CN111704421A - 一种水泥路面薄层修补材料及其使用方法 - Google Patents

一种水泥路面薄层修补材料及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥路面薄层修补材料及其使用方法，采用如下原料配比使用而成(按重量份计)：硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥20～40份，石英砂100～150份，硬石膏7～15份，吸水树脂0.05～0.1份，硅灰2～5份，碳酸锂0.05～0.2份，聚乙烯醇纤维0.2～0.5份，添加剂A0.1～0.8份，金刚砂20～40份，丁苯胶粉5～10份和添加剂B0.05～0.1份；金刚砂20～40份，丁苯胶粉5～10份和添加剂B0.05～0.1份组成微缝渗透填充剂；添加剂B为触变润滑剂，金刚砂的粒度在0.075～0.3mm；本发明具有不开裂、和底层粘结性好，摊铺性好，早期强度高，可在2‑3h达到30MPa以上。

Description

一种水泥路面薄层修补材料及其使用方法
技术领域
本发明涉及施工材料技术领域，具体涉及一种水泥路面薄层修补材料及其使用方法。
背景技术
水泥混凝土路面在使用过程中，由于荷载、环境、设计、施工等各种因素的影响，路面会出现各种病害，根据病害的部位可大致分为路面表层病害和深层病害，而路面表层病害又可分为以下四类：面层表层类、面层断裂类、面层竖向位移类、面层接缝类。
其中面层表层类病害包括起皮、粉化、露石、磨损等，这些表层类病害，若不及时进行维修，在车辆来回行驶、外界环境(雨露、冰冻等)影响下，表层病害会不断加深、劣化，直至影响路面深层结构，导致路面大面积破损、断板等严重问题，影响汽车行驶的舒适性和安全性，甚至道路无法通行。
此时，只能通过重新铺设整个路面才能恢复通行功能，对交通影响非常大，由此带来的经济损失也无法估量，因此，在水泥混凝土路面出现面层表层类病害时，如果能及时得到维护和保养，将有助于遏制路面病害劣化，延长道路寿命，提高行车舒适性和安全性，具备良好的经济效益和社会效益。
目前采用普通混凝土进行修补，存在强度发展缓慢、修补养护时间长、新旧混凝土粘结强度低等缺点；且沥青混凝土对水泥混凝土路面进行修补存在道路强度不均匀、传荷不一致、使用寿命短，影响路面平整度，降低表面使用功能和不美观等缺点。
现有的水泥混凝土修补材料大都难以满足路面修补后4h内通车的要求，而且还普遍存在凝结时间短、施工性能差、收缩大、新旧混凝土粘结强度低、耐久性差、后期强度倒缩严重等缺点。
在病害路面加铺3～5mm的水泥混凝土修补材料，虽然可以提供较高的早期强度满足较快的早期通行要求，但是又忽略了修补材料自身体积稳定性、新旧混凝土粘结强度、材料抗疲劳抗冲击强度、耐磨性能等问题，采用该类薄层修补材料处理病害路面后，在较短时间内便普遍会出现因材料养护、反应导致的体积收缩开裂、空鼓，以及行车荷载导致的磨损、层间脱离等一系列问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥路面薄层修补材料及其使用方法，其旨在解决现有技术中因材料养护、反应导致的体积收缩开裂、空鼓，以及行车荷载导致的磨损、层间脱离的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种水泥路面薄层修补材料，采用如下原料配比使用而成(按重量份计)：
硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥20～40份，石英砂100～150份，硬石膏7～15份，吸水树脂0.05～0.1份，硅灰2～5份，碳酸锂0.05～0.2份，聚乙烯醇纤维0.2～0.5份，添加剂 A0.1～0.8份，金刚砂20～40份，丁苯胶粉5～10份和添加剂B0.05～0.1份；
所述金刚砂20～40份，丁苯胶粉5～10份和添加剂B0.05～0.1份组成微缝渗透填充剂；
所述添加剂B为触变润滑剂，所述金刚砂的粒度在0.075～0.3mm。
