CN112047700A - 一种道桥快速维修加固胶结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种道桥快速维修加固胶结剂及其制备方法，所述胶结剂由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：水泥100份、热塑性弹性体颗粒5‑20份、减水剂0.2‑2份、改性分散触变剂1‑5份、促粘乳胶粉10‑30份、石英砂200‑300份以及水40‑60份。与现有技术相比，本发明材料具有良好的抗应力疲劳能力，其凝结固化时间短，凝结后强度发展快，体积稳定性好，干缩很小，具有优异的抗磨性，耐久性好，适用于快速修补。

Description

一种道桥快速维修加固胶结剂及其制备方法

技术领域

本发明属于道路建筑技术领域，涉及一种道桥快速维修加固胶结剂及其制备方法，该胶结剂可广泛用于城市道路工程、园林工程和环境工程等。

背景技术

在现今城市的发展进程中，城市交通已成为城市建设和城市生活中的核心部分，并且扮演着越来越重要的角色，与此同时，交通与环境的协调发展也成了城市建设的重要目标之一。城市中道路和桥梁的建设尤为重要，由于混凝土具有良好的力学性能及耐久性，其也成为道桥建设不可或缺的材料。然而，建成后的道路和桥梁在服役过程中，经常会受到各种环境因素的影响，例如大气、水等物理、化学或生物的侵蚀作用以及因温度和湿度变化而引起的收缩和膨胀作用，还要经受着多种动荷载和静荷载的作用，使得构成道路和桥梁的混凝土产生裂缝、渗漏以及腐蚀等破损，这不仅会影响道路和桥梁的使用寿命，而且影响工程的使用安全性，造成巨大的安全隐患。

针对上述问题，可使用胶结固化的处理方法来对受破损的地方就行加固维修，以保证工程的持续安全使用。目前用于胶结固化等施工的材料，仍是较为普遍的水泥、石灰、石膏等传统胶凝材料，或者是在水泥、石灰等材料的基础上进行改进的材料，但仍然存在一些弊端。例如，传统的胶结剂多是采用水泥、石灰、粉煤灰、矿渣、石膏等无机原材料作为主剂，采用三乙醇胺、木质素磺酸钙、聚丙烯酰胺、氯化钠等激发材料作为辅料，但是上述传统的胶结剂难以同时兼顾强度和抗龟裂性，通常为了获得高强度，需要使修补区域具有高的硬度，结果容易导致龟裂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种兼顾强度和抗龟裂性，且使用方便，体积稳定性好，干缩很小，耐久性好的道桥快速维修加固胶结剂。

本发明的另一目的在于提供上述道桥快速维修加固胶结剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种道桥快速维修加固胶结剂，由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：水泥100份、热塑性弹性体颗粒5-20份、减水剂0.2-2份、改性分散触变剂1-5份、促粘乳胶粉10-30份、石英砂200-300份以及水40-60份。

所述的水泥包含硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥或高铝水泥中的至少一种。

作为优选的技术方案，所述的热塑性弹性体颗粒的粒径不大于500μm，并且所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体。

作为优选的技术方案，所述的减水剂选自木质素磺酸盐减水剂、萘减水剂、三聚氰胺减水剂或氨基磺酸盐减水剂中的一种或几种。

所述的改性分散触变剂为功能化石墨烯改性的偏高岭土。

所述的功能化石墨烯改性的偏高岭土的制备方法如下：

S1：将适量的偏高岭土与无水乙醇混合后均匀，配制成偏高岭土与无水乙醇的混合溶液；

S2：将功能化石墨烯分散于无水乙醇中，再加入至偏高岭土与无水乙醇的混合溶液中，采用稀硝酸调节溶液pH为3-4，于70-90℃下反应2-5小时，后经冷却、过滤、洗涤，再干燥至恒重，研磨后制得功能化石墨烯改性的偏高岭土。

S1中所述偏高岭土与无水乙醇的用量关系为：每100 mL无水乙醇中加入5-10 g偏高岭土；

S2中功能化石墨烯在无水乙醇中的质量分数为5-30%；

功能化石墨烯的用量为偏高岭土投料量的0.1-10 wt%。

所述功能化石墨烯为采用异氰酸酯类改性剂对石墨烯表面进行修饰而获得。

所述功能化石墨烯的制备方法可以为：首先采用Hummers方法来制备氧化石墨烯，然后采用异氰酸酯类改性剂对氧化石墨烯表面进行改性，制得功能化的氧化石墨烯，最后再将功能化的氧化石墨烯还原，即制得功能化的石墨烯。有关功能化的石墨烯的具体制备步骤，将在具体实施方式中举例说明。

作为优选的技术方案，所述异氰酸酯类改性剂包括二异氰酸酯，例如但不限于，市售的六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种。

作为优选的技术方案，所述的促粘乳胶粉包含醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯均聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉或苯乙烯与丁二烯共聚胶粉中的至少一种。

