一种高性能裂缝注浆料及其应用
技术领域
本发明涉及注浆料技术领域，具体涉及一种高性能裂缝注浆料及其应用。
背景技术
近年来交通事业迅猛发展，全国公路总里程达到400多万公里。随着公路使用年限的增加以及各种复杂的地质环境、车辆的荷载的增大，公路桥梁损坏越来越严重。为了延长公路桥梁的使用寿命,保障公路的正常通行能力，我们急需寻求一种性能全面、优良的混凝土裂缝修复材料。现有的混凝土裂缝修复材料品种繁多，包括注胶类和水泥基类，但因原材料、配方及制备工艺技术被个别国际化大公司所垄断，目前市场还没有形成自主知识产权的桥梁混凝土裂缝修复材料，所生产的注胶及修补剂应用过程中的强度性能、施工性、耐老化性等指标都有待提高，进而导致一个地方反复维修，极大地浪费人力、物力和财力。
公开号为CN106630926B的专利申请，公开了一种自修复桥梁裂缝的复合材料，包括以下重量份的原料：硅酸盐水泥80-100份、柠檬酸钠1-20份、玄武岩纤维12-18份、MC120固化剂粉末4-16份、四乙烯五胺固化剂4-18份、石英砂20-40份、苯甲酸钠1-8份、磷酸盐10-30份、硫磺1-5份、氯氧化锂2-8份、环氧树脂10-20份；该种复合材料具有良好的耐久性，但是其防水性较差，应用性受到限制。
公开号为CN106336170A的专利申请，公开了一种混凝土制品裂缝修复材料，按照质量分数计包括以下组分：环氧丙烯树脂45-60份，硫酸铝钙15-19份，石膏20-30份，石灰石5-12份，羟甲基纤维素10-20份，硅酸盐水泥15-32份，硅酸钠4-10份，二氧化硅15-20份，苯甲酸钠3-9份，磷酸三丁酯8-15份。该种混凝土制品裂缝修复材料具有良好的抗渗性和使用寿命，但是其强度性能较差，应用性受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能裂缝注浆料及其应用，该种裂缝注浆料综合性能优良，应用性好。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种高性能裂缝注浆料，由以下按重量份数计的原料组成：
复合水泥92份；
复合乳液9份；
珠光砂15份；
埃洛石粘土12份；
海泡石绒6份；
环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶5份；
硬硅钙石10份；
复合憎水剂2份；
复合偶联剂3份；
复合胶粉5份；
上述复合胶粉为瓦克乳胶粉5044N、JYM-087B型胶粉按照质量比为3:2合并得到的。
进一步地，上述憎水剂为SHP-50型憎水剂、Z70乳液两种成分按照质量比为(2-3):(1-2)合并得到的。
进一步地，上述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、防沉降性铝酸酯ASA、木质素偶联剂三种成分按照质量比为(3-5):(1-3):(1-3)合并得到的。
进一步地，上述裂缝注浆料的制备方法如下：
步骤1：将海泡石绒均分短切至长度为5mm、3mm、1mm、0.5mm、0.1mm待用；
步骤2：将埃洛石粘土和硬硅钙石混合，粉碎研磨至150μm，再将研磨后的物料置于质量分数为1.75％的次氯酸钠溶液中，在温度为42℃、料液比为1:5条件下超声处理80min，超声波的频率为35KHz，声强为0.25W/cm2，冷却至室温后抽滤、洗涤、干燥，并在温度为280℃条件下焙烧30min，待其自然冷却至60℃时，保温待用；
步骤3：先取复合水泥、复合乳液加入到混料机中混合搅拌8min，再将珠光砂、步骤1的短切海泡石绒、步骤2的埃洛石粘土和硬硅钙石共同加入到混料机中继续搅拌25min，最后在搅拌条件下，依次加入复合憎水剂、复合偶联剂、复合胶粉以及环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶搅拌75min即可。
进一步地，上述复合水泥为CA-70铝酸盐水泥、强度等级42.5火山灰质硅酸盐水泥两种成分按照质量比为2:7合并得到的。
