一种地聚物基快速修复砂浆、混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种地聚物基快速修复砂浆、混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、混凝土是当前使用最广泛的建筑材料，但在混凝土的使用过程中，常常出现由各种原因导致的破损或开裂等情况，进而影响其使用性能。为了保持混凝土材料能够继续正常使用，并尽量避免其使用寿命的缩短，需要使用修复材料对混凝土进行修复。而为了保证修复后的混凝土材料的使用性能不受影响并获得满意的修复效果，所用的修复材料需具有力学强度高、耐久性好，可与混凝土主体材料粘接牢固等基本特性。此外，在高速公路、机场跑道或停车场等场合的混凝土需要修复时，受施工时间的限制，还需修复材料具有凝结速度快和早期强度高的特点。

2、地质聚合物(简称地聚物)是一种以硅氧四面体和铝氧四面体组成的三维网状无机凝胶结构，具有凝结硬化快、早期强度高、耐久性优良及耐酸碱腐蚀等优点，这些优点使地聚物作为混凝土的快速修复材料成为可能。但是，除上述优点之外，地聚物还具有收缩率高、脆性大、易开裂及粘结强度低的缺陷，当将其作为快速修复材料对混凝土进行修复后，容易出现修复材料脱落及表面开裂的问题，虽然已有采用添加保水剂的方法来降低地聚物开裂的方法，但是在激发剂提供的强碱环境中仍无法达到防止砂浆开裂的效果。因此，现有地聚物尚无法同时满足快凝快硬、早期强度高、收缩率低、脆性小及粘结强度高的使用要求。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种地聚物基快速修复砂浆、混凝土及其制备方法，该地聚物基快速修复砂浆和混凝土具有快凝快硬、高早期强度及优良耐久性的同时，还具有低收缩率、高粘结强度、高抗折强度及高抗压强度，解决了现有地聚物快速修复材料易收缩、易开裂、易脱落及脆性较大的问题，且其制备方法简单易行。

2、为解决以上技术问题，本发明提供一种地聚物基快速修复砂浆，原料包括：

3、粉体料20wt％～30wt％、细骨料50wt％～60wt％、激发剂18wt％～22wt％、保水剂、减水剂、消泡剂和胶粉；

4、其中，所述粉体料包括粒径小于45μm的粉煤灰和比表面积大于600m2/kg的矿渣粉；所述保水剂的加入量为所述粉体料质量的2％～4％；所述保水剂包括纤维素类化合物、聚丙烯酰胺类化合物和硬脂酸钙，所述纤维素类化合物包括羟丙基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种，所述聚丙烯酰胺类化合物包括阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的至少一种。

5、本发明提供的地聚物基快速修复砂浆，以细骨料和具有特定粒径范围的粉体料为主原料，配合使用激发剂、特定种类的保水剂、减水剂、消泡剂和胶粉，具有低收缩率、高粘结强度、高抗折强度及高抗压强度。

6、首先，粒径小于45μm的粉煤灰和比表面积大于600m2/kg的矿渣粉具有更高活性，进而对激发剂具有更高的适应性，使激发剂在更宽泛的配比下依然能实现快凝快硬；同时，具有更高活性的粉煤灰和矿渣粉可以提高体系的反应速度，缩短反应时间，还可使砂浆的早期强度得到提高。上述粉煤灰和矿渣粉的粒径和比表面积可经球磨机研磨得到。

7、其次，本发明通过将至少三种不同的化合物复配得到保水剂，利用不同材料在地聚物反应过程中的作用机理和发挥作用的时期不同，使地聚物不仅可以在反应初期大量放热的强碱环境中实现保水，还可以使修复砂浆在凝结后的较长时间内仍能实现有效保水功能，降低了水分在地聚物反应阶段和修复砂浆凝结阶段的散失速度，避免了由于大量水分迅速蒸发使修复砂浆大幅收缩而导致的修复砂浆开裂或脱落的现象。

8、结合第一方面，所述减水剂的加入量为所述粉体料质量的0.5％～1％。

9、结合第一方面，所述消泡剂的加入量为所述粉体料质量的0.1％～0.3％。

10、结合第一方面，所述胶粉的加入量为所述粉体料质量的5％～8％。

11、上述减水剂、消泡剂和胶粉的加入量可使获得的地聚物基快速修复砂浆的综合性能更加优异。

12、结合第一方面，所述粉体料中，所述粉煤灰的质量占比为60％～80％，所述矿渣粉的质量占比为20％～40％。粉煤灰和矿渣粉均属于工业固废，本发明以粉煤灰和矿渣粉作为粉体料的原料，实现了对工业固废的资源化利用。

