一种用于道路加固的灌浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路灌浆料领域，尤其是涉及一种用于道路加固的灌浆料及其制备方法。

背景技术

灌浆料是以高强度材料作为骨料，以水泥作为结合剂，并添加一定量的辅助材料配制而成。灌浆料的应用，通常是在施工现场与一定量的水混合，拌和均匀后即可使用。现有技术中，灌浆料被广泛应用于地脚螺栓锚固、飞机跑道的抢修、核电设备的固定、路桥工程的加固、机器底座、钢结构与地基杯口、设备基础的二次灌浆、栽埋钢筋、混凝土结构加固和改造、旧混凝土结构的裂缝治理，机电设备安装，轨道及钢结构安装，静力压桩工程封桩，建筑加固，墙体结构的加厚及墙体漏渗水修复中。

灌浆法作为道路加固施工中的一种特殊的施工技术，又被称为压力灌浆法，其主要是为改善道路的物理性能及稳定性，而采用电化学技术、压密技术、填充技术等，将灌浆料注入至天然形成或人为形成的道路裂纹、缝隙、孔隙中，灌浆料固化后与道路的基础材料紧密结合，从而实现前述目的。截止至申请日前，灌浆法仍然是道路加固施工的最优选。

采用灌浆法对道路进行加固，主要是让灌浆料填充、渗透至道路的裂纹、缝隙、孔隙中，并排出其中的空气，从而让存在裂纹的道路原体重新凝结成整体。其可以有效解决道路施工及使用过程中的裂缝、渗漏、偏斜、砌石松动、砌浆脱落等质量问题。因此，对道路加固灌浆料的研发意义重大。

发明人经研究发现，现有技术中，为获得理想的灌浆施工性能，通常采用加大辅助材料用量、加大拌和水用量等方式。其虽然能够获得较好的灌浆料流动性，但会导致灌浆料稳定性下降，以及灌浆料硬化体物理力学性能的下降；具体表现为灌浆料的层析、泌水现象，灌浆料硬化体收缩现象，以及灌浆料硬化体劈裂抗拉强度、与钢结构或混凝土的粘结强度性能的衰减。

进一步的，发明人还发现，现有的用于道路加固的灌浆料在应用于沿海道路时，由于海水及盐雾的腐蚀作用，灌浆料硬化体粉化问题较为严重，有效寿命短，其抗海水腐蚀性能有待进一步提高。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于道路加固的灌浆料及其制备方法，在改善灌浆料流动性的同时，提高灌浆料稳定性及物理力学性能；避免灌浆料的层析、泌水现象，及灌浆料硬化体收缩现象；针对性提高灌浆料硬化体的劈裂抗拉强度、与钢结构或混凝土的粘结强度性能；同时，提高灌浆料的抗海水腐蚀性能。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种用于道路加固的灌浆料的制备方法，由以下步骤组成：制备木质素微球、改性、制备第一原料、制剂。

所述制备木质素微球，将木质素、氢氧化钠投入至乙醇溶液中，搅拌均匀，升温至55-65℃，保温；在搅拌条件下，同时滴入苯酚和甲醛溶液，并控制苯酚和甲醛溶液同时滴加完毕；55-65℃保温搅拌一定时间，然后升温至80-90℃，保温搅拌一定时间；继续升温至110-120℃，保温10-16h后，自然冷却至常温；离心分离获得固体物，依次经去离子水、乙醇洗涤，制得木质素微球。

所述制备木质素微球中，乙醇溶液的浓度为30-35%，甲醇溶液的浓度为35-40wt%。

所述制备木质素微球中，木质素、氢氧化钠、苯酚、甲醛溶液、乙醇溶液的重量份比值为 7-9:1.3-1.5:10-13:12-15:25-30。

所述改性，将木质素微球、硅烷偶联剂KH-570投入至无水乙醇中，升温至30-40℃，保温搅拌一定时间后，离心分离，真空干燥，制得改性木质素微球。

所述改性中，木质素微球、硅烷偶联剂KH-570、无水乙醇的重量份比值为8-10:1.2-1.5:100-120。

所述制备第一原料，将蒙脱土、高岭土投入至去离子水中，升温至30-40℃，保温搅拌一定时间后；继续投入十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵，升温至65-75℃，100-200rpm搅拌30-60min；继续投入改性木质素微球，搅拌一定时间后，静置10-12h，滤出并置于60-70℃环境下，保温干燥，粉碎，制得第一原料。

