CN1654409A - 公路和机场跑道表面超薄层快速修复材料 - Google Patents

Abstract

一种公路和机场跑道表面超薄层快速修复材料，包括以下各组份：30～90％早强型水硬性胶凝材料、0.1～40％聚合物树脂乳液或可再水分散聚合物胶粉、8～60％细砂和0.1～15％无机改性剂。本修复材料既适用于混凝土和沥青路面的薄层和超薄层修复，而当加入砂、碎石等骨料后还可用于破损处的修补，同时适用于建筑物内、外墙的修复和修补。罩面的超薄层水泥砂浆，其2～3小时抗折强度达2～4MPa，抗压强度达20～30MPa，提高路面抗磨损性、耐候性和耐机油、耐液压油的腐蚀性能。

Description

公路和机场跑道表面超薄层快速修复材料

一、技术领域

本发明涉及一种道路维护用、特别是涉及其表面薄层、超薄层快速修复用的建筑材料，确切地说是一种公路和机场跑道表面超薄层快速修复材料。

二、背景技术

航空机场道面、高等级公路、桥梁道面以及工业建筑物的表面多为混凝土或沥青材料，其表面在使用过程中需要维修和养护。比如对断裂缝或破损处进行修补，而大多数情况下是对其表面进薄层、超薄层修复养护。为保证交通畅通，其修补或修复都需要快速固化。加铺的修复层的厚度随着材料科学的进展而逐渐变化。对传统混凝土，早期美国交通部的标准为＞100mm，我国交通部标准为＞140mm，1991年以后美国交通部标准为50～100mm，我国交通部标准为＞25mm，1997年以后美国交通部标准为5～50mm。在本申请中，修复层厚度为5～25mm时称薄层修复，而≤4mm的称超薄层修复。

目前，常用的修补材料有环氧树脂改性混凝土、乳化沥青改性混凝土以及煤焦油改性混凝土等，这些材料往往难以满足薄层或超薄层快速修复的需要。

US5753036公开了一种以聚乙烯醇为稳定剂的丙烯酸聚合物改性水泥，由平均分子量为5000～45000的聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物、水泥和填料构成。

US5782972公开了一种水泥砂浆改性添加剂，该添加剂为多重状态的聚合物，是既含有醚键、巯基的亲水基又含有烷基或烷基苯基的疏水基的聚合物和发泡引气剂。

US6624232公开了一种道面密封复合材料和应用方法，该复合材料由聚合物树脂、消泡剂、防腐剂、水泥、细砂、碳酸钠和颜料组成。所述的树脂和消泡剂是特指的专一某公司商业产品的乳液和消泡剂，但并未公开是何种树脂和消泡剂。所述的水泥也是特指的专一某公司的水泥产品(Quikrete Cement)，亦未公开为何种水泥品种。该复合材料仅适合混凝土和沥青路面表面的修复养护，而不宜对道路进行修补。碳酸钠有较强的碱性，现代研究证明，对普通硅酸盐水泥来说，碱性会导致砼中有害的碱骨料反应。

CN1306949A和CN1482202A分别公开了柔性的和增强性柔性的聚合物改性水泥基防水材料，将水泥、聚合物水分散体、水溶性聚合物和水按比例在一定条件下进行捏合、得到含水率5～20％的捏合料，再经混炼、压延成防水片材或卷材，或者在捏合料中加入补强剂、增韧剂后再混炼、压延成防水片材或卷材。

CN10711402公开了一种波特兰水泥砂浆外加剂——高玻璃化温度的聚合物，由Tg高于50℃的聚合物、稳定剂和抑泡剂组成。

三、发明内容

本发明所提供的修复材料旨在既适用于混凝土和沥青路面的薄层、超薄层快速修复，又适用破损处的快速修补。本修复材料含有以下组份及其重量百分比：

       早强型水硬性胶凝材料                     30～90％

       聚合物树脂乳液或可再水分散聚合物胶粉     0.1～40％

       细砂                                     8～60％

       无机改性剂                               0.1～15％。

各组份优选的重量百分比依次为45～80％、3～30％、10～15％和1～10％。

水硬性胶凝材料俗称水泥。早强型水硬性胶凝材料俗称早强水泥或快硬水泥，如硫铝酸盐水泥、硅酸盐快硬水泥等，这种水泥能够快速凝结硬化。本申请可以单独使用硫铝酸盐水泥或者硅酸盐快硬水泥，优选两者混合使用。

