一种耐低温地聚合物修补砂浆及其制备方法

1.本发明属于砂浆加工技术领域，具体涉及一种耐低温地聚合物修补砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.由于后期养护、环境变化及自然灾害等因素，公路路面会发生不同程度的损坏，主要包括裂缝、错台、沉陷、剥落、坑洞等。因此，为防止路面破坏对群众出行安全产生威胁，造成经济损失，需及时对损坏路面进行修复。
3.温度作为最常见的变化因素，对修补材料质量的影响很大。我国大部分地区春秋季的平均温度为0～10℃，属于低温环境，对修复材料的性能要求更佳严苛。常规修复材料在低温环境下的凝结时间长，强度发展慢，不利于损坏路面的及时修复、交通的快速恢复。
4.虽然水泥基材料在低温环境下的施工技术方法多样，但由于普通硅酸盐水泥在低温环境下凝结速度慢、早期强度低、受温度影响收缩率大等自身固有缺陷，不适用于作为修复材料。早强型水泥能在短期内实现早强快硬的目标，但由于其耐久性差、成本高且容易造成环境污染等缺点，不易投入使用。例如，快硬硫铝酸盐水泥凝结时间不易控制，后期强度发展缓慢，且生产过程需要大量铝矾土，成本高；磷酸镁水泥水化机理不明确，与水长期接触会出现强度倒缩现象。地聚物具有早强快硬的特点，且粘结性能强、耐磨性好，在低温环境下抗冻性较强，相较于水泥基材料更适合作为修复材料。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐低温地聚合物修补砂浆及其制备方法。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种耐低温地聚合物修补砂浆的制备方法，包括如下步骤：
8.(1)氢氧化钠溶液配制：
9.使用电子天平称量所需的固体氢氧化钠，放入烧杯中；缓慢沿着杯壁注入温水，并使用玻璃棒不断搅拌；待搅拌至均匀透明溶液，将溶液倒入容量瓶中，密封保存；待溶液温度降至室温后再进行试验；
10.(2)碱性激发剂的制备：
11.将水玻璃和步骤(1)中制备的氢氧化钠按照质量比为1～2混合搅拌混匀，得碱性激发剂置于烧杯中备用，同时将早强剂加入到烧杯中，得液体备用；
12.(3)低速搅拌：
13.将地聚合物、奈系减水剂倒入水泥胶砂搅拌机内，进行低速搅拌30s，同时匀速缓慢的倒入液体；
14.(4)快速搅拌：
15.缓慢加入砂子，之后快速搅拌60s，静置90s后，快速搅拌60s，得修补砂浆拌合物备
用；
16.(5)成型、养护：
17.将搅拌好的修补砂浆拌合物装入模具中，在振动平台上振动60s，将试件放入养护箱进行养护即可。
18.进一步地，步骤(1)中所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为30％。
19.进一步地，步骤(2)中所述的早强剂为三乙醇胺、碳酸锂、三异丙醇胺中的一种。
20.进一步地，步骤(3)中所述的地聚合物包括450g矿渣和50g硅灰。
21.进一步地，所述的水玻璃和氢氧化钠总质量/矿渣和硅灰的总质量为0.55。
22.进一步地，步骤(4)中所述的砂子的添加量为地聚合物的2倍。
23.进一步地，步骤(5)中所述的养护箱温度设置为10℃。
24.矿渣，主要氧化物组成为：sio2、al2o3、fe2o3、cao等。产自于河南恒源新材料有限公司，ⅰ级粉煤灰，该矿渣中sio2含量63.73％，al2o3含量21.64％，cao含量4.67％。
25.硅灰，产自于汉源纵汇利环保科技有限公司，灰色质地，含硅率达91.32％，密度约为210kg/m3。
26.砂，灞河中砂，堆积密度1510kg/m3，细度模数2.7，含泥量1.5％。
27.水玻璃，外观为透明粘稠液体，海湾集团制备的3401型水玻璃，模数为3.3，波美度为40，其中na2o含量为8.3％，sio2含量为26.5％。
28.氢氧化钠，豹顺化工科技有限公司提供的片状氢氧化钠，浓度99％。
29.氢氧化钠溶液的质量浓度为30％，配制氢氧化钠溶液的步骤如下：使用电子天平称量所需的固体氢氧化钠，放入烧杯中；缓慢沿着杯壁注入温水，并使用玻璃棒不断搅拌；待搅拌至均匀透明溶液，将溶液倒入容量瓶中，密封保存；待溶液温度降至室温后再进行试验。
30.萘系减水剂，易溶于水，物理化学性质稳定，由上海臣启化工科技有限公司提供，外观为褐黄色粉末。
31.三乙醇胺，洛阳成昊化学试剂有限公司提供，无色粘稠液体，极易吸潮，能吸收空气中的水分和二氧化碳。
32.碳酸锂，由西陇科学股份有限公司提供，外观呈白色粉末。
33.三异丙醇胺，由山东优索化工科技有限公司。
34.本发明相比现有技术具有以下优点：
35.1、地聚合物修补砂浆作为一种绿色环保型胶凝材料，原料低廉易得，具有快凝快硬、稳定性好、等特点，相较于其他修补材料性能更为优良，成本更低，更适合作为低温环境下路面修补材料。