所述制备第一原料中，蒙脱土、高岭土、十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、改性木质素微球、去离子水的重量份比值为10-12:2-3:0.5-0.7:0.2-0.3:3-4:90-100。

所述制剂，包括：制备A料、制备B料。

所述制备A料，将P.Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、微硅粉、第一原料、聚丙烯纤维、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、FDN-A水泥减水剂混合均匀，制得A料；

所述A料中，P.Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、微硅粉、第一原料、聚丙烯纤维、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、FDN-A水泥减水剂的重量份比值为70-75:2-3:7-9:0.8-1:0.6-0.8:1-2:0.5-0.8。

所述制备B料，将粉煤灰、钾长石粉、麦饭石、第一原料、脱硫石膏、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素混合均匀，制得B料；

所述B料中，粉煤灰、钾长石粉、麦饭石、第一原料、脱硫石膏、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素的重量份比值为40-50:10-15:3-5:8-10:8-10:2-3:0.8-1。

一种用于道路加固的灌浆料，由A料和B料组成；采用前述的制备方法制得。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明的用于道路加固的灌浆料的制备方法，通过制备木质素微球，并对木质素微球进行亲水处理后，用于蒙脱土、高岭土的插层过程，制得第一原料；将第一原料用于灌浆料的A料和B料中；通过特定的A料、B料的具体组成及配比；能够在改善灌浆料流动性的同时，提高灌浆料稳定性及物理力学性能，特别是灌浆料硬化体的劈裂抗拉强度、与钢结构或混凝土的粘结强度性能。同时，获得灌浆料的硬化后微膨胀性能，无收缩，能够有效实现道路灌浆、加固，与道路基体结合紧密。还能够有效提高灌浆料的抗海水腐蚀性能。

（2）本发明的用于道路加固的灌浆料，流动性为482-493mm，1d抗压强度为30.2-31.0MPa，7d抗压强度为52.4-53.8MPa，28d抗压强度为89.8-90.6MPa。

（3）本发明的用于道路加固的灌浆料，28d劈裂抗拉强度为9.05-9.19MPa，与钢结构的粘结强度为23.0-23.5MPa，与C30混凝土的粘结强度为4.51-4.66MPa。

（4）本发明的用于道路加固的灌浆料，硬化后膨胀率为0.006-0.009%，无收缩，能够有效实现道路灌浆、加固，与道路基体结合紧密，灌浆料稳定性好，无层析，泌水现象。

（5）本发明的用于道路加固的灌浆料，抗海水及盐雾的腐蚀性能好，耐腐蚀系数为0.97-0.99，在应用于沿海道路时，有效避免灌浆料硬化体粉化问题，有效寿命长。

（6）本发明的用于道路加固的灌浆料的制备方法，制备工艺简洁，工艺条件温和，生产效率高，适用于大规模工业化生产。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。

实施例1

一种用于道路加固的灌浆料的制备方法，具体为：

1、制备木质素微球

将木质素、氢氧化钠投入至乙醇溶液中，搅拌均匀，升温至55℃，保温；在搅拌条件下，同时滴入苯酚和甲醛溶液，并控制苯酚和甲醛溶液同时滴加完毕；55℃保温搅拌30min，然后升温至80℃，保温搅拌20min；继续升温至110℃，保温10h后，自然冷却至常温；离心分离获得固体物，采用8倍体积的去离子水洗涤固体物2次，然后采用12倍体积的乙醇洗涤固体物1次，制得木质素微球。

其中，乙醇溶液的浓度为30%（体积百分数）。

甲醇溶液的浓度为35wt%。

木质素、氢氧化钠、苯酚、甲醛溶液、乙醇溶液的重量份比值为 7:1.3:10:12:25。

2、改性

将木质素微球、硅烷偶联剂KH-570投入至无水乙醇中，升温至30℃，保温搅拌6h后，离心分离并置于真空度为0.08MPa环境下，70℃保温干燥8h，制得改性木质素微球。

其中，木质素微球、硅烷偶联剂KH-570、无水乙醇的重量份比值为8:1.2:100。

3、制备第一原料

将蒙脱土、高岭土投入至去离子水中，升温至30℃，保温搅拌4h；继续投入十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵，升温至65℃，100rpm搅拌30min；继续投入改性木质素微球，搅拌30min，静置10h后，滤出固体物并置于60℃环境下，保温干燥并粉碎，制得第一原料。

