一种复合改性水泥修复料的制备方法及其应用与流程

本发明公路养护技术领域；具体涉及一种复合改性水泥修复料的制备方法及其应用。

背景技术：

水泥混凝土路面因其稳定性好、强度高、养护费用低和使用年限长等优点，广泛应用于我国各等级公路。大量的水泥混凝土道路在交通荷载和自然环境下，比如超重、雨水侵蚀、盐侵蚀、冻融循环等，水泥混凝土路面病害尤其是混凝土表层病害日益严重。如果不加处理，任其自由发展，会逐渐引发水泥路面沉陷、碎裂、拱起和脱空等深层结构病害，导致整个路面由于使用性能的恶化需要重新铺装，造成资源浪费和经济损失。

目前，国内外针对混凝土路面的快速修复技术、材料以及相关技术规范化的研究，取得了一系列的成果。但是，仍然存在一些问题。首先，寒区耐久性差。特种水泥类修补材料后期强度会降低，耐磨性差，在寒区应用时，抗融雪剂腐蚀、抗冻融循环、抗冲击等性能均不足。其次，新旧混凝土粘结性能不足。由于修复层与原水泥面层的弹性模量与线性膨胀系数存在差异，使新旧混凝土界面粘结处成为整个结构的薄弱环节。最后，开放交通时间较长。目前施工用水泥修复材料需要较长时间进行养护，期间设置的交通管制手段，会严重影响交通通行。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种(新型)复合改性水泥(快速)修复料和制备方法及其应用。

本发明的目的之一在于提供一种复合改性水泥修复料，由聚合物水泥砂浆预混物和水组成，所述聚合物水泥砂浆预混物由聚合物水泥混合物和细集料组成，所述聚合物水泥混合物包括以下原料制备而成：水泥90份～95份，纤维0.05份～0.15份，硅灰4份～8份，可分散乳胶粉0.2份～0.6份。本发明中，以此成份及配比范围制成的聚合物水泥混合物具有更好的力学强度和韧性，从而使铺筑后的修复层具有更好的路用性能和耐久性。

根据本发明的一些优选实施方式，按质量份数计，所述聚合物水泥混合物由以下原料制备而成：水泥92份～94份，纤维0.07份～0.1份，硅灰5份～7份，可分散乳胶粉0.3份～0.4份，减水剂0.8份～1.2份，消泡剂0.08份～0.1份；优选为水泥93份、纤维0.1份、硅灰5.5份、可分散乳胶粉0.4份、减水剂0.9份、消泡剂0.1份。本发明意外发现采用上述优选材料配比的复合改性水泥快速修复料综合性能大幅提升，具有优异的修复效果。

根据本发明的一些优选实施方式，所述聚合物水泥砂浆预混物与所述水的质量比为30～65:2～4；和/或，所述的聚合物水泥混合物与所述细集料的质量比为10～12:11～13。

根据本发明的一些优选实施方式，所述可分散乳胶粉选自乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中的一种或多种，优选为醋酸乙烯酯或乙烯共聚型乳胶粉，会使修复料具有更好的改性效果。

根据本发明的一些优选实施方式，所述纤维选自聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚乙烯纤维中的一种或多种，优选为聚丙烯纤维，会使修复料具有更好的柔韧性，同时改善修复料综合性能。

根据本发明的一些优选实施方式，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥，优选为42.5级快硬硫铝酸盐水泥；和/或，所述硅灰的粒径为0.1～0.15μm。

根据本发明的一些优选实施方式，所述细骨料的最大粒径为4.75mm，优选为细度模数为2.6，最大粒径为4.75mm的石英砂；和/或，所述减水剂为粉状fdn-c萘系高效减水剂，优选所述减水剂主要成分为β-萘磺酸盐甲醛缩合物；和/或，所述消泡剂为粉状固体消泡剂，优选所述消泡剂主要成分为聚硅氧烷。

