本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种应用于混凝土道路、桥梁以及厂房混凝土地坪中局部破损部位快速修补的混凝土基层局部破损快速修补砂浆及其制备方法。
背景技术：
混凝土和钢筋混凝土作为主要的建筑材料广泛应用于各种领域。由于混凝土结构设计不合理、施工缺陷、环境侵蚀、维护不当等原因及其自身的老化，混凝土构筑物在长期的使用过程中，受到重荷载、冻融循环、氯离子的渗透、表面磨蚀、腐蚀介质的侵蚀等因素的影响，许多混凝土局部出现了开裂、剥落、空鼓等现象，严重影响混凝土结构的正常使用，大大地影响了工程的使用寿命，并且带来很大的安全隐患和经济损失。
现有的修补砂浆包括无机修补砂浆、聚合物修补材料以及聚合物改性修补材料。其中，无机修补材砂浆具有强度高和相容性好优点，但存在粘度高施工性差、粘结强度低以及美观性差问题；聚合物修补材料以各种聚合物作为胶结料，具有粘结强度高、养护时间短、耐久性好等突出优点，但与水泥基材相容性不好且成本高；聚合物改性修补材料利用聚合物对水泥基材料进行改性，虽然一定程度上提高了修补材料与水泥基材的相容性，但是成本太高，影响了这种修补材料的应用。另外，新老混凝土界面抗剪粘结强度是混凝土基层局部修补技术的关键。新老混凝土界面抗剪粘结强度远小于新修补混凝土抗剪强度及老混凝土抗剪强度，当新老混凝土复合结构受到由荷载或环境因素引发的剪切破坏应力的作用后，新老混凝土粘结界面成为剪切破坏的薄弱环节。若新老混凝土界面抗剪粘结强度不足，会引起新老混凝土粘结复合结构破坏，最终导致混凝土局部修补失败。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种混凝土基层局部破损快速修补砂浆及其制备方法，本发明通过调整配方和配比，掺入多种微量的外加剂，改善砂浆基体孔结构，增加砂浆的密实性，改善修补混凝土的施工性能和收缩性能，降低修补砂浆的收缩性，并且浇筑完毕在较短时间内强度发展迅速，达到混凝土基层局部快速修补的应用要求。
本发明是这样实现的：
一种混凝土基层局部破损快速修补砂浆，其特征在于，包括以下重量份数的原料：骨料50-70份、复合水泥20-30份、丁苯乳液4-8份、偶联剂1-3份、复合减缩剂0.5-2份、憎水剂0.1-0.5份、石墨烯分散液0.1-0.5份、聚丙烯纤维0.1-0.5份；所属复合水泥包括氟铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的质量比为2-3:1，所述骨料采用天然砂，天然砂的粒径为30-120目，其中，30-50目占15%，51-80目占55%，81-120目占30%。
进一步优选，所述丁苯乳液的固体含量为45-50%，丁苯乳液采用济南欧都新材料科技有限公司生产的。
进一步优选，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-560。
进一步优选，所述复合减缩剂为胶粉、硅粉和消泡剂的混合物，所述胶粉、硅粉和消泡剂的重量比为1:0.5:1-2。
进一步优选，所述憎水剂为有机硅憎水剂，有机硅憎水剂采用的江苏兆佳建材科技有限公司生产。
进一步优选，所述石墨烯分散液为羧基化氧化石墨烯分散液，所述羧基化氧化石墨烯分散液的质量分数为15mg/ml。
进一步优选，所述羧基化氧化石墨烯分散液的制备方法为将羧基化氧化石墨烯加入到水中，进行超声处理，水浴超声至无沉淀沉积，使羧基化氧化石墨烯充分分散于水中，得到羧基化氧化石墨分散液，羧基化氧化石墨与水的重量比为5-8:1。
进一步优选，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，所述改性聚丙烯纤维的制备方法为将干燥后的聚丙烯纤维放入铬酸溶液中，室温浸泡1-2小时进行反应，反应后的聚丙烯纤维经洗涤，过滤、干燥至恒重，得到改性聚丙烯纤维。
进一步优选，所述铬酸溶液为制备方法为按质量配比取k2cr2o7、h2o、kmno4和浓h2so4混合、反应得到铬酸溶液，所述k2cr2o7、h2o、kmno4和浓h2so4的质量比为2:5:1:0.5。
本发明的混凝土基层局部破损快速修补砂浆的制备方法，包括以下步骤：
s1、先将丁苯乳液加水稀释，丁苯乳液与水的体积比为1:5-8，再将羧基化氧化石墨烯分散液加入，搅拌至其完全均匀得到混合物溶液；
s2、骨料、复合水泥、偶联剂、复合减缩剂、憎水剂和聚丙烯纤维按比例依次加入搅拌机中搅拌3-5分钟；在搅拌状态下，将s1步骤中的混合物溶液缓慢倒入搅拌机内，混合物溶液加完后继续搅拌3-5min，得到混凝土基层局部破损快速修补砂浆。
本发明混凝土基层局部破损快速修补砂浆的使用方法为：
