CN112321182B - 一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥、胶凝材料和料浆 - Google Patents

一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥、胶凝材料和料浆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥、胶凝材料和料浆，以重量百分比计，硫铝酸盐水泥包括80～90％的熟料、10～15％的硬石膏和0～5％的石灰石；熟料中的矿物包括67～87％的
Figure DDA0002814137160000011
5～15％的C2S、5～13％的CaSO4和3～5％的C4AF。所述胶凝材料包括：硫铝酸盐水泥：90.85％～98.6％；偏高岭土：1％～8％；硼酸：0.1％～0.2％；碳酸锂：0～0.1％；聚羧酸减水剂：0.1％～0.3％；低粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.05％～0.2％；高粘度羟丙基甲基纤维素醚：0～0.1％；消泡剂：0.1％；短切纤维：0.05％～0.15％；所述料浆包括50～80％胶凝材料、20～30％的1～5mm细骨料和0～10％的20～70目连续级配石英砂。通过本硫铝酸盐水泥、胶凝材料和料浆，能有效解决硫铝酸盐水泥基修补材料强度倒缩和抗碳化性能差的问题。

Description

一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥、胶凝材料和料浆
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥、胶凝材料和料浆。
背景技术
机场跑道受到飞机滑行摩擦和起降冲击，在使用一段时间后，道面会出现不同程度的破损，例如道面混凝土剥落、石子松动、板块断裂或破碎。道面破损对飞机的起降安全影响较大。因此，必须对机场跑道进行修补。修补跑道，首先修补材料要迅速凝结、硬化，迅速产生强度，不影响飞机的起降时间。因此道面修补工作应安排在大夜航后进行，凌晨5点结束施工；其次，修补材料应高耐久，低收缩，防止修补处出现裂缝，增加修补次数和成本；其三，耐CO2腐蚀。全球航运每年排放约11.2亿tCO2,其中起降过程中CO2排放量占比50％以上。因此，机场道面附近空气CO2浓度比正常空气中CO2浓度高得多，修补材料需耐CO2腐蚀。
目前道面修补材料主要有以下几类：硅酸盐-硫铝酸盐水泥混凝土、磷酸镁水泥砂浆、沥青混凝土和高分子材料。硅酸盐-硫铝酸盐水泥混凝土早期强度低且收缩大，修补后短时间内与修补处机械咬合力大，但随着龄期增长，收缩增加，咬合力减弱，甚至与基面脱开；磷酸镁水泥修补材料强度高、耐久性好，但施工时，工作性较差且凝结时间不可控；沥青混凝土和高分子材料修补后易出现老化、收缩、开裂等现象。
现有技术中，提出了授权公告号CN101830684B，授权公告日为2013年01月09日的中国发明专利文件，来满足修补施工的时间和耐久性要求，该专利利用快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、增稠剂、化学短纤维制备的修补材料，克服了修补材料早期强度低，收缩开裂问题。但是该材料忽视了硫铝酸盐水泥后期强度倒缩和膨胀开裂的问题。
另外，硫铝酸盐水泥水化产物主要是钙矾石(以下简称AFt)，对结构强度有重要贡献，但其易被CO2分解成CaCO3、二水石膏、SiO2凝胶，强度下降，这个过程称为钙矾石的碳化。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥、胶凝材料和料浆，能有效解决硫铝酸盐水泥基修补材料强度倒缩和抗碳化性能差的问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥，其特征在于:以重量百分比计，包括80～90％的熟料、10～15％的硬石膏和0～5％的石灰石；所述熟料中的矿物包括67～87％的
Figure BDA0002814137150000021
5～15％的C2S、5～13％的CaSO4和3～5％的C4AF。
所述熟料的碱度系数Cm为0.94～0.98，铝硫比P为2.5～2.8，铝硅比N＞6。
所述硫铝酸盐水泥的比表面积450～500m2/kg。
一种包括上述硫铝酸盐水泥的胶凝材料，其特征在于：包括以下按重量百分比计的原料：
硫铝酸盐水泥：90.85％～98.6％；
偏高岭土：1％～8％；
硼酸：0.1％～0.2％；
碳酸锂：0～0.1％；
聚羧酸减水剂：0.1％～0.3％；
低粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.05％～0.2％；
高粘度羟丙基甲基纤维素醚：0～0.1％；
消泡剂：0.1％；
短切纤维：0.05％～0.15％。
所述偏高岭土比表面积为800m2/kg～1000m2/kg。
所述短切纤维的长度为6～9mm。
一种包括上述胶凝材料的料浆，其特征在于：包括50～80％的胶凝材料、20～30％的1～5mm细骨料和0～10％的20～70目连续级配石英砂。