36.2、本发明使用矿渣、硅灰两种地聚合物制备修补砂浆，目的在于结合不同地聚物各自的特点，形成优势互补，使得制备的修补砂浆具有良好的力学特性；选用两类溶液(氢氧化钠溶液和水玻璃)按比例混合作为碱性激发剂，更好地发挥激发作用；通过减水剂、早强剂等功能型外加剂提高低温环境下地聚合物修补砂浆的力学强度。最终实现地聚合物修补砂浆在低温环境下1d抗压强度达到30mpa。
具体实施方式
37.实施例1
38.一种耐低温地聚合物修补砂浆的制备方法，包括如下步骤：
39.(1)氢氧化钠溶液配制：
40.使用电子天平称量所需的固体氢氧化钠，放入烧杯中；缓慢沿着杯壁注入温水，并使用玻璃棒不断搅拌；待搅拌至均匀透明溶液，将溶液倒入容量瓶中，密封保存；待溶液温度降至室温后再进行试验。氢氧化钠溶液的质量浓度为30％；
41.(2)碱性激发剂的制备：
42.将水玻璃和步骤(1)中制备的氢氧化钠按照质量比为1～2混合搅拌混匀，得碱性激发剂置于烧杯中备用，同时将早强剂加入到烧杯中，得液体备用；
43.(3)低速搅拌：
44.将地聚合物、奈系减水剂倒入水泥胶砂搅拌机内，进行低速搅拌30s，同时匀速缓慢的倒入液体；
45.(4)快速搅拌：
46.缓慢加入砂子，之后快速搅拌60s，静置90s后，快速搅拌60s，得修补砂浆拌合物备用；
47.(5)成型、养护：
48.将搅拌好的修补砂浆拌合物装入模具中，在振动平台上振动60s，将试件放入养护箱进行养护，养护箱温度设置为10℃。
49.各原料的重量为：矿渣450g、硅灰50g、砂1000g、水玻璃91.7g、氢氧化钠183.4g、萘系减水剂4g、三乙醇胺(早强剂)0.3g。
50.实施例2
51.一种耐低温地聚合物修补砂浆的制备方法，包括如下步骤：
52.(1)氢氧化钠溶液配制：
53.使用电子天平称量所需的固体氢氧化钠，放入烧杯中；缓慢沿着杯壁注入温水，并使用玻璃棒不断搅拌；待搅拌至均匀透明溶液，将溶液倒入容量瓶中，密封保存；待溶液温度降至室温后再进行试验。氢氧化钠溶液的质量浓度为30％；
54.(2)碱性激发剂的制备：
55.将水玻璃和步骤(1)中制备的氢氧化钠按照质量比为1～2混合搅拌混匀，得碱性激发剂置于烧杯中备用，同时将早强剂加入到烧杯中，得液体备用；
56.(3)低速搅拌：
57.将地聚合物、奈系减水剂倒入水泥胶砂搅拌机内，进行低速搅拌30s，同时匀速缓慢的倒入液体；
58.(4)快速搅拌：
59.缓慢加入砂子，之后快速搅拌60s，静置90s后，快速搅拌60s，得修补砂浆拌合物备用；
60.(5)成型、养护：
61.将搅拌好的修补砂浆拌合物装入模具中，在振动平台上振动60s，将试件放入养护箱进行养护即可。
62.各原料的重量为：矿渣450g、硅灰50g、砂1000g、水玻璃91.7g、氢氧化钠183.4g、萘系减水剂4g、碳酸锂(早强剂)2g。
63.实施例3
64.一种耐低温地聚合物修补砂浆的制备方法，包括如下步骤：
65.(1)氢氧化钠溶液配制：
66.使用电子天平称量所需的固体氢氧化钠，放入烧杯中；缓慢沿着杯壁注入温水，并使用玻璃棒不断搅拌；待搅拌至均匀透明溶液，将溶液倒入容量瓶中，密封保存；待溶液温度降至室温后再进行试验。氢氧化钠溶液的质量浓度为30％；
67.(2)碱性激发剂的制备：
68.将水玻璃和步骤(1)中制备的氢氧化钠按照质量比为1～2混合搅拌混匀，得碱性激发剂置于烧杯中备用，同时将早强剂加入到烧杯中，得液体备用；
69.(3)低速搅拌：
70.将地聚合物、奈系减水剂倒入水泥胶砂搅拌机内，进行低速搅拌30s，同时匀速缓慢的倒入液体；
71.(4)快速搅拌：
72.缓慢加入砂子，之后快速搅拌60s，静置90s后，快速搅拌60s，得修补砂浆拌合物备用；
73.(5)成型、养护：
74.将搅拌好的修补砂浆拌合物装入模具中，在振动平台上振动60s，将试件放入养护箱进行养护即可。
75.各原料的重量为：矿渣450g、硅灰50g、砂1000g、水玻璃91.7g、氢氧化钠183.4g、萘系减水剂4g、三异丙醇胺(早强剂)0.2g。
76.为了对比本技术技术效果，分别对上述实施例1～3的方法对应制备的砂浆进行力学性能测试，依次编号1、2、3。
77.具体是试验对比数据如下表1所示：
78.表1
[0079][0080]
由上表1可以看出，本发明使用矿渣、硅灰两种地聚合物制备修补砂浆，目的在于结合不同地聚物各自的特点，形成优势互补，使得制备的修补砂浆具有良好的力学特性；选用两类溶液(氢氧化钠溶液和水玻璃)按比例混合作为碱性激发剂，更好地发挥激发作用；通过减水剂、早强剂等功能型外加剂提高低温环境下地聚合物修补砂浆的力学强度。最终实现地聚合物修补砂浆在低温环境下1d抗压强度达到30mpa，抗折强度1d达到4.6mpa。
[0081]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照
本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。