CN112939514A - 一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土的领域，具体公开了一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土及其制备方法。快干早强混凝土的制备原料按重量份计，包括快速结构修补料1240‑1340份、碎石860‑1060份和水，水与快速结构修补料的重量比为（0.11‑0.13）：1，所述快速结构修补料由包括重量比为（5‑12）：（4‑6）：（2‑5）：1：（0.05‑0.15）的粉料、纤维素、聚丙烯酰胺、助剂和抗离析剂混合制成；其制备方法为：将碎石与快速结构修补料混合均匀制得混合料，然后将混合料与水混合均匀制得快干早强混凝土。本申请的混凝土凝结较快，早期强度较高，且具有较优的早期抗裂性能，大大节省了施工操作时间。

Description

一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土及其制备方法。
背景技术
随着科技的不断进步，航空运输技术发展迅速，为了满足航空运输需求，建设更多更好的机场已以成为国家发展的需要。道面作为机场建设项目之一，其质量直接影响飞行安全，因而控制道面工程质量十分重要。而混凝土道面板的断裂是影响机场道面工程质量的重要因素，混凝土道面板断裂后严重影响飞行的使用，需要立即对断裂板进行维修。
传统道面板维修一般分为两种，一种是利用夜间短暂停航时间，使用环氧树脂砂浆进行局部、非全厚度修补，此种维修方法造价较高，每立方造价约2.8-3万元，且具有操作复杂、耐久性差、不能与原道面混凝土良好结合等缺点。第二种是利用混凝土对损坏的道面板进行停航维修，此种方法停航时间较长，有时停航时间长达6个月，对机场尤其是航班量巨大的枢纽机场的正常运行影响较大。
针对上述相关技术，发明人认为：亟需研究一种快干混凝土，能够在道面修复时快速使用，减少停航时间。
发明内容
为了减少修复道面时的停航时间，本申请提供一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，采用如下的技术方案：
一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，制备原料按重量份计，包括快速结构修补料1240-1340份、碎石860-1060份和水，水与快速结构修补料的重量比为(0.11-0.13)：1，所述快速结构修补料由包括重量比为(5-12)：(4-6)：(2-5)：1：(0.05-0.15)的粉料、纤维素、聚丙烯酰胺、助剂和抗离析剂混合制成。
通过采用上述技术方案，本申请的混凝土能够在钢筋表面形成钝化膜，通过在快速结构修补料中使用纤维素与聚丙烯酰胺复配，纤维素与聚丙烯酰胺相互交联，形成三维网络结构，促进了混凝土的凝结，从而提高了混凝土的凝结时间，且三维网络结构提高了混凝土原料之间的连接的紧密性，减少了混凝土结构的缺陷，提高了混凝土的早期强度，并提高了混凝土的早期抗裂性能，大大减少了修补道面时的停航时间，能够在6-8个小时内完成损坏道面板的整体全厚度换板施工并形成满足开放交通的强度需求。
优选的，所述纤维素为羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的混合物。
通过采用上述技术方案，其中羟丙基甲基纤维素粘性较高，与木质纤维素的相容性较高，增强了纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，二者复配进一步提高了混凝土的早期强度及早期抗裂性能。
优选的，所述羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的重量比为1：(1-3)。
通过采用上述技术方案，本申请通过控制羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的重量比，进一步增强了纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，提高了混凝土的早期强度及抗裂性能。
优选的，所述聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺。
通过采用上述技术方案，非离子型聚丙烯酰胺的分子链中含有一定的极性基团，与纤维素的相容性较高，增强了纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，提高了混凝土的早期强度及抗裂性能。
