CN113429191A - 一种混凝土道路修补材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混凝土道路修补材料及其制备方法与应用。该材料由重量份数计的组分制备而成：电工级镁砂40‑55份、磷酸二氢钾13‑17份、偏高岭土6‑12.5份、改性疏水超细粉8‑10份、复合外加剂3‑7份、细集料32‑57份、水7‑9份；所述改性疏水超细粉的制备方法为：按重量分数计，取15%聚甲基氢硅氧烷、4%聚乙烯醇表面活性剂、81%SiO2纳米粒子在超声条件下以80±5r/min的速度下搅拌30min，经干燥粉磨得比表面积大于1000m2/kg的超细粉末，即改性疏水超细粉。本发明制备的磷酸盐水泥基修补材料，凝结时间在30分钟左右，修复时间短，修复效果显著，适用于水泥混凝土路面的快速修复工程。

Description

一种混凝土道路修补材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于水泥混凝土路面修补技术领域，具体涉及一种混凝土道路修补材料及其制备方法与应用。
背景技术
现如今随着经济建设的高速发展，交通运输业也得到了蓬勃发展，由于水泥混凝土路面本身具有强度高、稳定性好、耐久性好、施工工艺简单，经济效益高等特点，使得水泥混凝土路面在公路建设中应用广泛，占有极大的比重。但是水泥混凝土路面脆性大，易开裂，给正常行驶和维护带来了许多麻烦。车辆的频繁行驶，荷载反复作用以及周围环境的影响，引起不可避免的损坏，例如水泥混凝土路面开始出现裂缝、麻面等，如果不及时处理就有可能造成更严重的结构破坏，给正常交通带来不畅，严重时可能影响行车安全，人员安全等。而在公路修补期间，交通拥挤是一个大问题，许多大城市的公路交通本就困难，路面修补更会造成局部甚至全部交通关闭。为了减小经济损失，提高社会经济效益，在尽可能缩短交通阻断的时间的情况下，快速修补路面也就成了路面发展技术的重中之重。
目前，常用的修补材料主要有以下几种：(1)由普通硅酸盐水泥和骨料配制的砂浆和混凝土。其成本低，使用可靠方便，与基体有同样的热膨胀系数和弹性模量，但粘结强度不高，早期强度发展慢；(2)有机高分子材料，如环氧树脂。这类修补材料粘结力强，硬化快，但成本高，易老化，不耐高温，且与老混凝土体积相容性不佳；(3)特种水泥，如硫铝酸盐水泥，碱激发水泥和磷酸盐水泥等。此类无机修补材料凝结时间短，早期强度高，与旧混凝土有相近的热膨胀系数和弹性模量，成为最具应用潜力的道路修补材料。
磷酸盐水泥基材料，由磷酸二氢铵、磷酸二氢钾等中的一种或两种混合磷酸盐、氧化镁粉及掺合料等制备而成，在水作为介质下可以快速发生反应形成具有高强、快凝、抗冻等优良性能的胶凝材料，用于快速混凝土修补材料具有广阔的前景。中国专利“一种水泥基复合材料及其应用”(公开号CN 111170704 A)公开了由40-45份氧化镁、25-30份磷酸二氢钾、10-16份粉煤灰、4-10份硼砂、0.4-4份椰子纤维浇筑成型的水泥基复合材料建筑构件28d抗压强度42-54MPa，28d抗折强度12-20MPa，具有快凝高强、高韧性的特点，适用于高速、市政等车流量大的道路及机场跑道的快速修补。但磷酸盐体系的水化产物存在浸水溶出的问题，而道路经常处在有水的环境中，这使得磷酸盐水泥在潮湿地区难以推广应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混凝土道路修补材料及其制备方法与应用，该修补材料凝结时间可控、强度高、耐水性、耐磨性好，且制备方法简单，应用方便快捷，适合市场化推广。
一种混凝土道路修补材料，由电工级镁砂(氧化镁)、磷酸二氢钾、偏高岭土、改性疏水超细粉、复合外加剂、细集料和水组成，各组份的重量份数为：电工级镁砂(氧化镁)40-55份、磷酸二氢钾13-17份、偏高岭土6-12.5份、改性疏水超细粉8-10份、复合外加剂3-7份、细集料32-57份、水7-9份；所述改性疏水超细粉的制备方法为：按重量分数计，取15％聚甲基氢硅氧烷、4％聚乙烯醇表面活性剂、81％SiO2纳米粒子在超声条件下以80±5r/min的速度下搅拌30min，经干燥粉磨得比表面积大于1000m2/kg的超细粉末，即改性疏水超细粉。
优选的是，所述偏高岭土中SiO2含量≥55％，比表面积600-700m2/kg。
优选的是，所述电工级镁砂的比表面积150-250m2/kg。
优选的是，所述磷酸二氢钾的质量纯度大于90％。
优选的是，所述复合外加剂由磷酸氢二钠和硼砂按重量比1.2-2.4：1混合而成。
优选的是，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
