本发明涉及混凝土构筑物防护技术领域，具体而言，涉及一种用于混凝土构筑物裂缝的修补材料及修补方法。
背景技术：
我国高等级沥青路面以半刚性基层为主，由于受到筑路材料、气候条件、行车荷载和施工条件等作用，我国高等级公路损坏严重，早期修建的沥青路面已提前进入维修养护期。在众多病害中，路面裂缝不可避免，是最常见也是最难根除的病害。路面裂缝本身不可怕，但裂缝产生后路表水和有害杂质等会沿着裂缝浸入基层或路基，造成基泥、板底脱空以及坑槽等病害，影响行车舒适性和路面的使用寿命。美国公路战略研究计划(简称SHRP计划)提出，如果能及时对沥青路面裂缝进行修补，可延长路面使用寿命10～20年，减少维修养护费用50％以上。
在裂缝修补方面，目前我国还是主要通过灌缝和表面填缝技术进行修补，传统的裂缝修补材料多采用普通沥青、溶剂型改性沥青、乳化沥青、纤维沥青、橡胶沥青密封胶、有机硅、灌缝胶、砂粒式或细粒式热拌沥青混合料等，但它们与旧路面材料的粘结强度不足，弹性和韧性较差，协调变形并不一致，灌缝或填缝后容易再次开裂，失效率高，耐久性能得不到保障；而且上述材料只能对裂缝表面进行维修养护，因此，传统的灌缝或填缝技术并不能从根本上解决沥青路面的裂缝问题。除了灌缝和填缝技术，对裂缝的处理还有开挖式修补技术、水泥注浆技术等。
但目前上述裂缝修补技术都存在一定的弊端，比如：开挖式修补技术，其施工周期长，造价高，对交通干扰大，还会产生大量的废旧料；水泥压浆技术处理不好会形成二次脱空，养护周期长，水泥浆固化后易产生脆性破坏，耐久性能差。
近年来，国内出现了以聚合物灌浆和裂缝焊接为代表的高聚物注浆及路面深层病害处理技术，根据相关文献报道，该技术在一些工程上取得了较好的处理效果。但该技术尚处在应用探索阶段，在高聚物材料研发成本、高聚物材料适用范围、高聚物材料与周围材料的变形协调性等方面都存在诸多尚待解决的问题。
水泥混凝土路面作为另一种常见的路面形式，其在破坏后采用的修补方法是将破损的混凝土除掉，铺上与原设计标号相同或高于原设计标号的普通水泥混凝土。这种修补方法最大的缺点在于水泥混凝土的强度发展慢、固化时间长，导致再次投入使用的周期长。此外，用普通水泥混凝土进行薄层修复还存在相容性的问题，例如，新浇注的水泥混凝土收缩明显比旧混凝土大，容易导致收缩开裂，而且由于水泥混凝土本身粘度低，导致与旧的混凝土结合性差，进而再次形成裂缝。与水泥混凝土路面类似的还有水泥混凝土墙面等，其也存在二次修复易开裂的问题。
因此，针对上述沥青路面、水泥混凝土路面以及水泥混凝土墙面等混凝土构筑物的修复还有待于进一步探索研究，尤其是在环境条件对混凝土构筑物影响较大的地区，如高温、寒冷或潮湿多雨地区的高聚物注浆修复材料以及相应修复方法的研究具有重要的研究意义和工程应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于混凝土构筑物裂缝的修补材料，其固化速度快，粘结能力强，具备较好的温度稳定性和较宽的温度适用范围，具有良好的抗冻、抗水损害效果，并且无毒无害、安全环保。
本发明的另一目的在于提供一种混凝土构筑物裂缝的修补方法，其能够快速修复混凝土构筑物裂缝，方法简单、易操作，能够有效延长构筑物使用寿命，极大节省工程成本。
本发明的实施例是这样实现的：
一种用于混凝土构筑物裂缝的修补材料，其包括第一组分和第二组分，第一组分和第二组分的体积比为1:0.6～1.5，其中，
按占第一组分的重量百分比计，第一组分包括蓖麻油10％-30％、聚丙二醇40％-60％、三乙醇胺10％-30％、聚乙二醇0％-10％、聚丙三醇0％-10％以及二月桂酸二丁基锡0％-0.5％，
