一种水泥基仿石微表路面修复结构及制备工艺的制作方法

本发明属于混凝土路面修复技术领域，涉及一种水泥基仿石微表路面修复结构及制备工艺。

背景技术：

微表处技术是一种路面修复养护技术，最早来自于沥青基修复材料，水泥基微表是类似于沥青微表的路面表层修复材料，其水泥砂浆为基础配比，利用薄层修复砂浆对路面表层进行修复，可针对老旧混凝土路面起砂、漏石等结构物表面损坏的现象进行修复，因而越来越多的被应用于道路养护修复中，提升路面的使用寿命，并减少养护费用。

随着水泥基微表处材料的发展，研究人员对微表处材料的组分设计，结构设置以及制备技术等进行的大量的探索研究。现有的研究大多从下述两个方面对水泥基材料进行改进：1)优化水泥基材料的配合比，可实现微表修复层的超快速固化，大幅提高了路面的修复效率。2)通过引入聚合组分，可显著改善薄层砂浆的粘接能力，提升材料的使用耐久性，利用聚合物组分的改性处理，可充分提升双组分微表处材料的使用性能，进一步的，利用聚合组分添加耐磨填料后，可充分提升材料的耐磨性能。

综上所述，通过材料组织-结构-性能的优化，现有水泥基微表处体系能充分满足水泥基路面的修复功用。然而，随着材料的功能化发展，此类材料被越来越多的应用在多领域中，而相应的，对材料的要求也相应提高。除了在力学性能的要求之外，也提出了其他的表观要求，如最终固化形成彩色的质感等。这就要求我们必须发展一种新的水泥基微表处材料，能够满足力学性能和更高的表观要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中，水泥基微表处材料难以达到类似石材的表观质感的缺点，提供一种水泥基仿石微表路面修复结构及制备工艺。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种水泥基仿石微表路面修复结构，包括微表基层和位于微表基层上方的专用集料层；

微表基层为水泥基聚合物砂浆，水泥基聚合物砂浆由质量比为1:(1.3～1.6)的乳液和混合粉料混合组成；所述乳液为硅烷乳液、水性环氧乳液和丁苯乳液中的一种或多种；

混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒、减水剂组成，水泥、石英砂、纤维绒、减水剂的质量比为(0.4～0.45)：(0.25～0.35)：(0.1～0.2)：(0.02～0.05)；

专用集料层由乳液和专用集料按照(0.45～0.65)：(0.35～0.5)的质量比混合组成；专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，铁粉、水泥和砂粉的质量比为(3～5)：(2～3)：(1～2)。

优选地，所述微表基层的厚度为3～5毫米；所述专用集料层的厚度为200～500微米。

优选地，所述乳液的质量百分比为43％～50％；乳液中的溶剂为蒸馏水。

优选地，所述水泥为p.o42.5超白水泥；所述石英砂的粒径为50～100目。

优选地，所述纤维绒的长度为3～6mm；纤维绒为岩棉、石棉绒和玻璃绒的一种或多种；所述纤维绒材料使用之前利用硅溶胶进行预处理。

进一步优选地，所述纤维绒材料采用硅溶胶预处理，预处理过程具体为：纤维绒与硅溶胶以1：(5～8)的质量比混合反应，反应时间为5～8小时，反应过程中加入界面剂，界面剂的添加量为纤维绒质量的5～10％。

进一步优选地，反应温度为60～80℃。

进一步优选地，界面剂为kh550、kh560和钛酸丁酯中的任意一种。

优选地，所述减水剂为萘系、聚羧酸系和磺酸系粉体减水剂中的一种或多种。

优选地，所述铁粉为片状铁粉，片层直径为2～4毫米。

一种所述水泥基仿石微表路面修复结构的制备工艺，包括如下步骤：

步骤1)混凝土路面表层铣刨至基层裸露，并对基层进行处理；

步骤2)将水泥基聚合物砂浆刮涂在混凝土基层上；

步骤3)在微表基层上喷涂专用集料层，得到复合涂料层，对复合涂料层依次进行滚平、干燥和抛光处理，得到水泥基仿石微表路面修复结构。

优选地，步骤1)所述的对基层进行处理具体是向基层表面喷洒渗透剂；所述渗透剂为水性环氧乳液。

优选地，步骤2)所述的刮涂厚度为3～5mm；

优选地，步骤3)所述专用集料层均匀喷涂有2～3层；所述专用集料层的厚度为200～500微米。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种水泥基仿石微表路面修复结构，以聚合物水泥基层和专用集料层作为材料主体。其中聚合物水泥基层由复合乳液和超白水泥，纤维绒，减水剂，石英砂混合固化形成；专用集料层有复合乳液和超白水泥，片状铁粉，黑色砂粉混合喷洒固化而成。本发明中基层微表基层采用大粒径单一级配石英砂与纤维绒作为添加料，单一级配石英砂会形成非致密的框架式多孔结构，此结构的设计目的在于有利于专用集料层中片状铁粉以及黑色砂粉的填充，由于专用集料中铁粉是片状，因而在配合滚平工艺中，会形成非定向的排布，与基层超白水泥搭配形成二维片状或一维线状的表观可视形貌。此结构在搭配高掺量改性纤维绒材料后，经固化、抛光处理后可形成类似天然石材的表观特征，而改性后的纤维绒表面的硅基团可与水泥基发生反应，强化材料体系的内部结合力。

