本发明涉及无机材料领域，尤其涉及一种水泥混凝土道面的表层强化材料及其制备方法。
背景技术：
目前，水泥混凝土路面、机场跑道、桥面、隧道及港口码头等水泥混凝土工程由于饱受经年累月的车辆、重型机械等往复交替的荷载影响，致使路面、水泥混凝土结构等轻则产生裂纹，重则使原有功能消失殆尽，尤其是颠簸不平的水泥路面不仅使司机苦不堪言而且存在极大的安全隐患。在实际的混凝土水泥化合反应过程中，有少量的氢氧化钙没有进行反应，无法形成硅酸钙化合物，从而导致水泥道面出现强度下降，容易裂缝等影响使用的情况。
针对水泥混凝土路面或水泥混凝土工程损坏的情况，当前的技术是主要采用普通混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等材料进行修补。通过大量工程实践发现，这类材料不是有着无法克服的技术缺陷就是存在成本过高，难以推广使用的问题。如：普通水泥混凝土存在强度低，候用时间长的问题；沥青混凝土存在费用高，需专用施工设备的缺陷；聚合物水泥砂浆虽然粘结性能较好，不易开裂，但其存在凝结时间可控性差、易老化、价格高昂等缺点。因此，亟待开发一种既有优良工作性能又经济实用的新材料，以满足工程急需。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种水泥混凝土道面的表层强化材料及其制备方法，以解决现有技术存在的问题。
根据本发明的一个方面，本发明提供的水泥混凝土道面的表层强化材料，包括：二氧化硅、硅酸锂、二氧化锆、分散剂、消泡剂与稳定剂。
进一步地，所述的水泥混凝土道面的表层强化材料，按照质量份计包括：二氧化硅3-6份、硅酸锂82-92份、二氧化锆2-4份、分散剂2-3份、消泡剂2-4份与稳定剂0.5-2份。
进一步地，所述的水泥混凝土道面的表层强化材料，按照质量份计包括：二氧化硅4-5份、硅酸锂85-90份、二氧化锆2.5-3.5份、分散剂2.2-2.8份、消泡剂2.5-3.5份与稳定剂0.8-1.5份。
进一步地，所述的水泥混凝土道面的表层强化材料，按照质量份计包括：二氧化硅4.5份、硅酸锂88份、二氧化锆3份、分散剂2.5份、消泡剂3份与稳定剂1份。
进一步地，所述分散剂选自毕克byk-154、byk-101、byk-167、byk-1000中任一。
进一步地，所述消泡剂选自毕克byk-055、byk-065、byk-057中任一。
进一步地，所述稳定剂选自蒙脱土纳米复合材料或乳液聚合稳定剂。
根据本发明的一个方面，本发明提供的所述的水泥混凝土道面的表层强化材料的制备方法，包括步骤：(1)将二氧化硅溶入消泡剂中，使得溶液均匀；(2)加入二氧化锆，第二次加入消泡剂；(3)加入硅酸锂，加热，升至95-105℃停止加热，降温；(4)第二次加入二氧化锆，降温至60-70℃；(5)第二次加入硅酸锂，加热升温，加入分散剂和稳定剂，使得溶液降温至室温。
进一步地，采用搅拌的方式降温。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.在水泥混凝土道面涂覆本发明的材料后，磨耗耐久性试验显示，30圈累计磨耗值减少56％，材料涂刷后渗入混凝土表面深度>12毫米，相对动弹模量增加12.5％，单位面积剥落量减少66.8％，抗冻融效果显著；
2.本发明的材料使用简单，只需要均匀喷涂即可，1.5小时内即可吸收，无需养护；
