CN115745563A - 一种水泥混凝土路面快速修补材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水泥混凝土路面快速修补材料及制备方法,修补材料为镍铁渣胶凝材,该材料包括以下组分:镍铁渣、盐酸、轻烧镁粉、水、柠檬酸、聚乙烯醇纤维,其中,以重量份数计量,镍铁渣100份,盐酸70份,轻烧镁粉97‑146份,水27‑54份,柠檬酸为轻烧镁粉掺量的0.5%‑1.5%,聚乙烯醇纤维体积掺量0.5%‑1.5%,本发明材料具有快硬早强、粘结强度高、收缩小、工作性能好、施工工艺简单、抗冲击性能好、耐磨性好等特点,能够实现水泥混凝土的快速修复且长期性能好等优点。
Description
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域,具体涉及一种水泥混凝土路面快速修补材料及制备方法。
背景技术
水泥混凝土路面承载力强、结构刚度大,但是由于受到一些重载交通、车流量大的影响,加上环境因素等作用下,路面会出现一些表面的裂缝、孔洞、坑槽、边角脱落等一些路面病害,如果不及时进行修复则会则会给路面带来更大的损坏。
现有的水泥混凝土路面传统的修补砂浆与混凝土的粘接强度低、收缩性比较大、相容性和耐久性比较差,早期强度比较低而且修复以后短期内不能开放交通,修补效率低。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于提供,能够解决传统修复材料存在的不足,为避免修补后路面出现二次破坏,具有快硬早强、粘结强度高、抗冲击性好、抗冻性好、耐磨性好且后期强度稳定、施工工艺简便、耐久性良好等特点。
为了解决上述问题,本发明提供了一种水泥混凝土路面快速修补材料及制备方法,修补材料为镍铁渣胶凝材,该材料包括以下组分:镍铁渣、盐酸、轻烧镁粉、水、柠檬酸、聚乙烯醇纤维,其中,以重量份数计量,镍铁渣100份,盐酸70份,轻烧镁粉97-146份,水27-54份,柠檬酸为轻烧镁粉掺量的0.5%-1.5%,聚乙烯醇纤维体积掺量0.5%-1.5%。
可选的,以重量份数计量,镍铁渣100份,盐酸70份,轻烧镁粉122.3份,水40.5份,柠檬酸为轻烧镁粉掺量的1%,聚乙烯醇纤维体积掺量1%。
可选的,镍铁渣为高炉镍铁渣,黑色颗粒状,平均细度为1.413mm,镍铁渣化学成分包括以下组分:MgO:32.5%,SiO2:50.2%,CaO:7.32%,Al2O3:3.41%,Fe2O3:4.8%,Ni:0.084%、Cr2O3:1.03%、Mn:0.3%、Co:0.14%、Na:0.07%、除以上组分外还包含部分杂质。
可选的,盐酸浓度为36%。
可选的,轻烧镁粉为白色粉末状,200目的轻烧镁粉,轻烧镁粉中MgO质量占比85.63%,其中85.63%的氧化镁中活性氧化镁质量占比60%。
可选的,聚乙烯醇纤维抗拉强度为1400Mpa-1600Mpa,弹性模量为35GPa-39GPa,线密度为0.91g/cm3,长度为6mm。
本发明的另一方面提供了一种上述所述的水泥混凝土路面快速修补材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤S1:首先将镍铁渣与盐酸按照比例称取,将镍铁渣和盐酸倒入玻璃容器中,使盐酸与镍铁渣混合均匀,镍铁渣中镁成分完全浸出,生成氯化镁,手工搅拌均匀后,采用保鲜膜将玻璃容器口进行密封,让镍铁渣与盐酸反应24小时,得到混合溶液A;
步骤S2:向步骤S1中混合溶液A中加入27-54份的水,搅拌1min~2min,得到混合溶液B;
步骤S3:向混合溶液B中加入10%的轻烧镁粉,边加入边搅拌,得到浆体;
步骤S4:将步骤S3中的浆体倒入水泥胶砂搅拌锅里,把90%镁粉全部倒入,持续搅拌4min~5min,形成均匀混合溶液C,混合溶液C中的盐酸会变成灰白色;
步骤S5:向混合溶液C中加入耐水改性剂柠檬酸,搅拌1min~2min,直至搅拌均匀;
