本发明属于特种建筑材料领域，具体涉及一种易施工高粘结立面修补材料。
技术背景
随着经济社会快速发展，交通工程由基础设施建设为主，向建设和养护并重转变，并将逐步发展到以养护为主，修补与养护成为工作的重点；建筑物立面和顶面部位破损也一直是混凝土结构修补的难点，其不仅要求修补材料施工时能克服自身重力，并最终与原混凝土紧密结合成一整体，而且由于施工工作面的问题也进一步增加了修补的难度。
目前，也有许多学者对混凝土结构特殊部位破损的修补方法进行了研究和开发，例如专利申请号：201620255982.3提出了一种悬臂式可移动型桥梁底部修补用平台装置，有效解决了跨江跨峡谷桥梁无法使用起吊吊篮的不足；专利申请号：201320044394.1和201720703111.8分别针对地下室墙体和混凝土管桩提出了修补方案。然而，大部分研究都是从修补装置和施工工艺技术的角度来解决桥梁顶面和建筑物立面破损的问题；通过改善修补材料性能，使其满足立面和顶面修补要求的相关研究甚少。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出一种触变性好、易施工、高粘结、抗裂性好、早强高强的立面修补材料，可有效克服材料自重，尤其适用于桥梁顶面和建筑物立面等特殊破损部位的修补。
为了实现上述目的，本发明提出的一种易施工高粘结立面修补材料，其组分的质量百分比配比为：石英砂：25％-45％、金属氧化物：8％-25％、水镁石粉：5％-20％、磷酸二氢铵：5％-14％、滑石粉：2％-6％、硅灰：3％-8％、黄原胶：0.5％-2％、引气剂：0.01％-0.05％、缓凝剂：0.4％-4％、水：6％-8％。
为了实现上述目的，本发明还提出立面修补材料的制备和施工方法：先按配比称取各种原材料，用一部分水将引气剂溶解成溶液备用，然后将石英砂与其他粉料一起倒入混合设备干拌均匀，再依次加入引气剂溶液和剩下的水，继续搅拌2-3分钟，直至形成均匀的触变性良好的膏状浆体，即可得到立面修补材料。
施工时，将立面或顶面的破损区域清理干净后，无需洒水润湿，直接将配制好的立面修补材料填筑于破损区域内，再用抹子压实、抹平即可完成修补。
优选的，本发明所述的石英砂为机制砂，细度模数2.2，石粉含量1％；金属氧化物为重烧镁砂，经雷蒙机粉磨至150目～320目粉末，表观密度大于3.3g/ml，氧化镁含量(本发明中含量均指质量含量)大于90％，比表面积200-350m2/kg；水镁石粉为天然水镁石粉磨而成，氢氧化镁含量大于85％，比表面积100-250m2/kg，目数为100目～200目；滑石粉采用天然石块破碎粉磨至400目左右，二氧化硅含量大于55％，细度大于97％(以0.045mm筛网通过率表征)；引气剂为三萜皂甙粉末，缓凝剂为硼酸和三聚磷酸钾两者的混合物；水为洁净的自来水。
本发明具体所选用的各原料的性能如下：金属氧化物采用重烧镁砂经研磨成粉末，表观密度3.5g/ml，氧化镁含量93％，比表面积280m2/kg；水镁石粉为天然水镁石粉磨而成，氢氧化镁含量90％，比表面积150m2/kg；滑石粉sio2含量58％，白度65％，目数为400目；硅灰容重230kg/m3，sio2含量92％；引气剂为淡黄色的三萜皂甙粉末，黄原胶为市购。
金属氧化物煅烧温度对材料性能影响较大，煅烧温度较低时(小于1000℃)，反应活性很大，加水搅拌后材料发生瞬凝，没有足够的可操作时间，且耐久性较差；煅烧温度为2000℃左右时，颗粒表面形成一层钝化膜，mgo颗粒结晶程度高且更为致密，反应速度可通过控制缓凝剂的掺量进行调节，耐久性也得到提高。
水镁石粉采用天然水镁石破碎粉磨而成，水稳定性好，进一步提高立面修补材料的耐久性，在确保材料施工性的情况下，可降低修补材料的用水量，自身力学性能也得到较大提高，同时纤维状的水镁石结晶可提高材料抗裂性能，水镁石粉掺量为氧化镁与水镁石粉总量的40％时，立面修补材料的性能较优。