本方案采用薄层修补法，选用丁苯胶粉作为主要胶结和增韧材料，所述丁苯胶粉为丁二烯与苯乙烯共聚物的特种胶粉，跟普通的醋酸乙烯和乙烯共聚胶粉相比具备更优异的拉伸粘接性能、耐老化性能，且能大大降低材料脆性，增加弹韧性，提高材料抗冲击耐疲劳破坏能力。
体系中金刚砂、触变润滑剂和丁苯胶粉相互协同作用，可实现微小裂缝、空洞的渗透和填充，该触变润滑剂能够提高修补材料的润滑性、触变性、抗垂流性和屈服值以及减少修补材料流动时的阻力，同时也可以杜绝材料的沉降、减少分层和提高修补材料浆体的稳定性；
在使用薄层修补材料对路面进行薄层修补时，触变润滑剂良好的控制修补材料粘稠性和润滑性，可使修补材料浆体中的金刚砂、丁苯胶粉、胶凝材料等微细组分渗透填充到路面的微细裂缝和空洞中，使修补后的路面形成无数具有植筋生根效果的加强点，同时通过丁苯胶粉良好的粘接力将待修补路面与修补材料构成一个有机整体，实现修补材料与待修基面完美结合，同时金刚砂的硬度非常高，可以有效的提高修补材料耐磨蚀性能；
进一步地，所述金刚砂为碳化硅，所述丁苯胶粉最低成膜温度为8℃，所述丁苯胶粉为丁二烯和苯乙烯共聚物；所述触变润滑剂为改性硅酸镁铝。
进一步地，所述硅酸盐水泥中的铝酸三钙含量低于8％，且强度等级不低于42.5；
所述快硬铁铝酸盐水泥的强度等级不低于52.5；
所述吸水树脂为一种交联型丙烯酸或丙烯酸盐共聚物，其细度为300目；
所述硅灰的堆积密度小于400kg/m3，且所述硅灰中的二氧化硅含量大于92％；
所述碳酸锂为电池级，含量大于99.5％。
进一步地，所述石英砂的粒度在0.3～1.18mm，所述硬石膏的细度≥300目。
进一步地，所述聚乙烯醇纤维的平均长度为9mm。
进一步地，所述添加剂A包括消泡剂0.1～0.2份，减水剂0.4～0.8份，缓凝剂0.1～0.3份；
进一步地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述减水剂为聚羧酸粉体减水剂，所述缓凝剂为硼砂或硼酸。
进一步地，硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥20份，石英砂100份，硬石膏7份，吸水树脂0.05份，硅灰5份，碳酸锂0.1份，聚乙烯醇纤维0.3份，消泡剂0.15份，减水剂0.6份，缓凝剂0.2份，触变润滑剂0.1份，金刚砂20份，丁苯胶粉5份。
进一步地，硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥40份，石英砂120份，硬石膏15份，吸水树脂0.1份，硅灰2份，碳酸锂0.2份，聚乙烯醇纤维0.5份，消泡剂0.2份，减水剂0.8份，缓凝剂0.3份，触变润滑剂0.1份，金刚砂40份，丁苯胶粉10份。
本发明还提供一种水泥路面薄层修补材料的使用方法，包括以下步骤：
S1：按照所述水泥路面薄层修补材料与水配合比为：1:0.18～0.2的比例在搅拌容器中加入水量；
S2：在加入水量后的容器中，用手提搅拌器边搅拌边将原料按照按重量份数计称加入搅拌机中；
S3：加入完毕后，继续搅拌3～5min，直至搅拌均匀，得到所述水泥路面薄层修补材料。
本发明主要的胶凝材料为硅酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥和碳酸锂组成复合体系，硅酸盐水泥具有强度发展稳定、干缩、水化热大等特点，快硬铁铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、耐磨等优点，通过两种有机复配，可实现体系早凝、早强、抗冻、耐磨，复配早强组分中的碳酸锂可有效激发胶凝材料的早期强度，特别是小时强度，可在2-3h达到30MPa以上。
三种比例合理配置，相互作用，生成大量富含结晶水的钙矾石，实现体系早期及后期体积处于无收缩或微膨胀状态，避免修补材料出现收缩、开裂、空鼓、层间脱离等二次病害，另外快硬铁铝酸盐水泥主要组分铁铝酸盐矿相具备优异的耐磨性能，可提高修补材料服役阶段的耐磨性能。
所述吸水树脂是一种吸水比为几百到几千倍的新型高分子材料，保水性能优异，在修补材料水化反应过程中缓慢释放之前吸取的水份，补给水泥硬化需要的水份，实现材料自养护，保证材料后期强度正常发展。