优选的，所述非离子型聚丙烯酰胺的分子量为800-1200万。
通过采用上述技术方案，本申请通过控制聚丙烯酰胺的分子量，进一步提高了混凝土的早期抗裂性能及早期强度。
优选的，所述粉料包括重量比为5：3：(2-4)：2：(1-3)的石英砂、矿粉、玻化微珠、硅灰和可分散性乳胶粉。
通过采用上述技术方案，本申请通过在粉料中添加玻化微珠、硅灰，并控制石英砂、矿粉、玻化微珠、硅灰和可分散性乳胶粉的重量比，提高了快速结构修补料原料之间的相容性，增强了其中纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，进一步提高了混凝土的早期强度及抗裂性能。
优选的，所述助剂包括减水剂、早强剂、膨胀剂、保水剂和缓凝剂。
通过采用上述技术方案，本申请通过在快速结构修补料中添加助剂，使混凝土的抗渗性能较好，具有较优的防水效果，且提高了混凝土的早期强度。
第二方面，本申请提供一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土的制备方法，制备步骤为：将碎石与快速结构修补料混合均匀制得混合料，然后将混合料与水混合均匀制得快干早强混凝土。
通过采用上述技术方案，本申请通过在快速结构修补料中使用纤维素与聚丙烯酰胺复配，提高了混凝土的早期强度，并提高了混凝土的早期抗裂性能，配合比简单，施工操作方便，降低了施工成本，大大减少了修补道面时的停航时间。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用在快速结构修补料中使用纤维素与聚丙烯酰胺复配，纤维素与聚丙烯酰胺相互交联，形成三维网络结构，促进了混凝土的凝结，从而提高了混凝土的凝结时间，且三维网络结构提高了混凝土原料之间的连接的紧密性，减少了混凝土结构的缺陷，提高了混凝土的早期强度，并提高了混凝土的早期抗裂性能，大大减少了修补道面时的停航时间，能够在6-8个小时内完成损坏道面板的整体全厚度换板施工并形成满足开放交通的强度需求；
2、本申请中优选采用羟丙基甲基纤维素与木质纤维素复配，其中羟丙基甲基纤维素粘性较高，与木质纤维素的相容性较高，增强了纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，二者复配进一步提高了混凝土的早期强度及早期抗裂性能；
3、本申请的混凝土配合比简单，制备方法简单，大大节省了施工操作时间，提高了工效。
具体实施方式
以下结合制备例和实施例对本申请作进一步详细说明，本申请所用水需符合GB5749《生活饮用水卫生标准》的饮用水，本申请所用为连续级碎石，其中4.75-9.5mm、9.6-19.5mm、19.6-31.5mm粒度碎石均购自北京京豫鲁建筑工程有限公司，本申请其余原料来源见表1。
表1.本申请所用原料来源
Figure BDA0003003892140000031
快速结构修补料的制备例
制备例1
一种快速结构修补料，由900g粉料、500g纤维素、300g聚丙烯酰胺、100g助剂和10g抗离析剂混合均匀制得；
所用粉料为可分散性乳胶粉、矿粉和石英砂的混合物，胶粉、矿粉和石英砂的重量比为0.5：1：2；
所用纤维为木质纤维素；所用聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺；
所用助剂由减水剂、早强剂、膨胀剂、保水剂、缓凝剂混合制成，所用减水剂、早强剂、膨胀剂、保水剂、缓凝剂的重量比为1：1：0.8：0.7：1。
制备例2-8
制备例2-8均以制备例1为基础，与制备例1的区别仅在于：原料用量不同，具体见表2。
表2.制备例1-8各原料用量
Figure BDA0003003892140000041
制备例9
制备例9以制备例1为基础，与制备例1的区别仅在于：所用纤维素为羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的混合物，羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的重量比为1：0.5。
制备例10-12
制备例10-12均以制备例9为基础，与制备例9的区别仅在于：羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的重量比不同，具体见表3。
表3.制备例10-12羟丙基甲基纤维素和木质纤维素重量比
制备例 羟丙基甲基纤维素：木质纤维素(重量比)
制备例10 1：1
制备例11 1：3
制备例12 1：2
制备例13
