一种高流态早强型半柔性路面灌浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于无机复合材料领域，特别涉及一种高流态早强型半柔性路面灌浆料及其制备方法。

背景技术

半柔性路面是在沥青路面结构的基础上灌入水泥浆液形成的一种新型复合路面，该路面兼具有沥青路面柔性好、抗裂能力强、无接缝和水泥混凝土路面刚性大、承载能力强、抗车辙性能好的优点。水泥基灌浆料是决定半柔性路面性能的重要组成部分，灌浆材料的工作性能和力学性能对路面的承载能力和体积稳定性具有重要意义。近年来，随着人们对建筑材料性能的要求越来越高，对灌浆材料的要求也日益提高。

目前可查资料中的半柔性路面水泥基灌浆材料仍存在一定的问题：

(1)中国发明专利公告号：CN113277809A，公开了一种早强型半柔性路面用水泥基灌浆材料，由快硬硫铝酸盐水泥、硅灰、细骨料、早强剂、减水剂等组成，具有早期强度高、浆体均匀稳定的特点，但其实际流动效果并不理想，不利于实际施工。

(2)中国发明专利公告号：CN105016678A，公开了一种半柔性复合路面用水泥基填充材料，由硅酸盐水泥、膨胀剂、石英砂、减水剂、稳定剂等组成，该材料虽然流动度相对较大，但其早期强度相对较低，不能满足道路工程实际应用中快速开放交通的需求，影响半柔性路面材料在道路工程领域的应用。

水泥基灌浆材料的流动性和早期强度之间存在一定的矛盾，流动性能好早期强度未必满足要求，早期强度高流动性能也会受到影响。对于半柔性路面用水泥基灌浆材料，其为了满足快速开放交通的目的，一般要求具有较高的早期强度，但是这会降至灌浆材料的流动性，使其在施工过程中浇注困难，增加了施工难度。目前市售灌浆材料难以兼顾流动性和早期强度，且灌浆料的搅拌均匀性有待提升。鉴于此，有必要研究一种新型半柔性路面灌浆材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高流态早强型半柔性路面灌浆料及其制备方法，该灌浆料具有早强快硬、流动度高、微膨胀、粘结力强的优点。该方法工艺简单，操作方便，绿色无污染，且能够提升制得灌浆料的均匀性，使其性能更加优越。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种高流态早强型半柔性路面灌浆料，其由以下材料制备而成，按重量份数计，原料包括：水泥25～55份、矿渣35～50份、改性粉煤灰微珠15～30份、细骨料10～30份、脱硫石膏1～2份、碱激发剂30～70份、氢氧化钠10～20份、早强剂0.1～0.5份、膨胀剂1～5份、减水剂1～3份、消泡剂0.5～1份、水50～110份。

进一步地，水泥为不小于42.5强度等级、比表面积大于500m

进一步地，矿渣的平均粒径为35μm，比表面积为200～500m

进一步地，改性粉煤灰微珠其空心微珠含量为50％～80％，其细度为0.3～200μm，其中小于5μm的微珠占粉煤灰总量的20％以上。

进一步地，细骨料其粒径在150～300目，二氧化硅含量不低于95％。

进一步地，脱硫石膏纯度为90％～95％，含水率为10％～15％，颗粒粒径在30～50mm之间。

进一步地，碱激发剂采用模数为2.8～3.1的水玻璃与氢氧化钠、水按比例配置而成。

进一步地，早强剂包括氯化锂、碳酸锂中的一种或多种。

进一步地，膨胀剂包括硫铝酸钙类、氧化钙类、氧化镁类中的一种或多种。

进一步地，减水剂包括萘系高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的至少一种。

进一步地，消泡剂包括酰胺类、有机硅类、聚醚类、磷酸酯类中的一种或多种。

本发明提供一种高流态早强型半柔性路面灌浆料的制备方法，其包括：

1)按重量份将各组分备好，待用；

2)将早强剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂等分散到水中，形成水剂A；

3)采用回旋振荡搅拌机，将水泥、矿渣、改性粉煤灰微珠、细骨料、脱硫石膏加入到拌锅中，关闭进料桶盖，启动回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以120rpm低速档搅拌1分钟，实现预搅拌，制得粉剂B；

