一种路面基层加固用复合地聚合物砂浆注浆料及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料，还涉及上述路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料的制备方法。


背景技术：

2.随着我国道路交通基础建设的快速发展，我国公路总里程不断增加。由于路面结构、行车荷载、自然环境等因素，导致路面基层脱空、路基沉陷、强度衰退等病害。为了提高道路的使用寿命，如何更好地加固和处治这类路面基层是行业内备受关注的问题之一。目前最常见的处理方式是利用注浆料进行加固处理，常用的注浆料可以分为无机和有机两大类。无机注浆料多以水泥类注浆料为主，该种注浆料流动性较差，且不易渗透到较为细小的孔隙中，耐久性能不佳，注浆施工后容易出现二次唧浆；有机注浆料一般为化学浆液，常见的为环氧树脂、聚氨酯等，有机注浆料前期主要起到填充的作用，无法与层间物发生化学作用形成整体，耐久性能较差且成本较高，性价比较低。
3.地聚合物是一种新型绿色环保的无机胶凝材料。目前公开的地聚合物砂浆注浆料存在一定的问题。中国发明专利公告号：cn111704399a，公开了一种高流变性地聚合物砂浆，以偏高岭土、粉煤灰、碱激发剂、减水剂、水、石英砂、pva粉末、纳米二氧化硅、石墨烯、橡胶粉和表面活性剂作为主要原料，将改性后的胶粉和pva纤维与其他原料制成地聚合物砂浆。该专利所涉及的地聚合物砂浆制备工艺复杂，尤其是改性胶粉和pva纤维的质量难以控制，受环境因素影响较大。该种地聚合物砂浆中含有石墨烯、纳米二氧化硅等原料一定程度上增加了成本，难以大规模推广使用。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明针对现有技术中地聚合物砂浆注浆料存在制备工艺复杂，含石墨烯、纳米二氧化硅等原料导致制备成本高的问题，提供一种路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料。本发明还提供上述路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料的制备方法。
5.技术方案：本发明所述的路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料，由如下重量份数的组分组成：高炉矿渣粉20～25份、粉煤灰20～25份、再生微粉12～14份、稻壳灰4～6份、细砂95～110份、硅酸钠溶液40～50份、氢氧化钠6～8份、去离子水20～25份、减水剂0.8～1份、膨胀剂1～1.5份、消泡剂0.2～0.3份以及活性剂0.1～0.2份。
6.其中，所述高炉矿渣粉经研磨处理后平均粒径为25μm，比表面积为350～550m2/kg；优选的粒径一方面能与其他粉料的粒径形成级配化的关系，一方面能够在注浆时进入到更加细小的孔隙中；比表面积如果过大会导致需水量上升，影响注浆料的实际性能。高炉矿渣粉作为地聚合物砂浆注浆料的胶结料之一，是地聚合物反应的主要材料之一，高炉矿渣粉可以有效提高地聚合物材料的强度，高炉矿渣粉掺量的升高会增大收缩、缩短凝结时间。
7.其中，所述粉煤灰为ⅱ级灰，平均粒径30μm，比表面积为550～750m2/kg。
8.其中，所述再生微粉的平均粒径为100μm，比表面积为75m2/kg。再生微粉主要来源于回收的混凝土，属于循环再生材料，加入再生微粉的目的，主要是为了部分替代高炉矿渣粉和粉煤灰掺量，提高再生产品的利用率，降低成本。
9.其中，稻壳灰采用如下方法制备而成：将稻壳经盐酸浸泡后，于550℃下煅烧1小时，自然冷却至室温备用。经过酸处理和550摄氏度煅烧1小时的稻壳灰的活性最好，有利于注浆料性能的提升，盐酸预处理是为了提高无形性二氧化硅的纯度，且经过酸处理后的稻壳灰孔隙结构更加致密，550℃煅烧后的反应活性最高；稻壳灰有助于强度的提高和起界面的黏结作用。
10.其中，所述细砂的平均粒径为0.125～0.25mm，细度模数为1.6～2.2；对应粒径的细砂为了实现砂浆注浆料可以渗透到更细小的缝隙中，起到更好的加固效果。
11.其中，所述硅酸钠溶液的波美度为38.5
°
b
é
，模数为3.3。
12.其中，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系高效减水剂。减水剂的加入主要是为了减少拌合水的使用。