制备例13以制备例12为基础，与制备例12的区别仅在于：所用聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺，非离子型聚丙烯酰胺的分子量为600万。
制备例14-16
制备例14-16均以制备例13为基础，与制备例13的区别仅在于：所用非离子型聚丙烯酰胺的分子量不同，具体见表4。
表4.制备例14-16非离子型聚丙烯酰胺分子量
制备例 制备例14 制备例15 制备例16
非离子型聚丙烯酰胺分子量 800万 1200万 1000万
制备例17-19
制备例17-19均以制备例16为基础，与制备例16的区别仅在于：粉料为石英砂、矿粉、玻化微珠、硅灰和可分散性乳胶粉的混合物，石英砂、矿粉、玻化微珠、硅灰和可分散性乳胶粉的重量比不同，具体见表5。
表5.制备例17-19粉料组成
Figure BDA0003003892140000051
对比制备例
对比制备例1以制备例2为基础，与制备例2的区别仅在于：以等质量的粉料代替纤维素。
对比制备例2
对比制备例2以制备例2为基础，与制备例2的区别仅在于：以等质量的粉料代替聚丙烯酰胺。
对比制备例3
对比制备例3以制备例2为基础，与制备例2的区别仅在于：以等质量的粉料代替抗离析剂。
实施例
实施例1
一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，制备步骤为：将重量比为1：2：2的4.75-9.5mm粒度碎石、9.6-19.5mm粒度碎石和19.6-31.5mm粒度碎石混合均匀，接着将混合后的碎石与1300g快速结构修补料混合均匀制得混合料，然后将混合料与156g水混合均匀制得快干早强混凝土；
所用快速结构修补料来源于制备例1。
实施例2-3
实施例2-3均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：各原料用量不同，具体见表6。
表6.实施例1-3各原料用量
Figure BDA0003003892140000052
Figure BDA0003003892140000061
实施例4-21
实施例4-21均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：快速结构修补料来源不同，具体见表7。
表7.实施例4-21快速结构修补料来源
Figure BDA0003003892140000062
对比例
对比例1
对比例1以实施例2为基础，与实施例2的区别仅在于：所用快速结构修补料来源于对比制备例1。
对比例2
对比例2以实施例2为基础，与实施例2的区别仅在于：所用快速结构修补料来源于对比制备例2。
对比例3
对比例3以实施例2为基础，与实施例2的区别仅在于：所用快速结构修补料来源于对比制备例3。
对比例4
对比例4以实施例2为基础，与实施例2的区别仅在于：所用碎石为500g。
对比例5
对比例5以实施例2为基础，与实施例2的区别仅在于：所用结构修补料为1000g。
性能检测试验
分别对实施例1-21、对比例1-5制得的快干早强混凝土进行如下性能测试。
凝结时间测试：按照《GBT 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准》第4章凝结时间试验，用5mm筛将现混的混凝土筛取细砂浆后进行初凝时间和终凝时间的测试，测试结果见表8。
抗压强度测试：按照GB/T 50010《普通混凝土力学性能实验方法》的规定，将现混的混凝土制作成边长为150mm的立方体试件，在标准条件(温度20±3℃，相对湿度90％以下)下养护至2h、3h后测试试件的抗压强度，测试结果见表8。
早期抗裂性测试：保持试验环境的温度为20℃、相对湿度为65％，使用平板法对本申请制得的混凝土进行早期抗裂性测试，计算混凝土浇筑24h后测量得到的裂缝数据，计算单位面积上的总开裂面积c(mm2/m2)，c＝a×b，a为每条裂缝的平均开裂面积(mm2/条)，单位面积的裂缝数目(条/m2)，测试结果见表8。
表8.实施例1-21、对比例1-5测试结果
Figure BDA0003003892140000071
分析上述数据可知：
本申请制得的适用于道面板快速修复的快干早强混凝土配合比简单，施工操作方便，其初凝时间不高于32min，终凝时间不高于44min，2h抗压强度不低于29.2MPa，3h抗压强度不低于31MPa，且具有良好的自密实性，在施工时无需进行多次振捣，且具有较优的抗早期裂缝性能，大大节省了施工操作时间，提高了工效，大大减少了修补道面时的停航时间，能够在6-8个小时内完成损坏道面板的整体全厚度换板施工并形成满足开放交通的强度需求。分析实施例1-10的数据可知，实施例1为实施例1-10中的最佳实施例。