进一步地，上述复合乳液为硅丙乳液、氯偏乳液两种成分按照质量比为3:2合并得到的。
进一步地，上述环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶制备方法如下：取质量比为1:1的骨胶原料与磁化水混合，在超声作用下使骨胶原料充分溶胀于磁化水中，搅拌条件下，滴加质量分数为36％的混合酸溶液，混合酸溶液由摩尔浓度为5.5mol/L的盐酸以及4mol/L的柠檬酸组成，滴加完毕后，在转速为1000r/min、温度为44℃的条件下搅拌10min，搅拌结束后滴加相当于骨胶质量10％的环氧氯丙烷混匀，之后在60Co-γ射线辐射场中进行辐射接枝共聚，辐射强度为0.3kGy/h、辐射剂量为1.0kGy。
更进一步地，上述复合憎水剂为SHP-50型憎水剂、Z70乳液两种成分按照质量比为3:2合并得到的。
更进一步地，上述复合偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、防沉降性铝酸酯ASA、木质素偶联剂三种成分按照质量比为5:3:3合并得到的。
上述高性能裂缝注浆料可在建筑、道路、桥梁领域中应用。
本发明具有如下的有益效果：
本发明通过对裂缝注浆料生产原料及制备方法的探索及改进，以CA-70铝酸盐水泥和强度等级42.5级火山灰质硅酸盐水泥两种复合型水泥为基料，选用珠光砂、埃洛石粘土、海泡石绒、纤维状硬硅钙石为填料加入，配伍环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶、乳液、胶粉及助剂的协同相互作用，使最终制得的浆料具备了以下结构特点，且达到了以下效果：不同长度的海泡石绒短纤维在浆料体系中乱向分布，形成的三维网络结构分散内部结构的应力，显著地增强了浆料的浆体性能，提高了浆体固化结构的抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度；加入的环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶能够大大增强浆料的界面结合强度，提高黏结性能；另外，本发明的裂缝注浆料流动性好，收缩率低，零泌水，施工可操作时间长，防水耐冻融，适合2.5-5.0mm的裂缝宽度，具备较好的工艺性能，环境适应强，应用场合广泛，市场前景广阔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例中的所有原料及其制取成份均可通过公开的市售渠道获得；
实施例1
本实施例涉及一种高性能裂缝注浆料，该种裂缝注浆料由以下按重量份数计的原料组成：
复合水泥76份；
复合乳液7份；
珠光砂10份；
埃洛石粘土8份；
海泡石绒4份；
环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶3份；
硬硅钙石6份；
复合憎水剂1份；
复合偶联剂2份；
复合胶粉3份；
本实施例中的复合水泥、复合乳液、环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶、复合憎水剂、复合偶联剂以及复合胶粉的选用及制取如下表1所示：
表1
本实施例中裂缝注浆料的制备方法大体按照以下步骤进行：
步骤1：将海泡石绒均分短切至长度为5mm、3mm、1mm、0.5mm、0.1mm待用；
步骤2：将埃洛石粘土和硬硅钙石混合，粉碎研磨至100μm，再将研磨后的物料置于质量分数为1.35％的次氯酸钠溶液中，在温度为38℃、料液比为1:5条件下超声处理100min，超声波的频率为25KHz，声强为0.15W/cm2，冷却至室温后抽滤、洗涤、干燥，并在温度为260℃条件下焙烧35min，待其自然冷却至50℃时，保温待用；
步骤3：先取复合水泥、复合乳液加入到混料机中混合搅拌7min，再将珠光砂、步骤1的短切海泡石绒、步骤2的埃洛石粘土和硬硅钙石共同加入到混料机中继续搅拌20min，最后在搅拌条件下，依次加入复合憎水剂、复合偶联剂、复合胶粉以及环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶搅拌65min即可。
