水泥混凝土路面修补材料、制备工艺及修补路面方法
阅读说明：本技术 水泥混凝土路面修补材料、制备工艺及修补路面方法 (Cement concrete pavement repairing material, preparation process and pavement repairing method ) 是由 田闽 王孝平 钱元弟 雷团结 肖敦武 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了水泥混凝土路面修补材料、制备工艺及修补路面方法,属混凝土修复技术领域。所述修补材料主要由以下重量份的原料制成：硅酸盐水泥48～52份,水泥外加剂7～10份,水：17～19份,树脂胶粉0.7～0.9份,粗骨料280～320份,尾矿粉：120～160份；纤维0.12～0.36份,早强剂：2～5份。添加树脂胶粉,一方面增强修补材料在新旧混凝土界面处的粘接能力,提高粘接强度,另一方面使其具有良好的抗冻融破坏的能力；选用聚合物纤维与钢纤维复配而成的复合纤维,提高了材料的抗折强度、抗裂和抗冲击性能；选用葡萄糖酸钙和甲酸钙作为早强剂,赋予修补材料快硬早强的特点,施工12～24h后便可开放交通,无需长时间养护,工作效率高。(The invention discloses a cement concrete pavement repairing material, a preparation process and a pavement repairing method, and belongs to the technical field of concrete repair. The repairing material is mainly prepared from the following raw materials in parts by weight: 48-52 parts of Portland cement, 7-10 parts of cement admixture, and water: 17-19 parts of resin powder, 0.7-0.9 part of coarse aggregate, 280-320 parts of tailing powder: 120-160 parts; 0.12-0.36 parts of fiber, an early strength agent: 2-5 parts. The addition of the resin adhesive powder enhances the bonding capability of the repairing material at the interface of the new concrete and the old concrete, improves the bonding strength, and has good freeze-thaw damage resistance; the composite fiber formed by compounding the polymer fiber and the steel fiber is selected, so that the breaking strength, crack resistance and impact resistance of the material are improved; calcium gluconate and calcium formate are selected as early strength agents, so that the repair material has the characteristics of quick hardening and early strength, the traffic can be opened after 12-24 hours of construction, long-time maintenance is not needed, and the working efficiency is high.)
技术领域
本发明属于水泥混凝土路面养护和修复
技术领域
，具体涉及水泥混凝土路面修补材料、制备工艺及修补路面方法。背景技术
道路维修一直以来都是道路工程领域中重要的课题之一。水泥混凝土路面是比较重要、占比比较大的一种高等级路面结构形式，其是由水泥、砂、石等用水混合结成整体的工程复合材料，具有耐水、耐久性好、刚度大、承载能力强等优点。但随着路面超载荷、交通量增大的情况越来越多，在使用过程中会产生裂缝、断板及不同程度的破损，如不及时修补处理，在车辆的反复碾压下会使情况日益严重，影响行车安全，甚至导致交通事故。挖开重新铺筑的成本太高，一般会选用修补法。此外在日益注重节能环保的今天，制备出性能优良，且节能环保的修补材料显得尤为重要。
