一種市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法及其施工步驟與流程
2023-05-02 19:31:22 2
本發明屬於水泥聚合物乳液領域，具體涉及一種市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法及其施工步驟。
背景技術：
隨著社會的發展，交通量大幅增加，交通運輸呈現「重載、大流量和渠化交通」的特徵。伴隨著交通量的迅猛增長和重載、超載情況的加劇，大量新建路面開放交通1-2年就出現了不同程度的車轍、擁包及推擠等早期破壞。為了使市政道路保持良好的經濟運營狀態，國家要求對道路進行經常的養護維修，以防止道路的進一步老化和損耗。然而在市政交通繁重、人流密集的城市中心，如何在保證不影響交通的前提下，對路面進行快速、完美的修復就成為當今路橋行業研究的重點。
雖然國內外對瀝青/水泥混凝土路面的快速修補材料做了很多研究，取得很多成果，但仍然存在許多問題：
(1)綜合強度低，相容性差，強度上升緩慢。
(2)乳化瀝青改性大多針對其某些性能進行研究。通常用單一聚合物改善其物理力學性能，往往粘結性能、耐高溫性能等性能提高，其耐低溫性、耐久性不能兼顧，多聚合物複合改性的研究不夠。
(3)難以滿足大坑槽、大裂縫等快速修補的通車要求。
(4)凝結時間長、施工效果差、操作繁瑣，修復及養生工期長，影響交通開放。
(5)超薄修復的道路的平整度差，降低路面的使用功能和美觀性。
市政人流密集、重交通路橋的快速修復需要施工手段靈活多樣、所用材料保障供應和及時到位、施工後快速凝固成型等，而傳統的熱瀝青混合料的拌和與施工一是需要材料達到一定批量才能開機，二是出拌料場後必須儘快用掉，否則就容易結塊，而且還要使用攤鋪機攤鋪。這給市政路橋的快速修復帶來困惑，因此研發常溫施工新材料迫在眉睫。
技術實現要素：
發明目的：為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法及其施工步驟，具有快速固化、超薄罩面、強力粘附、施工方便、抗凍融性能，將其應用於市政水泥/瀝青路面的快速修復、特殊結構的澆築、我國東北等高寒地區的混凝土結構修復。
技術方案：一種市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法，包括如下步驟：(1)、選用42.5普通矽酸鹽水泥、特殊水泥、混合集料(根據使用的部位厚度選用相對應的級配)、水泥聚合物乳液，緩凝劑(根據運輸距離或施工時間決定用量)、水，在常溫下人工或機械攪拌能夠快速形成強度，並能與舊混凝土結構緊密結合形成一體，具有良好抗裂性、抗凍融性；
所述特殊水泥為高標號矽酸鹽水泥或特殊水泥中的一種；所述特殊水泥由下列組份按照重量份數組成：粉末抗剝落劑15-20份、礦粉15-20份、聚合物膠粉10-20份和硫鋁酸鹽水泥50-70份；
所述水泥聚合物乳液由下列組份按照重量份數組成：水性乙烯-醋酸乙烯酯乳液60-80份、丁苯膠乳5-10份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)8-10份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯熱塑性彈性水乳液6-10份和水20-30份；
(2)、根據使用地域、建築結構部位的不同進行的混合料配合比設計，可設計0～1公分超薄罩面層、2～4公分面層、5～20公分結構層等，下文敘述以均0～1公分超薄罩面層為例；