磷酸二氢铵为市售的常规原料，其与氧化镁和水镁石粉的反应机理可概括为：磷酸二氢铵首先溶于水，使浆体呈弱酸性，氧化镁和水镁石粉在弱酸性条件下产生mg2+，并迅速反应生成mgnh4po4·6h2o(俗称鸟粪石)等多种磷酸盐水化物晶体，使材料呈现良好的快硬特性，同时mgnh4po4·6h2o晶体可在修补界面处得到良好生长，使其具有优异的粘结性能，随着水化产物的递增，立面修补材料自身的力学指标和粘结强度也不断提高。
滑石粉的结晶构造呈层状，具有较好的润滑性，每层晶体通常为致密的块状、叶片状、放射状或纤维状的集合体，从而使立面修补材料具有较好施工性的同时也具有一定的触变性。
硅灰增加了料浆的稠度，提高材料的抗流挂性能，其颗粒平均粒径0.1～0.3μm，可有效填充其它粉料颗粒之间的空隙，提高材料密实度，增加立面修补材料抗折、抗压和耐磨性能，同时滑石粉和硅灰的复掺显著提高了修补材料的耐水性。
黄原胶可显著提高立面修补材料的触变性，避免材料在桥梁顶面或建筑物立面施工过程中发生掉落或下坠现象。
引气剂采用市售的三萜皂甙粉末，可引入大量微小的气泡，降低料浆容重，进一步降低料浆自重对特殊部位修补的影响，并且可显著提高修补材料的抗冻性，同时微小气泡的滚珠效应提高了材料的施工性。
因此，通过滑石粉、硅灰、黄原胶和引气剂的协同作用，在桥梁顶面或建筑物立面等特殊部位修补施工时，立面修补材料有效克服了自身重力，并具有良好的施工性。
缓凝剂采用硼酸和三聚磷酸钾两者的混合物，可有效控制立面修补材料的可操作时间；硼酸作为磷酸镁水泥基修补砂浆的缓凝剂，具有较好的缓凝效果；试验研究发现，三聚磷酸钾溶液提高磷酸盐水泥体系的ph值，延长磷酸盐水泥的凝结时间，对早期力学性能却有改善效果，同时还能参与磷酸盐水泥的水化反应，生成氢氧化钾晶体，使修补材料体积产生微膨胀，避免材料收缩开裂而导致修补失效等问题，硼酸和三聚磷酸钾的质量比宜为1:2～4:1；此外，采用该缓凝体系还能大幅延长粉料的存储性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
①抗流挂性能好，易施工；滑石粉、硅灰、黄原胶和引气剂这几种原材料的协同作用，使修补材料具有良好的抗流挂性和触变性，滑石粉的润滑性和引气剂引入的微小气泡的滚珠效应提高了材料的施工性；
②粘结强度高；材料的主要水化产物为mgnh4po4·6h2o(俗称鸟粪石)晶体，该晶体可在修补界面处得到良好生长，使修补材料具有优异的粘结强度；
③早期强度高，综合力学性能优异；1小时抗折(压)强度可达到4.5mpa(30.0mpa)左右，施工后1小时即可恢复水泥混凝土结构的使用；28天抗折(压)强度可达到12.0mpa(65.0mpa)以上；
④抗裂性能好；本发明具有良好的体积稳定性，纤维状的水镁石晶体进一步提高了材料的抗裂性；
⑤高耐水性；经高温处理的金属氧化物具有良好的抗水性，水镁石粉和滑石粉来自原生矿，具有良好的水稳定性，硅灰和滑石粉的复掺增加了材料的密实性，从而显著提高了材料的耐水性；
⑥可配制成单组分产品，使用方便，存储性能好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：45％、金属氧化物：22％、水镁石粉：5.5％、磷酸二氢铵：6.9％、滑石粉：5％、硅灰：4％、黄原胶：0.5％、引气剂：0.01％、缓凝剂(硼酸：三聚磷酸钾＝1:1)：3.09％、水：8.0％。
所述的立面修补砂浆按以下步骤制备而成：先按配比称取各种原材料，用小部分水将引气剂溶解成溶液备用，然后将石英砂与其他粉料一起倒入混合设备干拌均匀，再依次加入引气剂溶液和剩下的水，继续搅拌2-3分钟，直至形成均匀的触变性良好的膏状浆体，即可得到均匀、易施工、高粘结、高耐水的立面修补材料。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中实施例1对应的数据结果可知，修补材料具有较好的施工性和抗流挂性能，28天的粘结拉拔强度大于2.5mpa，浸水90d强度保持率为93.67％，可满足建筑物立面修补的要求。
实施例2