传统的修补材料，大致分为有机类和无机类，有机修补材料主要是沥青或树脂类，虽然其粘接强度高、抗蚀性和抗渗性较好，但其与混凝土材料的收缩和膨胀性差异较大，修复难度大，并且成本高。无机修复材料一般为特种水泥掺早强剂，用于水泥混凝土路面修补虽然抗压强度高，但抗拉强度低，耐久性欠佳，容易发生二次破坏。针对于此，今年来出现了纤维混凝土、聚合物混凝土等各种水泥混凝土路面修补材料，虽然部分修补材料具备良好的修复性能，但都未能实现节能环保的要求。如专利CN106892630A公开了水泥混凝土路面修补材料及其制备方法，由于仅选用细砂作为骨料，所制得的修补材料抗压强度低，并且在制备过程中需添加高铝水泥，高铝水泥制作工艺十分复杂，成本高，不经济环保。专利CN104045291A公开的水泥混凝土路面修补材料以硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥为胶结材料，制得的修补材料虽然具有较强的抗压强度与长期稳定性，但其粗集料为粒径为 4～10mm的连续级配碎石，不利于缓解矿产资源压力。并且需添加钢纤维，以增强其抗裂性能，成本较高。
发明内容
针对上述问题，本专利从缓解资源与能源约束，减轻生态环境压力的角度，制备出一种节能环保且性能优良的水泥混凝土路面修补材料。此外本专利具体通过以下技术方法实现：
水泥混凝土路面修补材料，所述修补材料主要由以下重量份的原料制成：硅酸盐水泥48～52份，水泥外加剂7～10份，水：17～19份，树脂胶粉0.7～0.9份，粗骨料280～320份，尾矿粉：120～160份；纤维0.12～0.36份，早强剂：2～5份。
其中：所述的水泥外加剂包括高岭石型硫铁矿浮选尾矿石经 750℃煅烧1～1.5h后，再经研磨2～3h后制得粉料。
其中：所述的树脂胶粉包括超高分子量聚乙烯粉末与乙烯～醋酸乙烯共聚物胶粉、可再分散型胶粉、砂浆胶粉、尿醛树脂胶粉中的其中一种或几种混合而成，混合的重量比为2：3。
其中：所述的早强剂为葡糖糖酸钙和甲酸钙的重量比为1:3。
其中：所述的骨料为通过以下方法制得：称取一定质量的尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，其重量比为5： 1：2：0.2：0.03；再将尾矿粉和水泥按比例进行干拌混合，混合均匀后加入水进行湿拌，搅拌均匀后加入β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，后将混合物放入到离心滚筒中以15～20r/min的转速旋转30～45min后，制得作为尾矿球的骨料。
其中：所述的纤维包括聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或几种与钢纤维混合得到，重量比为2:1；
水泥混凝土路面修补材料的制备工艺，包括以下步骤：
①制备粗骨料：称取一定质量的尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，其重量比为5：1：2：0.2：0.03；先将尾矿粉和水泥按比例进行干拌混合，混合均匀后加入水进行湿拌，搅拌均匀后加入β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，再将混合物放入到离心滚筒中以15～20r/min的转速旋转30～45min后，制得作为骨料的尾矿球；
②称取硅酸盐水泥48～52份，水泥外加剂7～10份，水17～19份，树脂胶粉0.7～0.9份，粗骨料280～320份，尾矿粉：120～160份；纤维0.12～0.36份，置于搅拌机中搅拌，搅拌过程中加入早强剂2～5份，混合均匀后即得修补材料。
水泥混凝土路面修补材料的修补路面方法，包括经上述所述制备工艺制得的路面修补材料，包括以下步骤：
以水泥混凝土路面裂缝或破损处为中心，敲掉虚浮松动的混凝土块，清除坑槽内的混凝土块及杂物，沿坑槽侧壁向内侧6～10cm的位置垂直向下切割，再平整清理沟槽侧壁及底面，保证侧壁垂直且坑槽的深度不小于6cm，向坑槽内浇筑所述修补材料，插捣或振捣密实并平整与原水泥混凝土路面齐平，在自然条件下养护，当坑槽的深度大于20cm，采用分层浇筑、分层插捣或振捣的方式进行充填。
相对于现有技术，本发明具有以下技术效果：
(1)过去的50年里，随着矿产资源的开发，已产生数亿吨尾矿，由于尾矿未得到充分利用，对环境造成了不利影响，本发明以尾矿为原料，经高温煅烧研磨至一定细度后用作水泥外加剂和高性能混凝土外加剂，其具有高火山活性，活性指数高达120％；
