公路和機場跑道表面超薄層快速修復材料的製作方法

2023-06-19 21:00:36 1

專利名稱：公路和機場跑道表面超薄層快速修復材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種道路維護用、特別是涉及其表面薄層、超薄層快速修復用的建築材料，確切地說是一種公路和機場跑道表面超薄層快速修復材料。
背景技術：
航空機場道面、高等級公路、橋梁道面以及工業建築物的表面多為混凝土或瀝青材料，其表面在使用過程中需要維修和養護。比如對斷裂縫或破損處進行修補，而大多數情況下是對其表面進薄層、超薄層修復養護。為保證交通暢通，其修補或修復都需要快速固化。加鋪的修復層的厚度隨著材料科學的進展而逐漸變化。對傳統混凝土，早期美國交通部的標準為＞100mm，我國交通部標準為＞140mm，1991年以後美國交通部標準為50～100mm，我國交通部標準為＞25mm，1997年以後美國交通部標準為5～50mm。在本申請中，修復層厚度為5～25mm時稱薄層修復，而≤4mm的稱超薄層修復。
目前，常用的修補材料有環氧樹脂改性混凝土、乳化瀝青改性混凝土以及煤焦油改性混凝土等，這些材料往往難以滿足薄層或超薄層快速修復的需要。
US5753036公開了一種以聚乙烯醇為穩定劑的丙烯酸聚合物改性水泥，由平均分子量為5000～45000的聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物、水泥和填料構成。
US5782972公開了一種水泥砂漿改性添加劑，該添加劑為多重狀態的聚合物，是既含有醚鍵、巰基的親水基又含有烷基或烷基苯基的疏水基的聚合物和發泡引氣劑。
US6624232公開了一種道面密封複合材料和應用方法，該複合材料由聚合物樹脂、消泡劑、防腐劑、水泥、細砂、碳酸鈉和顏料組成。所述的樹脂和消泡劑是特指的專一某公司商業產品的乳液和消泡劑，但並未公開是何種樹脂和消泡劑。所述的水泥也是特指的專一某公司的水泥產品(Quikrete Cement)，亦未公開為何種水泥品種。該複合材料僅適合混凝土和瀝青路面表面的修復養護，而不宜對道路進行修補。碳酸鈉有較強的鹼性，現代研究證明，對普通矽酸鹽水泥來說，鹼性會導致砼中有害的鹼骨料反應。
CN1306949A和CN1482202A分別公開了柔性的和增強性柔性的聚合物改性水泥基防水材料，將水泥、聚合物水分散體、水溶性聚合物和水按比例在一定條件下進行捏合、得到含水率5～20％的捏合料，再經混煉、壓延成防水片材或卷材，或者在捏合料中加入補強劑、增韌劑後再混煉、壓延成防水片材或卷材。
CN10711402公開了一種波特蘭水泥砂漿外加劑——高玻璃化溫度的聚合物，由Tg高於50℃的聚合物、穩定劑和抑泡劑組成。

發明內容
本發明所提供的修復材料旨在既適用於混凝土和瀝青路面的薄層、超薄層快速修復，又適用破損處的快速修補。本修復材料含有以下組份及其重量百分比早強型水硬性膠凝材料 30～90％聚合物樹脂乳液或可再水分散聚合物膠粉 0.1～40％細砂 8～60％無機改性劑 0.1～15％。
各組份優選的重量百分比依次為45～80％、3～30％、10～15％和1～10％。
水硬性膠凝材料俗稱水泥。早強型水硬性膠凝材料俗稱早強水泥或快硬水泥，如硫鋁酸鹽水泥、矽酸鹽快硬水泥等，這種水泥能夠快速凝結硬化。本申請可以單獨使用硫鋁酸鹽水泥或者矽酸鹽快硬水泥，優選兩者混合使用。
可再水分散聚合物膠粉亦稱可再分散粉狀樹脂，是由聚合物樹脂乳液通過噴霧乾燥製備得到的粉狀樹脂，當加入水以後可以復原、再次分散形成樹脂乳液的稱可再分散粉狀樹脂。本申請中可以使用丙烯酸酯乳液，俗稱純丙乳液，如丙烯酸或甲基丙烯酸的甲酯、乙酯、丁酯、辛酯乳液等，苯乙烯-丙烯酸酯乳液(苯丙乳液)、苯乙烯-丁二烯(聚合物)乳液(丁苯乳液)等，或者上述乳液經噴霧乾燥得到的膠粉，(純丙膠粉、苯丙膠粉、丁苯膠粉等)，上述各乳液或膠粉可以單獨使用，也可以兩種以上混合使用。優選純丙乳液或/和苯丙乳液，或者純丙膠粉或/和苯丙膠粉。若使用膠粉，可直接與其他組份一起混合均勻；若使用乳液，則應單獨分裝，與混合均勻的其他組份一起構成雙組份產品，乳液於施工現場配製時再加入。