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：43％、金属氧化物：20％、水镁石粉：10％、磷酸二氢铵：9.5％、滑石粉：3％、硅灰：4％、黄原胶：0.6％、引气剂：0.03％、缓凝剂(硼酸：三聚磷酸钾＝2:1)：1.87％、水：8.0％。
修补材料的制备方法与实施例1相同。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中实施例2对应的数据结果可知，修补砂浆具有良好的施工性和抗流挂性能，不下坠，3h和28d粘结拉拔强度分别为1.25mpa和3.34mpa，1h和28d抗压强度分别为26.6mpa和59.7mpa，浸水90d强度保持率为95.53％，满足建筑物立面修补要求。
实施例3
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：40％、金属氧化物：12％、水镁石粉：18％、磷酸二氢铵：8.6％、滑石粉：5％、硅灰：7％、黄原胶：1.0％、引气剂：0.02％、缓凝剂(硼酸：三聚磷酸钾＝2:1)：0.88％、水：7.5％。
修补材料的制备方法与实施例1相同。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中实施例3对应的数据结果可知，修补材料具有良好的施工性和抗流挂性能，本实施例的缓凝剂用量较低，材料早期强度高，3h和28d粘结拉拔强度分别为1.96mpa和3.15mpa，1h和28d抗压强度分别为35.1mpa和60.7mpa，浸水90d强度保持率为98.15％，修补后1h即可投入使用，适合在环境温度较低时进行施工。
实施例4
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：38％、金属氧化物：18％、水镁石粉：12.5％、磷酸二氢铵：10.2％、滑石粉：5％、硅灰：6％、黄原胶：1.2％、引气剂：0.02％、缓凝剂(硼酸：三聚磷酸钾＝3:1)：1.58％、水：7.5％。
修补材料的制备方法与实施例1相同。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中实施例4对应的数据结果可知，修补材料具有良好的施工性和抗流挂性能，3h和28d粘结拉拔强度分别为1.44mpa和3.88mpa，1h和28d抗压强度分别为30.1mpa和72.2mpa，浸水90d强度保持率为98.57％，该实施例综合性能较优，可满足建筑物立面修补要求。
实施例5
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：30％、金属氧化物：22％、水镁石粉：18％、磷酸二氢铵：11.4％、滑石粉：4％、硅灰：4％、黄原胶：1.5％、引气剂：0.03％、缓凝剂(硼酸：三聚磷酸钾＝3:1)：2.57％、水：6.5％。
修补材料的制备方法与实施例1相同。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中实施例5对应的数据结果可知，修补材料具有良好的施工性和抗流挂性能，3h和28d粘结拉拔强度分别为1.12mpa和3.73mpa，1h和28d抗压强度分别为12.3mpa和69.4mpa，浸水90d强度保持率为97.16％，本实施例缓凝剂掺量较大，1h抗折(压)强度较低，适合在环境温度较高的时候进行施工。
实施例6
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：27％、金属氧化物：19.5％、水镁石粉：19.5％、磷酸二氢铵：13％、滑石粉：4.5％、硅灰：4.5％、黄原胶：1.3％、引气剂：0.03％、缓凝剂(硼酸：三聚磷酸钾＝4:1)：3.67％、水：7.0％。