(2)以尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉为原料制备尾矿球，经试验检测所制得的尾矿球符合《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177～2010)对再生骨料的相关要求，利用尾矿粉制备尾矿球作为混凝土再生骨料具有巨大的市场需求，可以获得较好经济效益和环境效益。
(3)添加树脂胶粉，一方面增强修补材料在新旧混凝土界面处的粘接能力，提高粘接强度，另一方面使其具有良好的抗冻融破坏的能力；选用聚合物纤维与钢纤维复配而成的复合纤维，提高了材料的抗折强度、抗裂和抗冲击性能；选用葡萄糖酸钙和甲酸钙作为早强剂，赋予修补材料快硬早强的特点，施工12～24h后便可开放交通，无需长时间养护，工作效率高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
该修补材料，修补材料主要由以下重量份的原料制成：硅酸盐水泥48～52份，水泥外加剂7～10份，水：17～19份，树脂胶粉0.7～0.9 份，粗骨料280～320份，尾矿粉：120～160份；纤维0.12～0.36份，早强剂：2～5份。
该所述的水泥外加剂包括高岭石型硫铁矿浮选尾矿石经750℃煅烧1～1.5h后，再经研磨2～3h后制得粉料。本发明以尾矿为原料，经高温煅烧研磨至一定细度后用作水泥外加剂和高性能混凝土外加剂，其具有高火山活性，活性指数高达120％。
该所述的树脂胶粉包括超高分子量聚乙烯粉末与乙烯～醋酸乙烯共聚物胶粉、可再分散型胶粉、砂浆胶粉、尿醛树脂胶粉中的其中一种或几种混合而成，混合的重量比为2：3。该可再分散型胶粉可以选为8010胶粉、8020胶粉。
该所述的早强剂为葡糖糖酸钙和甲酸钙的重量比为1:3。
该纤维包括聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或几种与钢纤维混合得到，重量比为2:1。
添加树脂胶粉，一方面增强修补材料在新旧混凝土界面处的粘接能力，提高粘接强度，另一方面使其具有良好的抗冻融破坏的能力；选用聚合物纤维与钢纤维复配而成的复合纤维，提高了材料的抗折强度、抗裂和抗冲击性能；选用葡萄糖酸钙和甲酸钙作为早强剂，赋予修补材料快硬早强的特点，施工12～24h后便可开放交通，无需长时间养护，工作效率高。
该所述的骨料为通过以下方法制得：称取一定质量的尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，其重量比为5： 1：2：0.2：0.03；再将尾矿粉和水泥按比例进行干拌混合，混合均匀后加入水进行湿拌，搅拌均匀后加入β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，后将混合物放入到离心滚筒中以15～20r/min的转速旋转30～45min后，制得作为尾矿球的骨料。
以尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉为原料制备尾矿球，经试验检测所制得的尾矿球符合《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177～2010)对再生骨料的相关要求，利用尾矿粉制备尾矿球作为混凝土再生骨料具有巨大的市场需求，可以获得较好经济效益和环境效益
其制备工艺，包括以下步骤：
①制备粗骨料：称取一定质量的尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，其重量比为5：1：2：0.2：0.03；先将尾矿粉和水泥按比例进行干拌混合，混合均匀后加入水进行湿拌，搅拌均匀后加入β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，再将混合物放入到离心滚筒中以15～20r/min的转速旋转30～45min后，制得作为骨料的尾矿球；
②称取硅酸盐水泥48～52份，水泥外加剂7～10份，水17～19份，树脂胶粉0.7～0.9份，粗骨料280～320份，尾矿粉：120～160份；纤维0.12～0.36份，置于搅拌机中搅拌，搅拌过程中加入早强剂2～5份，混合均匀后即得修补材料。
其修补路面方法，包括经上述所述制备工艺制得的路面修补材料，包括以下步骤：
以水泥混凝土路面裂缝或破损处为中心，敲掉虚浮松动的混凝土块，清除坑槽内的混凝土块及杂物，沿坑槽侧壁向内侧6～10cm的位置垂直向下切割，再平整清理沟槽侧壁及底面，保证侧壁垂直且坑槽的深度不小于6cm，向坑槽内浇筑所述修补材料，插捣或振捣密实并平整与原水泥混凝土路面齐平，在自然条件下养护，当坑槽的深度大于20cm，采用分层浇筑、分层插捣或振捣的方式进行充填。