本发明还公开了一种水泥基仿石微表路面修复结构的制备工艺，该方法是在破损混凝土表面铣刨清理后，喷撒水性环氧渗透剂，之后进行水泥基微表基层刮涂，基层未表干前喷涂专用集料浆料，改用不锈钢辊进行多次滚平处理，待结构固化后进行表面抛光处理，最终形成具有良好耐久性能的微表路面修复结构。通过材料体系的调整和制备工艺的优化，使得制备的微表路面修复结构拥有类似石材的表观状态。该制备工艺操作简单，无需贵重的仪器，实用性较强，适合大范围推广应用。

附图说明

图1为实施例2制备的水泥基仿石微表路面修复结构的表观形貌图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种水泥基仿石微表路面修复结构的制备工艺，包括如下步骤：

步骤1)混凝土路面表层铣刨至基层裸露，并对基层进行处理；

具体是向基层表面喷洒渗透剂；所述渗透剂为水性环氧乳液。

步骤2)将水泥基聚合物砂浆喷涂在基层上，形成微表基层，对微表基层进行刮涂，刮涂厚度为3～5mm；

步骤3)在微表基层上喷涂专用集料层，专用集料层均匀喷涂有2～3层，得到复合涂料层，对复合涂料层依次进行滚平、干燥和抛光处理，得到水泥基仿石微表路面修复材料。

实施例1

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.3；乳液水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒、减水剂组成，其质量比为0.4：0.25：0.2：0.02。其中，乳液的质量百分比为43％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为100目，纤维绒为岩棉，纤维绒的长度为5毫米；减水剂为萘系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:6混合，在反应釜中预处理温度为60℃，搅拌速率为80转/分钟，反应时间7小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为kh560，界面剂的掺量为纤维绒质量的5％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.45：0.35。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为3：2：1。片状铁粉的直径为2mm，砂粉为黑色彩砂，粒径为500目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为28mpa，28天抗折强度为12mpa，粘接强度为2.6mpa，表层为微黄色表面黑色纹理仿石质感。

实施例2：

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.5；乳液硅烷乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒、减水剂组成，其质量比为0.45：0.35：0.1：0.05。其中，乳液的质量百分比为50％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为50目，纤维绒为岩棉，纤维绒的长度为5毫米；减水剂为萘系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:6混合，在反应釜中预处理温度为70℃，搅拌速率为90转/分钟，反应时间6小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为kh550，界面剂的掺量为纤维绒质量的6％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.55：0.45。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥、砂粉组成，质量比为3：3：2。片状铁粉的直径为4毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为800目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为32mpa，28天抗折强度为10mpa，粘接强度为2.2mpa，表层为白底黑片仿石质感，如图1所示，由图1可知，图中黑色物质为专用集料层的片状铁粉和黑色砂粉，白色区域为以超白水泥基材料构成的微表基层。

实施例3：

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.6；乳液水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒、减水剂组成，其质量比为0.4：0.3：0.18：0.02。其中，乳液的质量百分比为45％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为100目，纤维绒为石棉绒，纤维绒的长度为5毫米；减水剂为磺酸系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:8混合，在反应釜中预处理温度为70℃，搅拌速率为100转/分钟，反应时间8小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为钛酸丁酯，界面剂的掺量为纤维绒质量的7％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.6：0.4。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为3：3：2。片状铁粉的直径为2毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为800目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为28mpa，28天抗折强度为10.5mpa，粘接强度为2.1mpa，表层为白底黑色微片仿石质感。

实施例4：

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.5；乳液水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒和减水剂组成，其质量比为0.45：0.3：0.13：0.03。其中，乳液的质量百分比为47％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为100目，纤维绒为岩棉，纤维绒的长度为5毫米；减水剂为聚羧酸系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:7混合，在反应釜中预处理温度为80℃，搅拌速率为80转/分钟，反应时间8小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为钛酸丁酯，界面剂的掺量为纤维绒质量的10％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.5：0.5。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为3：3：1。片状铁粉的直径为2毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为500目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为30mpa，28天抗折强度为9.5mpa，粘接强度为2.3mpa，表层为微黄色底黑色微片仿石质感。

实施例5

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.4；乳液选用水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒和减水剂组成，其质量比为0.42：0.35：0.18：0.04。其中，乳液的质量百分比为48％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为50目，纤维绒为岩棉，纤维绒的长度为6毫米；减水剂为聚羧酸系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:5混合，在反应釜中预处理温度为60℃，搅拌速率为80转/分钟，反应时间5小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为kh550，界面剂的掺量为纤维绒质量的5％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.65：0.5。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为5：3：1。片状铁粉的直径为2毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为500目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为30mpa，28天抗折强度为10.5mpa，粘接强度为2.6mpa，表层为微黄底黑色微片仿石质感。