本发明另一方面提供一种所述的复合改性水泥修复料的制备方法，包括如下步骤：

步骤2)，按配比称取水泥、纤维、硅灰、可分散乳胶粉、减水剂、消泡剂，混合搅拌均匀，得到聚合物水泥混合物；

步骤3)，按比例向所述聚合物水泥混合物中加入细集料，混合搅拌均匀，即得聚合物水泥砂浆预混物；

步骤4)，按比例向所述聚合物水泥砂浆预混物中加入水，混合搅拌均匀，即得复合改性水泥修复料。

根据本发明的一些优选实施方式，包括以下步骤：

步骤1)，用标准筛筛取出4.75mm的细骨料，在80℃烘箱中烘干后备用；

步骤2)，按配比称取水泥、纤维、硅灰、可分散乳胶粉、减水剂、消泡剂，混合搅拌均匀，得到聚合物水泥混合物，混合搅拌均匀，搅拌转速为500转/分，搅拌时间为10分钟，即得聚合物水泥混合物；

步骤3)，按比例向所述聚合物水泥混合物中加入细集料，混合搅拌均匀，搅拌转速为500转/分，搅拌时间为10分钟，即得聚合物水泥砂浆预混物；

步骤4)，按比例向所述聚合物水泥砂浆预混物中加入水，混合搅拌均匀，搅拌转速为1000转/分，搅拌时间为5分钟，即得复合改性水泥修复料。

本发明再一方面提供所述的复合改性水泥修复料在水泥混凝土表层病害修复中的应用，优选在高寒地区水泥混凝土表层病害修复中的应用；本发明的复合改性水泥修复料对于高寒地区的水泥混凝土具有很好的病害修复效果，克服了当前在高寒地区应用水泥混凝土表层病害修复中所存在的诸多技术障碍，具有很好的应用前景。

优选的，施工包括以下步骤：

步骤(1)确定材料机具到位，对施工路段进行部分交通封闭，设置安全警示墩和/或改道提示牌；

步骤(2)对混凝土路面待修复区域放线定位，修复区域的面积大于病害区域；

步骤(3)使用小型路面铣刨机对修复区域进行铣刨处理，铣刨深度优选为3～5mm；

步骤(4)将路表混凝土碎屑及灰尘清除；

步骤(5)对混凝土表面进行施水，待作业面饱和无明水时，将所述复合改性水泥快速修复料摊铺在修复区域；

步骤(6)将修复料摊铺均匀，使其与原路面标高保持一致；

步骤(7)待初凝后10～20分钟，优选15分钟进行表面压纹抗滑处理，此条件下可以获得更好的施工和易性。

本发明的有益效果至少在于：

1)本发明应用广泛，提供的复合改性水泥快速修复料可用于高速公路、收费站、飞机场、桥梁等水泥混凝土路面的蜂窝，麻面、起砂，起皮，冻融、露骨及微细裂纹等表层病害的快速修复；

2)与其他修复材料相比，施工性能优异，具有更高的早期强度，能快速达到通车要求，因此养护时间短，可快速开放交通；

3)修补厚度在3～10mm左右，具有可靠的力学强度同时，有着更好的柔韧性和密实度，具有良好的抗腐蚀、抗冲击、抗冻的特点，因此使修补层具备更好的耐久性；

4)材料适应性好，与原有水泥路面界面粘结力强，不仅可与各种病害部位有效粘接，而且对病害部位有很好的补强和支撑作用，因此能有效的延缓和改善道路病害的扩散和蔓延，延长道路使用寿命。

附图说明

图1为试验例1中修补前原旧水泥混凝土路面图；

图2为试验例1中修补后水泥混凝土路面效果图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。本发明中所用的原料均可在国内产品市场方便买到。

实施例1

(1)用标准筛筛取出4.75mm的细骨料，在80℃烘箱中烘干后备用；

(2)材料配比:称取42.5级快硬硫铝酸盐水泥93份、聚丙烯纤维0.1份、硅灰5.5份、醋酸乙烯酯可分散乳胶粉0.4份、fdn-c萘系高效减水剂0.9份、聚硅氧烷消泡剂0.1份，混合搅拌均匀，每分钟500转，搅拌时间为10分钟，即可得到聚合物水泥混合物；

(3)称取12kg聚合物水泥混合物，向其中加入细集料13kg，混合搅拌均匀，每分钟500转，搅拌时间为10分钟，即可得到砂浆25kg；

(4)向砂浆中加入1.6kg的水，混合搅拌均匀，每分钟1000转，搅拌时间为5分钟，即得复合改性水泥快速修复料。

实施例2

采用实施例1的方法，不同之处在于，聚合物水泥混合物的配方为42.5级快硬硫铝酸盐水泥93.3份、聚丙烯纤维0.07份、硅灰5.5份、醋酸乙烯酯可分散乳胶粉0.4份、fdn-c萘系高效减水剂0.9份、聚硅氧烷消泡剂0.1份。