細砂起骨料作用，即通常的江沙、河砂、海砂或山砂。當用於超薄層修復時，可選擇粒度較小的細砂，比如平均粒徑為0.2～0.5mm的細砂，但若用於機場跑道的維護，為保證一定的摩擦係數，應有一定的粗糙度，應選擇粒度較大的細砂。總之細砂粒度大小的選擇視具體情況而定。
無機改性劑可以是活性二氧化矽或/和粉煤灰或/和火山灰。優選活性二氧化矽。
本複合材料中，還可以有選擇地加入以下組份中的一種或兩種以上組份，以改善相關的特定性能增強纖維 0.1～4％潤溼劑0.1～4％凝固調節劑0.1～3％塑化流變劑0.01～2％。
增強纖維主要有聚酯纖維或/和玻璃纖維等。
潤溼劑主要有聚丙烯酸鈉鹽或/和C8～C20烷基酚聚氧乙烯醚等。
凝固調節劑主要有硼酸或/和硼酸鈉或/和檸檬酸或/和硫酸鋰等。
塑化流變劑主要有萘系磺酸鹽或/和聚多羧酸鹽或/和磺化三聚氰胺甲醛樹脂等。
本複合材料的製備簡單，將一定比例量的各組份混合攪拌均勻即可。值得注意的是若是雙組份產品，液體組份必須在使用現場配料時加入。
硫鋁酸鹽水泥的主要成分是鋁酸鈣，不同於以矽酸鈣為主要成分的波特蘭水泥，兩種水泥性能也完全不同，硫鋁酸鹽水泥最突出的性能是能夠快速凝結硬化，此外，在常規技術中，當砼製品需要補償收縮或者需要嚴格控制其收縮量時，添加適量硫鋁酸鹽水泥是解決這一問題的技術手段之一，原因是其與硫酸鈣(石膏、無水石膏和半水石膏)發生反應，生成可膨脹的鈣礬石礦物相(C3A-3CaSO4-32H2O)。矽酸鹽快硬水泥也具有快速凝結硬化的性能。
本修復材料中各個組分材料相互作用，激發和調節無機水硬性膠凝材料的水合反應、聚合物成膜自交聯反應的速率和生成產物，聚合物中存在的反應活性官能團-COOR和COO-可以與水泥水化產物CA2+，Ca(OH)2發生化學交聯反應，聚合物分子與水泥等無機礦物水化產物之間產生化學鍵合，使用界面結合強度提高，形成以晶須組成膨脹的硫鋁酸鈣或矽酸鈣的晶體和膠體，構成了三維空間網絡結構，增強整體複合材料的力學性能，使混合物具有表面觸變性，改善柔韌性，攪拌穩定性，延長開放時間，促進混合物早凝固、高強度、補償體積收縮、增加新老界面粘結力；提高原材料表面的抗磨損，耐機油和液壓油，藉此技術配製的快速修補砂漿和混凝土產品可以保證修復道面的耐久性和使用年限。
無機改性劑是活性二氧化矽可在水泥熟料礦物C3S(矽酸三鈣)和C3A(鋁酸三鈣)水化物的表面吸附，形成絡合物，加速了水化反應，並且與水泥水化產物Ca(OH)2產生的反應。該反應在吸收H2O的同時，也消耗了水泥水化反應產物Ca(OH)2，這樣可以進一步促進礦物的水化反應。無定形活性二氧化矽平均粒徑在0.15～0.20μm，比表面積為15000～20000m3/kg，具有極強的表面活性，以改善本項發明產品的綜合性能，提高耐磨、耐衝刷、耐腐蝕、抗滲透、抗凍、早強性能，改善產品的強度和耐久性，它能夠為用戶和設計者提供極高的產品穩定性。
用本修復材料配製的超薄層水泥砂漿，初凝時間20～30分鐘，終凝時間40～60分鐘，其2～3小時抗折強度可達2.0～4.0MPa，28天後≥9Mpa，抗壓強度可達20.0～30.0MPa，28天後≥55MPa，完全滿足路面混凝土強度必須達到70％以上的要求。粘接強度3小時達1.4MPa，28天後≥3.5MPa。可以達到提高路面抗磨損，耐候性能，耐機油和耐液壓油腐蝕的需要。
本發明可以適應不同用戶、不同場地，不同性能的需要，既可用於混凝土和瀝青路面的薄層或超薄層修復，當加入砂、碎石等骨料後還可用於破損處的修補，同時也適用於建築物內、外牆表面的修復或修補。並且在我國主要機場和高速公路維護工程中已進行了超薄層修復以及斷縫、碎塊修補的應用，對日常交通運營幹擾最小，產品性價比高，取得了較好的經濟、社會和環境效益。
具體實施例方式
現以膠粉並加工100重量份本修復材料為例，非限定實施例敘述如下1、取硫鋁酸鹽水泥(下稱膠凝I)90份，純丙膠粉0.1份，細砂8份，活性二氧化矽1.9份，充分攪拌混合均勻。