上述的混凝土道路修补材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，制备改性疏水超细粉；步骤2，按配比称取改性疏水超细粉和偏高岭土混合得混合物；步骤3，按配比称取电工级镁砂、磷酸二氢钾、复合外加剂与混合物拌合均匀后得到磷酸钾镁水泥；步骤4，向磷酸钾镁水泥中加入细集料和水，搅拌3-4分钟得磷酸盐水泥基修补材料。
上述任一种磷酸盐水泥基修补材料的使用方法，包括以下步骤：第一步，对修补范围内的旧混凝土路面进行清除和凿平，对修补界面进行凿毛并利用钢丝刷对松散颗粒及泥沙进行洗刷，以保证粘结面清洁；第二步，将拌合好的磷酸盐水泥基修补材料浇筑到清理好的破损路面上，捣实铺平后自然条件养护2-3h即可。
有益效果：
与现有技术相比，本发明一种混凝土道路修补材料及其制备方法与应用，具有如下优势，
1、本发明制备的磷酸盐水泥基修补材料使用了特殊方法制得的改性疏水超细粉，提高了修补材料的耐水性能，克服磷酸盐水泥基修补材料在潮湿地区难以推广利用的缺点；
2、本发明通过使用硼砂、磷酸氢二钠制备的复合外加剂，磷酸氢二钠在溶解过程中吸收大量的热量，降低了反应起始温度；同时磷酸氢二钠又具有一定的粘结性能，保证了修补材料和基体材料之间的粘结性能；
3、本发明制备的磷酸盐水泥基修补材料，凝结时间在30分钟左右，修复需要时间短而且不影响施工，4h抗压强度达到20MPa以上，后期强度也能满足快速修补材料的要求，修复效果显著，满足快速修补破损路面的应用要求，适用于水泥混凝土路面的快速修复工程；
4、本发明制备的磷酸盐水泥基修补材料，运用胶凝材料颗粒级配原理，最大程度地保证该胶凝材料地密实性，从而保证强度和耐久性，并用镍渣砂作为细集料，保证修补材料地耐磨性能；
5、本发明没有用氯化镁，不存在氯离子，不存在氯氧镁水泥吸潮、腐蚀金属的弊端，但仍保持镁水泥强度高的优点。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本发明进行阐述，所属技术领域的技术人员依据本发明公开的内容，均可实现本发明的目的，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
以下所有实施例或对比例中所用的改性疏水超细粉、制备方法和应用方法均相同，分别如下所示：改性疏水超细粉的制备方法为：按重量分数计，取15％聚甲基氢硅氧烷、4％聚乙烯醇表面活性剂、81％SiO2纳米粒子在超声条件下以80±5r/min的速度下搅拌30min，经干燥粉磨得比表面积大于1000m2/kg的超细粉末，即改性疏水超细粉。
上述混凝土道路修补材料的制备方法为：①制备改性疏水超细粉；②按配比称取改性疏水超细粉和偏高岭土混合均匀；③按配比称取电工级镁砂(氧化镁)、磷酸二氢钾、复合外加剂与步骤②所得混合物拌合均匀后得到磷酸钾镁水泥；④加入细集料和水，利用搅拌机搅拌3-4分钟得到磷酸盐水泥基修补材料。
该修补材料的使用方法为：对修补范围内的旧混凝土路面进行清除和凿平，对修补界面进行凿毛并利用钢丝刷对松散颗粒及泥沙进行洗刷，以保证粘结面清洁，将拌合好的磷酸盐水泥基修补材料浇筑到清理好的破损路面上，捣实铺平后养护2-3h即可。
电工级镁砂(氧化镁)购置大石桥市美尔镁制品有限公司。
实施例1
一种混凝土道路修补材料，包括以下按重量计的组分：电工级镁砂(氧化镁)40份、磷酸二氢钾13份、偏高岭土10份、改性疏水超细粉8份、复合外加剂4份(磷酸氢二钠和硼砂重量比为2：1)、细集料35份、水7份，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
实施例2
一种混凝土道路修补材料，包括以下按重量计的组分：电工级镁砂(氧化镁)45份、磷酸二氢钾14份、偏高岭土8份、改性疏水超细粉8份、复合外加剂6份(磷酸氢二钠和硼砂重量比为2：1)、细集料40份、水8份，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
实施例3
一种混凝土道路修补材料，包括以下按重量计的组分：电工级镁砂(氧化镁)50份、磷酸二氢钾15份、偏高岭土6份、改性疏水超细粉9份、复合外加剂6份(磷酸氢二钠和硼砂重量比为2：1)、细集料45份、水9份，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
实施例4
一种混凝土道路修补材料，包括以下按重量计的组分：电工级镁砂(氧化镁)55份、磷酸二氢钾17份、偏高岭土10份、改性疏水超细粉10份、复合外加剂6份(磷酸氢二钠和硼砂重量比为2：1)、细集料50份、水9份，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