13.其中，所述膨胀剂为uea、aea或hea中的至少一种。膨胀剂的使用主要是为了抑制地聚合物砂浆注浆料的收缩，一旦注浆料收缩过大会引起体积变化导致开裂、影响界面黏结、对注浆加固效果有较大影响。膨胀剂掺量较小，对注浆料其他性能不造成影响。
14.其中，所述消泡剂为有机硅类消泡剂。消泡剂主要是为了消除注浆料在制备和施工过程中产生的气泡，防止随着注浆施工进入到结构内部而排不出的情况，有助于提高注浆料的强度和耐久性能，提高注浆效果。
15.其中，所述活性剂为三乙醇胺、碳酸钙或铝酸三钙中的至少一种。活性剂的加入主要是为了对注浆料的强度起到促进作用。
16.上述路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料的制备方法，具体包括如下步骤：
17.(1)将重量份硅酸钠溶液、氢氧化钠和去离子水混合，溶解完全后得到碱激发剂，并陈化24小时；碱激发剂作为注浆料制备的主要原料之一，制备时需要确定碱激发剂的模数、碱掺量和水灰比，不同的参数下的碱激发剂的各成分掺量不同，陈化24小时的目的是为了降温，但最主要的还是为了碱激发剂各组分融合的更好；
18.(2)将重量份高炉矿渣粉、粉煤灰、再生微粉以及稻壳灰在混料机中充分混合，干拌2
‑
3分钟，然后加入细砂继续干拌1
‑
2分钟，得到预混料a；将矿渣粉、粉煤灰、再生微粉、稻壳灰和细砂干拌是为了使得粉料混合更均匀，有利于后期注浆料制备的匀质性；
19.(3)将重量份的减水剂、膨胀剂、消泡剂和活性剂与步骤(1)得到的碱激发剂混合，得到溶液b；因为外加剂的掺量都比较小，因此选择将外加剂先与陈化后的碱激发剂充分混合，这样有利于外加剂的分散；
20.(4)将预混料a与溶液b混合，振动搅拌3
‑
5分钟，得到路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料。
21.本发明地聚合物砂浆注浆料相比于使用偏高岭土作为主要原料，配方中使用的矿渣粉和再生微粉等相比于偏高岭土的价格便宜很多；同时配方中不使用石墨烯和纳米二氧化硅，成本又会降低很多；在降低成本的同时，产品并未发生性能的衰减，与现有技术中采用偏高岭土、石墨烯和纳米二氧化硅的产品性能相当并略有提高。
22.有益效果：本发明地聚合物砂浆注浆料在不含成本高昂的石墨烯和纳米二氧化硅
下，仍具有流动性好、渗透性强以及早强快硬且泌水率和收缩性良好的优点；本发明的地聚合物砂浆注浆料对层间惰性材料具有极强的激发作用，稳定性极好；且制备工艺简单，原料廉价易得，有利于大规模推广应用。
具体实施方式
23.实施例中所使用的高炉矿渣粉和粉煤灰由灵寿县腾岩矿产品加工厂提供，再生微粉由扬州惠民再生资源有限公司提供，稻壳灰由上海沃绿贸易有限公司提供，细砂、减水剂、膨胀剂、消泡剂、活性剂由巩义市元亨净水材料厂提供，硅酸钠溶液由嘉善县优瑞耐火材料有限公司提供，氢氧化钠由西安天茂化工有限公司提供。
24.实施例1
25.本发明路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料的制备方法，具体包括如下步骤：
26.(1)备料：准备20份高炉矿渣粉、25份粉煤灰、12份再生微粉、4份稻壳灰、95份细砂、40份硅酸钠溶液、6份氢氧化钠、20份去离子水、0.8份减水剂、1.5份膨胀剂、0.3份消泡剂和0.1份活性剂；
27.(2)制备碱激发剂：将40硅酸钠溶液、6份氢氧化钠和20份去离子水充分混合溶解，得到碱激发剂，并陈化24小时；
28.(3)混料：将20份高炉矿渣、25份粉煤灰、12份再生微粉以及4份稻壳灰在混料机中充分混合，干拌2
‑
3分钟，然后加入95份细砂继续干拌1
‑
2分钟，制得预混料a；
29.(4)将0.8份减水剂、1.5份膨胀剂、0.3份消泡剂和0.1份活性剂与陈化处理后的碱激发剂混合，得到溶液b；
30.(5)制备地聚合物砂浆注浆料：将溶液b匀速加入到预混料a中，振动搅拌3
‑
5分钟，得到路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料。
31.实施例2
32.本发明路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料的制备方法，具体包括如下步骤：