实施例3

采用实施例1的方法，不同之处在于，聚合物水泥混合物的配方为42.5级快硬硫铝酸盐水泥92.5份、聚丙烯纤维0.13份、硅灰5.7份、醋酸乙烯酯可分散乳胶粉0.4份、fdn-c萘系高效减水剂0.9份、聚硅氧烷消泡剂0.1份。

实施例4

采用实施例1的方法，不同之处在于，聚合物水泥混合物的配方为42.5级快硬硫铝酸盐水泥94份、聚丙烯纤维0.1份、硅灰4.5份、醋酸乙烯酯可分散乳胶粉0.4份、fdn-c萘系高效减水剂0.9份、聚硅氧烷消泡剂0.1份。

实施例5

采用实施例1的方法，不同之处在于，聚合物水泥混合物的配方为42.5级快硬硫铝酸盐水泥93.2份、聚丙烯纤维0.1份、硅灰5.5份、醋酸乙烯酯可分散乳胶粉0.2份、fdn-c萘系高效减水剂0.9份、聚硅氧烷消泡剂0.1份。养护28天性能测试结果如表1所示：

表1不同配比下各实(施)例修复料28天性能测试结果

可以看到材料配比实(施)例1下修补料可以保证足够的抗压和抗折强度前提下，最大程度的提高新修复水泥路面的抗冲击韧性和新旧水泥界面粘结强度，同时降低了抗压强度和抗折强度的盐侵蚀损失率和干缩比，200次冻融循环下的抗压和抗折强度损失率也达到最小值，从而保证新修复水泥路面的路用性能优良耐久的使用要求。

试验例1

为了进一步检测本发明新型复合改性水泥快速修复料施工效果，在齐齐哈尔市嫩泰高速大兴收费站进行了试验段铺筑，如图1-2所示，本试验例中，图1为修补前原旧水泥混凝土路面；图2为同一路段修补后效果图。

将实施例1中材料配比提供的新型复合改性水泥快速修复料进行施工，步骤如下：

施工前应确定材料机具到位，对施工路段进行部分交通封闭，设置安全警示墩、改道提示牌并应有专人指挥来往车辆通行等确保施工路段安全；

对混凝土路面待修复区域放线定位，注意修复区域应稍大于病害区域；

使用小型路面铣刨机对修复区域进行铣刨处理，铣刨深度以3～5mm为宜，铣刨时可来回推动铣刨机使铣刨深度均匀，也可人工对原路面进行病害处理；

采用背包式吹风机或高压水冲洗将路表混凝土碎屑及灰尘清除；

清扫干净后对混凝土表面进行施水保证路面充分湿润浸泡，使作业面饱和无明水；

根据修复域面积，修复材料用量参照2kg/mm〃m²，制备复合改性水泥快速修复料；

人工将修复料摊铺均匀，使其与原路面标高保持一致；

待材料初凝后15分钟左右可进行表面压纹抗滑处理；

修复料在干燥环境下养护2h，即可开放交通。

本试验例中新型复合改性水泥快速修复料摊铺后30分钟即可固化成型，2h的抗压强度达到23mpa，1d的抗压强度达到46.4mpa，28d的抗压强度67mpa。

通过后期性能跟踪监测：复合改性水泥快速修复料施工性能优异、开放交通时间短、材料适应性好，与原路水泥面粘结性能良好，抗融雪剂腐蚀、抗冲击韧性以及抗冻融循环等方面性能良好，各项性能指标均至少达到行业标准中对水泥修复材料的技术要求，甚至表现出更优异的性能，表明该复合改性水泥快速修复料修复效果良好。

试验例2

采用试验例1的施工方法，不同之处在于，采用实施例3提供的新型复合改性水泥快速修复料的配比方案。本试验例新型复合改性水泥快速修复料摊铺后50分钟可固化成型，2h的抗压强度为20mpa，1d的抗压强度36.1mpa，28d的抗压强度65.4mpa。

可知在这一配比条件下，修补料摊铺后固化成型时间延长，早期强度形成缓慢，但后期强度与试验例1相接近，说明此配比下修补料延长了材料的养护时间，进而推迟了交通开放时间。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。