按占第二组分的重量百分比计，第二组分包括二苯基甲烷二异氰酸酯85％-95％、多亚甲基多亚苯基异氰酸酯0％-15％以及甲苯二异氰酸酯0％-10％。
一种混凝土构筑物裂缝的修补方法，其采用上述修补材料进行修补，修补方法包括以下步骤：
配制修补材料，将第一组分和第二组分按照体积比为1：0.6-1.5的比例进行混合，并加入水进行快速搅拌10秒-20秒，获得灌封料；以及
将灌封料注入至待修补的混凝土构筑物裂缝中，待灌封料固化成型，即完成修补工作。
本发明实施例的有益效果是：
本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料其相比现有的修补材料而言，具有更好的温度稳定性、更宽的温度适用范围，并且抗水损害效果好，因此能够适用于各种气候和环境条件下的混凝土构筑物裂缝的快速修补，对环境温差较大、潮湿多雨的地区也适用。使用本发明的修补材料对混凝土构筑物进行修补时，直接将浆料注入裂缝中即可，修补工序简单。构成本发明的修补材料的各种原料成分经反应发泡形成软弹性的、自身具有粘性的聚氨酯类塑料，能够形成与裂缝完全贴合的修补层，不受裂缝结构限制，并且不需要使用额外的粘结剂，修补效率高、修补效果好。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料主要包括第一组分和第二组分。第一组分和第二组分的体积比为1:0.6～1.5。较佳地，第一组分和第二组分的体积比为1:0.8～1.2。更佳地，第一组分和第二组分的体积比为1:1。通过将第一组分和第二组分进行混合获得本发明的修补材料。
其中，第一组分为多元醇。按占第一组分的重量百分比计，第一组分包括蓖麻油10％-30％、聚丙二醇40％-60％、三乙醇胺10％-30％、聚乙二醇0％-10％、聚丙三醇0％-10％以及二月桂酸二丁基锡0％-0.5％。其中，聚乙二醇、聚丙三醇以及二月桂酸二丁基锡属于选择性成分，在第一组分内可包括也可不包括聚乙二醇、聚丙三醇或二月桂酸二丁基锡。较佳地，按占第一组分的重量百分比计，第一组分包括15％-25％的蓖麻油、45％-55％的聚丙二醇、15％-25％的三乙醇胺、2％-8％的聚乙二醇、2％-8％的聚丙三醇以及0.1％-0.3％的二月桂酸二丁基锡。在实际操作过程中，可根据裂缝的结构和具体修补环境进行适应性选择。按照本发明所提供的配比加入聚乙二醇或聚丙三醇，能够有效提高修补材料的柔软程度、拉伸性能及粘结性，进一步提高修补材料与裂缝之间的匹配性和粘结稳定性，同时还可以提高修补材料在不同外力和环境温度下的应变性能，延长构筑物的使用寿命，防止修补材料开脱。二月桂酸二丁基锡可作为一种助剂或催化剂进行添加，以加快反应速率，缩短固化时间。
本发明的第一组分为无色透明物质，其粘度为280mPa·s-340mPa·s，密度为0.95kg·m-3-1.05kg·m-3。
其中，按占第二组分的重量百分比计，第二组分包括二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)85％-95％、多亚甲基多亚苯基异氰酸酯0％-15％以及甲苯二异氰酸酯0％-10％。其中，MDI可以部分替换成二苯基甲烷二异氰酸酯的衍生物。多亚甲基多亚苯基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯为选择性加入的成分。较佳地，按占第二组分的重量百分比计，第二组分包括90％-94％的二苯基甲烷二异氰酸酯、5％-8％的多亚甲基多亚苯基异氰酸酯以及1％-5％的甲苯二异氰酸酯。