33.(1)备料：准备25份高炉矿渣粉、20份粉煤灰、14份再生微粉、6份稻壳灰、95份细砂、40份硅酸钠溶液、6份氢氧化钠、20份去离子水、0.8份减水剂、1.5份膨胀剂、0.3份消泡剂和0.1份活性剂；
34.(2)制备碱激发剂：将40硅酸钠溶液、6份氢氧化钠和20份去离子水充分混合溶解，得到碱激发剂，并陈化24小时；
35.(3)混料：将25份高炉矿渣、20份粉煤灰、14份再生微粉以及6份稻壳灰在混料机中充分混合，干拌2
‑
3分钟，然后加入95份细砂继续干拌1
‑
2分钟，制得预混料a；
36.(4)将0.8份减水剂、1.5份膨胀剂、0.3份消泡剂和0.1份活性剂与陈化处理后的碱激发剂混合，得到溶液b；
37.(5)制备地聚合物砂浆注浆料：将溶液b匀速加入到预混料a中，振动搅拌3
‑
5分钟，得到路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料。
38.实施例3
39.本发明路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料的制备方法，具体包括如下步骤：
40.(1)备料：准备20份高炉矿渣粉、25份粉煤灰、12份再生微粉、4份稻壳灰、110份细砂、50份硅酸钠溶液、8份氢氧化钠、25份去离子水、0.8份减水剂、1.5份膨胀剂、0.3份消泡
剂和0.1份活性剂；
41.(2)制备碱激发剂：将50硅酸钠溶液、8份氢氧化钠和25份去离子水充分混合溶解，得到碱激发剂，并陈化24小时；
42.(3)混料：将20份高炉矿渣、25份粉煤灰、12份再生微粉以及4份稻壳灰在混料机中充分混合，干拌2
‑
3分钟，然后加入110份细砂继续干拌1
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2分钟，制得预混料a；
43.(4)将0.8份减水剂、1.5份膨胀剂、0.3份消泡剂和0.1份活性剂与陈化处理后的碱激发剂混合，得到溶液b；
44.(5)制备地聚合物砂浆注浆料：将溶液b匀速加入到预混料a中，振动搅拌3
‑
5分钟，得到路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料。
45.实施例4
46.同实施例1，区别在于，原料中不加入减水剂。
47.实施例5
48.同实施例1，区别在于，原料中不加入膨胀剂。
49.实施例6
50.同实施例1，区别在于，原料中不加入消泡剂。
51.实施例7
52.同实施例1，区别在于，原料中不加入活性剂。
53.实施例1～7制得的路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料进行性能检测，检测结果如表1和表2所示；检测方法参照gb/t 50448
‑
2015水泥基灌浆材料应用技术规范、jgj/t70
‑
2009建筑砂浆基本性能试验方法标准、sz
‑
g
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b04
‑
2007公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程。
54.表1
[0055][0056]
表2
[0057][0058]
从表1和表2可以看出，实施例4～7的数据说明，在本发明配方体系中，缺少任一外加剂组分都会对最终的产品的强度、凝结时间、膨胀率、流动度造成影响。实施例1和实施例2中高炉矿渣粉、粉煤灰、再生微粉和稻壳灰的含量不同，对产品最终的影响主要是体现在强度、流动度和凝结时间上，在本发明配方体系中，高炉矿渣粉最突出的贡献是强度、粉煤灰最突出的贡献是流动度、再生微粉最突出的贡献是凝结时间，稻壳灰最突出的贡献是泌水率，这些材料并不能单一说是对某个性能有作用，每种材料对所有的性能都有影响。实施例1和实施例3中细砂、硅酸钠溶液、氢氧化钠和去离子水的含量不同，对产品的性能影响主要是强度、膨胀率和凝结时间，主要是硅酸钠和氢氧化钠以及去离子水配置而成的碱激发剂对原材料的激发效果不同，导致产品性能出现一些差异。
[0059]
实施例1～3的路面基层加固用地聚合物砂浆注浆料的抗压强度较高且工作性能优异，从数据分析完全符合加固用注浆料的标准。本发明地聚合物砂浆注浆料的推广，将极大降低工程的造价，并在提升路面使用寿命的同时起到保护环境的作用。