步骤S6:基于步骤S5,继续向混合溶液C中加入体积掺量0.5%-1.5%的聚乙烯醇纤维继续搅拌2min~3min,搅拌完成之后,倒入模具中并在振动台进行振捣,敷上保鲜膜,将其放入养护室养护,24小时脱模,得到水泥混凝土路面修补材料镍铁渣胶凝材。
可选的,步骤S1中搅拌时间为1min~2min,搅拌次数为2~3次。
有益效果
本发明的实施例中所提供的一种水泥混凝土路面快速修补材料及制备方法,镍铁渣中含有大量的镁成分,利用镁基水泥的原理用盐酸将镍铁渣中镁成分浸出使之生成氯化镁(MgCl2),然后再加入水、轻烧镁粉、柠檬酸和聚乙烯醇纤维,这种修补材料的性能主要取决于反应体系的水化产物及微观结构,发生水化反应之后主要会生成三种物质,用化学式表示分别为5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O简称518相、3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O简称318相、Mg(OH)2,从而获得力学强度,其中5相与3相是产生强度的主要来源,产生的5相越多,强度就越高。
优点:
(1)快硬早强,该修补材料早期强度高,1天抗压强度超过50MPa、抗折强度超过10MPa,中后期强度会更高。
(2)工作性能好,对于一些较小的裂缝和孔洞可进行修补,且修补后收缩小。
(3)与旧水泥混凝土路面黏结性能好,1天黏结强度可达3MPa。
(4)抗裂性能好,抗冲击性能好,增加了结构的整体刚度。
(5)镍铁渣胶凝材修补材料是一种气硬性修补材料,后期不需要洒水养护,制作简单,施工简便,不需要其他大型设备。
附图说明
图1为本发明实施例的水泥混凝土路面快速修补材料制备流程图;
图2为本发明实施例的黏结强度测试示意图。
具体实施方式
结合参见图1至图2所示,根据本发明的实施例,一种水泥混凝土路面快速修补材料,修补材料为镍铁渣胶凝材,该材料包括以下组分:镍铁渣、盐酸、轻烧镁粉、水、柠檬酸、聚乙烯醇纤维,其中,以重量份数计量,镍铁渣100份,盐酸70份,轻烧镁粉97-146份,水27-54份,柠檬酸为轻烧镁粉掺量的0.5%-1.5%,聚乙烯醇纤维体积掺量0.5%-1.5%。
进一步的,镍铁渣为高炉镍铁渣,黑色颗粒状,平均细度为1.413mm,镍铁渣化学成分MgO:32.5%,SiO2:50.2%,CaO:7.32%,Al2O3:3.41%,Fe2O3:4.8%,Ni:0.084%、Cr2O3:1.03%、Mn:0.3%、Co:0.14%、Na:0.07%、除以上组分外还包含部分杂质。盐酸为浓度为36%的实验室用浓盐酸,轻烧镁粉为白色粉末状,200目左右,轻烧镁粉中MgO质量占比85.63%,其中85.63%的氧化镁中活性氧化镁质量占比60%,聚乙烯醇纤维抗拉强度1400-1600Mpa,弹性模量35-39GPa,线密度0.91g/cm3,长度为6mm。
请参照图1,为了实现上述目的,本发明提供了一种水泥混凝土路面快速修补材料的制备方法,具体包括以下步骤:
步骤S1:制备过程采用人工搅拌与机器搅拌相结合的方式,首先将镍铁渣与盐酸按照所需比例称取,先将称量好的镍铁渣倒入容器中,然后再将盐酸缓缓倒入,让盐酸与镍铁渣混合均匀,使镍铁渣中镁成分完全浸出,能够生成氯化镁,手工搅拌1~2min,搅拌2~3次,盐酸具有易挥发性,为了不让盐酸损失,搅拌完成之后采用保鲜膜将玻璃容器口进行密封,让镍铁渣与盐酸反应24小时。
步骤S2:镍铁渣与盐酸反应24h之后,向反应物中加入27-54份的水搅拌1~2min。
步骤S3:然后再加入所有轻烧镁粉的10%,边加入边搅拌,加入镁粉的时候应注意因为里面有剩余盐酸,加入镁粉的时候多余的盐酸会与盐酸反应,此过程会释放热量,应先将少量的镁粉放入,直至镁粉与多余盐酸反应完,然后静止一会,待温度降低。
步骤S4:待温度降低之后,将浆体倒入水泥胶砂搅拌锅里,把90%镁粉全部倒入,然后持续搅拌4~5分钟,直至形成均匀的流动性较好的浆体为止,此时浆体的盐酸会变成灰白色。
步骤S5:然后加入耐水改性剂柠檬酸,放入到搅拌锅里,搅拌1~2分钟,直至搅拌均匀。
