本发明属于水泥混凝土应用技术领域，涉及一种快速修复材料及制备方法。
背景技术：
随着基础建设的不断完善，修复工程的费用占据建筑物总造价的比重逐渐加大，由此衍生出各类修复材料和修复工艺。在修复过程中，尤以温度环境和水泥基材料质脆最为影响修复效率和修复效果。
专利cn1654411采用快硬硫铝酸盐水泥和特种外加剂配制混凝土快速修补材料，其中高效减水剂为减水成分，硼酸盐为缓凝组分，硫酸盐为调解组分，锂盐为早强组分。该快速修补材料的2h～6h强度能满足大规模混凝土工程修补的需要，但并未拓宽快速修复材料使用的温度环境。
专利cn106082891a采用硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅灰及聚丙烯纤维等按照一定重量配比制成的快速修复材料具有流动度高，早期强度高、后期强度持续增长、微膨胀等性能特点，但并未涉及快速修复材料的韧性指标。
专利cn103387356a采用硅酸盐水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、早强添加剂和聚乙烯醇纤维搅拌混合制备一种高延性水泥基复合修补材料，该修补材料较普通的ecc材料具有更高的抗压强度和弯曲强度，可以减少养护时间尽快投入使用，但仍达不到快速修复的效果，且硅酸盐水泥基材料后期干缩严重，会造成多次修复。
技术实现要素：
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快速修复材料及制备方法，通过本发明能够防止-15℃～40℃温度条件导致的修复效果不佳，同时还能够克服水泥基材料质脆导致的韧性差的缺陷，本发明的快速修复材料还具有能够快速修复混凝土的特点，且不干缩。
本发明采用的技术方案如下：
一种快速修复材料，由硫铝酸盐水泥、粉煤灰、中级砂、聚乙烯醇纤维和化学外加剂制成，以质量份数计，硫铝酸盐水泥为100份，粉煤灰为0～30份，中级砂为80～100份，聚乙烯醇纤维为0～2.0份，化学外加剂为0.8～6.2份。
进一步地，所述硫铝酸盐水泥为42.5强度等级的低碱度硫铝酸盐水泥。
进一步地，当快速修复材料的使用温度高于5℃，低于30℃时，化学外加剂为萘系高效减水剂且为粉剂，含量为0.8～1.2份，萘系高效减水剂的减水率为15％～30％。
进一步地，当快速修复材料的使用温度高于等于30℃，低于等于40℃时，以质量份数计，化学外加剂由0.2～0.5份的硼砂、0.8～1.2份的萘系高效减水剂、0～0.12份的葡萄糖酸钠和0～0.15份的柠檬酸制成，葡萄糖酸钠和柠檬酸的含量不同时为0。
进一步地，当快速修复材料的使用温度高于-5℃，低于等于5℃时，以质量份数计，化学外加剂由0.5～1.5份的碳酸锂、0.8～1.2份的萘系高效减水剂、0～2.0份的硫酸铝和0～1.5份的氯化铝制成，硫酸铝和氯化铝的含量不同时为0。
进一步地，当快速修复材料的使用温度高于等于-15℃，低于等于-5℃时，以质量份数计，化学外加剂由0.5～1.5份的碳酸锂、0.8～1.2份的萘系高效减水剂、0～1.5份的硝酸钙和0～2.0份的氯化钠制成，硝酸钙和氯化钠的含量不同时为0。
进一步地，所述聚乙烯醇纤维为长度5～10mm，密度1.30g/cm3的短切聚乙烯醇纤维。
进一步地，所述粉煤灰为ii级粉煤灰。
进一步地，所述中级砂为符合iso标准要求的中级砂。
本发明同时提供了一种制备所述快速修复材料的方法，包括如下步骤：
步骤一，向搅拌罐中加入硫铝酸盐水泥、粉煤灰、中级砂及聚乙烯醇纤维，在300～600rpm下搅拌均匀；
步骤二，向步骤一的混合物中加入水和化学外加剂，在1000～1500rpm下搅拌均匀，以质量份数计，每100份硫铝酸盐水泥对应加入26～28份水；
步骤三，降低转速至300～600rpm，搅拌2～3分钟，然后将混合物浇注成型入模养护，得到快速修复材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的快速修复材料通过使用化学外加剂，使得修复材料能够在-15℃～40℃温度条件下施工，且初凝时间为15～25分钟，终凝时间为25～35分钟。其次，使得修复材料获得优异的抗压强度，2h抗压强度15～45mpa，7d抗压强度45～80mpa，最后，选用聚乙烯醇纤维增强硫铝酸盐水泥，使得本发明的快速修复材料1d抗折强度10～12mpa，7d抗折强度12～14mpa，7d抗弯强度5～7mpa，且不干缩，可以满足修复工程快硬高强且具备韧性的要求。