实施例5
一种混凝土道路修补材料，包括以下按重量计的组分：电工级镁砂(氧化镁)45份、磷酸二氢钾15份、偏高岭土10份、改性疏水超细粉10份、复合外加剂5份(磷酸氢二钠和硼砂重量比为2.4：1)、细集料50份、水9份，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
实施例6
一种混凝土道路修补材料，包括以下按重量计的组分：电工级镁砂(氧化镁)45份、磷酸二氢钾15份、偏高岭土10份、改性疏水超细粉8份、复合外加剂5份(磷酸氢二钠和硼砂重量比为1.5：1)、细集料55份、水9份，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
对比例1
一种混凝土道路修补材料，包括以下按重量计的组分：电工级镁砂(氧化镁)45份、磷酸二氢钾15份、偏高岭土5份、改性疏水超细粉5份、复合外加剂2份(磷酸氢二钠和硼砂重量比为2：1)、细集料50份、水9份，，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
对比例2
一种混凝土道路修补材料，由以下按重量份数包括的组分及各组分重量份为：氧化镁45份、磷酸二氢钾15份、偏高岭土6份、改性疏水超细粉8份、复合外加剂10份(磷酸氢二钠和硼砂重量比为2：1)、细集料50份、水9份，所述细集料为平均粒径为250μm的镍渣砂。
对实施例依据GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法测定凝结时间；依据GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(IOS法)测定抗压、抗折性能，检测结果如表1所示。
Figure BDA0003089180930000051
Figure BDA0003089180930000061
由以上实验结果可知，采用本发明实施例制备的磷酸盐水泥基修补材料，凝结时间在30分钟左右，修复需要的时间可控，不会因为凝结速度太快而造成水泥硬化的问题出现。3h抗压强度达到20MPa，满足快速修补破损路面应用要求，适用于水泥混凝土路面的修复工程。该修补材料不需要特殊的养护工艺，如洒水等，只需要自然养护，对交通影响小，在道路修补材料领域具有广阔的前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种混凝土道路修补材料，其特征在于，由电工级镁砂、磷酸二氢钾、偏高岭土、改性疏水超细粉、复合外加剂、细集料和水组成，各组份的重量份数为：电工级镁砂、40-55份、磷酸二氢钾13-17份、偏高岭土6-12.5份、改性疏水超细粉8-10份、复合外加剂3-7份、细集料32-57份、水7-9份；所述改性疏水超细粉的制备方法为：按重量分数计，取15%聚甲基氢硅氧烷、4%聚乙烯醇表面活性剂、81%SiO2纳米粒子在超声条件下以80±5r/min的速度下搅拌30min，经干燥粉磨得比表面积大于1000m2/kg的超细粉末，即改性疏水超细粉。
2.根据权利要求1所述的混凝土道路修补材料，其特征在于，所述偏高岭土中SiO2含量≥55%，比表面积600-700m2/kg。
3.根据权利要求1所述的混凝土道路修补材料，其特征在于，所述电工级镁砂的比表面积150-250m2/kg。
4.根据权利要求1所述的混凝土道路修补材料，其特征在于，所述磷酸二氢钾的质量纯度大于90％。
5.根据权利要求1所述的混凝土道路修补材料，其特征在于，所述复合外加剂由磷酸氢二钠和硼砂按重量比1.2-2.4：1混合而成。
6.根据权利要求1所述的混凝土道路修补材料，其特征在于，所述细集料为平均粒径为250µm的镍渣砂。
7.基于权利要求1所述的混凝土道路修补材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备改性疏水超细粉；步骤2，按配比称取改性疏水超细粉和偏高岭土混合得混合物；步骤3，按配比称取电工级镁砂、磷酸二氢钾、复合外加剂与混合物拌合均匀后得到磷酸钾镁水泥；步骤4，向磷酸钾镁水泥中加入细集料和水，搅拌3-4分钟得磷酸盐水泥基修补材料。
8.基于权利要求1-7中任一种混凝土道路修补材料的应用，其特征在于，所述应用的使用方法包括以下步骤：第一步，对修补范围内的旧混凝土路面进行清除和凿平，对修补界面进行凿毛并利用钢丝刷对松散颗粒及泥沙进行洗刷，以保证粘结面清洁；第二步，将拌合好的磷酸盐水泥基修补材料浇筑到清理好的破损路面上，捣实铺平后自然条件养护2-3h即可。
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