聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料的制作方法

本发明涉及建筑工程修补材料，具体而言，涉及聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料。

背景技术：

1、在水利、矿山、港口、工业建筑等工程领域，混凝土、水泥砂浆基层长期承受高速水流冲刷、物料冲击、摩擦磨损及交变温度荷载作用，极易出现表层剥落、坑槽、裂缝、破损等病害，严重影响工程结构的使用寿命和运行安全，需要采用高性能修补材料进行快速修复。

2、目前市面上主流的修补材料分为无机修补材料和有机修补材料两大类。其中，普通铝酸盐水泥基无机修补材料固化速度快、刚性强度高、成本低廉，但存在固有缺陷，材料脆性大、韧性不足，抗冲击、抗变形能力差，重载冲击下极易再次开裂脱落，且界面粘结韧性差，无法适配高频冲击、强冲刷工况；纯聚氨酯有机修补材料韧性优异、抗冲击性好、粘结力强，但存在硬度低、耐磨性能差、耐高温老化性能弱、长期使用易变形，且与无机水泥基层界面相容性差，易出现脱层空鼓现象，使用寿命短。

3、现有技术中虽有少量聚氨酯-无机复合修补材料的研究，但普遍存在配方配比不合理、有机无机界面结合力弱、两相相容性差的问题，易出现体系分层、固化不均、收缩开裂等缺陷，同时无法兼顾高强度、高韧性、高耐磨和强界面粘结性能，低温施工稳定性差，难以满足重载、强冲刷、高冲击的严苛工程工况需求，且多数材料无精准的助剂复配体系，性能提升有限，不具备规模化工程应用价值。

4、针对现有技术的诸多缺陷，亟需研发一种有机-无机协同增效、界面结合稳定、兼顾刚性强度与柔性韧性、抗冲耐磨性能优异、施工适应性强的复合修补材料。因此，我们提出聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中无机修补材料脆性大、抗冲击差，有机修补材料强度低、耐磨性不足，复合材料界面相容性差、性能不均衡的缺陷，提供一种聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，通过精准的组分配比、功能助剂复配及双向互穿结构设计，实现有机柔性与无机刚性的完美结合，大幅提升材料的抗冲击、耐磨损、界面粘结及耐久性能，适配多工况、宽温域施工需求。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，由s组分与y组分按质量比1:1.2～1.5混合固化制备而成；

3、所述s组分按重量份计，包括：改性聚氨酯预聚体60～75份、柔性增韧剂10～18份、耐磨功能助剂5～10份、消泡剂0.5～1.2份、分散剂0.3～0.8份；

4、所述y组分按重量份计，包括：高铝酸盐水泥45～55份、改性无机耐磨骨料25～32份、超细活性微粉8～15份、早强缓凝调节剂1.2～2.5份、界面偶联剂0.8～1.5份、去离子水12～18份。

5、作为本发明优选的技术方案，所述改性聚氨酯预聚体为聚醚二元醇与二苯基甲烷二异氰酸酯经羟基封端改性制备而成，nco含量为4.2～5.5wt%，粘度为2500～3500mps·s/25℃；所述聚醚二元醇为分子量2000～3000的聚四氢呋喃醚二醇。

6、作为本发明优选的技术方案，所述柔性增韧剂为端环氧基聚氨酯增韧剂与聚己二酸丁二醇酯按质量比2:1复配而成，断裂伸长率≥600%，拉伸强度≥18mps。

7、作为本发明优选的技术方案，所述耐磨功能助剂为纳米碳化硅粉体与玄武岩纤维按质量比3:1复配而成，所述纳米碳化硅粉体粒径为30～50nm，所述玄武岩纤维长度为3～6mm、直径为10～15μm。

8、作为本发明优选的技术方案，所述高铝酸盐水泥为cs-70高铝水泥，氧化铝含量≥70wt%，3d抗压强度≥65mps，初凝时间≥40min、终凝时间≤180min。

9、作为本发明优选的技术方案，所述改性无机耐磨骨料为经硅烷偶联剂表面改性的刚玉骨料，骨料粒径为0.15～1.18mm，莫氏硬度≥9.0；所述超细活性微粉为超细二氧化硅微粉与偏高岭土按质量比1:1.5复配而成，粒径为500～800目。

10、作为本发明优选的技术方案，所述早强缓凝调节剂为柠檬酸与硫酸铝按质量比1:3复配而成，可实现5～35℃宽温域施工，可控调节材料初凝、终凝时间。

11、作为本发明优选的技术方案，所述界面偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按质量比1:1复配而成，用于构建有机-无机双向界面结合层。