2、取矽酸鹽快硬水泥(下稱膠凝II)30份，苯丙膠粉40份，細砂15份，粉煤灰15份，充分攪拌混合均勻。
3、取膠凝I45份，丁苯膠粉30份、細砂15份，火山灰10份，充分攪拌混合均勻。
4、取膠凝I30份，純丙膠粉7份，細砂60份，活性二氧化矽3份，充分攪拌混合均。
5、取膠凝I80份，純丙膠粉3份，細砂10份，活性二氧化矽7份，充分攪拌混合均勻。
6、取膠凝I和膠凝II各30份，純丙膠粉和苯丙膠粉各10份，細砂10份，活性二氧化矽和粉煤灰各5份，充分攪拌混合均勻。
7、取膠凝I30份，膠凝II20份，純丙膠粉10份，丁苯膠粉5份，細砂20份，粉煤灰5份，火山灰10份，充分攪拌混合均勻。
8、取膠凝I40份，膠凝II30份，純丙膠粉、苯丙膠粉、丁苯膠粉各5份，細砂10份，活性二氧化矽3份，粉煤灰2份，充分攪拌混合均勻。
9、取膠凝I30份，膠凝II25份，苯丙膠粉15份，細砂11份，活性二氧化矽15份，聚酯纖維4份，充分攪拌混合均勻。
10、取膠凝I20份，膠凝II25份，純丙膠粉和苯丙膠粉各10份，細砂20份，活性二氧化矽11份，聚丙烯酸鈉鹽4份，充分攪拌混合均勻。
11、取膠凝I和膠凝II各20份，純丙膠粉20份，細砂30份，粉煤灰7份，硼酸鈉3份，充分攪拌混合均勻。
12、取膠凝I和膠凝II各25份，苯丙膠粉15份，細砂25份，活性二氧化矽8份，磺化三氰胺甲醛樹脂2份，充分攪拌混合均勻。
13、取膠凝I20份，膠凝II15份，丁苯膠粉25份，細砂20份，活性二氧化矽14份，玻璃纖維3份，聚丙烯酸鈉2份，碳酸鋰1份，充分攪拌混合均勻。
權利要求
1.一種公路和機場跑道表面超薄層快速修復材料，其特徵在於含有以下組份及其重量百分比早強型水硬性膠凝材料 30～90％聚合物樹脂乳液或可再水分散聚合物膠粉 0.1～40％細砂 8～60％無機改性劑0.1～15％。
2.根據權利要求1所述的修復材料，其特徵在於各組份優選以下重量百分比早強型水硬性膠凝材料 45～80％聚合物樹脂乳液或可再水分散聚合物膠粉 3～30％細砂 10～50％無機改性劑1～10％。
3.根據權利要求1或2所述的修復材料，其特徵在於所述的早強型水硬性膠凝材料可以是硫鋁酸鹽水泥或/和矽酸鹽快硬水泥；所述的聚合物樹脂乳液可以是純丙乳液或/和苯丙乳液或/和丁苯乳液或者其膠粉純丙膠粉或/和苯丙膠粉或/和丁苯膠粉；所述的無機改性劑可以是活性二氧化矽或/和粉煤灰或/和火山灰。
4.根據權利要求3所述的修復材料，其特徵在於所述的早強型水硬性膠凝材料是硫鋁酸鹽水泥和矽酸鹽快硬水泥的混合水泥；所述的聚合物樹脂乳液是純丙乳液或/和苯丙乳液或者其膠粉純丙膠粉或/和苯丙膠粉；所述的無機改性劑是活性二氧化矽。
5.根據權利要求1或2所述的修復材料，其特徵在於修復材料中可以有選擇地加入以下組份中的一種或兩種以上組份增強纖維 0.1～4％潤溼劑 0.1～4％凝固調節劑 0.1～3％塑化流變劑 0.01～2％。
6.根據權利要求5所述的修復材料，其特徵在於所述的增強纖維可以是聚酯纖維或/和玻璃纖維；所述的潤溼劑可以是聚丙烯酸鈉鹽或/和C8～C20烷基酚聚氧乙烯醚；所述的凝固調節劑可以是硼酸或/和硼酸鈉或/和檸檬酸或/和碳酸鋰；所述的塑化流變劑可以是萘系磺酸鹽或/和聚多羧酸鹽或/和磺化三聚氰胺甲醛樹脂。
全文摘要
一種公路和機場跑道表面超薄層快速修復材料，包括以下各組份30～90％早強型水硬性膠凝材料、0.1～40％聚合物樹脂乳液或可再水分散聚合物膠粉、8～60％細砂和0.1～15％無機改性劑。本修復材料既適用於混凝土和瀝青路面的薄層和超薄層修復，而當加入砂、碎石等骨料後還可用於破損處的修補，同時適用於建築物內、外牆的修復和修補。罩面的超薄層水泥砂漿，其2～3小時抗折強度達2～4MPa，抗壓強度達20～30MPa，提高路面抗磨損性、耐候性和耐機油、耐液壓油的腐蝕性能。
文檔編號C04B26/00GK1654409SQ20051003810
公開日2005年8月17日 申請日期2005年1月11日 優先權日2005年1月11日
發明者桂永全 申請人:桂永全