本发明的第二组分为棕色透明物质，其粘度为230mPa·s-270mPa·s，密度为1.23kg·m-3-1.25kg·m-3。
在本发明较佳的实施例中，本发明的修补材料还包括第三组分。第三组分为催化剂，第三组分的用量为相对于第一组分的体积的0.01％～1％。本发明的第三组分也是选择性添加，根据施工环境和气候温度等条件进行相应选择。例如，在较高的温度环境下可不采用催化剂，而较低的温度时需采用催化剂，以加快反应速率和固化成形时间。作为催化剂的第三组分主要是胺类化合物，例如是三乙烯二胺、双-(2-甲氨基乙基)醚或N,N-二甲基环己胺。较佳地，第三组分选自三乙烯二胺、双-(2-甲氨基乙基)醚和N,N-二甲基环己胺中的一种或多种。本领域技术人员可以通过选择不同种类的催化剂以及相应催化剂的用量来调节催化效果。
本发明的第三组分为无色透明物质，其粘度为470mPa·s-550mPa·s，密度为0.95kg·m-3-1.05kg·m-3。
在本发明较佳的实施例中，本发明的修补材料还包括添加剂。该添加剂例如是水，并且其加量为相对于第一组分的体积的0.1％-3％。
本发明的混凝土构筑物裂缝的修补方法是采用本发明的修补材料进行修补的，其具体包括以下步骤：
步骤1：裂缝的清洁处理
对待修补的混凝土构筑物裂缝进行清洁处理，去除裂缝表面的灰尘、污垢以及水渍。
步骤2：配制修补材料，将第一组分和第二组分按照体积比为1：0.6-1.5的比例进行混合，并加入水进行快速搅拌10秒-20秒，获得灌封料。具体为：
量取体积比为1:0.6-1.5的第一组分和第二组分，以及相对于第一组分的体积比0.1％-3％的水，在常温搅拌下将水和第二组分依次加入至第一组分中，再快速搅拌10秒-20秒，形成用于修补裂缝的聚氨酯灌封料。本发明所指的常温是指，温度为0℃-60℃的环境温度，当待修补的裂缝位于室内时，常温即指室内温度，当待修补的裂缝位于室外时，常温即指室外温度。
在本步骤中需对反应原料，即第一组分、第二组分以及水，进行快速搅拌，以使第一组分、第二组分和水均匀混合、充分接触，发生反应，快速发泡，进而得到性能稳定、均匀的裂缝修补材料。
较佳地，在本步骤中还可以在第一组分中添加第三组分，用于进一步加快反应速率，提高修补效率。其中，第三组分的加量为相对于第一组分的体积比0.01％～1％。并且，作为催化剂的第三组分为三乙烯二胺、双-(2-甲氨基乙基)醚和N,N-二甲基环己胺中的一种或多种。
步骤3：裂缝修补
将步骤2中的聚氨酯灌封料，即本发明的修补材料，迅速倾倒入清洁处理后的裂缝中或用注浆机注射入深层的裂缝中，待其固化形成，即完成修补工作。
本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料在灌封后15秒-35秒内开始发泡膨胀，在膨胀过程中，反应形成的聚氨酯化合物(也可称之为聚氨酯塑料或聚氨酯材料)填满整个裂缝缝隙，并依靠自身粘性与混凝土层紧密结合在一起，然后逐步固化成型。将本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料注入裂缝中后，经过3min-5min，聚氨酯灌封料完全不流动，开始固化成型，并且在3h-8h后完全固化。根据本发明的原料配比以及催化剂的加量可以将修补材料的流动时间(保持流态的时间)以及固化时间控制在一个合理的范围内，既可以满足施工要求，避免反应太快、固化时间太短而导致修补材料在还未完全填满缝隙的情况下就局部优先固化的情况出现，同时又可以具有相对于现有技术进行得更快的发泡过程，并且在较短时间内固化完全，使得构筑物能够尽快恢复使用。