4)将水玻璃、氢氧化钠和水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂C；

5)上述预搅拌后，启动振荡搅拌机及回旋装置，回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以480rpm高速档搅拌，且搅拌机以60cm/min的速度上下振荡，然后在1分钟内将水剂A和碱激发剂C分两次加入拌锅，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。回旋装置停止旋转后安装输料管，打开输料口输出灌浆料。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点是：

1)本发明提供的高流态早强型半柔性路面灌浆料是一种新型环保节能材料，无污染，排放量低；

2)本发明提供的高流态早强型半柔性路面灌浆料具有早硬快强、高流动性、微膨胀、粘结力强等优点；

3)本发明提供的高流态早强型半柔性路面灌浆料的提高了浆液的留存率、保持了浆液的均一性、不泌水离析；

4)本发明提供的高流态早强型半柔性路面灌浆料施工工艺简单，应用范围较广。

附图说明

图1为本发明高流态早强型半柔性路面灌浆料搅拌装置的示意图。

图中：1.搅拌桶，2.进料桶盖，3.正向搅拌轴，4.搅拌电机，5.移动滑轨，6.支撑杆，7.控制器，8.反向旋转底座，9.出料口，10.出料管。

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，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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家者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的高流态早强型半柔性路面灌浆料及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提出一种高流态早强型半柔性路面灌浆料，其由以下材料制备而成，按重量份数计，原料包括：水泥25～55份、矿渣35～50份、改性粉煤灰微珠15～30份、细骨料10～30份、脱硫石膏1～2份、碱激发剂30～70份、氢氧化钠10～20份、早强剂0.1～0.5份、膨胀剂1～5份、减水剂1～3份、消泡剂0.5～1份、水50～110份。

其中，水泥为不小于42.5强度等级、比表面积大于500m

本发明实施例提供的高流态早强型半柔性路面灌浆料以水泥、矿渣、改性粉煤灰微珠、细骨料、脱硫石膏、碱激发剂、氢氧化钠、早强剂、膨胀剂、减水剂、消泡剂、水为主要原料，该种灌浆料具有早强快硬、高流动度、微膨胀且与沥青混合料粘结力强的特点。

本发明还提供了一种高流态早强型半柔性路面灌浆料的制备方法，其包括以下步骤：

1)按重量份将各组分备好，待用；

2)将早强剂、减水剂、消泡剂、膨胀剂等分散到水中，形成水剂A；

3)采用回旋振荡搅拌机，将水泥、矿渣、改性粉煤灰微珠、细骨料、脱硫石膏加入到拌锅中，关闭进料桶盖，启动回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以120rpm低速档搅拌1分钟，实现预搅拌，制得粉剂B；

4)将水玻璃、氢氧化钠和水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂C；

5)上述预搅拌后，启动振荡搅拌机及回旋装置，回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以480rpm高速档搅拌，且搅拌机以60cm/min的速度上下振荡，然后在1分钟内将水剂A和碱激发剂C分两次加入拌锅，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。回旋装置停止旋转后安装输料管，打开输料口输出灌浆料。

本发明提供的高流态早强型半柔性路面灌浆料搅拌装置

如图1所示，该装置包括1.搅拌桶，2.进料桶盖，3.正向搅拌轴，4.搅拌电机，5.移动滑轨，6.支撑杆，7.控制器，8.反向旋转底座，9.出料口，10.出料管；该高流态早强型半柔性路面灌浆料搅拌装置包括正向搅拌轴及反向旋转底座，启动后正向搅拌轴带动搅拌电机顺时针转动，反向旋转底座带动搅拌桶逆时针转动，这种搅拌方式能够使灌浆料得到充分拌合，搅拌均匀性显著提升，得到的灌浆料性能更加优越。