实施例2
本实施例涉及一种高性能裂缝注浆料，该种裂缝注浆料由以下按重量份数计的原料组成：
复合水泥84份；
复合乳液8份；
珠光砂12份；
埃洛石粘土10份；
海泡石绒5份；
环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶4份；
硬硅钙石8份；
复合憎水剂1.5份；
复合偶联剂2.5份；
复合胶粉4份；
本实施例中的复合水泥、复合乳液、环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶、复合憎水剂、复合偶联剂以及复合胶粉的选用及制取如下表2所示：
表2
本实施例中裂缝注浆料的制备方法大体按照以下步骤进行：
步骤1：将海泡石绒均分短切至长度为5mm、3mm、1mm、0.5mm、0.1mm待用；
步骤2：将埃洛石粘土和硬硅钙石混合，粉碎研磨至120μm，再将研磨后的物料置于质量分数为1.55％的次氯酸钠溶液中，在温度为40℃、料液比为1:5条件下超声处理90min，超声波的频率为30KHz，声强为0.2W/cm2，冷却至室温后抽滤、洗涤、干燥，并在温度为270℃条件下焙烧32min，待其自然冷却至55℃时，保温待用；
步骤3：先取复合水泥、复合乳液加入到混料机中混合搅拌7.5min，再将珠光砂、步骤1的短切海泡石绒、步骤2的埃洛石粘土和硬硅钙石共同加入到混料机中继续搅拌22.5min，最后在搅拌条件下，依次加入复合憎水剂、复合偶联剂、复合胶粉以及环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶搅拌70min即可。
实施例3
本实施例涉及一种高性能裂缝注浆料，该种裂缝注浆料由以下按重量份数计的原料组成：
复合水泥92份；
复合乳液9份；
珠光砂15份；
埃洛石粘土12份；
海泡石绒6份；
环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶5份；
硬硅钙石10份；
复合憎水剂2份；
复合偶联剂3份；
复合胶粉5份；
本实施例中的复合水泥、复合乳液、环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶、复合憎水剂、复合偶联剂以及复合胶粉的选用及制取如下表3所示：
表3
本实施例中裂缝注浆料的制备方法大体按照以下步骤进行：
步骤1：将海泡石绒均分短切至长度为5mm、3mm、1mm、0.5mm、0.1mm待用；
步骤2：将埃洛石粘土和硬硅钙石混合，粉碎研磨至150μm，再将研磨后的物料置于质量分数为1.75％的次氯酸钠溶液中，在温度为42℃、料液比为1:5条件下超声处理80min，超声波的频率为35KHz，声强为0.25W/cm2，冷却至室温后抽滤、洗涤、干燥，并在温度为280℃条件下焙烧30min，待其自然冷却至60℃时，保温待用；
步骤3：先取复合水泥、复合乳液加入到混料机中混合搅拌8min，再将珠光砂、步骤1的短切海泡石绒、步骤2的埃洛石粘土和硬硅钙石共同加入到混料机中继续搅拌25min，最后在搅拌条件下，依次加入复合憎水剂、复合偶联剂、复合胶粉以及环氧氯丙烷接枝共聚改性骨胶搅拌75min即可。
对比例组
下表4中“-”表示上述实施例中某种成分的减少使用；
表4
对比例6
本对比例涉及一种裂缝注浆料，其相对于上述实施例3，仅存在以下不同：
将复合水泥改换成：强度等级42.5火山灰质硅酸盐水泥单成份。
对比例7
本对比例涉及一种裂缝注浆料，其相对于上述实施例3，仅存在以下不同：
将复合乳液改换成：硅丙乳液单成份。
对比例8
本对比例涉及一种裂缝注浆料，其相对于上述实施例1，仅存在复合憎水剂中各成分的质量比不同；
本对比例中复合憎水剂各成分的质量比为：SHP-50型憎水剂:Z70乳液＝1:1。
对比例9
本对比例涉及一种裂缝注浆料，其相对于上述实施例1，仅存在以下不同：
将复合偶联剂改换成：硅烷偶联剂KH550。
对比例10