一种道桥快速维修加固胶结剂的制备方法，所述方法包含以下步骤：

I）：按重量份将水泥、热塑性弹性体颗粒、石英砂混合均匀，制得第一预混料；

II）：按重量份将促粘乳胶粉、改性分散触变剂和减水剂混合均匀，制得第二预混料；

III）：将第一预混料与第二预混料混合均匀，再按重量份加入水，边加入边搅拌，直至搅拌均匀即可。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1）本发明胶结剂在使用时可形成具有很强胶结能力的浆体，硬化后可产生很高强度，能与混凝土结构中的老混凝土基体紧密凝结形成整体，由于材料体系中引入了功能化石墨烯改性的偏高岭土作为改性分散触变剂，功能化石墨烯表面具有活性官能团，不仅可与促粘乳胶粉发生化学反应，而且还有利于彼此形成氢键，可形成三维网状结构，赋予材料体系优异的触变性能，可有效改善材料的施工性及抗流挂性，而偏高岭土经功能化石墨烯改性后，可显著改善偏高岭土在材料体系中的分散性，可有效防止偏高岭土颗粒之间发生团聚，有利于偏高岭土在材料体系中发挥触变剂的作用；另外，功能化石墨烯的引入还可有效增强材料体系的耐高温性和抗寒性，可减少材料体系对温度的敏感性，即可降低材料体系因温度变化而发生自身收缩或膨胀的程度，这样也有利于延长材料体系自身的使用寿命，保证对混凝土结构的修补质量；

2）本发明材料体系中热塑性弹性体颗粒的使用可增加材料体系的韧性，其可与促粘乳胶粉、改性分散触变剂发挥协同增效的作用，可有效提高修补区域的抗磨性和抗龟裂性，显著提高胶结剂的使用效果，延长其使用寿命，避免多次返工修补；

3）本发明材料具有良好的抗应力疲劳能力，其凝结固化时间短，凝结后强度发展快，体积稳定性好，干缩很小，具有优异的抗磨性，耐久性好，适用于快速修补。

具体实施方式

发明人经过广泛而深入的研究，发现在基于水泥、石英砂的混凝土修补胶结材料中引入功能化石墨烯改性的偏高岭土作为改性分散触变剂可有效改善材料的施工性及抗流挂性，还可减少材料体系对温度的敏感性，即可降低材料体系因温度变化而发生自身收缩或膨胀的程度，这样也有利于延长材料体系自身的使用寿命，保证对混凝土结构的修补质量；另外，结合使用热塑性弹性体颗粒，其可与促粘乳胶粉、改性分散触变剂发挥协同增效的作用，可有效提高修补区域的抗磨性和抗龟裂性，显著提高胶结剂的使用效果，延长其使用寿命，避免多次返工修补。

在此基础上，完成了本发明。

下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本发明一部分实施方案，而不是全部的实施方案。本实施方案以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施方案。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方案，都属于本发明保护的范围。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本文中，采用术语“约”来修饰数值时，表示该数值±5%以内测量的误差容限。

下面通过具体实施例对本发明技术方案进一步进行阐述，本发明若无特殊说明，所用原料均为市售产品。

下表1示出了实施例1-5和对比例胶结剂的原料组分及其重量份含量。

表1 实施例1-5和对比例胶结剂的原料组分配方

下表2示出了实施例1-5和对比例胶结剂的原料组分的种类。

表2 实施例1-5和对比例胶结剂的原料组分的种类

注：表2中实施例1所采用的功能化石墨烯改性的偏高岭土中，功能化石墨是采用甲苯二异氰酸酯对石墨烯表面进行修饰而获得；实施例2所采用的功能化石墨烯改性的偏高岭土中，功能化石墨是采用二苯基甲烷二异氰酸酯对石墨烯表面进行修饰而获得；实施例3-4所采用的功能化石墨烯改性的偏高岭土中，功能化石墨是采用六亚甲基二异氰酸酯对石墨烯表面进行修饰而获得；实施例5所采用的功能化石墨烯改性的偏高岭土中，功能化石墨是采用二环己基甲烷二异氰酸酯对石墨烯表面进行修饰而获得。

上述实施例中有关改性分散触变剂的制备方法如下：

S1：将适量的偏高岭土与无水乙醇混合后均匀，配制成偏高岭土与无水乙醇的混合溶液；

S2：将功能化石墨烯分散于无水乙醇中，再加入至偏高岭土与无水乙醇的混合溶液中，采用稀硝酸调节溶液pH为3-4，于70-90℃下反应2-5小时，后经冷却、过滤、洗涤，再干燥至恒重，研磨后制得功能化石墨烯改性的偏高岭土。

其中，S1中所述偏高岭土与无水乙醇的用量关系为：每100 mL无水乙醇中加入5-10 g偏高岭土；S2中功能化石墨烯在无水乙醇中的质量分数为5-30%。

在上述实施例中，所使用的功能化石墨烯的制备方法如下：

[氧化石墨烯的制备]