进一步的，在高于5℃，低于30℃时，萘系高效减水剂作为一种表面活性剂，对硫铝酸盐水泥颗粒有吸附分散作用，在保证快速修复材料流动性良好的前提下兼具一定的缓凝作用。
进一步的，在高于等于30℃，低于等于40℃时，硼砂、葡萄糖酸钠或柠檬酸能够降低硫铝酸盐水泥的水化温峰或延迟温峰出现的时间。硼砂和钙离子发生反应生成沉淀并吸附在水泥颗粒表面，形成屏蔽层进而降低硫铝酸盐水泥水化温峰并延迟温峰出现的时间，达到延缓凝结的效果。葡萄糖酸钠和柠檬酸可以降低硫铝酸盐水泥主要组成矿物无水硫铝酸钙的溶解速度，从而延迟硫铝酸盐水泥水化温峰出现的时间，达到延缓凝结的效果。由于只掺入微量化学外加剂，硫铝酸盐水泥早期强度的发展并未受到影响。
进一步的，在高于-5℃，低于等于5℃时，碳酸锂会和硫铝酸盐水泥中的铝酸盐相反应生成li-al(oh)3沉淀并以此为晶核促进钙矾石的生成，达到促进凝结并保证早期强度，而硫酸铝、氯化铝对于li-al(oh)3沉淀的生成有促进作用，从而进一步提高早期强度。
进一步的，在高于等于-15℃，低于等于-5℃时硝酸钙及氯化钠等无机盐能够降低水的冰点，保证硫铝酸盐水泥在-15℃～5℃时可以正常水化。而碳酸锂会和硫铝酸盐水泥中的铝酸盐相反应生成li-al(oh)3沉淀并以此为晶核促进钙矾石的生成，达到促进凝结并保证早期强度。
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。
本发明的快速修复材料，由硫铝酸盐水泥、粉煤灰、中级砂、聚乙烯醇纤维和能够使快速修复材料在-15℃～40℃温度条件下施工的化学外加剂制成，以质量份数计，硫铝酸盐水泥为100份，粉煤灰为0～30份，中级砂为80～100份，聚乙烯醇纤维为0～2.0份；
当快速修复材料的使用温度高于等于-15℃，低于等于-5℃时，以质量份数计，化学外加剂由0.5～1.5份的碳酸锂、0.8～1.2份的萘系高效减水剂、0～1.5份的硝酸钙和0～2.0份的氯化钠制成，硝酸钙和氯化钠的含量不同时为0；
当快速修复材料的使用温度高于-5℃，低于等于5℃时，以质量份数计，化学外加剂由0.5～1.5份的碳酸锂、0.8～1.2份的萘系高效减水剂、0～2.0份的硫酸铝和0～1.5份的氯化铝制成，硫酸铝和氯化铝的含量不同时为0；
当快速修复材料的使用温度高于5℃，低于30℃时，化学外加剂为萘系高效减水剂且为粉剂，含量为0.8～1.2份；
当快速修复材料的使用温度高于等于30℃，低于等于40℃时，以质量份数计，化学外加剂由0.2～0.5份的硼砂、0.8～1.2份的萘系高效减水剂、0～0.12份的葡萄糖酸钠和0～0.15份的柠檬酸制成，葡萄糖酸钠和柠檬酸的含量不同时为0。
以上所使用的萘系高效减水剂的减水率为15％～30％。
在配制本发明的快速修复材料时，硫铝酸盐水泥使用42.5强度等级的低碱度硫铝酸盐水泥；聚乙烯醇纤维使用长度5～10mm，密度1.30g/cm3的短切聚乙烯醇纤维；粉煤灰使用ii级粉煤灰；中级砂使用符合iso标准要求的中级砂。
本发明的快速修复材料的制备过程包括以下步骤：
步骤一，向搅拌罐中加入硫铝酸盐水泥、粉煤灰、中级砂及聚乙烯醇纤维，在300～600rpm下搅拌均匀，搅拌时间为5～10min；
步骤二，向步骤一的混合物中加入水和化学外加剂，在1000～1500rpm下搅拌均匀，搅拌时间为2～3min，以质量份数计，每100份硫铝酸盐水泥对应加入26～28份水；
步骤三，降低转速至300～600rpm，搅拌2～3分钟，然后将混合物浇注成型入模养护，得到快速修复材料。
实施例1：
当快速修复材料的使用温度为-15℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入260g水、12g萘系高效减水剂、15g碳酸锂及20g氯化钠，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间为24min，终凝时间为34min，2h抗压强度为16mpa，7d抗压强度为48mpa的快速修复材料。
实施例2：
当快速修复材料的使用温度为-10℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入260g水、10g萘系高效减水剂、12g碳酸锂及15g硝酸钙，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间为23min，终凝时间为34min，2h抗压强度为18mpa，7d抗压强度为51mpa的快速修复材料。