该高流态早强型半柔性路面灌浆料搅拌装置包括移动滑轨及控制器，启动后在控制器的作用下，搅拌电机可通过移动滑轨实现上下振荡搅拌，能够有效解决搅拌不均匀与粉剂沉底的问题，使制得的灌浆料性能更加优越。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。

实施例1

本实施例提供一种高流态早强型半柔性路面灌浆料，采用回旋振荡搅拌装置进行制备，其制备步骤如下：

S101、备料：准备水泥45份、矿渣45份、改性粉煤灰微珠25份、细骨料25份、脱硫石膏1.5份、水玻璃60份、氢氧化钠15份、早强剂0.5份、UEA膨胀剂5份、减水剂3份、有机硅类消泡剂0.8份，水80份。

S102、制备水剂：将0.5份早强剂、3份减水剂、0.8份消泡剂、5份UEA膨胀剂等分散到水中，形成水剂A。

S103、制备粉剂：采用回旋振荡搅拌机，将45份水泥、45份矿渣、25份改性粉煤灰微珠、25份细骨料、1.5份脱硫石膏加入到拌锅中，关闭进料桶盖，启动回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以120rpm低速档搅拌1分钟，实现预搅拌，制得粉剂B。

S104、制备碱激发剂：将60份水玻璃、15份氢氧化钠和80份水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂C。

S105、制备灌浆料：上述预搅拌后，启动振荡搅拌机及回旋装置，回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以480rpm高速档搅拌，且搅拌机以60cm/min的速度上下振荡，然后在1分钟内将水剂A和碱激发剂C分两次加入拌锅，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。回旋装置停止旋转后安装输料管，打开输料口输出灌浆料。

实施例2

本实施例提供一种高流态早强型半柔性路面灌浆料，采用回旋振荡搅拌装置进行制备，其制备步骤如下：

S201、备料：准备水泥40份、矿渣45份、改性粉煤灰微珠20份、细骨料20份、脱硫石膏1份、水玻璃60份、氢氧化钠15份、早强剂0.3份、UEA膨胀剂3份、减水剂2份、有机硅类消泡剂0.8份，水80份。

S202、制备水剂：将0.3份早强剂、2份减水剂、0.8份消泡剂、3份UEA膨胀剂等分散到水中，形成水剂A。

S203、制备粉剂：采用回旋振荡搅拌机，将40份水泥、45份矿渣、20份改性粉煤灰微珠、20份细骨料、1份脱硫石膏加入到拌锅中，关闭进料桶盖，启动回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以120rpm低速档搅拌1分钟，实现预搅拌，制得粉剂B。

S204、制备碱激发剂：将60份水玻璃、15份氢氧化钠和80份水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂C。

S205、制备灌浆料：上述预搅拌后，启动振荡搅拌机及回旋装置，回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以480rpm高速档搅拌，且搅拌机以60cm/min的速度上下振荡，然后在1分钟内将水剂A和碱激发剂C分两次加入拌锅，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。回旋装置停止旋转后安装输料管，打开输料口输出灌浆料。

实施例3

本实施例提供一种高流态早强型半柔性路面灌浆料，采用回旋振荡搅拌装置进行制备，其制备步骤如下：

S301、备料：准备水泥30份、矿渣35份、改性粉煤灰微珠15份、细骨料15份、脱硫石膏1.5份、水玻璃60份、氢氧化钠10份、早强剂0.2份、UEA膨胀剂2份、减水剂2份、有机硅类消泡剂0.5份，水60份。

S302、制备水剂：将0.2份早强剂、2份减水剂、0.5份消泡剂、2份UEA膨胀剂等分散到水中，形成水剂A。

S303、制备粉剂：采用回旋振荡搅拌机，将30份水泥、35份矿渣、15份改性粉煤灰微珠、15份细骨料、1.5份脱硫石膏加入到拌锅中，关闭进料桶盖，启动回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以120rpm低速档搅拌1分钟，实现预搅拌，制得粉剂B。

S304、制备碱激发剂：将60份水玻璃、10份氢氧化钠和60份水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂C。