所述硅灰主要成分为非结晶态无定性二氧化硅微细圆形颗粒，二氧化硅含量可达98％以上，平均粒径0.1-0.3μm，其优异的火山灰活性和纳米颗粒填充性能，可有效提高修补材料后期强度。
所述聚乙烯醇纤维具有高强、高模量、耐磨、耐酸碱、耐候等诸多优点，与水泥基材料具有良好的亲和力和结合力，聚乙烯醇短纤维在水泥基材料中呈三维空间乱向网状发布状态，不仅可以有效减少水泥基材料早期硬化出现的收缩开裂，并可实现与水泥基硬化体协同受力，具备一定的应变-硬化性能，提高修补材料韧性，从而提高材料的抗冲击、抗疲劳能力。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的一种水泥路面薄层修补材料，具有不开裂、和底层粘结性好，摊铺性好，早期强度高，可在2-3h达到30MPa以上。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
【实施例】
本发明提供一种水泥路面薄层修补材料，采用如下原料配比使用而成(按重量份计)：
硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥20～40份，石英砂100～150份，硬石膏7～15份，吸水树脂0.05～0.1份，硅灰2～5份，碳酸锂0.05～0.2份，聚乙烯醇纤维0.2～0.5份，添加剂 A0.1～0.8份，金刚砂20～40份，丁苯胶粉5～10份和添加剂B0.05～0.1份；
所述金刚砂20～40份，丁苯胶粉5～10份和添加剂B0.05～0.1份组成微缝渗透填充剂；
所述添加剂B为触变润滑剂，所述金刚砂的粒度在0.075～0.3mm。
本方案采用薄层修补法，选用丁苯胶粉作为主要胶结和增韧材料，所述丁苯胶粉为丁二烯与苯乙烯共聚物的特种胶粉，跟普通的醋酸乙烯和乙烯共聚胶粉相比具备更优异的拉伸粘接性能、耐老化性能，且能大大降低材料脆性，增加弹韧性，提高材料抗冲击耐疲劳破坏能力。
体系中金刚砂、触变润滑剂和丁苯胶粉相互协同作用，可实现微小裂缝、空洞的渗透和填充，该触变润滑剂能够提高修补材料的润滑性、触变性、抗垂流性和屈服值以及减少修补材料流动时的阻力，同时也可以杜绝材料的沉降、减少分层和提高修补材料浆体的稳定性；
在使用薄层修补材料对路面进行薄层修补时，触变润滑剂良好的控制修补材料粘稠性和润滑性，可使修补材料浆体中的金刚砂、丁苯胶粉、胶凝材料等微细组分渗透填充到路面的微细裂缝和空洞中，使修补后的路面形成无数具有植筋生根效果的加强点，同时通过丁苯胶粉良好的粘接力将待修补路面与修补材料构成一个有机整体，实现修补材料与待修基面完美结合，同时金刚砂的硬度非常高，可以有效的提高修补材料耐磨蚀性能；
进一步地，所述金刚砂为碳化硅，所述丁苯胶粉最低成膜温度为8℃，所述丁苯胶粉为丁二烯或苯乙烯共聚物；所述触变润滑剂为改性硅酸镁铝。
进一步地，所述硅酸盐水泥中的铝酸三钙含量低于8％，且强度等级不低于42.5；
所述快硬铁铝酸盐水泥的强度等级不低于52.5；
所述吸水树脂为一种交联型丙烯酸或丙烯酸盐共聚物，其细度为300目；
所述硅灰的堆积密度小于400kg/m3，且所述硅灰中的二氧化硅含量大于92％；
所述碳酸锂为电池级，含量大于99.5％。
进一步地，所述石英砂的粒度在0.3～1.18mm，所述硬石膏的细度≥300目。
进一步地，所述聚乙烯醇纤维的平均长度为9mm。
进一步地，所述添加剂A包括消泡剂0.1～0.2份，减水剂0.4～0.8份，缓凝剂0.1～0.3份；
进一步地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述减水剂为聚羧酸粉体减水剂，所述缓凝剂为硼砂或硼酸。
进一步地，硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥20份，石英砂100份，硬石膏7份，吸水树脂0.05份，硅灰5份，碳酸锂0.1份，聚乙烯醇纤维0.3份，消泡剂0.15份，减水剂0.6份，缓凝剂0.2份，触变润滑剂0.1份，金刚砂20份，丁苯胶粉5份。