实施例3：
当快速修复材料的使用温度为-5℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入260g水、10g萘系高效减水剂、8g碳酸锂、10g氯化钠及10g硝酸钙，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间为22min，终凝时间为33min，2h抗压强度为21mpa，7d抗压强度为56mpa的快速修复材料。
实施例4：
当快速修复材料的使用温度为-4℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入270g水、10g萘系高效减水剂、9g碳酸锂及15g硫酸铝，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间为23min，终凝时间为34min，2h抗压强度为21mpa，7d抗压强度为47mpa的快速修复材料。
实施例5：
当快速修复材料的使用温度为0℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入270g水、10g萘系高效减水剂、6g碳酸锂及20g硫酸铝，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间为20min，终凝时间为30min，2h抗压强度为23mpa，7d抗压强度为53mpa的快速修复材料。
实施例6：
当快速修复材料的使用温度为0℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入270g水、10g萘系高效减水剂、7.5g碳酸锂及15g氯化铝，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间为16min，终凝时间为25min，2h抗压强度为24mpa，7d抗压强度为52mpa的快速修复材料。
实施例7：
当快速修复材料的使用温度为5℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入270g水、10g萘系高效减水剂、5g碳酸锂、10g硫酸铝及6g氯化铝，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间为15min，终凝时间为25min，2h抗压强度为27mpa，7d抗压强度为57mpa的快速修复材料。
实施例8：
当快速修复材料的使用温度为7℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入270g水和8g萘系高效减水剂，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，浇注成型入模养护便得到初凝时间24min，终凝时间33min，2h抗压强度21mpa，7d抗压强度72mpa的快速修复材料。
实施例9：
当快速修复材料的使用温度为15℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入280g水和8g萘系高效减水剂，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，浇注成型入模养护便得到初凝时间21min，终凝时间27min，2h抗压强度24mpa，7d抗压强度70mpa的快速修复材料。
实施例10：
当快速修复材料的使用温度为20℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入280g水和12g萘系高效减水剂，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，浇注成型入模养护便得到初凝时间22min，终凝时间30min，2h抗压强度27mpa，7d抗压强度80mpa的快速修复材料。
实施例11：
当快速修复材料的使用温度为27℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入280g水和12g萘系高效减水剂，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，浇注成型入模养护便得到初凝时间18min，终凝时间27min，2h抗压强度30mpa，7d抗压强度74mpa的快速修复材料。
