一种水泥混凝土路面快速修补材料、砂浆及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，涉及一种水泥混凝土路面快速修补材料、砂浆及制备方法。
背景技术
经过大规模的公路建设，我国公路的通车里程已基本满足经济发展的需求，公路交通发展的主要任务已从建路时代过度到养护时代，公路养护已成为公路交通发展“繁重而紧迫”的任务。例如，我国高速公路修建高峰期集中在21世纪头十年，通常公路的寿命是15年，在5-8年时间内进入中修期，8-10年进入大修期。但由于物流快速发展，公路载重量大，磨耗大，再加上建设时的不严格，很多地方公路的中大修年限已经由额定的5年中修、10年大修缩短到3-5年中修、5-8年大修。随着我国的基础建设的全面推进，在未来的一段时间内我国混凝土结构的修补、加固等问题将会日益突出。所以研究出一种价格低廉，效果良好，施工简单，可适用范围广的修补材料具有极其重要的意义。
专利CN%20101857416%20A采用丙烯酸乳液、消泡剂、硫铝酸盐水泥、石英砂、高效减水剂、早强剂、缓凝剂、聚丙烯纤维配置的快速修补砂浆具有良好的防水性能，施工性能良好，强度增长快，耐久性好等优点，但是硫铝酸盐水泥后期强度不稳定，甚至倒缩，可能造成多次修复。
专利CN%20102826813%20A采用硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硬石膏、石英砂、钢渣砂、乳胶粉、纤维素醚、碳酸锂、消泡剂配制的道路低温快速修补砂浆在低温条件下具有良好的力学性能，与旧混凝土路面粘结强度高、耐久性能好等特点，但并未涉及快速修复材料的韧性指标。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水泥混凝土路面快速修补材料、砂浆及制备方法，通过本发明能够防止硫铝酸盐水泥后期强度不稳定导致的修复效果不佳，还能够解决水泥基材料质脆的缺陷，同时还具有能够快速修复混凝土的特点，且后期强度稳定。
本发明的具体技术方案如下：
一种水泥混凝土路面快速修补材料，其原料包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、消泡剂、减水剂和聚合物乳液；
以质量份数计，硅酸盐水泥含量为50-70份，铝酸盐水泥含量为10-20份，半水石膏含量为5-15份，消泡剂含量为0.1-0.3份，减水剂含量为0.1-0.3份，聚合物乳液含量为10-20份。
所述硅酸盐水泥为P·O%2042.5R硅酸盐水泥。
所述铝酸盐水泥为CA-50级铝酸盐水泥。
所述半水石膏为脱硫石膏烧制的工业半水石膏。
所述的聚合物乳液采用苯丙乳液或丁苯乳液；苯丙乳液的pH值为5-7，固含量为45％；丁苯乳液的相对密度0.9-1.05，固含量为45％。
所述的消泡剂为磷酸三丁酯。
所述的减水剂为粉状聚羧酸高效减水剂。
一种水泥混凝土路面快速修补砂浆，其原料包括中级砂、水和本发明上述的水泥混凝土路面快速修补材料，以质量份数计，中级砂含量为120-140份，水的含量为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和半水石膏的总含量的0.3-0.4倍。
所述中级砂为符合ISO标准要求的中级砂。
一种制备本发明上述水泥混凝土路面快速修补砂浆的方法，包括以下步骤：
步骤一，将硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和粉状减水剂混合并搅拌均匀；
步骤二，然后加入水和聚合物乳液并搅拌均匀；
步骤三，然后加入中级砂并搅拌均匀；
步骤四，然后加入消泡剂，搅拌均匀，得到所述水泥混凝土路面快速修补砂浆。
本发明的有益效果是：
本发明的水泥混凝土路面快速修补材料，其原料包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、消泡剂、减水剂和聚合物乳液，硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和半水石膏作为胶凝材料，硬化后与基底混凝土有较好的相容性；硅酸盐水泥水化生成的水化硅酸钙凝胶提供稳定的后期强度，铝酸盐水泥提供较高的早期强度；半水石膏为作为调凝剂，防止硅酸盐水泥和铝酸盐水泥发生“瞬凝”现象，调节胶凝材料的凝结时间；聚合物乳液与水泥砂浆中的水化产物相互交织，形成聚合物膜，使砂浆具有良好的韧性，低的吸水率，延缓水泥水化；并且会降低颗粒接触率和流动阻力，提高水泥浆体的流动性；消泡剂能够降低砂浆内部由于聚合物引起的气泡，提高砂浆强度；减水剂能够降低修补砂浆的水灰比，提高修补砂浆的强度。本发明的水泥混凝土路面快速修补材料能够防止硫铝酸盐水泥后期强度不稳定导致的修复效果不佳，还能够解决水泥基材料质脆的缺陷，同时还具有能够快速修复混凝土的特点，且后期强度稳定。
进一步的，所述硅酸盐水泥为P·O%2042.5R硅酸盐水泥，价格低，稳定性能好，是修补材料中的主要成分。
进一步的，所述的半水石膏为脱硫石膏烧制的工业半水石膏，既能够降低成本，还能进行废弃物的回收利用，有利于环保。