实施例6

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.35；乳液水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒和减水剂组成，其质量比为0.44：0.32：0.2：0.03。其中，乳液的质量百分比为44％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为50目，纤维绒为玻璃绒，纤维绒的长度为5毫米；减水剂为聚羧酸系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:5混合，在反应釜中预处理温度为70℃，搅拌速率为90转/分钟，反应时间6小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为kh560，界面剂的掺量为纤维绒质量的6％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.45：0.35。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为4：3：2。片状铁粉的直径为3毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为500目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为30mpa，28天抗折强度为13mpa，粘接强度为2.7mpa，表层为白底黑色微片仿石质感。

实施例7

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.58；乳液水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒和减水剂组成，其质量比为0.43：0.3：0.15：0.05。其中，乳液的质量百分比为47％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为100目，纤维绒为岩棉，纤维绒的长度为5毫米；减水剂为聚羧酸系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:7混合，在反应釜中预处理温度为70℃，搅拌速率为90转/分钟，反应时间7小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为kh560，界面剂的掺量为纤维绒质量的9％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.6：0.5。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为5：2：1。片状铁粉的直径为2毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为600目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为29mpa，28天抗折强度为12mpa，粘接强度为2.5mpa，表层为微黄底黑色微片仿石质感。

实施例8

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.55；乳液水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒和减水剂组成，其质量比为0.45：0.25：0.1：0.04。其中，乳液的质量百分比为49％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为50目，纤维绒为石棉绒，纤维绒的长度为4毫米。减水剂为萘系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:6混合，在反应釜中预处理温度为80℃，搅拌速率为100转/分钟，反应时间7小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为kh550，界面剂的掺量为纤维绒质量的7％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.6：0.35。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为5：2：2。片状铁粉的直径为3毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为800目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为31mpa，28天抗折强度为12mpa，粘接强度为2.6mpa，表层为微黄底黑色微片仿石质感。

实施例9

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.45；乳液水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒和减水剂组成，其质量比为0.43：0.35：0.12：0.03。其中，乳液的质量百分比为45％，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为50目，纤维绒为石棉绒，纤维绒的长度为6毫米。减水剂为聚羧酸系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:8混合，在反应釜中预处理温度为80℃，搅拌速率为60转/分钟，反应时间8小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为kh550，界面剂的掺量为纤维绒质量的8％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.45：0.5。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为4：2：1。片状铁粉的直径为3毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为500目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为31mpa，28天抗折强度为10mpa，粘接强度为2.4mpa，表层为白底黑色微片仿石质感。

实施例10

微表基层为水泥基聚合物砂浆，由乳液和混合粉料组成，质量比为1:1.47；乳液水性环氧乳液。混合粉料由水泥、石英砂、纤维绒和减水剂组成，其质量比为0.45：0.28：0.1：0.03。其中，乳液与水的比例为1:1.15，聚合物水泥基层的水泥为p.o42.5超白水泥，石英砂粒径为50目，纤维绒为玻璃绒，纤维绒的长度为6毫米。减水剂为聚羧酸系减水剂。

所述纤维绒使用之前利用硅溶胶进行预处理，预处理过程包括：纤维绒与硅溶胶以质量比为1:5混合，在反应釜中预处理温度为80℃，搅拌速率为90转/分钟，反应时间8小时，反映过程中加入界面剂，界面剂为钛酸丁酯，界面剂的掺量为纤维绒质量的8％。

专用集料层中乳液与专用集料的质量比为0.55：0.45。乳液为水性环氧乳液，专用集料由铁粉、水泥和砂粉组成，质量比为5：3：2。片状铁粉的直径为2毫米，砂粉为黑色彩砂，粒径为500目。

按照上述制备工艺进行制备，制备得到水泥基仿石微表路面修复结构，该结构的28天抗压强度为32mpa，28天抗折强度为11mpa，粘接强度为2.2mpa，表层为白底黑色微片仿石质感。

上述实施例制得的水泥基仿石微表路面修复结构的性能表征结果参见表1。

表1实施例制备的水泥基仿石微表路面修复结构的性能结果

由表1可知，本发明制得的水泥基仿石微表路面修复结构在28天内的抗压强度为28～32mpa，抗折强度为9.5～13mpa，粘结强度为2.1～2.7mpa；在90天内的摩擦系数基本稳定不变，可以接近c30混凝土的力学性能等级，在此基础上，还具有类似石材的表观状态。

综上所述，相比于现有技术，本发明的水泥基仿石微表路面修复结构采用粗石英砂和预处理高活性纤维绒作为基层微表添加组分，通过独特工艺将专用基料层与基层相结合，可形成一种类似石材特质的水泥基方式的微表路面修复层。上述实施例制备的水泥基仿石微表路面修复结构可接近c30混凝土的力学性能等级，并拥有较高的摩擦系数保持值，可根据具体应用场景，形成不同的类似石材的地面修复层。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。