所述料浆的水料比为0.40～0.45，料浆流动度大于260mm，保持时间＞20min；料浆2h抗折强度＞4MPa，2h抗压强度＞30MPa；28d抗折强度＞8MPa，28d抗压强度＞60MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、当硬化水泥浆体中Ca(OH)2含量较低时，AFt呈棒状或柱状，产生的膨胀应力小；Ca(OH)2含量较高时，生成AFt呈细针状，膨胀应力大。由于低温烧成的硫铝酸盐水泥熟料中C2S具有较高的活性，随着龄期的延长，C2S开始水化并生成Ca(OH)2，在Ca(OH)2存在的条件下，硬化浆体中的结晶体钙矾石的长径比有所提高，并产生膨胀，强度倒缩。为解决硫铝酸盐水泥强度倒缩，现有技术都是通过增加C2S含量，例如贝利特-硫铝酸盐水泥，以水化产生的C-S-H凝胶填补AFt膨胀产生的裂缝，但
Figure BDA0002814137150000031
含量降低，造成早期强度低。而本发明所涉及的硫铝酸盐水泥熟料与普通硫铝酸盐水泥熟料的矿物成分上区别较大，本发明的硫铝酸盐水泥中，
Figure BDA0002814137150000032
含量高，早期强度高；C2S含量偏低，后期水泥石中Ca(OH)2含量少，可以防止后期强度倒缩。
2、本发明通过调整熟料中碱度系数Cm、铝硫比P、铝硅比N，特别是铝硅比N大于6，得到的硫铝酸盐水泥熟料不同于普通硫铝酸盐水泥，水化后期膨胀小，强度不倒缩，且无需与硅酸盐水泥复配使用。
3、本发明中的胶凝材料，主料只需要硫铝酸盐水泥，不需要与硅酸盐水泥复配使用。且本发明中胶凝材料还包括偏高岭土、低粘度羟丙基甲基纤维素醚和高粘度羟丙基甲基纤维素。
本发明利用偏高岭土减小孔洞，提高修补材料抗碳化性能。一方面，偏高岭土中的活性硅和铝与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙和水化硅酸铝钙凝胶体，可以提高强度，细化混凝土孔径。另一方面，由于偏高岭土比表面积大，与硫铝酸盐水泥颗粒、细骨料、石英砂一起形成比较密实的颗粒堆积体系。两方面作用使修补材料的结构致密，阻碍了CO2扩散进入结构内部的迁移速率，改善了修补材料的碳化性能。
使用低粘度的羟丙基甲基纤维素醚，可以保证修补材料的工作性，方便施工，但会降低强度；而高粘度的羟丙基甲基纤维素醚能提高修补材料与基面的粘合力，但会降低料浆流动性。本发明同时采用低粘度的羟丙基甲基纤维素醚和高粘度的羟丙基甲基纤维素醚，两者混合使用能取长补短。
4、由于硫铝酸盐水泥基胶凝材料强度倒缩原因是膨胀性AFt的生成产生膨胀应力。膨胀性AFt主要生成于固液界面上，消除固液界面可以在一定程度上阻止强度倒缩。本发明利用消泡剂消除修补材料中的固液界面，防止膨胀性AFt生成，强度倒缩。
5、本发明加入短切纤维，其在修补材料中形成均匀乱向分布的体系，提高修补路面的抗折强度，减少开裂。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括一种用于机场跑道修补的胶凝材料，包括以下按重量百分比计的原料：硫铝酸盐水泥：90.85％；偏高岭土：8％；硼酸：0.2％；碳酸锂：0.1％；聚羧酸减水剂：0.3％；低粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.2％；高粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.1％；消泡剂：0.1％；短切纤维：0.15％。
本实施例中，硫铝酸盐水泥包括80％熟料、15％硬石膏和5％石灰石，该硫铝酸盐水泥的比表面积为450m2/kg；熟料碱度系数Cm为0.98，铝硫比P为2.5，铝硅比N＝25，熟料中矿物包括87％的
Figure BDA0002814137150000041
5％的C2S、5％的CaSO4和3％的C4AF。
本实施例中，偏高岭土的比表面积为1000m2/kg。
本实施例中，短切纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm。
选用80％本实施例制备的胶凝材料，添加20％的1～5mm细骨料后制成料浆，该料浆的水料比为0.45。料浆流动度280mm，流动度保持时间23min；料浆2h抗折强度4.3MPa，2h抗压强度33.1MPa；28d抗折强度8.4MPa，28d抗压强度63.5MPa。修补路面后期强度不倒缩且表面未出现粉化现象。
实施例2
本实施例包括一种用于机场跑道修补的胶凝材料，包括以下按重量百分比计的原料：硫铝酸盐水泥：98.6％；偏高岭土：1％；硼酸：0.1％；聚羧酸减水剂：0.3％；低粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.05％；消泡剂：0.1％；短切纤维：0.05％。
本实施例中，硫铝酸盐水泥包括90％熟料和10％硬石膏，比表面积500m2/kg；熟料碱度系数Cm为0.94，铝硫比P为2.8，铝硅比N＝6.4，熟料中矿物包括67％的
Figure BDA0002814137150000042
15％的C2S、13％的CaSO4和5％的C4AF。
本实施例中，偏高岭土比表面积为800m2/kg。
本实施例中，短切纤维为聚丙烯纤维，长度为9mm。