S305、制备灌浆料：上述预搅拌后，启动振荡搅拌机及回旋装置，回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以480rpm高速档搅拌，且搅拌机以60cm/min的速度上下振荡，然后在1分钟内将水剂A和碱激发剂C分两次加入拌锅，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。回旋装置停止旋转后安装输料管，打开输料口输出灌浆料。

对比例1

本对比例提供一种普通半柔性路面灌浆料，采用普通水泥砂浆搅拌机进行制备，其制备步骤如下：

D101、备料：准备水泥40份、矿渣40份、粉煤灰15份、细骨料25份、减水剂3份、有机硅类消泡剂0.5份，水80份。

D102、制备水剂：将3份减水剂、0.5份消泡剂等分散到水中，形成水剂A。

D103、制备粉剂：将40份水泥、40份矿渣、15份粉煤灰、25份细骨料加入到普通水泥砂浆搅拌机中搅拌1分钟，实现预搅拌，制得粉剂B。

D104、制备灌浆料：上述预搅拌后，启动搅拌机，然后在1分钟内将水剂A加入搅拌机，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。

对比例2

本对比例提供一种普通半柔性路面灌浆料，所选原材料与对比例1一致，采用回旋振荡搅拌装置进行制备，其制备步骤如下：

D201、备料：准备水泥40份、矿渣40份、粉煤灰15份、细骨料25份、减水剂3份、有机硅类消泡剂0.5份，水80份。

D202、制备水剂：将3份减水剂、0.5份消泡剂等分散到水中，形成水剂A。

D203、制备粉剂：采用回旋振荡搅拌机，将40份水泥、40份矿渣、15份粉煤灰、25份细骨料加入到拌锅中，关闭进料桶盖，启动回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以120rpm低速档搅拌1分钟，实现预搅拌，制得粉剂B。

D204、制备灌浆料：上述预搅拌后，启动振荡搅拌机及回旋装置，回旋装置以30rpm旋转，搅拌机以480rpm高速档搅拌，且搅拌机以60cm/min的速度上下振荡，然后在1分钟内将水剂A加入拌锅，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。回旋装置停止旋转后安装输料管，打开输料口输出灌浆料。

对比例3

本对比例提供一种高流态早强型半柔性路面灌浆料，所选原材料与实施例1一致，采用普通水泥砂浆搅拌机进行制备，其制备步骤如下：

D301、备料：准备水泥45份、矿渣45份、改性粉煤灰微珠25份、细骨料25份、脱硫石膏1.5份、水玻璃60份、氢氧化钠15份、早强剂0.5份、UEA膨胀剂5份、减水剂3份、有机硅类消泡剂0.8份，水80份。

D302、制备水剂：将0.5份早强剂、3份减水剂、0.8份消泡剂、5份UEA膨胀剂等分散到水中，形成水剂A。

D303、制备粉剂：将45份水泥、45份矿渣、25份改性粉煤灰微珠、25份细骨料、1.5份脱硫石膏加入到普通水泥砂浆搅拌机中搅拌1分钟，实现预搅拌，制得粉剂B。

D304、制备碱激发剂：将60份水玻璃、15份氢氧化钠和80份水按比例在反应容器中混合搅拌，制得碱激发剂C。

D305、制备灌浆料：上述预搅拌后，启动搅拌机，然后在1分钟内将水剂A和碱激发剂C分两次加入，完成加料后继续搅拌3分钟即可制得灌浆料。

对本发明提供的高流态早强型半柔性路面灌浆料进行性能检测，检测结果如下表所示；检测方法参照GB/T 50448～2015水泥基灌浆材料应用技术规范、JC/T951～2005水泥砂浆抗裂性能试验方法。

从上表可以看出，本发明制备的灌浆材料抗压强度和流动度均优于市售的普通灌浆材料，兼顾了早强快硬和高流动度两个方面，且与普通搅拌方式相比，采用回旋振荡搅拌装置后灌浆料的各方面性能都得到了优化。采用此方法制得的灌浆料性能优异且施工工艺简单，节能环保，具有广阔的推广前景和应用价值。

以上描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。