13、结合第一方面，在所述保水剂中，所述纤维素类化合物的质量占比为20％～30％。

14、结合第一方面，在所述保水剂中，所述聚丙烯酰胺类化合物的质量占比为40％～60％。

15、结合第一方面，在所述保水剂中，所述硬脂酸钙的质量占比为20％～30％。

16、按照上述配比组成的保水剂的效果更优，可使所得地聚物基快速修复砂浆具有更低的收缩率，从而不易开裂。

17、结合第一方面，所述纤维素类化合物的粘度为4～10万粘。

18、结合第一方面，所述聚丙烯酰胺类化合物的数均分子量为400～600万。

19、选择具有合适粘度的纤维素类化合物以及合适分子量的聚丙烯酰胺类化合物，可以保证砂浆制备过程中的粘度适中，进而更易混合均匀。

20、结合第一方面，所述细骨料包括石英砂、烘干河砂或尾矿砂中的至少一种。

21、结合第一方面，所述细骨料为粒径为0.075～4.75mm的连续级配砂。以该范围的连续级配砂为细骨料，可使所得地聚物基快速修复砂浆在凝固后具有更高的抗压强度和抗折强度。

22、结合第一方面，所述激发剂包括质量占比为65％～85％的水玻璃和质量占比为15％～35％的氢氧化钠溶液；其中，所述水玻璃的模数为2.0～2.2，波美度为40；所述氢氧化钠溶液的浓度为6～7mol/l。具有该组成和配比的激发剂可以使地聚物基快速修复砂浆具有更好的防开裂效果和更高的强度性能。

23、结合第一方面，所述减水剂为萘系减水剂或粉体聚羧酸减水剂。

24、结合第一方面，所述消泡剂为氧化铝或硅酸铝中的至少一种。

25、结合第一方面，所述胶粉为vae可再分散乳胶粉。

26、本发明所选择的减水剂、消泡剂和胶粉在该碱性砂浆体系中仍可以较好地发挥其作用，使所得地聚物基快速修复砂浆具有高粘结强度和低收缩率。

27、本发明的第二方面提供一种地聚物基快速修复砂浆的制备方法，按照如下步骤制备：

28、将所述粉体料、保水剂、减水剂、消泡剂和胶粉混合并搅拌均匀，加入所述细骨料搅拌均匀，再加入所述激发剂并搅拌均匀，静置4～6min，即得地聚物基混凝土快速修复砂浆。

29、本发明提供的地聚物基快速修复砂浆的制备方法，首先将粉体料、保水剂、减水剂、消泡剂和胶粉混合并搅拌均匀后再加入细骨料，可以避免由于大量细骨料的存在而使加入量较少的保水剂、减水剂、消泡剂和胶粉难以混合均匀的情况；在加入激发剂并搅拌均匀后静置一段时间，可以使由于搅拌产生的气泡逸出，避免气泡对砂浆的性能带来影响。该制备方法步骤简单，所需设备常规易得，易于实现规模化生产。

30、本发明的第三方面提供一种地聚物基快速修复混凝土，包括上述地聚物基快速修复砂浆、粒径为5～20mm的级配砂石骨料和混凝土激发剂；其中，所述砂石骨料与所述地聚物基快速修复砂浆中的粉体料的质量比为2～2.5：1，所述混凝土激发剂的质量为所述地聚物基快速修复砂浆中激发剂质量的20％～35％，所述混凝土激发剂与所述地聚物基快速修复砂浆中的激发剂的配方相同。

31、当需要修复的破损位置的深度较大时，仅采用地聚物基快速修复砂浆进行修复难以满足修复要求，故需要将粒径为5～20mm的级配砂石骨料作为增强组分与修复砂浆复配制得修复混凝土，以达到混凝土的修复要求。由于地聚物基快速修复混凝土中增加了砂石骨料，因此激发剂的用量也相应增加。

32、本发明的第四方面提供一种上述地聚物基快速修复混凝土的制备方法，具体为：向上述地聚物基快速修复砂浆中加入所述混凝土激发剂，搅拌均匀后加入所述砂石骨料，搅拌均匀，静置2～3min，即得地聚物基快速修复混凝土。该制备方法仅需向地聚物基快速修复砂浆中先后加入混凝土激发剂和砂石骨料，搅拌均匀后静置一段时间，待内部的气泡逸出，即得地聚物基快速修复混凝土。

33、本发明的有益效果在于：本发明提供的地聚物基快速修复砂浆以具有特定粒径范围的粉煤灰和矿渣粉作为粉体料，与细骨料、激发剂、减水剂、消泡剂、胶粉和由不同化合物复配得到的保水剂共同混合制备得到，不仅具有快凝快硬、高早期强度和优良耐久性，同时还具有低收缩率、高粘结强度、高抗折强度和高抗压强度，避免了普通的地聚物基修复砂浆存在的易收缩、易开裂及易脱落的缺点，可用于包括公路、机场跑道和桥梁等建筑出现的龟裂、断板、脱落、起砂等破损的快速修复。同时，该地聚物基快速修复砂浆的制备方法步骤简单，易实现规模化生产。本发明提供的地聚物基快速修复混凝土可用于修复破损深度大于2cm的混凝土，且具有快凝快硬、高早期强度以及低收缩率、高抗折强度和高抗压强度等优点，凝结后28天无裂缝产生。