利用本发明的修补材料的修补方法，无论是在修补材料的配制阶段还是在裂缝修补阶段均是在进行修补工作的环境温度下进行的，无需对配料阶段或修补阶段的第一组分、第二组分或混合后获得灌封料进行加热，反应条件温和，对设备要求低，降低对设备的投入成本。
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
在本实施例中，本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料包括第一组分和第二组分。第一组分和第二组分的体积比为1:0.6。其中，按占第一组分的重量百分比计，第一组分包括10％的蓖麻油、60％的聚丙二醇以及30％的三乙醇胺，其粘度为280mPa·s，密度为0.95kg·m-3。按占第二组分的重量百分比计，第二组分包括85％的二苯基甲烷二异氰酸酯以及15％的多亚甲基多亚苯基异氰酸酯，其粘度为230mPa·s，密度为1.23kg·m-3。
将上述第一组分和第二组分以及相对于第一组分的体积的0.1％的水进行混合并快速搅拌10秒，形成用于修补裂缝的聚氨酯灌封料。将聚氨酯灌封料迅速倾倒至清洁处理后的裂缝中，25秒后开始发泡膨胀，经过5min后聚氨酯灌封料完全不流动，并在8h后完全固化成型，修补完成。
实施例2
在本实施例中，本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料包括第一组分和第二组分。第一组分和第二组分的体积比为1:1.2。其中，第一组分包括20％的蓖麻油、50％的聚丙二醇、20％的三乙醇胺以及10％的聚乙二醇，其粘度为300mPa·s，密度为0.98kg·m-3。按占第二组分的重量百分比计，第二组分包括90％的二苯基甲烷二异氰酸酯以及10％多亚甲基多亚苯基异氰酸酯，其粘度为250mPa·s，密度为1.23kg·m-3。
将上述第一组分和第二组分以及相对于第一组分的体积的1％的水进行混合并快速搅拌15秒，形成用于修补裂缝的聚氨酯灌封料。将聚氨酯灌封料用注浆机注射入清洁处理后的裂缝中，30秒后开始发泡膨胀，经过4min后聚氨酯灌封料完全不流动，并在6h后完全固化成型，修补完成。
实施例3
在本实施例中，本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料包括第一组分和第二组分。第一组分和第二组分的体积比为1:1。其中，第一组分包括30％的蓖麻油、40％的聚丙二醇、25％的三乙醇胺以及5％的聚丙三醇，其粘度为320mPa·s，密度为1.02kg·m-3。按占第二组分的重量百分比计，第二组分包括94％的二苯基甲烷二异氰酸酯、5％多亚甲基多亚苯基异氰酸酯以及1％甲苯二异氰酸酯，其粘度为260mPa·s，密度为1.24kg·m-3。
将上述第一组分和第二组分以及相对于第一组分的体积的2％的水进行混合并快速搅拌20秒，形成用于修补裂缝的聚氨酯灌封料。将聚氨酯灌封料用注浆机注射入清洁处理后的裂缝中，30秒后开始发泡膨胀，经过4min后聚氨酯灌封料完全不流动，并在6h后完全固化成型，修补完成。
实施例4
在本实施例中，本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料包括第一组分、第二组分以及第三组分。第一组分和第二组分的体积比为1:1.5，第三组分的加量为相对于第一组分的体积的0.8％。其中，第一组分包括15％的蓖麻油、45％的聚丙二醇、19.5％的三乙醇胺、10％的聚乙二醇、10％的聚丙三醇以及0.5％的二月桂酸二丁基，其粘度为340mPa·s，密度为1.04kg·m-3。按占第二组分的重量百分比计，第二组分包括92％二苯基甲烷二异氰酸酯、6％多亚甲基多亚苯基异氰酸酯以及2％甲苯二异氰酸酯，其粘度为270mPa·s，密度为1.25kg·m-3。在本实施例中，第三组分是三乙烯二胺和双-(2-甲氨基乙基)醚的混合物，其粘度为500mPa·s，密度为1.02kg·m-3。