(3)、取42.5普通矽酸鹽水泥775g，特殊水泥225g，石英砂3000g，水泥聚合物乳液100g，緩凝劑5g，水1000g；
(4)、將稱好的42.5普通矽酸鹽水泥、特殊水泥、石英砂加入攪拌鍋進行幹拌30秒。
(5)、加入稱量好的水泥聚合物乳液、緩凝劑、水加入攪拌鍋中，繼續攪拌90秒。
(6)、在砂漿試塊試件模具中加入攪拌好的砂漿混合料，三個試件為一組，並放入共振臺進行共振密實。
(7)、振實後放入20℃恆溫箱中養護。
(8)、對試件進行初凝、終凝、1天抗折、抗壓、28天抗折、抗壓、理論密度進行檢測。
(9)、將28天試件完全浸入養護4天，後進行凍融試驗檢測。
(10)、經檢測試驗結果符合《公路水泥路面施工技術規範JTG F30-2003》要求。
一種根據所述的市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法製備出的快速修復材料的施工步驟，包括如下步驟：
(1)、根據使用要求、地域並結合規範進行相應的產品配合比設計；
(2)、對現場所需要的原材料按規範要求進行檢驗，並對設計配合比進行驗證，取得坍落度、初凝、終凝、1天抗折抗壓等關鍵性數據；
(3)、交通封閉，清掃現場，對原有路面病害進行處理，鑿除鬆散結構、吹掃乾淨；
(4)、根據配合比進行現場拌料，進行澆築修補回填混凝土，收面；
(5)、完全固化後進行灑水養護，1小時開放交通。
有益效果：本發明的具體優勢如下：
1、本發明是採用「化學網絡交聯的乳化技術」製備常溫速強瀝青複合乳液,即一種路橋用常溫複合乳液基快速修復材料。該材料是在改性乳化瀝青的基礎上提出的，且特別添加了增粘增韌水性聚合物乳液，在特定的工藝條件下複合而成的一種高科技環保產品。
2、針對常溫乳化瀝青硬化慢的缺點，本發明研製了一種結合水量大、固化速快、在瀝青混合料中產生微纖維增韌的特殊水泥。與常溫改性瀝青的混合料固化形成增強纖維，且聚合物和高勁度混合添加劑之間產生化學鍵合，這樣又強化了界面結合，提高界面斷裂能，因而常溫速強複合乳液基混合料能夠形成堅韌高強、具有連貫性的整體膠凝結構。
所述特殊水泥為高標號矽酸鹽水泥或特殊水泥中的一種；所述特殊水泥為粉末抗剝落劑(15％-20％)、礦粉(15％-20％)、聚合物膠粉(10％-20％)和硫鋁酸鹽水泥(50％-70％)，各組分質量百分比之和為100％。
3、本發明中，常溫速強混合料在施工中乳液、集料都不用加熱，全程採用常溫施工，因而有著「工序簡單、超薄耐用、開放快捷」的優勢。在常溫施工時，根據市政工程修復量的大小，既可以採用人工或小型滾筒式混凝土攪拌機和夯實機，又可以使用熱瀝青拌和樓進行「常溫拌料」，進而完全實施對路橋病害的「冷灌縫」、「冷補坑」和「冷造平」等工程解決方案，更具有快速固化、強力粘附、抗寒耐凍、剛韌平衡等特點，施工後2～4小時即能開發交通，不汙染、不擾民，能實現真正意義上的節能環保，給現代路橋快速修復帶來極大的便捷，能夠成功運用於各級市政路橋的快速修復。本發明具有快速固化、強力粘附、施工方便、操作簡單、價格適中，同時填補常溫速強複合乳液在高寒地區快速養護修補領域的空白。
4、本發明的混凝土快速修補料，改變了以往混凝土需要養護28天才能達到設計強度的特點，通過添加早強劑或使用高標號早強水泥/特殊水泥達到開放交通的要求，其開放時間需要24小時以上。
5、本發明中的水泥聚合物乳液的添加提高了粘附性，加強了混凝土修補料與原建築結構的粘結，改變以往超薄修復需要通過添加環氧樹脂才能達到強力粘附的目的，降低了工程造價。
6、本發明施工方便，可以廠拌也可現場小規模人工拌料，對於道路快速修復施工提供了極大的方便。
