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料，其特征在于，所述的活性掺合料为硅灰或粉煤灰。

4.根据权利要求1所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料，其特征在于，所述级配石英砂粒径为30~100目，细度模数为2.0~3.2，所述骨料粒径为5~15mm。

5.根据权利要求1所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料及其制备方法，其特征在于，所述凝速调节剂为硼酸和葡萄糖酸钠中的一种或两种组合。

6.根据权利要求1所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料，其特征在于，所述纤维为钢纤维和聚乙烯醇纤维中的一种或两种组合。

7.根据权利要求1所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料，其特征在于，所述免养护剂为聚丙烯酰胺。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料的制备方法，其特征在于，所述材料的制备方法包括如下步骤：分别按照比例称取组分一和组分二，所述的组分一为：普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、级配石英砂、骨料，所述的组分二包括补偿收缩料、活性掺合料、聚羧酸类早强型减水剂、凝速调节剂、早强剂碳酸锂、纤维、免养护剂和表面活性剂；先将组分二混合均匀，然后将混合均匀的组分二添加到组分一里面再一起充分搅拌，待其混合均匀后即可得到所述材料。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料的应用，其特征在于，包括如下步骤：

3）所述快速修复材料无需养护，1.0~4.0小时即可开放交通。

10.根据权利要求9所述的一种超早强收缩补偿道桥快速修复材料的应用，其特征在于，在步骤2）中，所述快速修复材料与水的质量比为1：0.05~0.09。