步骤S6:最后加入体积掺量0.5%-1.5%的聚乙烯醇纤维继续搅拌2~3分钟,搅拌完成之后倒入模具中并在振动台进行振捣,直到把里面的气泡排除,然后敷上保鲜膜,将其放入养护室养护即可,24小时脱模,得到水泥混凝土路面快速修补材料镍铁渣胶凝材。
实施例1:
镍铁渣胶凝材快速修补材料各个掺量,镍铁渣:盐酸:轻烧镁粉:水=1:0.7:1.223:0.405,柠檬酸量为轻烧镁粉质量的1%,体积掺量为1%聚乙烯醇纤维,即可得到水泥混凝土路面快速修补材料镍铁渣胶凝材。
一、镍铁渣胶凝材快速修补材料的性能测试结果。
1.凝结时间
实验仪器采用维卡仪测定,按照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。
将镍铁渣胶凝材在水泥胶砂搅拌机中搅拌均匀之后,放入截锥圆模中,然后振动数次并用刮尺刮去多余稠浆,进行凝结时间的测定,测定初凝时间为262min,终凝时间305min。
2.抗压抗折强度
将镍铁渣胶凝材快速修补材料按实施例1的比例称好,在搅拌锅搅拌均匀之后立即倒入40×40×160mm的试膜中,然后将试摸放入振动台上震动2-3分钟,然后用抹子抹去表面漫出的修补材料,在试摸上面贴上试件条编号,标记龄期;此修补材料为气硬性材料,不需要洒水养护,空气养护即可。1d,3d,7d,28d后分别测试强度,结果见表1。
表1力学性能测试
测得其1天抗压强度已经达到53MPa,抗折强度达到11.7MPa,28天抗压和抗折强度已经达到了93MPa和16MPa,没有强度倒缩现象。
3.黏结强度测试
首先制作42.5级普通硅酸盐水泥胶砂试件,在养护室养护7d后待达到水泥混凝土路面强度之后,将40mm×40mm×160mm的砂浆试块折断,用钢丝球尽量将断面清理打磨干净平整,将其中的一半放入三联模内,然后在试摸中空余的另一半填入修补砂浆,然后振捣成型之后,在养护室养护1d后脱模,在养护室养护1d、3d、7d、28d后,测试其抗折强度,该抗折强度即为新旧砂浆黏结界面的黏结强度,经过测试1d黏结强度3.25Mpa。如图2所示黏结强度测试示意图。
4.工作性能测试
依据标准GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行,把浆体搅拌后,分两层装入试模,并用捣棒捣实,然后用小刀抹去多余的浆体。将试模垂直向上提起,立刻开动跳桌,以每秒一次的频率,在25s±1s内完成25次跳动。用直尺测量在跳桌台上互相垂直的两个方向的直径,计算平均值,取整数,单位为毫米。该平均值即为该浆体的流动度,经过测试该修补材料的扩展度为251mm。
实施例2:
镍铁渣胶凝材快速修补材料各个掺量,镍铁渣:盐酸:轻烧镁粉:水=1:0.7:1.223:0.54,柠檬酸量为轻烧镁粉质量的1%,体积掺量为1%聚乙烯醇纤维,即可得到水泥混凝土路面快速修补材料镍铁渣胶凝材。
经过测试1d黏结强度2.75MPa,流动性285mm,测定初凝时间为306min,终凝时间345min。力学性能测试见表2。
表2力学性能测试
通过本发明能够解决传统修复材料存在的不足,为避免修补后路面出现二次破坏,具有快硬早强、粘结强度高、抗冲击性好、抗冻性好、耐磨性好且后期强度稳定、施工工艺简便、耐久性良好等特点。
铁渣胶凝材的制备减少了工业固体废弃物镍铁渣的堆存,保护了环境,为镍铁渣达到固废利用的目的提供了新的途径,减少了资源浪费。
本发明提供了一种气硬性胶凝材料,在空气能够凝结硬化,后期不需要洒水养护,镍铁渣中含有大量的镁成分,利用镁基水泥的原理用盐酸将镍铁渣中镁成分浸出使之生成氯化镁(MgCl2),然后再加入水、轻烧镁粉、柠檬酸和聚乙烯醇纤维,这种修补材料的性能主要取决于反应体系的水化产物及微观结构,发生水化反应之后主要会生成三种物质,用化学式表示分别为5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O简称518相、3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O简称318相、Mg(OH)2,从而获得力学强度,其中5相与3相是产生强度的主要来源,产生的5相越多,强度就越高。