进一步地，硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥40份，石英砂120份，硬石膏15份，吸水树脂0.1份，硅灰2份，碳酸锂0.2份，聚乙烯醇纤维0.5份，消泡剂0.2份，减水剂0.8份，缓凝剂0.3份，触变润滑剂0.1份，金刚砂40份，丁苯胶粉10份。
本发明还提供一种水泥路面薄层修补材料的使用方法，包括以下步骤：
S1：按照所述水泥路面薄层修补材料与水配合比为：1:0.18～0.2的比例在搅拌容器中加入水量；
S2：在加入水量后的容器中，用手提搅拌器边搅拌边将原料按照按重量份数计称加入搅拌机中；
S3：加入完毕后，继续搅拌3～5min，直至搅拌均匀，得到所述水泥路面薄层修补材料。
本发明主要的胶凝材料为硅酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥和碳酸锂组成复合体系，硅酸盐水泥具有强度发展稳定、干缩、水化热大等特点，快硬铁铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、耐磨等优点，通过两种有机复配，可实现体系早凝、早强、抗冻、耐磨，复配早强组分中的碳酸锂可有效激发胶凝材料的早期强度，特别是小时强度，可在2-3h达到30MPa以上。
三种比例合理配置，相互作用，生成大量富含结晶水的钙矾石，实现体系早期及后期体积处于无收缩或微膨胀状态，避免修补材料出现收缩、开裂、空鼓、层间脱离等二次病害，另外快硬铁铝酸盐水泥主要组分铁铝酸盐矿相具备优异的耐磨性能，可提高修补材料服役阶段的耐磨性能。
所述吸水树脂是一种吸水比为几百到几千倍的新型高分子材料，保水性能优异，在修补材料水化反应过程中缓慢释放之前吸取的水份，补给水泥硬化需要的水份，实现材料自养护，保证材料后期强度正常发展。
所述硅灰主要成分为非结晶态无定性二氧化硅微细圆形颗粒，二氧化硅含量可达98％以上，平均粒径0.1-0.3μm，其优异的火山灰活性和纳米颗粒填充性能，可有效提高修补材料后期强度。
所述聚乙烯醇纤维具有高强、高模量、耐磨、耐酸碱、耐候等诸多优点，与水泥基材料具有良好的亲和力和结合力，聚乙烯醇短纤维在水泥基材料中呈三维空间乱向网状发布状态，不仅可以有效减少水泥基材料早期硬化出现的收缩开裂，并可实现与水泥基硬化体协同受力，具备一定的应变-硬化性能，提高修补材料韧性，从而提高材料的抗冲击、抗疲劳能力。
【实施例1】
一种水泥路面薄层修补材料，包括以下质量份数的组分：
硅酸盐水泥100份、快硬铁铝酸盐水泥20份、石英砂100份、金刚砂20份、硬石膏7份、丁苯胶粉5份、吸水树脂0.05份、硅灰5份、碳酸锂0.1份、聚乙烯醇纤维0.3份、有机硅消泡剂0.15份、改性硅酸镁铝0.1份、聚羧酸粉体减水剂0.6份、硼砂0.2份。
将上述原料按重量份数称取原料：水按质量比为1:0.19；先将水加入容器内，然后用手提搅拌器边搅拌边加入粉料，搅拌时间约为3～5min，最终形成均匀浆体。
上述材料经测试，出机扩展度为280mm，工作时间为35min，1d粘结强度为2.1％，28d干缩率为0.01％，抗折强度3h为5.4MPa、28d为10.5MPa，抗压强度3h为26.4MPa、28d为44.5MPa，耐磨性3d为1.015kg/m2，抗冲击性(初裂)3d为385次。
【实施例2】
一种水泥路面薄层修补材料，包括以下质量份数的组分：
硅酸盐水泥100份、快硬铁铝酸盐水泥40份、石英砂120份、金刚砂40份、硬石膏15份、丁苯胶粉10份、吸水树脂0.1份、硅灰2份、碳酸锂0.2份、聚乙烯醇纤维0.5份、有机硅消泡剂0.2份、改性硅酸镁铝0.1份、聚羧酸粉体减水剂0.8份、硼砂0.3份。
将上述原料按重量份数称取原料：水按质量比为1:0.19；先将水加入容器内，然后用手提搅拌器边搅拌边加入粉料，搅拌时间约为3～5min，最终形成均匀浆体。
上述材料经测试，出机扩展度为295mm，工作时间为43min，1d粘结强度为3.0％，28d干缩率为0.01％，抗折强度3h为6.1MPa、28d为11.4MPa，抗压强度3h为31.2MPa、28d为50.8MPa，耐磨性3d为0.8955kg/m2，抗冲击性(初裂)3d为420次。