进一步的，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，与其他减水剂相比，它与各种水泥的相容性好，掺量小，减水率高，收缩小。
本发明的水泥混凝土路面快速修补砂浆，其原料包括中级砂、水和本发明上述水泥混凝土路面快速修补材料，以质量份数计，中级砂含量为120-140份，水与胶凝材料的质量比为0.3-0.4，中级砂作为骨料，起到改善砂浆孔结构，提高砂浆强度的作用，由上述本发明水泥混凝土路面快速修补材料的有益效果可以看出，本发明的水泥混凝土路面快速修补砂浆能够防止硫铝酸盐水泥后期强度不稳定导致的修复效果不佳，还能够解决水泥基材料质脆的缺陷，同时还具有能够快速修复混凝土的特点，且后期强度稳定。
本发明的制备所述水泥混凝土路面快速修补砂浆的方法，先将硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和粉状减水剂这些粉料混合均匀，这种干混的方式能够使得这些粉料尽可能混合均匀，而且相互之间在混合时不发生反应，防止了过早加入液体(如水和聚合物乳液)使得粉料易团聚，难以快速搅拌均匀，使得修补砂浆过早凝固强化，增加施工难度；再加入水和聚合物乳液拌合均匀，之后加入砂，最后加入消泡剂降低砂浆内部的气泡，综上述可以看出，本发明的制备方案操作简单，容易实施，能够保证砂浆的使用性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的水泥混凝土路面快速修补材料，其原料包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏、消泡剂、减水剂和聚合物乳液；以质量份数计，硅酸盐水泥含量为50-70份，铝酸盐水泥含量为10-20份，半水石膏含量为5-15份，消泡剂含量为0.1-0.3份，减水剂含量为0.1-0.3份，聚合物乳液含量为10-20份。
作为本发明优选的实施方案，硅酸盐水泥为P·O%2042.5R硅酸盐水泥。
作为本发明优选的实施方案，铝酸盐水泥为CA-50级铝酸盐水泥。
作为本发明优选的实施方案，半水石膏为脱硫石膏烧制的工业半水石膏。
作为本发明优选的实施方案，聚合物乳液采用苯丙乳液，由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液共聚而得，简称SAE。苯丙乳液的pH值为5-7，固含量为45％。
作为本发明优选的实施方案，聚合物乳液采用丁苯乳液，丁苯乳液是由丁二烯与苯乙烯乳液共聚而得，简称SBR。丁苯乳液的相对密度0.9-1.05，固含量为45％。
作为本发明优选的实施方案，消泡剂为磷酸三丁酯，天津市富宇精细化工有限公司生产。
作为本发明优选的实施方案，减水剂为聚羧酸高效减水剂。
本发明水泥混凝土路面快速修补砂浆，其原料包括中级砂、水和本发明上述水泥混凝土路面快速修补材料，以质量份数计，中级砂含量为120-140份，水与胶凝材料(即硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和半水石膏)的含量比为0.3-0.4。
作为本发明优选的实施方案，中级砂为符合ISO标准要求的中级砂。
本发明制备所述水泥混凝土路面快速修补砂浆的方法，包括以下步骤：
步骤一，将硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和粉状减水剂混合并搅拌均匀；
步骤二，然后加入水和聚合物乳液并搅拌均匀；
步骤三，然后加入中级砂并搅拌均匀；
步骤四，然后加入消泡剂，搅拌均匀，得到所述水泥混凝土路面快速修补砂浆。
在进行步骤二时，在1000～1500rpm下搅拌均匀；在进行步骤三时，在1000～1500rpm下搅拌1-2分钟；在进行步骤四时，降低转速至300～600rpm，搅拌1-2分钟，在搅拌结束前20s加入消泡剂。以下实施例中，硅酸盐水泥为P·O%2042.5R硅酸盐水泥，铝酸盐水泥为CA-50级铝酸盐水泥，中级砂为符合ISO标准要求的中级砂；消泡剂为磷酸三丁酯，天津市富宇精细化工有限公司生产；减水剂为粉状聚羧酸高效减水剂。
实施例1：
本实施例中，水泥混凝土路面快速修补砂浆的组分及配比为：硅酸盐水泥518g、铝酸盐水泥112g、半水石膏70g、中级砂1050g、SBR乳液62.22g、自来水210.78g、减水剂1.5g和消泡剂1.4g。
将上述组分制备成速修补砂浆，然后将混合物浇注成型入模养护，测试其各项性能。
制备过程包括以下步骤：
步骤一，向搅拌罐中加入硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和减水剂混合并搅拌均匀；
步骤二，然后加入水和聚合物乳液并搅拌均匀，在1000rpm下搅拌30s；
步骤三，然后加入中级砂，在1000rpm搅拌2分钟；
步骤四，降低转速至600rpm，搅拌1分钟，在搅拌结束前20s加入消泡剂，搅拌均匀；
步骤五，将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护。
实施例2：
