一种磷酸盐水泥基修补材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710237230.3 | 申请日 | 2017-04-12 | 公开(公告)号 | CN107056225A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 武汉理工大学; | 发明人 | 谭洪波; 尹轮; 李相国; 刘卓霖; 杨蓉; 明添; 笪俊伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 磷酸 盐 水 泥基修补材料及其制备方法，按重量份数它由以下组分组成：磷酸镁 水泥 100份，矿物掺合料20‑40份，细集料120‑140份，水玻璃0.5‑1份， 纤维 0.5‑1份，水20‑30份。其制备方法为：按配比称取原料，先将 氧 化镁、磷酸二氢 钾 、复合 缓凝剂 拌合均匀后得到磷酸镁水泥，然后加入矿物掺合料、细集料，拌合均匀后加入水玻璃、纤维和水并利用 搅拌机 搅拌3‑4分钟得到磷酸盐水泥基修补材料。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，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。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磷酸盐水泥基修补材料，其特征在于，按重量份数它由以下组分组成：磷酸镁水泥100份，矿物掺合料20-40份，细集料120-140份，水玻璃0.5-1份，纤维0.5-1份，水20-30份； |
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| 说明书全文 | 一种磷酸盐水泥基修补材料及其制备方法技术领域背景技术[0002] 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较高的强度，较大的刚度，良好的体积稳定性和优异的荷载扩散能力、耐久性等，使得水泥混凝土路面在公路建设中占有极大的比重。但是其脆性大、易开裂也给混凝土路面的正常交通和维护带来了许多麻烦。在车辆的重复荷载和环境因素的影响下，水泥混凝土开始出现诸如裂缝、露骨、麻面等小病害，如不及时处理则有可能导致更为严重的结构破坏，不但会给正常交通带来不畅，甚至影响行车安全。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。 [0003] 磷酸盐水泥基材料，是由金属氧化物与酸式磷酸盐通过酸碱中和反应形成以磷酸盐为黏结相的无机胶凝材料，由磷酸二氢铵、磷酸二氢钾等中的一种或两种混合酸式磷酸盐、氧化镁粉、缓凝剂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、抗盐、抗冻、耐磨及耐酸腐蚀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。 [0004] 中国专利CN102505601A公开了一种沥青混凝土路面快速修复方法，采用如下质量份配比的材料：磷酸镁水泥1-40份；5-10mm粒径的碎石10-30份；11-16mm粒径的碎石20-40份；小于5mm粒径的石屑20-50份；中砂5-15份；矿粉0-10份；乳化沥青按照油石比4～10％添加，其中磷酸镁水泥按照磷酸二氢铵、氧化镁、硼砂质量比1:(1-6):(0.1-0.6)拌合均匀而成。该方法由于采用磷酸二氢铵，反应产生刺激性气体氨气，存在污染环境的问题。 [0005] 中国专利CN105294049A公开了一种特种水泥基的修补材料及水泥混凝土路面快修方法，该修补材料包括以下重量份的组分：磷酸镁水泥30-80份、硫铝酸盐水泥10-30份、早强剂0.1-0.5份、减水剂0.2-0.5份、可再分散乳胶粉0.2-2份、粉煤灰2-10份、金刚砂10-25份、细砂10-25份、碎石5-50份、碳纤维0.5-2份、水溶性聚氨酯1-5份。该修补材料的力学性能、耐磨耗性能、防水抗渗性和耐久性能等均满足应用要求，但是初凝时间只有8-14分钟，存在凝结时间过短，不容易调控的问题。 发明内容[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种磷酸盐水泥基修补材料及其制备方法，以磷酸镁水泥作为基材制备凝结时间适中、力学性能、耐水性能等均满足应用要求的快速修补材料。 [0007] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是： [0008] 提供一种磷酸盐水泥基修补材料，按重量份数它由以下组分组成：磷酸镁水泥100份，矿物掺合料20-40份，细集料120-140份，水玻璃0.5-1份，纤维0.5-1份，水20-30份； [0009] 所述磷酸镁水泥按质量百分比，由56-66％氧化镁、30-40％磷酸二氢钾、3-4％复合缓凝剂组成。 [0010] 按上述方案，所述氧化镁由菱镁矿在1600-1700℃煅烧后粉磨而成，质量纯度大于90％，200目筛余小于10％。 [0011] 按上述方案，所述磷酸二氢钾质量纯度大于96％，粒度为245-350μm。 [0013] 按上述方案，所述细集料为石英砂或河砂中的一种或两种，细度模数为2.2-2.8。 [0014] 按上述方案，所述纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或两种，平均长度为12mm。 [0015] 按上述方案，所述水玻璃模数为2.2-2.8。 [0016] 按上述方案，所述复合缓凝剂由硼砂、十二水合磷酸氢二钠和无水氯化钙按质量比2：2：1混合得到，三者纯度均大于95％。 [0017] 本发明还提供上述磷酸盐水泥基修补材料的制备方法，其步骤如下：按配比称取原料，先将氧化镁、磷酸二氢钾、复合缓凝剂拌合均匀后得到磷酸镁水泥，然后加入矿物掺合料、细集料，拌合均匀后加入水玻璃、纤维和水并利用搅拌机搅拌3-4分钟得到磷酸盐水泥基修补材料。 [0018] 本发明还提供上述磷酸盐水泥基修补材料快速修补路面的方法，其步骤如下： [0020] 2)浇筑：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2-3小时后即可通车。 [0021] 磷酸盐水泥材料是由金属氧化物与酸式磷酸盐通过酸碱中和反应形成以磷酸盐为黏结相的无机胶凝材料。由于磷酸镁水泥独特的酸碱中和反应机理，决定了其凝结时间短，几分钟之内就可以凝结硬化，小时强度可以达到20MPa以上；磷酸镁水泥既能在常温下保持其快硬高强的特性，在负温环境中同样可迅速凝结硬化，并且耐高温性好。用磷酸镁水泥修补旧混凝土，不仅在粘结面处有机械啮合力、范德华力，而且还能与旧混凝土中水化产物及未水化的水泥颗粒发生化学反应生成磷酸镁类产物，具有很强的化学粘结作用。用磷酸镁水泥配置砂浆，收缩率只有普通混凝土的十分之一左右；磷酸镁水泥净浆甚至在一定时间内表现为膨胀。磷酸镁水泥石中含有大量未水化的氧化镁颗粒，这些重烧后的氧化镁颗粒结构致密、硬度高，所以其耐磨性很好。 [0022] 本发明的有益效果在于：1、本发明通过使用硼砂、十二水合磷酸氢二钠、无水氯化钙制备的复合缓凝剂，一方面可以利用硼砂水解产生的B4O72-络合物包覆在MgO表面阻碍了MgO的水解进而抑制水化反应外，另一方面十二水合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，再者十二水合磷酸氢二钠分属多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐，可形成缓冲体系，水溶液呈弱碱性可以提高氧化镁与磷酸盐反应的初始pH值，造成氧化镁颗粒的溶解速率减慢，其双重作用导致了的水化放热减慢，从而水化进程延缓，可以通过调节复合缓凝剂的含量有效控制磷酸盐水泥的凝结时间在10min-6h的范围内，解决了缓凝效果有限和可操作性差等问题；2、本发明通过添加水玻璃有效地改善了磷酸盐水泥的耐水性，由于磷酸盐水泥硬化体在水的作用下其水化产物会以离子形式不断的溶出，从而使得其质量不断地减少，孔隙率增加，强度下降。水玻璃和Mg2+在磷酸盐的环境下会发生反应形成水合硅酸镁凝胶，其可以有效的填充磷酸盐水泥块内部的孔隙，阻止外部的水进入体系内，从而有效的减少未反应的磷酸盐和水化产物的水解，降低对强度的影响。3、本发明利用粉煤灰作为矿物掺合料，可以利用粉煤灰中的活性SiO2和Al2O3与普通砂浆中的Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，使得粘结面既有物理粘结，又有化学粘结，粘结强度提高。 具体实施方式[0023] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。 [0024] 本发明实施例所用氧化镁为工业纯，由菱镁矿在1600-1700℃煅烧后粉磨而成，质量纯度大于90％，200目筛余小于10％；所用磷酸二氢钾为工业纯，质量纯度大于96％，粒度为245–350μm；所用粉煤灰为II级粉煤灰，其密度为2.60-2.75g/cm3，比表面积为3500-2 4000cm/g；集料采用细度模数为2.38的普通石英砂；水玻璃模数为2.4。 [0025] 实施例1 [0026] 一种磷酸盐水泥基修补材料，按重量份数它由以下组分组成：磷酸镁水泥100份，粉煤灰20份，集料120份，水玻璃0.5份，聚丙烯纤维(平均长度12mm)0.5份，水20份。其中，磷酸镁水泥按质量百分比由60％氧化镁、37％磷酸二氢钾、3％复合缓凝剂(复合缓凝剂按质量比由40％硼砂、40％十二水合磷酸氢二钠和20％无水氯化钙组成，三种皆为分析纯)混合而成。 [0027] 所述磷酸盐水泥基修补材料通过以下步骤制备而成：按上述比例称取氧化镁、磷酸二氢钾、复合缓凝剂拌合均匀得到磷酸镁水泥，然后按配比加入矿物掺合料、集料，拌合均匀后加入水玻璃，纤维和水并利用搅拌机搅拌3-4分钟得到磷酸盐水泥基修补材料。 [0028] 应用本实施例制备的磷酸盐水泥基修补材料速修补路面的方法如下：首先用切割机将破损处进行切割，然后用风镐对修补范围内的旧混凝土路面进行清除和凿平，之后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，然后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2-3小时后即可通车。 [0029] 实施例2 [0030] 一种磷酸盐水泥基修补材料，按重量份数它由以下组分组成：磷酸镁水泥100份，粉煤灰25份，集料125份，水玻璃0.8份，聚丙烯纤维(平均长度12mm)1份，水25份。其中，磷酸镁水泥按质量百分比由66％氧化镁、30％磷酸二氢钾、4％复合缓凝剂(复合缓凝剂按质量比由40％硼砂、40％十二水合磷酸氢二钠和20％无水氯化钙组成，三种皆为分析纯)混合而成。 [0031] 所述磷酸盐水泥基修补材料通过以下步骤制备而成：按上述比例称取氧化镁、磷酸二氢钾、复合缓凝剂拌合均匀得到磷酸镁水泥，然后按所述配比加入矿物掺合料、砂，拌合均匀后加入水玻璃，纤维和水并利用搅拌机搅拌3-4分钟得到磷酸盐水泥基修补材料。 [0032] 实施例3 [0033] 一种磷酸盐水泥基修补材料，按重量份数它由以下组分组成：磷酸镁水泥100份，粉煤灰40份，集料140份，水玻璃1份，聚乙烯醇纤维(平均长度12mm)0.5份，水28份。其中，磷酸镁水泥按质量百分比由56％氧化镁，40％磷酸二氢钾，4％复合缓凝剂(复合缓凝剂按质量比由40％硼砂、40％十二水合磷酸氢二钠和20％无水氯化钙组成，三种皆为分析纯)混合而成。 [0034] 所述磷酸盐水泥基修补材料通过以下步骤制备而成：按上述比例称取氧化镁、磷酸二氢钾、复合缓凝剂拌合均匀得到磷酸镁水泥，然后按所述配比加入矿物掺合料、砂，拌合均匀后加入水玻璃，纤维和水并利用搅拌机搅拌3-4分钟得到磷酸盐水泥基修补材料。 [0035] 实施例4 [0036] 一种磷酸盐水泥基修补材料，按重量份数它由以下组分组成：磷酸镁水泥100份，粉煤灰40份，集料140份，水玻璃1份，聚乙烯醇纤维(平均长度12mm)0.5份，聚丙烯纤维0.5份，水30份。其中，磷酸镁水泥按质量百分比由66％氧化镁、31％磷酸二氢钾、3％复合缓凝剂(按质量比由40％硼砂、40％十二水合磷酸氢二钠和20％无水氯化钙组成，三种皆为分析纯)混合而成。 [0037] 所述磷酸盐水泥基修补材料通过以下步骤制备而成：按上述比例称取氧化镁、磷酸二氢钾、复合缓凝剂拌合均匀得到磷酸镁水泥，然后按所述配比加入矿物掺合料、砂，拌合均匀后加入水玻璃，纤维和水并利用搅拌机搅拌3-4分钟得到磷酸盐水泥基修补材料。 [0038] 实施例5 [0039] 测试实施例1-4所制备的磷酸盐水泥基修补材料的性能： [0040] 抗折强度、抗压强度的测定：将实施例1-4所制备的磷酸盐水泥基修补材料分别浇注成型，脱模后在常温空气环境以及水中分别养护，采用GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》标准测试其抗折强度、抗压强度，并测试其在水中养护条件下与常温空气环境下养护时的抗压强度损失率； [0041] 粘结强度的测定：按水灰比＝0.35，胶砂比＝1:3，采用PO425水泥制备规格为40mm×40mm×160mm的棱柱体试件作为标砂试件，标准养护28d，从中间等分切割。将其中一半放入砂浆试模中，与实施例1-4所制备的磷酸盐水泥基修补材料成型，制备新老砂浆的界面粘结试件，养护至相应龄期后测量其抗折强度，以测得的抗折强度来表征粘结强度。 [0042] 凝结时间的测定：采用GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试其凝结时间。性能测试结果见表1。 [0043] 表1 [0044] [0045] [0046] 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，修复需要时间短而且不影响施工，3h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，且耐水性能优异，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。此外，该修补材料不需要特殊的养护工艺，如洒水或覆膜等，只需自然养护即可，对交通影响小，在快速修补材料领域具有广阔的前景。 |
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