一种水泥基裂缝修补浆体及其制备方法与流程

1.本技术涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种水泥基裂缝修补浆体及其制备方法。


背景技术：

2.水泥混凝土路面以其具有强度高、扩散荷载能力强、抗水害能力强、稳定性好、施工工艺简单、养护费用少以及材料来源广泛等优点，被广泛应用各级公路、城市道路，由于各种不利环境条件，其在使用过程中会受到不同程度的损坏，而裂缝是混凝土结构承载能力、耐久性和防水性等性能降低的主要原因之一。
3.现有针对水泥混凝土路面裂缝的水泥基类修复材料主要包括以下两类：1)无机类修补材料；普通硅酸盐水泥混凝土、复合硅酸盐水泥、聚合物改性水泥等；2)有机类修补材料，丙烯酸酯类、环氧树脂类、硅酮胶类、聚氨酯类修补材料、改性沥青嵌缝材料等。
4.有机类修补材料虽然具有较高的延伸率，修补后道路的路用性能更好，但由于其基面粘结性能较差容易出现脱落问题，因此修补后的路面使用时间不长，且部分材料具有一定毒性影响人体健康；无机类修补材料虽然成本低廉，但存在粘结性差，收缩大，造成修补路面耐久性差，破损地方往往需要反复修补等缺点。