修补材料的制备方法与实施例1相同。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中实施例6对应的数据结果可知，修补材料具有良好的施工性和抗流挂性能，3h和28d粘结拉拔强度分别为0.57mpa和3.23mpa，1h和28d抗压强度分别为10.6mpa和66.2mpa，浸水90d强度保持率为96.73％，本实施例缓凝剂掺量为3.67％，1h抗折(压)强度很低，适合在环境温度较高的时候进行施工。
对比例1
不掺水镁石粉
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：39.5％、金属氧化物：26.7％、磷酸二氢铵：10.2％、滑石粉：5％、硅灰：6％、黄原胶：1.2％、引气剂：0.03％、缓凝剂(硼酸：三聚磷酸钾＝3:1)：1.87％、水：9.5％。
修补材料的制备方法与实施例1相同。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中对比例1对应的数据结果可知，修补材料具有良好的施工性和抗流挂性能，自身力学指标较高，28天抗(折)压强度为(10.22mpa)55.3mpa，但耐水性较差，浸水90d后，其抗压强度保持率只有83.24％。
对比例2
缓凝剂采用工业级硼砂。
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：37％、金属氧化物：17.6％、水镁石粉：12.2％、磷酸二氢铵：10％、滑石粉：5％、硅灰：6％、黄原胶：1.2％、引气剂：0.02％、缓凝剂：3.98％、水：7.0％。
修补材料的制备方法与实施例1相同。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中对比例2对应的数据结果可知，修补材料具有良好的施工性和抗流挂性能，3h和28d粘结拉拔强度分别为0.79mpa和3.72mpa，1h和28d抗压强度分别为16.6mpa和67.4mpa，浸水90d强度保持率为95.44％；将所有粉料按对比例2的配比称量并混合均匀，再经密封储存90天后，修补材料的需水量明显提高，且各项性能指标大幅下降。
对比例3
缓凝剂采用工业级硼砂。
一种易施工高粘结立面修补材料，其各组分的质量百分比为：石英砂：30.5％、金属氧化物：22.0％、水镁石粉：18.0％、磷酸二氢铵：11.5％、滑石粉：4％、硅灰：4％、黄原胶：1.5％、引气剂：0.03％、缓凝剂：1.97％、水：6.5％。
修补材料的制备方法与实施例1相同。
对制备的立面修补材料的性能指标进行分析，测试结果见表1。由表1中对比例3对应的数据结果可知，修补材料具有良好的施工性和抗流挂性能，3h和28d粘结拉拔强度分别为1.30mpa和3.91mpa，1h和28d抗压强度分别为27.9mpa和65.8mpa，浸水90d强度保持率为94.61％；将所有粉料按对比例3的配比称量并混合均匀，再经密封储存90天后，修补材料的需水量明显提高，且各项性能指标大幅下降，实施例1～6的存储性能明显优于对比例2和对比例3。
可以看出对比例2和对比例3不能配制成单组分产品，只能配制成双组份或多组分产品；而实施例1～6可以配制成单组分产品，施工现场使用更为方便，品质也更有保证，有利于该材料技术的推广与应用。
对立面修补材料性能指标的分析，应综合考虑施工性、粘聚性、抗流挂性、粘结强度和自身力学性能等。对于修补砂浆产品，其存储性也是重要的性能指标之一。上述实施例和对比例的实施情况如表1所示。
表1
注：①“*”表示将所有粉料按比例称好，混合均匀后密封储存90天，再加水搅拌并进行性能测试，对比例1和对比例2在储存90天后，水用量的质量百分比增至12％和11％。
②浸水90天强度保持率采用浸水前后抗压强度的比值表征。
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项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。