将上述第一组分、第二组分、第三组分以及相对于第一组分的体积的2％的水进行混合并快速搅拌20秒，形成用于修补裂缝的聚氨酯灌封料。将聚氨酯灌封料用注浆机注射入清洁处理后的裂缝中，20秒后开始发泡膨胀，经过3min后聚氨酯灌封料完全不流动，并在3h后完全固化成型，修补完成。由于本实施例添加了催化剂第三组分，因此其固化时间远短于前述实施例。
为了进一步验证本发明的用于混凝土构筑物裂缝的修补材料的修补效果，本发明对采用实施例1-实施例4的原料配比制备出的修补材料进行性能测试，并将SBS改性沥青作为对比材料进行比对。
试验一：拉拔试验
通过拉拔试验考察裂缝修补材料的粘结能力。用AC-13级配的车辙板切割成立方体A型试件和长方体B型试件进行拉拔试验。立方体A型试件的下面层涂抹本发明的修补材料后与长方体B型试件进行粘结(粘结面约为50mm×50mm的正方形)，A型试件的上面层再与拉拔仪进行粘结，裂缝修补材料用量为4ml。对相同的立方体A型试件和长方体B型试件使用相同用量的SBS改性沥青进行粘结，进行对比试验，测试温度为25℃。根据公式：P＝(F/S)×103计算拉拔强度，其中，P为拉拔强度(MPa)，F为拉力(kN)，S为粘结面积(mm2)，S＝50mm×50mm＝2500(mm2)，试验结果见表1。
表1
从表1的拉拔试验数据可以看出，本发明的修补材料的粘结能力远远大于SBS改性沥青的粘结能力，粘结强度几乎达到SBS改性沥青的2倍，说明用本发明的修补材料具有比SBS改性沥青更好的修补效果。
试验二：冻融劈裂试验
通过冻融劈裂试验考察裂缝修补材料的抗水损害能力。沥青混合料采用AC-13级配，采用马歇尔击实法成形圆柱体试件，击实次数为双面各50次，然后在表面切割宽度约5mm，深度约15mm的裂缝进行路面裂缝的模拟。分别用本发明的修补材料和SBS改性沥青对切割后的试件进行裂缝修补，同时与未进行切割的马歇尔试件进行对比研究。
按JTG E20-2011中T 0729-2000的方法进行沥青混合料冻融劈裂试验，测试数据根据以下公式计算劈裂强度和劈裂强度比，试验数据见表2。
RT1＝0.006287PT1/h1
RT2＝0.006287PT2/h2
RT1和RT2分别表示未经冻融循环和冻融循环试件的劈裂抗拉伸强度(MPa)；PT1和PT2分别表示未经冻融循环和冻融循环试件的试验荷载值(N)；h1和h2分别表示未经冻融循环和冻融循环试件的高度(mm)；和分别表示未经冻融循环和冻融循环试件的劈裂抗拉伸强度平均值(MPa)；TSR表示冻融劈裂试验强度比(％)。
表2
从表2的冻融劈裂试验数据可以看出，利用本发明的修补材料的修补试件经冻融循环后的平均劈裂抗拉强度几乎没有变化，而利用SBS改性沥青的修补试件经冻融循环后的平均劈裂抗拉强度略有下降，结合冻融劈裂抗拉强度比(TSR)数据进一步说明本发明的聚氨酯类的修补材料修补裂缝比用SBS改性沥青修补裂缝后的抗水损害效果好。
值得说明的是，本发明的修补材料不仅仅用于路面裂缝，还适用于其他的混凝土构筑物裂缝，例如墙面裂缝、桥面裂缝等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。