技术实现要素：

5.为了解决现有修补材料粘结力差，耐久性差需要反复修补的问题，本技术提供一种水泥基裂缝修补浆体及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种水泥基裂缝修补浆体，采用如下的技术方案：一种水泥基裂缝修补浆体，包括如下重量份的原料：磷酸钾镁水泥150-250份；水200-300份；细集料130-190份；粗集料70-110份；水玻璃3-5份；所述磷酸钾镁水泥包括如下重量份的原料：氧化镁80-120份；磷酸二氢钾40-60份；缓凝剂20-40份；改性氧化石墨烯10-14份。
7.通过采用上述技术方案，磷酸钾镁水泥与水泥基材料和有机修补材料相比，磷酸镁水泥与硅酸盐水泥基材料具有较好的基体相容性，用作修补材料与旧水泥基粘结力好，且磷酸镁水泥的热膨胀系数和硅酸盐水泥混凝土基体相近，修补后界面不会因为温度变化而发生界面开裂的问题，由于磷酸钾镁水泥具有凝固快以及脆性大的缺点，因此在其原料中复配缓凝剂调控其缓凝时间，使之在预设时间内实现快速凝固的同时便于施工，同时利用改性氧化石墨烯改变其内部结构以及致密性，增强其抗压能力，细集料与粗集料设置进一步增强磷酸钾镁水泥凝固后的强度以及抗压能力，水玻璃提高磷酸钾镁水泥的流动性，
磷酸钾镁水泥与细集料、粗集料、水玻璃以及防水剂配合提供一种环保、粘结力好、流动性以及强度等综合性能良好的水泥基修补基料。
8.优选的，所述改性氧化石墨烯制备方法为：步骤一：将氧化石墨烯加入去离子水中，设定超声仪频率为100khz超声1h，0.5h后加入铁盐；步骤二:尿素溶液加入无水乙醇中制备混合溶液；步骤三：将步骤二中制备的混合溶液加入步骤一得到的溶液中混匀，并倒入热反应釜内，保温180℃，时间20min；步骤四：将步骤三的溶液进行离心，并进行水洗以及乙醇洗处理，最后烘干得到氧化铁氧化石墨烯复合材料。
9.通过采用上述技术方案，氧化石墨烯以及铁盐均匀分散在去离子水中后，尿素加入促进铁盐水解得到氢氧化铁，氢氧化铁在热反应釜中热分解得到纳米级氧化铁颗粒，且在超声作用下氧化铁颗粒均匀分布在氧化石墨烯上得到氧化铁氧化石墨烯复合材料，氧化铁氧化石墨烯复合材料添加进入磷酸钾镁溶液中不仅在物理上填充水泥的间隙，同时氧化石墨烯的大比表面积以及大量的活性官能团，能够吸附磷酸钾镁水泥水化产物mgkpo4·
6h2o(mkp)，提高磷酸钾镁水泥内部粘结性能，同时氧化石墨烯上的铁离子与磷酸钾镁水化过程中产生的磷酸根络合生成磷酸铁，磷酸铁与氧化石墨烯表面吸附的mkp粘结紧密，进一步填充磷酸钾镁水泥的间隙，增加水泥致密度，进而提高修补浆体的粘结强度以及抗压性能。
10.优选的，所述缓凝剂选用硼砂、硼酸以及硼酸酯中的一种或多种。
11.通过采用上述技术方案，含硼类缓凝剂使用，缓凝时间长，便于工人在水泥基裂缝修补浆体未凝固前填至裂缝中，进行修补工作。
12.优选的，所述缓凝剂选用硼砂。
13.通过采用上述技术方案，采用硼砂磷酸钾镁水泥的水泥基裂缝修补浆体在缓凝时间、与旧水泥基的粘结性能、抗压性能以及防渗性能均表现优异。
14.优选的，其原料还包括重量份数为5-9份的纳米防水剂。
15.通过采用上述技术方案，纳米防水剂的实用有效提高水泥基裂缝修补浆体凝固后的防水抗渗性能，延长修补后的水泥基的使用寿命。
16.优选的，所述细集料包括如下重量份数的原料：磨细矿渣30-50份；粉煤灰100-140份。
17.通过采用上述技术方案，粉煤灰在磷酸钾镁水泥进行物理密实填充的同时，减少浆体与集料之间的摩擦，进而能有效分散磷酸钾镁水泥，提高水泥基裂缝修补浆体的流动性，同时粉煤灰的滚珠效应能够改善改性氧化石墨烯在水泥中的分散性，促进改进氧化石墨烯发挥对水泥基裂缝修补浆体的增强作用，提高水泥基裂缝修补浆体的抗压性能，磨细矿渣的加入提高水泥基裂缝修补浆体的流动性，同时与磷酸钾镁水泥中的mkp反应生成无定型非晶态产物，与粉煤灰同时加入提高水泥基裂缝修补浆体的强度以及抗压性能。
18.优选的，所述粗集料包括如下重量份数的原料：砂石50-70份，硅灰石20-40份。
19.通过采用上述技术方案，砂石与硅灰石加入提高抗压强度以及抗折强度。
20.第二方面，本技术提供一种水泥基裂缝修补浆体的制备方法，采用如下的技术方
案：一种水泥基裂缝修补浆体的制备方法，制备步骤如下：s1：将磷酸钾镁水泥、水玻璃和水混合形成浆料a，将防水剂和水混合形成浆料b；s2：先将浆料a搅拌均匀，再分别加入细集料以及粗集料，搅拌均匀，最后加入浆料b，搅拌均匀得到水泥基裂缝修补浆体。
21.通过采用上述技术方案，将水玻璃与磷酸钾镁水泥混合得到流动性好的水泥浆料，再添加细集料以及粗集料，提高水泥浆料的强度，最后搅拌均匀得到性能优越的水泥基裂缝修补浆体。
22.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用磷酸镁水泥用作修补材料，与硅酸盐水泥基粘结力好，且磷酸镁水泥的热膨胀系数和混凝土基体相近，修补后界面不会因为温度变化而发生界面开裂的问题，使用寿命长，磷酸钾镁水泥与细集料、粗集料、水玻璃以及防水剂配合提供一种环保、粘结力好、流动性以及强度等综合性能良好的水泥基修补基料。
23.2、本技术中优选采用氧化铁氧化石墨烯复合材料添加进入磷酸钾镁水泥中，氧化铁颗粒均匀分布在氧化石墨烯上，氧化石墨烯能够降低以及细化水泥的间隙，同时铁离子与磷酸钾镁水化时产生的磷酸根络合生成磷酸铁，填充细微孔隙形成致密和交联结构，进一步增加水泥致密度，提高修补基体的粘结强度以及抗压性能。
具体实施方式
24.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下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，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
25.本技术中使用的原料如下所示：氧化镁：重烧氧化镁，比表面积为200～220m2/kg；磷酸二氢钾，工业级磷酸二氢钾，其主粒度为主粒度为40/350～60/245目/μm；磨细矿渣：比表面积为520～540m2/kg；粉煤灰：ii级粉煤灰；砂：机制砂，粒径0.2～0.3mm；硅灰石：粒径150～180mm；改性氧化石墨烯制备方法：步骤一：将30mg氧化石墨烯加入15ml去离子水中，设定超声仪频率为100khz超声1h，0.5h后加入3mmol铁盐；步骤二：9mmol尿素溶液加入15ml无水乙醇中；步骤三：将步骤二中制备的溶液加入步骤一中混匀，并倒入热反应釜内，保温180℃，时间25min；步骤四：将步骤三的溶液进行离心，并依次进行2次去离子水洗以及3次乙醇洗处理，最后在80℃恒温烘干箱中烘干28h得到氧化铁氧化石墨烯复合材料。