本实施例中，水泥混凝土路面快速修补砂浆的组分及配比为：硅酸盐水泥518g、铝酸盐水泥112g、半水石膏70g、中级砂1050g、SBR乳液124.44g、自来水176.56g、减水剂1.5g和消泡剂1.4g。中级砂为符合ISO标准要求的中级砂。
将上述组分制备成速修补砂浆，然后将混合物浇注成型入模养护，测试其各项性能。
制备过程包括以下步骤：
步骤一，向搅拌罐中加入硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和减水剂混合并搅拌均匀；
步骤二，然后加入水和聚合物乳液并搅拌均匀，在1000rpm下搅拌30s；
步骤三，然后加入中级砂，在1000rpm搅拌2分钟；
步骤四，降低转速至600rpm，搅拌1分钟，在搅拌结束前20s加入消泡剂，搅拌均匀；
步骤五，将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护。
实施例3：
本实施例中，水泥混凝土路面快速修补砂浆的组分及配比为：硅酸盐水泥518g、铝酸盐水泥112g、半水石膏70g、中级砂1050g、SBR乳液186.67g、自来水142.33g、减水剂1.5g和消泡剂1.4g。
将上述组分制备成速修补砂浆，然后将混合物浇注成型入模养护，测试其各项性能。
制备过程包括以下步骤：
步骤一，向搅拌罐中加入硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和减水剂混合并搅拌均匀；
步骤二，然后加入水和聚合物乳液并搅拌均匀，在1000rpm下搅拌30s；
步骤三，然后加入中级砂，在1000rpm搅拌2分钟；
步骤四，降低转速至600rpm，搅拌1分钟，在搅拌结束前20s加入消泡剂，搅拌均匀；
步骤五，将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护。
实施例4：
本实施例中，水泥混凝土路面快速修补砂浆的组分及配比为：硅酸盐水泥518g、铝酸盐水泥112g、半水石膏70g、中级砂1050g、SAE乳液62.22g、自来水210.78g、减水剂1.5g和消泡剂1.4g。
将上述组分制备成速修补砂浆，然后将混合物浇注成型入模养护，测试其各项性能。
制备过程包括以下步骤：
步骤一，向搅拌罐中加入硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和减水剂混合并搅拌均匀；
步骤二，然后加入水和聚合物乳液并搅拌均匀，在1000rpm下搅拌30s；
步骤三，然后加入中级砂，在1000rpm搅拌2分钟；
步骤四，降低转速至600rpm，搅拌1分钟，在搅拌结束前20s加入消泡剂，搅拌均匀；
步骤五，将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护。
实施例5：
本实施例中，水泥混凝土路面快速修补砂浆的组分及配比为：硅酸盐水泥518g、铝酸盐水泥112g、半水石膏70g、中级砂1050g、SAE乳液124.44g、自来水176.56g、减水剂1.5g和消泡剂1.4g。
将上述组分制备成速修补砂浆，然后将混合物浇注成型入模养护，测试其各项性能。
制备过程包括以下步骤：
步骤一，向搅拌罐中加入硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和减水剂混合并搅拌均匀；
步骤二，然后加入水和聚合物乳液并搅拌均匀，在1000rpm下搅拌30s；
步骤三，然后加入中级砂，在1000rpm搅拌2分钟；
步骤四，降低转速至600rpm，搅拌1分钟，在搅拌结束前20s加入消泡剂，搅拌均匀；
步骤五，将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护。
实施例6：
本实施例中，水泥混凝土路面快速修补砂浆的组分及配比为：硅酸盐水泥518g、铝酸盐水泥112g、半水石膏70g、中级砂1050g、SAE乳液186.67g、自来水142.33g、减水剂1.5g和消泡剂1.4g。
将上述组分制备成速修补砂浆，然后将混合物浇注成型入模养护，测试其各项性能。
制备过程包括以下步骤：
步骤一，向搅拌罐中加入硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、半水石膏和减水剂混合并搅拌均匀；
步骤二，然后加入水和聚合物乳液并搅拌均匀，在1000rpm下搅拌30s；
步骤三，然后加入中级砂，在1000rpm搅拌2分钟；
步骤四，降低转速至600rpm，搅拌1分钟，在搅拌结束前20s加入消泡剂，搅拌均匀；
步骤五，将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护。
各实施例制备的修补砂浆流动度如表1所示：
表1
各实施例制备的修补砂浆初凝时间如表2所示：
表2
各实施例制备的修补砂浆强度如表3所示：
表3
各实施例制备的修补砂浆7d等效弯曲韧性如表4所示：
表4
由上述可以看出，本发明的水泥混凝土路面快速修补砂浆，具有流动性能好，可操作时间长，早期强度高，后期强度稳定，韧性性能优良，吸水率小等特点，满足混凝土路面的修补要求。