其中，蒙脱土、高岭土、十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、改性木质素微球、去离子水的重量份比值为10:2:0.5:0.2:3:90。

4、制剂

本实施例的用于道路加固的灌浆料，包括A料和B料。

其中，A料按以下方法制得，将P.Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、微硅粉、第一原料、聚丙烯纤维、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、FDN-A水泥减水剂投入至混料机内，50rpm混合50min，制得A料。

A料中，P.Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、微硅粉、第一原料、聚丙烯纤维、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、FDN-A水泥减水剂的重量份比值为70:2:7:0.8:0.6:1:0.5。

B料按以下方法制得，将粉煤灰、钾长石粉、麦饭石、第一原料、脱硫石膏、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素投入至混料机内，50rpm混合50min，制得B料。

B料中，粉煤灰、钾长石粉、麦饭石、第一原料、脱硫石膏、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素的重量份比值为40:10:3:8:8:2:0.8。

本实施例的用于道路加固的灌浆料在使用时，将A料、B料、水按1:1:0.3的重量份比值混合均匀，即可进行灌浆。

实施例2

一种用于道路加固的灌浆料的制备方法，具体为：

1、制备木质素微球

将木质素、氢氧化钠投入至乙醇溶液中，搅拌均匀，升温至60℃，保温；在搅拌条件下，同时滴入苯酚和甲醛溶液，并控制苯酚和甲醛溶液同时滴加完毕；60℃保温搅拌40min，然后升温至85℃，保温搅拌30min；继续升温至105℃，保温12h后，自然冷却至常温；离心分离获得固体物，采用9倍体积的去离子水洗涤固体物3次，然后采用14倍体积的乙醇洗涤固体物2次，制得木质素微球。

其中，乙醇溶液的浓度为32%（体积百分数）。

甲醇溶液的浓度为38wt%。

木质素、氢氧化钠、苯酚、甲醛溶液、乙醇溶液的重量份比值为 8:1.4:12:13:29。

2、改性

将木质素微球、硅烷偶联剂KH-570投入至无水乙醇中，升温至35℃，保温搅拌8h后，离心分离并置于真空度为0.085MPa环境下，75℃保温干燥9h，制得改性木质素微球。

其中，木质素微球、硅烷偶联剂KH-570、无水乙醇的重量份比值为9:1.3:110。

3、制备第一原料

将蒙脱土、高岭土投入至去离子水中，升温至35℃，保温搅拌5h；继续投入十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵，升温至70℃，110rpm搅拌45min；继续投入改性木质素微球，搅拌45min，静置11h后，滤出固体物并置于65℃环境下，保温干燥并粉碎，制得第一原料。

其中，蒙脱土、高岭土、十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、改性木质素微球、去离子水的重量份比值为11:2.5:0.6:0.25:3.5:95。

4、制剂

本实施例的用于道路加固的灌浆料，包括A料和B料。

其中，A料按以下方法制得，将P.Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、微硅粉、第一原料、聚丙烯纤维、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、FDN-A水泥减水剂投入至混料机内，70rpm混合40min，制得A料。

A料中，P.Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、微硅粉、第一原料、聚丙烯纤维、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、FDN-A水泥减水剂的重量份比值为72:2.5:8:0.9:0.7:1.5:0.7。

B料按以下方法制得，将粉煤灰、钾长石粉、麦饭石、第一原料、脱硫石膏、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素投入至混料机内，70rpm混合40min，制得B料。

B料中，粉煤灰、钾长石粉、麦饭石、第一原料、脱硫石膏、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素的重量份比值为45:13:4:9:9:2.5:0.9。

本实施例的用于道路加固的灌浆料在使用时，将A料、B料、水按1:1.1:0.32的重量份比值混合均匀，即可进行灌浆。

实施例3

一种用于道路加固的灌浆料的制备方法，具体为：

1、制备木质素微球

将木质素、氢氧化钠投入至乙醇溶液中，搅拌均匀，升温至65℃，保温；在搅拌条件下，同时滴入苯酚和甲醛溶液，并控制苯酚和甲醛溶液同时滴加完毕；65℃保温搅拌50min，然后升温至90℃，保温搅拌40min；继续升温至120℃，保温16h后，自然冷却至常温；离心分离获得固体物，采用10倍体积的去离子水洗涤固体物3次，然后采用15倍体积的乙醇洗涤固体物2次，制得木质素微球。