3.本发明制作的无机型水泥混凝土道面表层强化材料固化效果好，生产过程无污染，适合大范围推广。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的水泥混凝土道面的表层强化材料包括二氧化硅、硅酸锂、二氧化锆、分散剂、消泡剂与稳定剂；所述分散剂选自毕克byk-154、byk-101、byk-167、byk-1000中任一；所述消泡剂选自毕克byk-055、byk-065、byk-057中任一；所述稳定剂选自蒙脱土纳米复合材料或乳液聚合稳定剂。
下面详细说明一下本发明所用各物质的作用机理。
由于水泥的强度主要是由硅酸钙化合物决定的，是水泥混凝土中起主要强度作用的物质，本发明的二氧化硅、硅酸锂、二氧化锆等材料与混凝土内部氢氧化钙进行反应，在缝隙中形成新的硅酸钙物质，填充孔状区域，可防止裂缝的产生，将混凝土永久性密封固化，加强了水泥混凝土道面的强度。
本发明可提高水泥混凝土强度、硬度、抗冻融性、密实度、耐磨性、抗渗透及抗老化能力等整体性能，延长混凝土使用寿命，避免水泥混凝土道面的老化，具有很强的水泥混凝土道面修复作用。
本发明的水泥混凝土道面的表层强化材料的制备方法包括步骤：(1)将二氧化硅溶入消泡剂中，使得溶液均匀；(2)加入二氧化锆，第二次加入消泡剂；(3)加入硅酸锂，加热，升至95-105℃停止加热，降温；(4)第二次加入二氧化锆，降温至60-70℃；(5)第二次加入硅酸锂，加热升温，加入分散剂和稳定剂，使得溶液降温至室温。
步骤(1)中搅拌5-10分钟使溶液均匀；
步骤(2)中所述消泡剂溶解发热使溶液温度为60-70℃；
步骤(3)中加入硅酸锂溶液，搅拌15-20min，加热使溶液温度升到95-105℃，连续搅拌使溶液温度降至92-95℃；
步骤(5)中加入硅酸锂溶液，搅拌15-20min，加热，使溶液温度升到100℃，加入分散剂和稳定剂，搅拌30min，连续搅拌使溶液温度降至60℃，冷却至室温得成品。
下面通过具体的实施例来阐述本发明，本领域技术人员应当理解的是，这不应被理解为对本发明权利要求范围的限制。(份数为质量份)
分散剂毕克byk154为丙烯酸酯共聚物的铵盐溶液；byk-101为长链多元胺酰胺和极性酸式酯的盐的溶液；byk-167的化学组成：带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯/醋酸丁酯；byk-1000是可生物降解的聚合物，基于可再生原材料。该助剂性能与蜡相似，可提高体系的消光效果及触感(柔软效果)，在提高表面性能的同时，依然保持较高的透明性。byk-1000可用于水性、无溶剂、辐射固化以及溶剂型体系。
消泡剂byk-055的化学组成：破泡聚合物溶液，不含有机硅，溶剂：烷基苯/丙二醇甲醚醋酸酯；byk-065为聚硅氧烷；byk-057为不含有机硅的破泡聚合物溶液。
本发明的实施例采用的原料如下：
实施例1
水泥混凝土道面的表层强化材料包括二氧化硅4.5份、硅酸锂88份、二氧化锆3份、分散剂2.5份、消泡剂3份与稳定剂1份；
制备方法如下：
(1)称取消泡剂、二氧化锆、硅酸锂，并分成两等份；(2)将二氧化硅溶入消泡剂，搅拌5min使溶液均匀；(3)接着加入二氧化锆与消泡剂，所述消泡剂溶解发热使溶液温度为60℃；(4)加入硅酸锂溶液，搅拌15min，加热使溶液温度升到100℃，连续搅拌使溶液温度降至92℃，停止加热，再继续搅拌；(5)待溶液均匀后加入二氧化锆，搅拌降温至60℃时；(6)再加入硅酸锂溶液，搅拌15min，加热，使溶液温度升到100℃，加入分散剂和稳定剂，搅拌30min，连续搅拌使溶液温度降至60℃，冷却至室温得成品。
实施例2