将需要修补的区域内的碎石及松动的混凝土剔除，粉尘等清理干净，用高压枪将地面或者修补基层彻底冲刷干净，并将水留在地面或者修补基层一段时间，充分湿润后将水清理干净；按照水灰比为0.15-0.25:1进行搅拌混合均匀后倒入地面或者修补基层，立即用抹子或刮尺抹平收光，修补砂浆操作时间控制在30分钟内，修补完成终凝后，自然养护三个小时即可使用。
本发明突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明的混凝土基层局部破损快速修补砂浆以复合水泥、骨料为原料，通过调整配方和配比，掺入多种微量的外加剂，改善砂浆基体孔结构，增加砂浆的密实性，改善修补混凝土的施工性能和收缩性能，降低修补砂浆的收缩性，并且通过加入羧基化氧化石墨烯分散液和改性聚丙烯纤维，能够改善新老混凝土界面抗剪粘结强度，提高界面弯拉强度，显著提高砂浆混凝土的力学性能和耐久性能。
2、本发明采用级配良好的粗细骨料可以形成密实空间结构，降低空隙率，减少水泥石相对用量，进而减少混凝土修补砂浆的收缩。
3、本发明采用氟铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥复配的复合水泥，复合水泥微观结构致密，内表面积增加，孔隙平均半径显著降低，硬化速度快、需水量少，和易性好，极大提高了砂浆的强度。
4、本发明采用的丁苯乳液能够改善修补混凝土的施工性能和收缩性能，极大提高修补混凝土的抗压、抗折强度，改善了混凝土的各项物理力学性能。
5、本发明采用的硅烷偶联剂与混凝土发生化学反应，提高了早期混凝土的防水性能和抗氯离子渗透性能；硅烷偶联剂的改性原理是：硅烷偶联剂与混凝土发生脱水缩合反应及以形成氢键方式生成硅氧烷聚合物，该聚合物覆盖在混凝土的表面形成一张憎水网膜；在混凝土内部通过化学键紧密连接水泥石与骨料、水泥石与水泥石，从而改善混凝土内部结构。
6、采用的复合减缩剂不仅能有效消除混凝土中的气泡，降低混凝土内部的孔隙率，改善混凝土的孔结构和密实性，从而有利于减小混凝土的收缩量，并且增强混凝土的强度。
7、本发明采用的憎水剂能够有效抑制砂浆中自由水分的扩散，对修补砂浆早期干燥收缩和失水收缩具有很好的抑制效果，能有效增强砂浆的韧性，降低混凝土的压折比，大幅度提高修补砂浆韧性，降低修补砂浆的收缩性。
8、本发明采用自制的羧基化氧化石墨烯分散液，羧基化氧化石墨烯表面含有羟基、环氧基和羧基等含氧官能团，使得羧基化氧化石墨烯分散液优良的化学活性和浸润性能，有利于改善水泥浆体系在混合过程中的流动性，激发水化产物的活性，促使多种水化反应形成晶体，改善晶体分布不均和水化产物密实度不够而引起的强度损失，能够改善新老混凝土界面抗剪粘结强度，提高界面弯拉强度，显著提高砂浆混凝土的力学性能和耐久性能。
9、本发明加入微量改性后的聚丙烯纤维，改善聚丙烯纤维在水泥基材料中的分散性能，提高纤维与基层材料之间的粘结强度，提高新老混凝土界面抗剪粘结强度；改性聚丙烯纤维还有助于改善修补砂浆的性能，在水泥砂浆失水干缩时，利用改性聚丙烯纤维的高弹模特性，有利于阻止微裂纹的出现扩展，提高砂浆的抗裂性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作以下说明。
实施例1
原料（按重量份数计）：
骨料50份、复合水泥20份、丁苯乳液4份、偶联剂1份、复合减缩剂0.5份、憎水剂0.1份、石墨烯分散液0.1份、聚丙烯纤维0.1份。
制备方法：
s1、先将丁苯乳液加水稀释，丁苯乳液与水的体积比为1:5-8，再将羧基化氧化石墨烯分散液加入，搅拌至其完全均匀得到混合物溶液；
s2、骨料、复合水泥、偶联剂、复合减缩剂、憎水剂和聚丙烯纤维按比例依次加入搅拌机中搅拌3-5分钟；在搅拌状态下，将s1步骤中的混合物溶液缓慢倒入搅拌机内，混合物溶液加完后继续搅拌3-5min，得到混凝土基层局部破损快速修补砂浆。
实施例2
骨料70份、复合水泥30份、丁苯乳液8份、偶联剂3份、复合减缩剂2份、憎水剂0.5份、石墨烯分散液0.5份、聚丙烯纤维0.5份。
以上混凝土基层局部破损快速修补砂浆的制备方法同实施例1。
实施例3
骨料60份、复合水泥25份、丁苯乳液5份、偶联剂2份、复合减缩剂1份、憎水剂0.2份、石墨烯分散液0.2份、聚丙烯纤维0.2份。
以上混凝土基层局部破损快速修补砂浆的制备方法同实施例1。
实施例4
骨料65份、复合水泥28份、丁苯乳液6份、偶联剂2.5份、复合减缩剂1.5份、憎水剂0.3份、石墨烯分散液0.3份、聚丙烯纤维0.3份。
以上混凝土基层局部破损快速修补砂浆的制备方法同实施例1。
试验效果
本发明混凝土基层局部破损快速修补砂浆实施例1-4检测性能参数如下：
按照标准《jct2381-2016》对本发明实施例1-4的修补砂浆进行试验，每个实施例按照标准要求做5次试验，试验结果取平均值，试验结果如下：