可再水分散聚合物胶粉亦称可再分散粉状树脂，是由聚合物树脂乳液通过喷雾干燥制备得到的粉状树脂，当加入水以后可以复原、再次分散形成树脂乳液的称可再分散粉状树脂。本申请中可以使用丙烯酸酯乳液，俗称纯丙乳液，如丙烯酸或甲基丙烯酸的甲酯、乙酯、丁酯、辛酯乳液等，苯乙烯-丙烯酸酯乳液(苯丙乳液)、苯乙烯-丁二烯(聚合物)乳液(丁苯乳液)等，或者上述乳液经喷雾干燥得到的胶粉，(纯丙胶粉、苯丙胶粉、丁苯胶粉等)，上述各乳液或胶粉可以单独使用，也可以两种以上混合使用。优选纯丙乳液或/和苯丙乳液，或者纯丙胶粉或/和苯丙胶粉。若使用胶粉，可直接与其他组份一起混合均匀；若使用乳液，则应单独分装，与混合均匀的其他组份一起构成双组份产品，乳液于施工现场配制时再加入。

细砂起骨料作用，即通常的江沙、河砂、海砂或山砂。当用于超薄层修复时，可选择粒度较小的细砂，比如平均粒径为0.2～0.5mm的细砂，但若用于机场跑道的维护，为保证一定的摩擦系数，应有一定的粗糙度，应选择粒度较大的细砂。总之细砂粒度大小的选择视具体情况而定。

无机改性剂可以是活性二氧化硅或/和粉煤灰或/和火山灰。优选活性二氧化硅。

本复合材料中，还可以有选择地加入以下组份中的一种或两种以上组份，以改善相关的特定性能：

          增强纤维          0.1～4％

          润湿剂            0.1～4％

          凝固调节剂        0.1～3％

          塑化流变剂        0.01～2％。

增强纤维主要有聚酯纤维或/和玻璃纤维等。

润湿剂主要有聚丙烯酸钠盐或/和C₈～C₂₀烷基酚聚氧乙烯醚等。

凝固调节剂主要有硼酸或/和硼酸钠或/和柠檬酸或/和硫酸锂等。

塑化流变剂主要有萘系磺酸盐或/和聚多羧酸盐或/和磺化三聚氰胺甲醛树脂等。

本复合材料的制备简单，将一定比例量的各组份混合搅拌均匀即可。值得注意的是若是双组份产品，液体组份必须在使用现场配料时加入。

硫铝酸盐水泥的主要成分是铝酸钙，不同于以硅酸钙为主要成分的波特兰水泥，两种水泥性能也完全不同，硫铝酸盐水泥最突出的性能是能够快速凝结硬化，此外，在常规技术中，当砼制品需要补偿收缩或者需要严格控制其收缩量时，添加适量硫铝酸盐水泥是解决这一问题的技术手段之一，原因是其与硫酸钙(石膏、无水石膏和半水石膏)发生反应，生成可膨胀的钙矾石矿物相(C₃A-3CaSO₄-32H₂O)。硅酸盐快硬水泥也具有快速凝结硬化的性能。

本修复材料中各个组分材料相互作用，激发和调节无机水硬性胶凝材料的水合反应、聚合物成膜自交联反应的速率和生成产物，聚合物中存在的反应活性官能团-COOR和COO-可以与水泥水化产物CA2+，Ca(OH)₂发生化学交联反应，聚合物分子与水泥等无机矿物水化产物之间产生化学键合，使用界面结合强度提高，形成以晶须组成膨胀的硫铝酸钙或硅酸钙的晶体和胶体，构成了三维空间网络结构，增强整体复合材料的力学性能，使混合物具有表面触变性，改善柔韧性，搅拌稳定性，延长开放时间，促进混合物早凝固、高强度、补偿体积收缩、增加新老界面粘结力；提高原材料表面的抗磨损，耐机油和液压油，借此技术配制的快速修补砂浆和混凝土产品可以保证修复道面的耐久性和使用年限。

无机改性剂是活性二氧化硅可在水泥熟料矿物C₃S(硅酸三钙)和C₃A(铝酸三钙)水化物的表面吸附，形成络合物，加速了水化反应，并且与水泥水化产物Ca(OH)₂产生的反应： 。该反应在吸收H₂O的同时，也消耗了水泥水化反应产物Ca(OH)₂，这样可以进一步促进矿物的水化反应。无定形活性二氧化硅平均粒径在0.15～0.20μm，比表面积为15000～20000m³/kg，具有极强的表面活性，以改善本项发明产品的综合性能，提高耐磨、耐冲刷、耐腐蚀、抗渗透、抗冻、早强性能，改善产品的强度和耐久性，它能够为用户和设计者提供极高的产品稳定性。

用本修复材料配制的超薄层水泥砂浆，初凝时间20～30分钟，终凝时间40～60分钟，其2～3小时抗折强度可达2.0～4.0MPa，28天后≥9Mpa，抗压强度可达20.0～30.0MPa，28天后≥55MPa，完全满足路面混凝土强度必须达到70％以上的要求。粘接强度3小时达1.4MPa，28天后≥3.5MPa。可以达到提高路面抗磨损，耐候性能，耐机油和耐液压油腐蚀的需要。