7、本發明經試驗室測試產品各項指標符合《公路水泥路面施工技術規範(JTG F30-2003)》要求，路面使用性能檢測良好，抗滑係數、滲水係數、凍融劈裂等關鍵性數據均達到要求，而且與原有結構混凝土表面粘結牢固，正常使用壽命6-8年。
8、本發明能夠快速形成強度，自密實，並與新老路面緊密結合形成一體。能夠很好的運用於老路面或建築物的修補或特殊路段或結構部位澆築，屬於新材料的研發與應用。其核心材料水泥聚合物乳液，使其修補最小厚度0.2公分，超出常規混凝土的性能，防裂、防水，與原結構能夠緊密接觸，無明顯施工縫。此混凝土快速修補料在氣溫0℃以上就可以拌合施工，可以採用拌合樓進行大規模廠拌，也可以現場人工小規模拌合，易於推廣。可以在5℃以上直接拌合，根據厚度不同，分為0.2-1公分超薄磨耗層、2-4公分面層、5-20公分結構層。
附圖說明
圖1是本發明的製備方法流程示意圖；
圖2是本發明的施工步驟流程示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
具體實施例1
如圖1所示，一種市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)、選用42.5普通矽酸鹽水泥、特殊水泥、混合集料(根據使用的部位厚度選用相對應的級配)、水泥聚合物乳液，緩凝劑(根據運輸距離或施工時間決定用量)、水，在常溫下人工或機械攪拌能夠快速形成強度，並能與舊混凝土結構緊密結合形成一體，具有良好抗裂性、抗凍融性；
所述特殊水泥為高標號矽酸鹽水泥或特殊水泥中的一種；所述特殊水泥由下列組份按照重量份數組成：粉末抗剝落劑15份、礦粉15份、聚合物膠粉10份和硫鋁酸鹽水泥50份；
所述水泥聚合物乳液由下列組份按照重量份數組成：水性乙烯-醋酸乙烯酯乳液60份、丁苯膠乳5份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)8份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯熱塑性彈性水乳液6份和水20份；
(2)、根據使用地域、建築結構部位的不同進行的混合料配合比設計，可設計0～1公分超薄罩面層、2～4公分面層、5～20公分結構層等，下文敘述以均0～1公分超薄罩面層為例；
(3)、取42.5普通矽酸鹽水泥775g，特殊水泥225g，石英砂3000g，水泥聚合物乳液100g，緩凝劑5g，水1000g；
(4)、將稱好的42.5普通矽酸鹽水泥、特殊水泥、石英砂加入攪拌鍋進行幹拌30秒。
(5)、加入稱量好的水泥聚合物乳液、緩凝劑、水加入攪拌鍋中，繼續攪拌90秒。
(6)、在砂漿試塊試件模具中加入攪拌好的砂漿混合料，三個試件為一組，並放入共振臺進行共振密實。
(7)、振實後放入20℃恆溫箱中養護。
(8)、對試件進行初凝、終凝、1天抗折、抗壓、28天抗折、抗壓、理論密度進行檢測。
(9)、將28天試件完全浸入養護4天，後進行凍融試驗檢測。
(10)、經檢測試驗結果符合《公路水泥路面施工技術規範JTG F30-2003》要求。
具體實施例2
如圖1所示，一種市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)、選用42.5普通矽酸鹽水泥、特殊水泥、混合集料(根據使用的部位厚度選用相對應的級配)、水泥聚合物乳液，緩凝劑(根據運輸距離或施工時間決定用量)、水，在常溫下人工或機械攪拌能夠快速形成強度，並能與舊混凝土結構緊密結合形成一體，具有良好抗裂性、抗凍融性；