硅酸盐水泥：海螺PII 52.5(R)，
实施例1
①制备粗骨料：称取一定质量的尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，其重量比为5：1：2：0.2：0.03。先将尾矿粉和水泥按比例进行干拌混合，混合均匀后加入水进行湿拌，搅拌均匀后加入β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，再将混合物放入到离心滚筒中以15r/min的转速旋转30min后，制得作为骨料的尾矿球。将其浸泡0.5h备用。
②称取海螺PII 52.5(R)硅酸盐水泥48份，水泥外加剂7份，该水泥外加剂包括高岭石型硫铁矿浮选尾矿石经750℃煅烧1～1.5h 后，再经研磨2～3h后制得粉料，水17份，树脂胶粉0.7份，树脂胶粉包括超高分子量聚乙烯粉末与乙烯～醋酸乙烯共聚物胶粉、8010胶粉、8020胶粉、砂浆胶粉、尿醛树脂胶粉中的其中一种或几种混合而成，混合的重量比为2：3，优选为皖维8010胶粉、皖维8020胶粉组成比为2：3，粗骨料280份，尾矿粉120份，纤维0.12份，该纤维包括(聚丙烯纤维+聚丙烯腈纤维)与钢纤维混合得到，重量比为(1.3+0.7):1，置于搅拌机中搅拌，搅拌过程中加入早强剂2份，该早强剂为葡糖糖酸钙和甲酸钙，其重量比为1:3，混合均匀后即得修补材料；
修补路面方法：水泥混凝土路面裂缝或破损处为中心，敲掉虚浮松动的混凝土块；清除坑槽内的混凝土块及杂物，沿坑槽侧壁向内侧 6cm的位置垂直向下切割，再平整清理沟槽侧壁及底面，保证侧壁垂直且坑槽的深度不小于6cm。向坑槽内浇筑所述修补材料，插捣或振捣密实并平整与原水泥混凝土路面齐平，在自然条件下养护。
实施例2
①制备粗骨料：称取一定质量的尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，其重量比为5：1：2：0.2：0.03。先将尾矿粉和水泥按比例进行干拌混合，混合均匀后加入水进行湿拌，搅拌均匀后加入β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，再将混合物放入到离心滚筒中以17r/min的转速旋转38min后，制得作为骨料的尾矿球。将其浸泡0.71h备用。
②称取海螺PII 52.5(R)硅酸盐水泥50份，水泥外加剂8份，水18份，树脂胶粉0.8份，粗骨料300份，尾矿粉：140份；纤维 0.24份，置于搅拌机中搅拌，搅拌过程中加入早强剂3份，混合均匀后即得修补材料；其中树脂胶粉、水泥外加剂、树脂胶粉、纤维成份均与实施例1相同，且组成配比也一致；
修补路面方法：沿坑槽侧壁向内侧，8cm的位置垂直向下切割，其他步骤同实施例1；
实施例3
①制备粗骨料：称取一定质量的尾矿粉、水泥、水、β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，其重量比为5：1：2：0.2：0.03。先将尾矿粉和水泥按比例进行干拌混合，混合均匀后加入水进行湿拌，搅拌均匀后加入β萘磺酸钠甲醛缩合物减水剂和无机胶粉，再将混合物放入到离心滚筒中以20r/min的转速旋转45min后，制得作为骨料的尾矿球。将其浸泡1h备用。
②称取海螺PII 52.5(R)硅酸盐水泥52份，水泥外加剂10份，水19份，树脂胶粉0.9份，粗骨料320份，尾矿粉：160份；纤维 0.36份，置于搅拌机中搅拌，搅拌过程中加入早强剂5份，混合均匀后即得修补材料；其中树脂胶粉、水泥外加剂、树脂胶粉、纤维成份均与实施例1相同，且组成配比也一致。
修补路面方法：沿坑槽侧壁向内侧10cm的位置垂直向下切割，其他步骤同实施例1；
性能检测：
依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG 3420～2020，分别对实施例1、2和3所制得的修补材料进行测试。根据需要按照规程JTG 3420～2020测试其坍落度、凝结时间和同条件养护下的抗压强度，具体数据如下表5所示：
表5修补材料性能测试结果
从表5中可以看出，实施例1～3的节能环保型水泥混凝土路面修补材料，其初凝时间35min左右，终凝时间56min左右，12h的抗压强度便达到43MPa以上，说明修补材料抗压强度高，并且快硬早强，施工12～24h后便可开放交通。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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