本发明可以适应不同用户、不同场地，不同性能的需要，既可用于混凝土和沥青路面的薄层或超薄层修复，当加入砂、碎石等骨料后还可用于破损处的修补，同时也适用于建筑物内、外墙表面的修复或修补。并且在我国主要机场和高速公路维护工程中已进行了超薄层修复以及断缝、碎块修补的应用，对日常交通运营干扰最小，产品性价比高，取得了较好的经济、社会和环境效益。

四、具体实施方式

现以胶粉并加工100重量份本修复材料为例，非限定实施例叙述如下：

1、取硫铝酸盐水泥(下称胶凝I)90份，纯丙胶粉0.1份，细砂8份，活性二氧化硅1.9份，充分搅拌混合均匀。

2、取硅酸盐快硬水泥(下称胶凝II)30份，苯丙胶粉40份，细砂15份，粉煤灰15份，充分搅拌混合均匀。

3、取胶凝I45份，丁苯胶粉30份、细砂15份，火山灰10份，充分搅拌混合均匀。

4、取胶凝I30份，纯丙胶粉7份，细砂60份，活性二氧化硅3份，充分搅拌混合均。

5、取胶凝I80份，纯丙胶粉3份，细砂10份，活性二氧化硅7份，充分搅拌混合均匀。

6、取胶凝I和胶凝II各30份，纯丙胶粉和苯丙胶粉各10份，细砂10份，活性二氧化硅和粉煤灰各5份，充分搅拌混合均匀。

7、取胶凝I30份，胶凝II20份，纯丙胶粉10份，丁苯胶粉5份，细砂20份，粉煤灰5份，火山灰10份，充分搅拌混合均匀。

8、取胶凝I40份，胶凝II30份，纯丙胶粉、苯丙胶粉、丁苯胶粉各5份，细砂10份，活性二氧化硅3份，粉煤灰2份，充分搅拌混合均匀。

9、取胶凝I30份，胶凝II25份，苯丙胶粉15份，细砂11份，活性二氧化硅15份，聚酯纤维4份，充分搅拌混合均匀。

10、取胶凝I20份，胶凝II25份，纯丙胶粉和苯丙胶粉各10份，细砂20份，活性二氧化硅11份，聚丙烯酸钠盐4份，充分搅拌混合均匀。

11、取胶凝I和胶凝II各20份，纯丙胶粉20份，细砂30份，粉煤灰7份，硼酸钠3份，充分搅拌混合均匀。

12、取胶凝I和胶凝II各25份，苯丙胶粉15份，细砂25份，活性二氧化硅8份，磺化三氰胺甲醛树脂2份，充分搅拌混合均匀。

13、取胶凝I20份，胶凝II15份，丁苯胶粉25份，细砂20份，活性二氧化硅14份，玻璃纤维3份，聚丙烯酸钠2份，碳酸锂1份，充分搅拌混合均匀。

Claims (6)

1、一种公路和机场跑道表面超薄层快速修复材料，其特征在于：含有以下组份及其重量百分比：

      早强型水硬性胶凝材料                      30～90％

      聚合物树脂乳液或可再水分散聚合物胶粉      0.1～40％

      细砂                                      8～60％

      无机改性剂                                0.1～15％。

2、根据权利要求1所述的修复材料，其特征在于：各组份优选以下重量百分比：

      早强型水硬性胶凝材料                      45～80％

      聚合物树脂乳液或可再水分散聚合物胶粉      3～30％

      细砂                                      10～50％

      无机改性剂                                1～10％。

3、根据权利要求1或2所述的修复材料，其特征在于：所述的早强型水硬性胶凝材料可以是硫铝酸盐水泥或/和硅酸盐快硬水泥；所述的聚合物树脂乳液可以是纯丙乳液或/和苯丙乳液或/和丁苯乳液或者其胶粉纯丙胶粉或/和苯丙胶粉或/和丁苯胶粉；所述的无机改性剂可以是活性二氧化硅或/和粉煤灰或/和火山灰。

4、根据权利要求3所述的修复材料，其特征在于：所述的早强型水硬性胶凝材料是硫铝酸盐水泥和硅酸盐快硬水泥的混合水泥；所述的聚合物树脂乳液是纯丙乳液或/和苯丙乳液或者其胶粉纯丙胶粉或/和苯丙胶粉；所述的无机改性剂是活性二氧化硅。

5、根据权利要求1或2所述的修复材料，其特征在于：修复材料中可以有选择地加入以下组份中的一种或两种以上组份：

      增强纤维                 0.1～4％

      润湿剂                   0.1～4％

      凝固调节剂               0.1～3％

      塑化流变剂               0.01～2％。

6、根据权利要求5所述的修复材料，其特征在于：所述的增强纤维可以是聚酯纤维或/和玻璃纤维；所述的润湿剂可以是聚丙烯酸钠盐或/和C₈～C₂₀烷基酚聚氧乙烯醚；所述的凝固调节剂可以是硼酸或/和硼酸钠或/和柠檬酸或/和碳酸锂；所述的塑化流变剂可以是萘系磺酸盐或/和聚多羧酸盐或/和磺化三聚氰胺甲醛树脂。