其中，乙醇溶液的浓度为35%（体积百分数）。

甲醇溶液的浓度为40wt%。

木质素、氢氧化钠、苯酚、甲醛溶液、乙醇溶液的重量份比值为 9:1.5:13:15:30。

2、改性

将木质素微球、硅烷偶联剂KH-570投入至无水乙醇中，升温至40℃，保温搅拌9h后，离心分离并置于真空度为0.09MPa环境下，80℃保温干燥10h，制得改性木质素微球。

其中，木质素微球、硅烷偶联剂KH-570、无水乙醇的重量份比值为10:1.5:120。

3、制备第一原料

将蒙脱土、高岭土投入至去离子水中，升温至40℃，保温搅拌6h；继续投入十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵，升温至75℃，200rpm搅拌60min；继续投入改性木质素微球，搅拌60min，静置12h后，滤出固体物并置于70℃环境下，保温干燥并粉碎，制得第一原料。

其中，蒙脱土、高岭土、十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、改性木质素微球、去离子水的重量份比值为12:3:0.7:0.3:4:100。

4、制剂

本实施例的用于道路加固的灌浆料，包括A料和B料。

其中，A料按以下方法制得，将P.Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、微硅粉、第一原料、聚丙烯纤维、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、FDN-A水泥减水剂投入至混料机内，80rpm混合20min，制得A料。

A料中，P.Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、微硅粉、第一原料、聚丙烯纤维、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、FDN-A水泥减水剂的重量份比值为75:3:9:1:0.8:2:0.8。

B料按以下方法制得，将粉煤灰、钾长石粉、麦饭石、第一原料、脱硫石膏、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素投入至混料机内，80rpm混合20min，制得B料。

B料中，粉煤灰、钾长石粉、麦饭石、第一原料、脱硫石膏、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素的重量份比值为50:15:5:10:10:3:1。

本实施例的用于道路加固的灌浆料在使用时，将A料、B料、水按1:1.2:0.35的重量份比值混合均匀，即可进行灌浆。

对比例1

为避免不必要的赘述，本对比例采用实施例2的技术方案，其不同为：1）省略改性步骤；2）制备第一原料步骤中，省略高岭土和十八烷基三甲基氯化铵的添加；3）制剂步骤中，A剂省略聚丙烯纤维，B剂省略钾长石粉、聚乙烯吡咯烷酮。

对比例2

为避免不必要的赘述，本对比例采用实施例2的技术方案，其不同为：1）省略制备木质素微球和改性步骤；2）制备第一原料步骤中，采用0.8倍重量份的氨化木质素，替代改性木质素微球。

对实施例1-3、对比例1-2制得的用于道路加固的灌浆料流动性指标、浆料稳定性指标、灌浆料硬化后体积变化率、灌浆料硬化体物料力学性能指标进行检测。

具体的，流动性指标的检测方法参考GB/T50448-2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》的相关规定；灌浆料硬化后体积变化率参考GB/T50448-2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》及GB/T50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》的相关规定；灌浆料硬化体物料力学性能指标参考JGJ70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》、DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》的相关规定。

具体检测结果如下：

进一步的，分别将实施例1-3、对比例1-2的用于道路加固的灌浆料制作为100*100*100mm的立方体试样。将各立方体试样完全浸渍至温度为35℃的海水中，浸渍时间60min；然后置于温度为50℃，相对湿度为25%的密闭环境下，静置60min；以前述的浸渍、静置过程为一个循环周期。重复进行前述循环周期90天。同时，各立方体试样均设置空白对照组，即将海水替换为可食用清水，重复进行前述循环周期90天。计算各立方体试样的耐腐蚀系数，并观察腐蚀情况。具体检测结果如下：

可以看出，本发明实施例的用于道路加固的灌浆料，通过制备木质素微球，并对木质素微球进行亲水处理后，用于蒙脱土、高岭土的插层过程，制得第一原料；将第一原料用于灌浆料的A料和B料中；通过特定的A料、B料的具体组成及配比；能够在改善灌浆料流动性的同时，提高灌浆料稳定性及物理力学性能，特别是灌浆料硬化体的劈裂抗拉强度、与钢结构或混凝土的粘结强度性能。同时，获得灌浆料的硬化后微膨胀性能，无收缩，能够有效实现道路灌浆、加固，与道路基体结合紧密。还能够有效提高灌浆料的抗海水腐蚀性能。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。