所述特殊水泥為高標號矽酸鹽水泥或特殊水泥中的一種；所述特殊水泥由下列組份按照重量份數組成：粉末抗剝落劑20份、礦粉20份、聚合物膠粉20份和硫鋁酸鹽水泥70份；
所述水泥聚合物乳液由下列組份按照重量份數組成：水性乙烯-醋酸乙烯酯乳液80份、丁苯膠乳10份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)10份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯熱塑性彈性水乳液10份和水30份；
(2)、根據使用地域、建築結構部位的不同進行的混合料配合比設計，可設計0～1公分超薄罩面層、2～4公分面層、5～20公分結構層等，下文敘述以均0～1公分超薄罩面層為例；
(3)、取42.5普通矽酸鹽水泥775g，特殊水泥225g，石英砂3000g，水泥聚合物乳液100g，緩凝劑5g，水1000g；
(4)、將稱好的42.5普通矽酸鹽水泥、特殊水泥、石英砂加入攪拌鍋進行幹拌30秒。
(5)、加入稱量好的水泥聚合物乳液、緩凝劑、水加入攪拌鍋中，繼續攪拌90秒。
(6)、在砂漿試塊試件模具中加入攪拌好的砂漿混合料，三個試件為一組，並放入共振臺進行共振密實。
(7)、振實後放入20℃恆溫箱中養護。
(8)、對試件進行初凝、終凝、1天抗折、抗壓、28天抗折、抗壓、理論密度進行檢測。
(9)、將28天試件完全浸入養護4天，後進行凍融試驗檢測。
(10)、經檢測試驗結果符合《公路水泥路面施工技術規範JTG F30-2003》要求。
具體實施例3
如圖1所示，一種市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)、選用42.5普通矽酸鹽水泥、特殊水泥、混合集料(根據使用的部位厚度選用相對應的級配)、水泥聚合物乳液，緩凝劑(根據運輸距離或施工時間決定用量)、水，在常溫下人工或機械攪拌能夠快速形成強度，並能與舊混凝土結構緊密結合形成一體，具有良好抗裂性、抗凍融性；
所述特殊水泥為高標號矽酸鹽水泥或特殊水泥中的一種；所述特殊水泥由下列組份按照重量份數組成：粉末抗剝落劑17份、礦粉18份、聚合物膠粉14份和硫鋁酸鹽水泥63份；
所述水泥聚合物乳液由下列組份按照重量份數組成：水性乙烯-醋酸乙烯酯乳液72份、丁苯膠乳8份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)9份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯熱塑性彈性水乳液8份和水24份；
(2)、根據使用地域、建築結構部位的不同進行的混合料配合比設計，可設計0～1公分超薄罩面層、2～4公分面層、5～20公分結構層等，下文敘述以均0～1公分超薄罩面層為例；
(3)、取42.5普通矽酸鹽水泥775g，特殊水泥225g，石英砂3000g，水泥聚合物乳液100g，緩凝劑5g，水1000g；
(4)、將稱好的42.5普通矽酸鹽水泥、特殊水泥、石英砂加入攪拌鍋進行幹拌30秒。
(5)、加入稱量好的水泥聚合物乳液、緩凝劑、水加入攪拌鍋中，繼續攪拌90秒。
(6)、在砂漿試塊試件模具中加入攪拌好的砂漿混合料，三個試件為一組，並放入共振臺進行共振密實。
(7)、振實後放入20℃恆溫箱中養護。
(8)、對試件進行初凝、終凝、1天抗折、抗壓、28天抗折、抗壓、理論密度進行檢測。
(9)、將28天試件完全浸入養護4天，後進行凍融試驗檢測。
(10)、經檢測試驗結果符合《公路水泥路面施工技術規範JTG F30-2003》要求。
如圖2所示，一種根據所述的市政路橋用常溫快速修復材料的製備方法製備出的快速修復材料的施工步驟，包括如下步驟：