本领域的技术人员容易理解的是,在不冲突的前提下,上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
Claims (8)
1.一种水泥混凝土路面快速修补材料,其特征在于,修补材料为镍铁渣胶凝材,该材料包括以下组分:镍铁渣、盐酸、轻烧镁粉、水、柠檬酸、聚乙烯醇纤维,其中,以重量份数计量,镍铁渣100份,盐酸70份,轻烧镁粉97-146份,水27-54份,柠檬酸为轻烧镁粉掺量的0.5%-1.5%,聚乙烯醇纤维体积掺量0.5%-1.5%。
2.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面快速修补材料,其特征在于,以重量份数计量,镍铁渣100份,盐酸70份,轻烧镁粉122.3份,水40.5份,柠檬酸为轻烧镁粉掺量的1%,聚乙烯醇纤维体积掺量1%。
3.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面快速修补材料,其特征在于,镍铁渣为高炉镍铁渣,黑色颗粒状,平均细度为1.413mm,镍铁渣化学成分包括以下组分:MgO:32.5%,SiO2:50.2%,CaO:7.32%,Al2O3:3.41%,Fe2O3:4.8%,Ni:0.084%、Cr2O3:1.03%、Mn:0.3%、Co:0.14%、Na:0.07%,其余组分包含部分杂质。
4.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面快速修补材料,其特征在于,盐酸浓度为36%。
5.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面快速修补材料,其特征在于,轻烧镁粉为白色粉末状,200目的轻烧镁粉,轻烧镁粉中MgO质量占比85.63%,其中85.63%的氧化镁中活性氧化镁质量占比60%。
6.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面快速修补材料,其特征在于,聚乙烯醇纤维抗拉强度为1400Mpa-1600Mpa,弹性模量为35GPa-39GPa,线密度为0.91g/cm3,长度为6mm。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的水泥混凝土路面快速修补材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:首先将镍铁渣与盐酸按照比例称取,将镍铁渣和盐酸倒入玻璃容器中,使盐酸与镍铁渣混合均匀,镍铁渣中镁成分完全浸出,生成氯化镁,手工搅拌均匀后,采用保鲜膜将玻璃容器口进行密封,让镍铁渣与盐酸反应24小时,得到混合溶液A;
步骤S2:向步骤S1中混合溶液A中加入27-54份的水,搅拌1min~2min,得到混合溶液B;
步骤S3:向混合溶液B中加入10%的轻烧镁粉,边加入边搅拌,得到浆体;
步骤S4:将步骤S3中的浆体倒入水泥胶砂搅拌锅里,把90%镁粉全部倒入,持续搅拌4min~5min,形成均匀混合溶液C,混合溶液C中的盐酸会变成灰白色;
步骤S5:向混合溶液C中加入耐水改性剂柠檬酸,搅拌1min~2min,直至搅拌均匀;
步骤S6:基于步骤S5,继续向混合溶液C中加入体积掺量0.5%-1.5%的聚乙烯醇纤维继续搅拌2min~3min,搅拌完成之后,倒入模具中并在振动台进行振捣,敷上保鲜膜,将其放入养护室养护,24小时脱模,得到水泥混凝土路面修补材料镍铁渣胶凝材。
8.根据权利要求7所述的水泥混凝土路面快速修补材料的制备方法,其特征在于,步骤S1中搅拌时间为1min~2min,搅拌次数为2~3次。
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