水泥混凝土道面的表层强化材料包括二氧化硅3份、硅酸锂92份、二氧化锆2份、分散剂3份、消泡剂2份与稳定剂2份；
制备方法如下：
(1)称取消泡剂、二氧化锆、硅酸锂，并分成两等份；(2)将二氧化硅溶入消泡剂，搅拌8min使溶液均匀；(3)接着加入二氧化锆与消泡剂，所述消泡剂溶解发热使溶液温度为65℃；(4)加入硅酸锂溶液，搅拌17min，加热使溶液温度升到100℃，连续搅拌使溶液温度降至94℃，停止加热，再继续搅拌；(5)待溶液均匀后加入二氧化锆，搅拌降温至65℃时；(6)再加入硅酸锂溶液，搅拌17min，加热，使溶液温度升到100℃，加入分散剂和稳定剂，搅拌30min，连续搅拌使溶液温度降至60℃，冷却至室温得成品。
实施例3
水泥混凝土道面的表层强化材料包括二氧化硅6份、硅酸锂82份、二氧化锆4份、分散剂2份、消泡剂4份与稳定剂0.5份；
制备方法如下：
(1)称取消泡剂、二氧化锆、硅酸锂，并分成两等份；(2)将二氧化硅溶入消泡剂，搅拌10min使溶液均匀；(3)接着加入二氧化锆与消泡剂，所述消泡剂溶解发热使溶液温度为70℃；(4)加入硅酸锂溶液，搅拌20min，加热使溶液温度升到100℃，连续搅拌使溶液温度降至95℃，停止加热，再继续搅拌；(5)待溶液均匀后加入二氧化锆，搅拌降温至70℃时；(6)再加入硅酸锂溶液，搅拌20min，加热，使溶液温度升到100℃，加入分散剂和稳定剂，搅拌30min，连续搅拌使溶液温度降至60℃，冷却至室温得成品。
实施例4
水泥混凝土道面的表层强化材料包括二氧化硅4份、硅酸锂90份、二氧化锆2.5份、分散剂2.8份、消泡剂2.5份与稳定剂1.5份；
制备方法同实施例1
实施例5
水泥混凝土道面的表层强化材料包括二氧化硅5份、硅酸锂85份、二氧化锆3.5份、分散剂2.2份、消泡剂3.5份与稳定剂0.8份；
制备方法同实施例2
实施例6
水泥混凝土道面的表层强化材料包括二氧化硅3.5份、硅酸锂91份、二氧化锆2.3份、分散剂2.9份、消泡剂2.3份与稳定剂1.8份；
制备方法同实施例3
实施例7
水泥混凝土道面的表层强化材料包括二氧化硅5.5份、硅酸锂83份、二氧化锆3.8份、分散剂2.1份、消泡剂3.7份与稳定剂0.7份；
制备方法同实施例1
对比例
在水泥混凝土道面未采用本发明的表层强化材料
本发明依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(gbj82-85)、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(jtge30-2005)、《公路路基路面现场测试规程》(jtge60-2008)、《军用机场水泥混凝土道面设计规范》(gjb1278-2008)以及《水土混凝土试验规程》(dl/t5151-2001)等相关规范。选取了混凝土的表面抗滑性能、抗冻耐久性能、耐磨耗性能作为测试指标，测试了机场道面混凝土试件表层在喷涂本发明的表面强化材料后的表面性能。
相对动弹模量表示抗冻融性，通过冻融28次后测量；剥落量表示抗冻融性，通过冻融28次后测量；30圈磨耗值与15圈磨耗值表示强度和密实度测量。
表1采用本发明的表层强化材料的磨耗耐久性试验结果
通过试验可知，表示抗冻融性的相对动弹模量，通过冻融28次后测量，增加12.5％以上；同样表示抗冻融性的剥落量，通过冻融28次后测量，减少66.8％以上；表示强度和密实度测量的30圈磨耗值减少32％以上，15圈磨耗值减少45％以上。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。