本对比例涉及一种裂缝注浆料，其相对于上述实施例1，仅存在复合胶粉中各成分的质量比不同；
本对比例中复合胶粉各成分的质量比为：瓦克乳胶粉5044N:JYM-087B型胶粉＝1:2。
对比例11
本对比例涉及一种裂缝注浆料，其相对于上述实施例2，仅存在保温材料的制备方法不同；
本对比例裂缝注浆料的制备方法如下：
步骤1：将海泡石绒短切至长度为1mm待用；
步骤2：同实施例2；
步骤3：同实施例2。
对比例12
本对比例涉及一种裂缝注浆料，其相对于上述实施例2，仅存在保温材料的制备方法不同；
本对比例裂缝注浆料的制备方法如下：
步骤1：同实施例2；
步骤2：将埃洛石粘土和硬硅钙石混合，粉碎研磨至120μm；
步骤3：同实施例2。
对比例13
本对比例涉及一种裂缝注浆料，其相对于上述实施例2，仅存在保温材料的制备方法不同；
本对比例裂缝注浆料的制备方法如下：
步骤1：同实施例2；
步骤2：同实施例2；
步骤3：将步骤1的短切海泡石绒、步骤2的埃洛石粘土和硬硅钙石，以及其它所有原料共同输送至混料机中搅拌100min即可。
对比例14
一种自修复桥梁裂缝的复合材料，包括以下重量份的原料：硅酸盐水泥80-100份、柠檬酸钠1-20份、玄武岩纤维12-18份、MC120固化剂粉末4-16份、四乙烯五胺固化剂4-18份、石英砂20-40份、苯甲酸钠1-8份、磷酸盐10-30份、硫磺1-5份、氯氧化锂2-8份、环氧树脂10-20份。
性能检测
为验证本发明之有益效果，取上述实施例1-3及对比例1-14中的裂缝注浆料试品，进行如下表5和表6的性能指标检测(表5及表6中实施例1-3的试品裂缝注浆料采用#1-#3表示，对比例1-14的试品裂缝注浆料采用&1-&14表示)。
①、抗压强度的检测条件如下：
采用40mm×40mm×160mm的试件，按GB/T17671规定的方法在(23±2)℃、(50±5)％RH条件下检测。
②、劈裂抗拉强度的检测条件如下：
采用GB50728附录E规定的试件尺寸和测试方法进行检测。
③、抗折强度的检测条件如下：
采用GB50728附录S规定的试件尺寸和测试方法进行检测。
④、钢对C45混凝土的正拉黏结强度的检测条件如下：
采用GB50728附录G规定的试件尺寸和测试方法进行检测。
⑤、流动度的检测条件如下：
采用GB/T50448规定的试件尺寸和测试方法进行检测。
⑥、竖向膨胀率的检测条件如下：
采用GB/T7123规定的试件尺寸和测试方法进行检测。
⑦、泌水率的检测条件如下：
采用GB/T50448及GB/T50119规定的试件尺寸和测试方法进行检测。
⑧、25℃测定的可操作时间的检测条件如下：
采用GB/T50080规定的试件尺寸和测试方法进行检测。
⑨耐施工负温作用性能的检测条件如下：
采用GB/T50448规定的养护条件和测试方法进行检测。
表5
表6
说明：(-7+28)表示在规定的负温下养护7d再转标准养护28d，余类推。
结合上表5和表6可以得出：本发明的裂缝注浆料在生产原料选用及制备方法上是有讲究的，裂缝注浆料的组份、含量以及制备方法是作为一个整体方案来解决目前桥梁裂缝注浆料在各方面性能上的不足，从上述表中数据分析不难看出，原料成分间的协同互相作用使得本发明的成品裂缝注浆料在浆体性能、黏结性能、工艺性能以及耐施工负温作用性能等方面提升显著，环境适应强，耐应力强度高，大大提高了本发明裂缝注浆料的应用领域及前景，能够满足目前以及日后市场、桥梁道路交通领域对高性能裂缝注浆料的迫切需求，推动社会发展。
由于本发明裂缝注浆料的设计思路和发明目的之要求，本发明的组分选择及含量选择是非显而易见的，绝非本领域技术人员结合现有技术即可轻易想到。这在本发明裂缝注浆料的制备方法上有进一步的体现，结合本发明的实施例可以看到，本发明在制备方法上采用分批分次加入原料，而非是现有技术常规的一次性加入(例如对比例13)，这种工艺是与本发明裂缝注浆料生产原料组分的特殊配比相适应的，只有采用这种工艺，才能保障最终制备出的裂缝注浆料所具有的优异特性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