对比实施例1-10与对比例1-5的数据可知，本申请的混凝土能够在钢筋表面形成钝化膜，通过在快速结构修补料中使用纤维素与聚丙烯酰胺复配，纤维素与聚丙烯酰胺相互交联，形成三维网络结构，促进了混凝土的凝结，从而提高了混凝土的凝结时间，且三维网络结构提高了混凝土原料之间的连接的紧密性，减少了混凝土结构的缺陷，提高了混凝土的早期强度，并提高了混凝土的早期抗裂性能。
对比实施例11、实施例11与实施例1的数据可知，本申请通过使用羟丙基甲基纤维素与木质纤维素复配，其中羟丙基甲基纤维素粘性较高，与木质纤维素的相容性较高，增强了纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，二者复配进一步提高了混凝土的早期强度及早期抗裂性能。
对比实施例12-14与实施例11的数据可知，本申请通过控制羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的重量比，进一步增强了纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，提高了混凝土的早期强度及抗裂性能。其中当羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的重量比为1：2时，制得的混凝土的早期抗裂性能及早期强度较高。
对比实施例15与实施例14的数据可知，非离子型聚丙烯酰胺的分子链中含有一定的极性基团，与纤维素的相容性较高，增强了纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，提高了混凝土的早期强度及抗裂性能。
对比实施例16-18与实施例15的数据可知，本申请通过控制聚丙烯酰胺的分子量，进一步提高了混凝土的早期抗裂性能及早期强度，当聚丙烯酰胺的分子量为1000万时，混凝土的早期抗裂性能及早期强度较高。
对比实施例19-21与实施例20的数据可知，本申请通过在粉料中添加玻化微珠、硅灰，并控制石英砂、矿粉、玻化微珠、硅灰和可分散性乳胶粉的重量比，提高了快速结构修补料原料之间的相容性，增强了其中纤维素与聚丙烯酰胺之间的相互作用，进一步提高了混凝土的早期强度及抗裂性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，其特征在于，制备原料按重量份计，包括快速结构修补料1240-1340份、碎石860-1060份和水，水与快速结构修补料的重量比为（0.11-0.13）：1，所述快速结构修补料由包括重量比为（5-12）：（4-6）：（2-5）：1：（0.05-0.15）的粉料、纤维素、聚丙烯酰胺、助剂和抗离析剂混合制成。
2.根据权利要求1所述的一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，其特征在于：所述纤维素为羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，其特征在于：所述羟丙基甲基纤维素和木质纤维素的重量比为1：（1-3）。
4.根据权利要求1所述的一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，其特征在于：所述聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求4所述的一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，其特征在于：所述非离子型聚丙烯酰胺的分子量为800-1200万。
6.根据权利要求1所述的一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，其特征在于：所述粉料包括重量比为5：3：（2-4）：2：（1-3）的石英砂、矿粉、玻化微珠、硅灰和可分散性乳胶粉。
7.根据权利要求1所述的一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土，其特征在于：所述助剂包括减水剂、早强剂、膨胀剂、保水剂和缓凝剂。
8.权利要求1-7任一项所述的一种适用于道面板快速修复的快干早强混凝土的制备方法，其特征在于，制备步骤为：将碎石与快速结构修补料混合均匀制得混合料，然后将混合料与水混合均匀制得快干早强混凝土。
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