实施例12：
当快速修复材料的使用温度为30℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂，在300～600rpm下混合搅拌5分钟后，加入260g水、12g萘系高效减水剂、3g硼砂及1.2g葡萄糖酸钠，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，浇注成型入模养护便得到初凝时间22min，终凝时间30min，2h抗压强度36mpa，7d抗压强度75mpa的快速修复材料。
实施例13：
当快速修复材料的使用温度为36℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂，在300～600rpm下混合搅拌5分钟后，加入260g水、12g萘系高效减水剂、3g硼砂及1.2g葡萄糖酸钠，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，浇注成型入模养护便得到初凝时间19min，终凝时间27min，2h抗压强度40mpa，7d抗压强度70mpa的快速修复材料。
实施例14：
当快速修复材料的使用温度为40℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入270g水、10g萘系高效减水剂、5g硼砂及1.5g柠檬酸，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间22min，终凝时间29min，2h抗压强度40mpa，7d抗压强度70mpa的快速修复材料。
实施例15：
当快速修复材料的使用温度为40℃时，将1000g硫铝酸盐水泥和1000g中级砂混合，在300～600rpm下搅拌5分钟后，加入270g水、10g萘系高效减水剂、2g硼砂、0.6g葡萄糖酸钠及1.0g柠檬酸，在1000～1500rpm下搅拌2分钟，之后在300～600rpm下搅拌2分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间21min，终凝时间27min，2h抗压强度45mpa，7d抗压强度68mpa的快速修复材料。
实施例16：
当快速修复材料的使用温度为20℃时，将1000g硫铝酸盐水泥、800g中级砂、150g粉煤灰及10g聚乙烯醇纤维混合，在300～600rpm下搅拌10分钟后，加入270g水和12g萘系高效减水剂，在1000～1500rpm下搅拌3分钟，之后在300～600rpm下搅拌3分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间22min，终凝时间为28min，1d抗折强度为12mpa，7d抗折强度为14mpa，7d抗弯强度为5mpa的修复材料。
实施例17：
当快速修复材料的使用温度为20℃时，将1000g硫铝酸盐水泥、900g中级砂、150g粉煤灰及15g聚乙烯醇纤维混合，在300～600rpm下搅拌10分钟后，加入270g水和2g萘系高效减水剂，在1000～1500rpm下搅拌3分钟，之后在300～600rpm下搅拌3分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间21min，终凝时间为27min，1d抗折强度为11mpa，7d抗折强度为12mpa，7d抗弯强度为6mpa的修复材料。
实施例18：
当快速修复材料的使用温度为20℃时，将1000g硫铝酸盐水泥、900g中级砂、300g粉煤灰及20g聚乙烯醇纤维混合，在300～600rpm下搅拌10分钟后，加入270g水、12g萘系高效减水剂，在1000～1500rpm下搅拌3分钟，之后在300～600rpm下搅拌3分钟，然后将搅拌均匀的混合物浇注成型入模养护，便得到初凝时间24min，终凝时间为31min，1d抗折强度为10mpa，7d抗折强度为13mpa，7d抗弯强度为7mpa的修复材料。
本发明的快速修复材料原材料易得、制备工艺简单，可以满足-15℃～40℃温度条件下的各类道路抢修工程。其凝结时间适宜，早期抗压强度发展迅速，2小时左右便可开放交通。此外，其后期抗压强度稳定发展，且具备一定的韧性，耐久性得以保证。