26.一种水泥基裂缝修补浆体的制备方法：步骤一：将磷酸钾镁水泥、水玻璃和水混合形成浆料a，将防水剂和水混合形成浆料b；步骤二：先将浆料a搅拌均匀，再分别加入细集料以及粗集料，搅拌均匀，最后加入浆料b，搅拌均匀得到水泥基裂缝修补浆体。实施例
27.实施例1
一种水泥基裂缝修补浆体，由如下重量份的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；硼砂30份；改性氧化石墨烯12份；磨细矿渣40份；砂60份；粉煤灰120份，硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
28.实施例2-3一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，其原料各组分及其相应的重量份数如表2所示。
29.表2实施例1-3中各原料及其重量(kg)组分实施例1实施例2实施例3氧化镁10080120磷酸二氢钾504060硼砂302040水玻璃435纳米防水剂859磨细矿渣403050砂605070粉煤灰120100140硅灰石302040改性氧化石墨烯121014实施例4一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；改性氧化石墨烯12份；磨细矿渣40份；砂60份；粉煤灰120份，硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
30.实施例5一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；硼砂30份；改性氧化石墨烯12份；磨细矿渣40份；砂60份；粉煤灰120份，硅灰石30份；纳米防水剂8份。
31.实施例6一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；硼砂30份；改性氧化石墨烯12份；砂60份；粉煤灰120份，硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
32.实施例7一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；硼砂30份；改性氧化石墨烯12份；磨细矿渣40份；砂60份；硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
33.实施例8一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；硼酸30份；改性氧化石墨烯12份；磨细矿渣40份；砂60份；粉煤灰120份；硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
34.实施例9
一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；硼酸酯30份；改性氧化石墨烯12份；磨细矿渣40份；砂60份；粉煤灰120份；硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
35.对比例对比例1一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；硼砂30份；磨细矿渣40份；砂60份；粉煤灰120份，硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
36.对比例2一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：硅酸盐水泥190份；磨细矿渣40份；砂60份；粉煤灰120份，硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
37.对比例3一种水泥基裂缝修补浆体，与实施例1的不同之处在于，由如下重量的原料制成：氧化镁100份；磷酸二氢钾50份；硼砂30份；氧化石墨烯12份；磨细矿渣40份；砂60份；粉煤灰120份，硅灰石30份；水玻璃4份；纳米防水剂8份。
38.性能检测试验1、力学性能测试：按照gb-t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》测试实施例和对比例中水泥基裂缝修补浆体的抗压强度。
39.2、流动性能测试：按照gb/t8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》测试实施例和对比例中水泥基裂缝修补浆体的流动度。
40.3、凝结时间测试：按照jgj/t 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，以贯入阻力值达到0.5mpa时所需的时间作为砂浆的凝结时间，测试实施例和对比例中水泥基裂缝修补浆体的凝结时间。
41.4、粘结强度测试：按照jgj70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》测试实施例和对比例中水泥基裂缝修补浆体的粘结强度。
42.表3
结合实施例1和实施例8-9并结合表3可以看出，使用硼砂作为缓凝剂的凝结时间、抗压强度、粘结强度等综合性能明显优于硼酸以及硼酸酯作为缓凝剂的综合性能。
43.结合实施例1和实施例5并结合表3可以看出，实施例5的流动度以及抗压强度明显低于实施例1的流动度以及抗压强度，水玻璃的加入提高水泥基修补浆体流动性能的同时提高了抗压强度。
44.结合实施例1和实施例6并结合表3可以看出，实施例6的抗压强度明显低于实施例1的抗压强度，表明磨细矿渣的加入提高水泥基修补浆体的抗压强度。
45.结合实施例1、实施例7以及对比例1并结合表3可以看出，实施例7的凝结时间、抗压强度、流动度以及粘结强度性能均低于实施例1，表明粉煤灰的加入对水泥基修补浆体综合性的优化，对比例1与实施例1相比，加入改性氧化石墨烯的水泥基修补浆体的抗压强度以及粘结强度得到明显提升。
46.结合实施例1和对比例2并结合表3可以看出，对比例2的以及粘结强度低于实施例1的粘结强度，表明以磷酸钾镁水泥作为水泥基修补浆体的基料，与旧水泥基的粘结性能更好，且对比例2的抗压强度低于实施例1的抗压强度，表明通过改性石墨烯加入磷酸钾镁水泥原料中使用能够有效提高磷酸钾镁水泥的抗压强度。
47.结合实施例1和对比例3并结合表3可以看出，对比例3的抗压强度以及粘结强度明显低于实施例1的抗压强度以及连接强度，即改性氧化石墨烯的加入磷酸钾镁水泥使用效果优于氧化石墨烯加入磷酸钾镁水泥使用效果。
48.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。