可采用Hummers方法来制备氧化石墨烯，例如可采用以下步骤：

将2 g石墨、1 g NaNO₃、46 ml 98%浓硫酸混合置于冰水浴中，搅拌30分钟，使其充分混合，称取6 g KMnO₄分次加入上述混合液中继续搅拌2小时后，移入35℃温水浴中继续搅拌30分钟；再缓慢加入蒸馏水92 ml，并将反应液控制在98℃左右达15分钟，再加入适量30%H₂O₂除去过量的氧化剂，然后加入蒸馏水140 mL稀释，趁热过滤，依次用0.01 mol/L HCl、无水乙醇和去离子水洗涤直到滤液中无SO₄ ^2-存在为止，制得氧化石墨；然后将氧化石墨超声分散在水中，制得氧化石墨烯的分散液；将氧化石墨烯的分散液在60℃真空干燥箱中干燥48小时，得到氧化石墨烯样品，保存备用。

[功能化氧化石墨烯的制备]

以异氰酸酯类改性剂六亚甲基二异氰酸酯为例，来制备功能化的氧化石墨烯，例如可采用以下步骤：

称取50 mg的氧化石墨烯在100 mL DMF（即N-N二甲基甲酰胺）中超声分散30分钟，然后加入2.5 g六亚甲基二异氰酸酯和5滴催化剂DBTDL（即二月桂酸二丁基锡），加热至90℃，搅拌反应24小时；反应完成后，采用乙醇清洗多次并离心分离，即制得功能化氧化石墨烯。

[功能化石墨烯的制备]

可采用合适的还原剂（例如，水合肼）将功能化氧化石墨烯还原成功能化石墨烯，例如可采用以下步骤：

将洗涤后未烘干的功能化氧化石墨烯分散于60 mL无水乙醇中，超声分散1小时，形成均匀稳定的功能化氧化石墨烯分散液，然后加入1 g水合肼，于60℃下还原24小时；再用无水乙醇和去离子水洗涤所得产物至中性，将产物于60℃真空干燥箱中干燥48小时，即制得功能化石墨烯，保存备用。

应当理解的是，本发明有关功能化石墨烯的制备方法并不局限于上述示例中的描述，也可以采用其它合适的方法以对石墨烯的表面进行修饰。

上述实施例1-5胶结剂的制备方法如下：

I）：按重量份将水泥、热塑性弹性体颗粒、石英砂混合均匀，制得第一预混料；

II）：按重量份将促粘乳胶粉、改性分散触变剂和减水剂混合均匀，制得第二预混料；

III）：将第一预混料与第二预混料混合均匀，再按重量份加入水，边加入边搅拌，直至搅拌均匀即可。

对比例则采用与上述方法相同的步骤，制成胶结剂。

上述实施例1-5和对比例制得的胶结剂的性能测试如下表3所示：

表3 实施例1-5和对比例制得的胶结剂的性能测试结果

注：表3中抗磨性测试通过如下方法进行：用圆盘磨石机进行抗磨损试验，圆盘磨石机转速为1000r/min，为了加速磨损，采用42号金刚砂作为研磨剂，混凝土试验龄期为第120天；弹性按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)中2.4的规定进行测试。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出多种修改或变型，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：水泥100份、热塑性弹性体颗粒5-20份、减水剂0.2-2份、改性分散触变剂1-5份、促粘乳胶粉10-30份、石英砂200-300份以及水40-60份。

2.根据权利要求1所述的一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，所述的水泥包含硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥或高铝水泥中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，所述的热塑性弹性体颗粒的粒径不大于500μm，并且所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体。

4.根据权利要求1所述的一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，所述的减水剂选自木质素磺酸盐减水剂、萘减水剂、三聚氰胺减水剂或氨基磺酸盐减水剂中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，所述的改性分散触变剂为功能化石墨烯改性的偏高岭土。

6.根据权利要求5所述的一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，所述的功能化石墨烯改性的偏高岭土的制备方法如下：

S1：将适量的偏高岭土与无水乙醇混合后均匀，配制成偏高岭土与无水乙醇的混合溶液；

S2：将功能化石墨烯分散于无水乙醇中，再加入至偏高岭土与无水乙醇的混合溶液中，采用稀硝酸调节溶液pH为3-4，于70-90℃下反应2-5小时，后经冷却、过滤、洗涤，再干燥至恒重，研磨后制得功能化石墨烯改性的偏高岭土。

7.根据权利要求6所述的一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，S1中所述偏高岭土与无水乙醇的用量关系为：每100 mL无水乙醇中加入5-10 g偏高岭土；

S2中功能化石墨烯在无水乙醇中的质量分数为5-30%；

功能化石墨烯的用量为偏高岭土投料量的0.1-10 wt%。

8.根据权利要求5所述的一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，所述功能化石墨烯为采用异氰酸酯类改性剂对石墨烯表面进行修饰而获得。

9.根据权利要求1所述的一种道桥快速维修加固胶结剂，其特征在于，所述的促粘乳胶粉包含醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯均聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉或苯乙烯与丁二烯共聚胶粉中的至少一种。

10.如权利要求1至9任一项所述的一种道桥快速维修加固胶结剂的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

I）：按重量份将水泥、热塑性弹性体颗粒、石英砂混合均匀，制得第一预混料；

II）：按重量份将促粘乳胶粉和改性分散触变剂混合均匀，制得第二预混料；

III）：将第一预混料与第二预混料混合均匀，再按重量份加入水，边加入边搅拌，直至搅拌均匀即可。