选用60％本实施例制备的胶凝材料，添加30％的1～5mm细骨料和10％的20～70目连续级配石英砂制成料浆，水料比为0.40。料浆流动度261mm，保持时间21min；料浆2h抗折强度4.2MPa，2h抗压强度30.5MPa；28d抗折强度8.4MPa，28d抗压强度60.3MPa。修补材料后期强度不倒缩，机场跑道路面未出现碳化粉化现象，满足机场道路修补施工时间、工作性和强度要求。
实施例3
本实施例包括一种用于机场跑道修补的胶凝材料，包括以下按重量百分比计的原料：硫铝酸盐水泥：95％；偏高岭土：4％；硼酸：0.15％；碳酸锂：0.1％；聚羧酸减水剂：0.2％；低粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.2％；高粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.1％；消泡剂：0.1％；短切纤维：0.15％。
本实施例中，硫铝酸盐水泥包括85％熟料、12％硬石膏和3％石灰石，比表面积470m2/kg；熟料碱度系数Cm为0.96，铝硫比P为2.7，铝硅比N＝10.8，熟料中矿物包括75％的
Figure BDA0002814137150000051
10％的C2S、11％的CaSO4和4％的C4AF。
本实施例中，偏高岭土比表面积为800m2/kg。
本实施例中，短切纤维为聚丙烯纤维，长度为7mm。
选用70％本实施例制备的胶凝材料，添加25％的1～5mm细骨料，5％20～70目连续级配石英砂制成料浆，水料比为0.42。料浆流动度270mm，流动度保持时间22min；料浆2h抗折强度4.3MPa，2h抗压强度30.5MPa；28d抗折强度8.4MPa，28d抗压强度61.8MPa；修补材料后期强度不倒缩，机场跑道路面未出现碳化粉化现象。满足机场道路修补施工时间、工作性和强度要求。
实施例4
本实施例包括一种用于机场跑道修补的胶凝材料，包括以下按重量百分比计的原料：硫铝酸盐水泥：93％；偏高岭土：5.9％；硼酸：0.2％；碳酸锂：0.1％；聚羧酸减水剂：0.1％；低粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.2％；高粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.1％；消泡剂：0.1％；短切纤维：0.1％。
本实施例中，硫铝酸盐水泥包括87％熟料、10％硬石膏和3％石灰石，比表面积450m2/kg；熟料碱度系数Cm为0.98，铝硫比P为2.8，铝硅比N＞8，熟料中矿物包括80％的
Figure BDA0002814137150000052
10％的C2S、5％的CaSO4和3％的C4AF。
本实施例中，偏高岭土比表面积为900m2/kg。
本实施例中，短切纤维长度为8mm。
选用50％本实施例制备的胶凝材料，25％的1～5mm细骨料，10％20～70目连续级配石英砂制成料浆，水料比0.45。料浆流动度265mm，料浆流动度保持时间23min；料浆2h抗折强度4.3MPa，2h抗压强度30.5MPa；28d抗折强度8MPa，28d抗压强度62.3MPa；修补材料后期强度不倒缩，机场跑道路面未出现碳化粉化现象。满足机场道路修补施工时间、工作性和强度要求。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥，其特征在于：以重量百分比计，包括80～90％的熟料、10～15％的硬石膏和0～5％的石灰石；所述熟料中的矿物包括67～87％的
Figure FDA0003501463440000011
5～15％的C2S、5～13％的CaSO4和3～5％的C4AF；所述熟料的碱度系数Cm为0.94～0.98，铝硫比P为2.5～2.8，铝硅比N＞6。
2.根据权利要求1所述的一种用于机场跑道修补的硫铝酸盐水泥，其特征在于：所述硫铝酸盐水泥的比表面积450～500m2/kg。
3.一种利用权利要求1所述的硫铝酸盐水泥的胶凝材料，其特征在于：包括以下按重量百分比计的原料：
硫铝酸盐水泥：90.85％～98.6％；
偏高岭土：1％～8％；
硼酸：0.1％～0.2％；
碳酸锂：0～0.1％；
聚羧酸减水剂：0.1％～0.3％；
低粘度羟丙基甲基纤维素醚：0.05％～0.2％；
高粘度羟丙基甲基纤维素醚：0～0.1％；
消泡剂：0.1％；
短切纤维：0.05％～0.15％。
4.根据权利要求3所述的一种胶凝材料，其特征在于：所述偏高岭土比表面积为800m2/kg～1000m2/kg。
5.根据权利要求4所述的一种胶凝材料，其特征在于：所述短切纤维的长度为6～9mm。
6.一种利用权利要求3所述的胶凝材料的料浆，其特征在于：包括50～80％胶凝材料、20～30％的1～5mm细骨料和0～10％的20～70目连续级配石英砂。
7.根据权利要求6所述的料浆，其特征在于：所述料浆的水料比为0.40～0.45，料浆流动度大于260mm，保持时间＞20min；料浆2h抗折强度＞4MPa，2h抗压强度＞30MPa；28d抗折强度＞8MPa，28d抗压强度＞60MPa。
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