(1)、根據使用要求、地域並結合規範進行相應的產品配合比設計；
(2)、對現場所需要的原材料按規範要求進行檢驗，並對設計配合比進行驗證，取得坍落度、初凝、終凝、1天抗折抗壓等關鍵性數據；
(3)、交通封閉，清掃現場，對原有路面病害進行處理，鑿除鬆散結構、吹掃乾淨；
(4)、根據配合比進行現場拌料，進行澆築修補回填混凝土，收面；
(5)、完全固化後進行灑水養護，1小時開放交通。
本發明是採用「化學網絡交聯的乳化技術」製備常溫速強瀝青複合乳液,即一種路橋用常溫複合乳液基快速修復材料。該材料是在改性乳化瀝青的基礎上提出的，且特別添加了增粘增韌水性聚合物乳液，在特定的工藝條件下複合而成的一種高科技環保產品。
針對常溫乳化瀝青硬化慢的缺點，本發明研製了一種結合水量大、固化速快、在瀝青混合料中產生微纖維增韌的特殊水泥，與常溫改性瀝青的混合料固化形成增強纖維，且聚合物和高勁度混合添加劑之間產生化學鍵合，這樣又強化了界面結合，提高界面斷裂能，因而常溫速強複合乳液基混合料能夠形成堅韌高強、具有連貫性的整體膠凝結構。
所述特殊水泥為高標號矽酸鹽水泥或特殊水泥中的一種；所述特殊水泥為粉末抗剝落劑(15％-20％)、礦粉(15％-20％)、聚合物膠粉(10％-20％)和硫鋁酸鹽水泥(50％-70％)，各組分質量百分比之和為100％。
本發明中，常溫速強混合料在施工中乳液、集料都不用加熱，全程採用常溫施工，因而有著「工序簡單、超薄耐用、開放快捷」的優勢。在常溫施工時，根據市政工程修復量的大小，既可以採用人工或小型滾筒式混凝土攪拌機和夯實機，又可以使用熱瀝青拌和樓進行「常溫拌料」，進而完全實施對路橋病害的「冷灌縫」、「冷補坑」和「冷造平」等工程解決方案，更具有快速固化、強力粘附、抗寒耐凍、剛韌平衡等特點，施工後2～4小時即能開發交通，不汙染、不擾民，能實現真正意義上的節能環保，給現代路橋快速修復帶來極大的便捷，能夠成功運用於各級市政路橋的快速修復。本發明具有快速固化、強力粘附、施工方便、操作簡單、價格適中，同時填補常溫速強複合乳液在高寒地區快速養護修補領域的空白。
本發明的混凝土快速修補料，改變了以往混凝土需要養護28天才能達到設計強度的特點，通過添加早強劑或使用高標號早強水泥達到開放交通的要求，其開放時間需要24小時以上。
本發明中的水泥聚合物乳液的添加提高了粘附性，加強了混凝土修補料與原建築結構的粘結，改變以往超薄修復需要通過添加環氧樹脂才能達到強力粘附的目的，降低了工程造價。
本發明施工方便，可以廠拌也可現場小規模人工拌料，對於道路快速修復施工提供了極大的方便。
本發明經試驗室測試產品各項指標符合要求，路面使用性能檢測良好，抗滑係數、滲水係數、凍融劈裂等關鍵性數據均達到要求，而且與原有結構混凝土表面粘結牢固，正常使用壽命6-8年。具體的實驗檢測數據如下表1：實驗檢測數據表所示。
表1實驗檢測數據表
本發明能夠快速形成強度，自密實，並與新老路面緊密結合形成一體。能夠很好的運用於老路面或建築物的修補或特殊路段或結構部位澆築，屬於新材料的研發與應用。其核心材料水泥聚合物乳液，使其修補最小厚度0.2公分，超出常規混凝土的性能，防裂、防水，與原結構能夠緊密接觸，無明顯施工縫。此混凝土快速修補料在氣溫0℃以上就可以拌合施工，可以採用拌合樓進行大規模廠拌，也可以現場人工小規模拌合，易於推廣。可以在5℃以上直接拌合，根據厚度不同，分為0.2-1公分超薄磨耗層、2-4公分面層、5-20公分結構層。
本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。