12、聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料的制备方法，包括以下步骤：

13、s1、制备s组分：按配比将改性聚氨酯预聚体、柔性增韧剂投入高速分散机，常温低速搅拌3～5min，搅拌转速300～400r/min；再加入耐磨功能助剂、分散剂、消泡剂，升温至45～50℃，高速分散15～20min，搅拌转速1200～1500r/min，冷却至常温后密封备用；

14、s2、制备y组分：按配比将去离子水、界面偶联剂、早强缓凝调节剂混合搅拌均匀，得到混合液；向混合液中依次加入超细活性微粉、高铝酸盐水泥、改性无机耐磨骨料，先低速搅拌5min，再高速搅拌10～15min，搅拌转速800～1000r/min，制备得到均匀无机浆料；

15、s3、材料复合：将制备好的s组分与y组分按设定质量比混合，高速搅拌3～5min至体系均匀无颗粒、无分层，常温静置熟化2～3min后，直接涂抹或浇筑于破损基层表面，自然养护成型。

16、作为本发明优选的技术方案，材料养护成型后，28d抗压强度≥90mps，抗冲击强度≥25kj/m2，磨损率≤0.02g/cm2，与水泥混凝土基层粘结强度≥4.5mps，线性收缩率≤0.03%。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明创新构建有机聚氨酯柔性网络与无机铝酸盐刚性骨架双向互穿复合结构，突破传统单一材料性能短板，兼顾无机材料的超高强度、高硬度、高耐磨性和有机材料的高韧性、高抗冲击、强粘结性，性能均衡且优异，克服了现有复合材料界面相容性差、易分层开裂的缺陷。

18、本发明采用特定复配的界面偶联剂、耐磨助剂和温域可调的凝结调节剂，通过各组分协同增效，大幅提升材料界面结合强度、密实度和施工适应性，可在5～35℃宽温域环境施工，低温无缓凝失效、高温无速凝开裂问题，适配各类户外、野外工程修补场景。

19、本发明材料固化速度快、早期强度高、体积稳定性好，线性收缩率≤0.03%，养护后无收缩开裂、空鼓脱层问题，28d抗压强度≥90mps，磨损率极低，远超现有同类修补材料性能指标，可长期承受重载冲击、高速冲刷、摩擦磨损作用，使用寿命显著提升。

20、本发明配方体系精准、无冗余组分，制备工艺简单、施工便捷，可直接涂抹、浇筑施工，无需复杂预处理，适配水利、矿山、港口、工业地坪、桥梁等多领域破损修补，工程适用性广，具备极高的经济价值和推广前景。

1.聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，由s组分与y组分按质量比1:1.2～1.5混合固化制备而成；

2.根据权利要求1所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，所述改性聚氨酯预聚体为聚醚二元醇与二苯基甲烷二异氰酸酯经羟基封端改性制备而成，nco含量为4.2～5.5wt%，粘度为2500～3500mps·s/25℃；所述聚醚二元醇为分子量2000～3000的聚四氢呋喃醚二醇。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，所述柔性增韧剂为端环氧基聚氨酯增韧剂与聚己二酸丁二醇酯按质量比2:1复配而成，断裂伸长率≥600%，拉伸强度≥18mps。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，所述耐磨功能助剂为纳米碳化硅粉体与玄武岩纤维按质量比3:1复配而成，所述纳米碳化硅粉体粒径为30～50nm，所述玄武岩纤维长度为3～6mm、直径为10～15μm。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，所述高铝酸盐水泥为cs-70高铝水泥，氧化铝含量≥70wt%，3d抗压强度≥65mps，初凝时间≥40min、终凝时间≤180min。

6.根据权利要求1所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，所述改性无机耐磨骨料为经硅烷偶联剂表面改性的刚玉骨料，骨料粒径为0.15～1.18mm，莫氏硬度≥9.0；所述超细活性微粉为超细二氧化硅微粉与偏高岭土按质量比1:1.5复配而成，粒径为500～800目。

7.根据权利要求1所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，所述早强缓凝调节剂为柠檬酸与硫酸铝按质量比1:3复配而成，可实现5～35℃宽温域施工，可控调节材料初凝、终凝时间。

8.根据权利要求1所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，所述界面偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按质量比1:1复配而成，用于构建有机-无机双向界面结合层。

9.根据权利要求1-8任一项所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求1-8任一项所述的聚氨酯铝酸盐基有机无机复合抗冲耐磨修补材料，其特征在于，材料养护成型后，28d抗压强度≥90mps，抗冲击强度≥25kj/m2，磨损率≤0.02g/cm2，与水泥混凝土基层粘结强度≥4.5mps，线性收缩率≤0.03%。