本发明具备较高的早期及后期强度，具备一定的自养护能力，体积稳定性优异、抗冲击抗疲劳/耐磨性能好，施工方便，可在2～3h开放交通。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，采用如下原料配比使用而成(按重量份计)：
硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥20～40份，石英砂100～150份，硬石膏7～15份，吸水树脂0.05～0.1份，硅灰2～5份，碳酸锂0.05～0.2份，聚乙烯醇纤维0.2～0.5份，添加剂A0.1～0.8份，金刚砂20～40份，丁苯胶粉5～10份和添加剂B0.05～0.1份；
所述金刚砂20～40份，丁苯胶粉5～10份和添加剂B0.05～0.1份组成微缝渗透填充剂；
所述添加剂B为触变润滑剂，所述金刚砂的粒度在0.075～0.3mm。
2.根据权利要求1所述的一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，所述金刚砂为碳化硅，所述丁苯胶粉最低成膜温度为8℃，所述丁苯胶粉为丁二烯和苯乙烯共聚物；所述触变润滑剂为改性硅酸镁铝。
3.根据权利要求1所述的一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥中的铝酸三钙含量低于8％，且强度等级不低于42.5；
所述快硬铁铝酸盐水泥的强度等级不低于52.5；
所述吸水树脂为一种交联型丙烯酸或丙烯酸盐共聚物，其细度为300目；
所述硅灰的堆积密度小于400kg/m3，且所述硅灰中的二氧化硅含量大于92％；
所述碳酸锂为电池级，含量大于99.5％。
4.根据权利要求1所述的一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，所述石英砂的粒度在0.3～1.18mm，所述硬石膏的细度≥300目。
5.根据权利要求1所述的一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，所述聚乙烯醇纤维的平均长度为9mm。
6.根据权利要求1所述的一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，所述添加剂A包括消泡剂0.1～0.2份，减水剂0.4～0.8份，缓凝剂0.1～0.3份。
7.根据权利要求6所述的一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述减水剂为聚羧酸粉体减水剂，所述缓凝剂为硼砂或硼酸。
8.根据权利要求6所述的一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥20份，石英砂100份，硬石膏7份，吸水树脂0.05份，硅灰5份，碳酸锂0.1份，聚乙烯醇纤维0.3份，消泡剂0.15份，减水剂0.6份，缓凝剂0.2份，触变润滑剂0.1份，金刚砂20份，丁苯胶粉5份。
9.根据权利要求1所述的一种水泥路面薄层修补材料，其特征在于，硅酸盐水泥100份，快硬铁铝酸盐水泥40份，石英砂120份，硬石膏15份，吸水树脂0.1份，硅灰2份，碳酸锂0.2份，聚乙烯醇纤维0.5份，消泡剂0.2份，减水剂0.8份，缓凝剂0.3份，触变润滑剂0.1份，金刚砂40份，丁苯胶粉10份。
10.一种水泥路面薄层修补材料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照所述水泥路面薄层修补材料与水配合比为：1:0.18～0.2的比例在搅拌容器中加入水量；
S2：在加入水量后的容器中，用手提搅拌器边搅拌边将原料按照按重量份数计称加入搅拌机中；
S3：加入完毕后，继续搅拌3～5min，直至搅拌均匀，得到所述水泥路面薄层修补材料。
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