本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及一種涉及磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料及其制備方法，可用于建筑結(jié)構(gòu)、路橋水利等工程的水泥快速修補(bǔ)材料。
背景技術(shù)：
水泥混凝土地面是一種剛度大、擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的地面結(jié)構(gòu)，在世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家，水泥混凝土地面與環(huán)氧樹脂地面兩種結(jié)構(gòu)一直同步發(fā)展，都各有所長。許多國家對水泥混凝土地面的修筑技術(shù)一直在進(jìn)行研究和總結(jié)，取得了很多成果，并得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在大型廠房、地下冷庫的重大建筑結(jié)構(gòu)中，水泥混凝土地面得到更廣泛的應(yīng)用。
但是，水泥混凝土路面的病害是一個普遍存在的問題，由于搬運(yùn)活荷載的反復(fù)作用及各種環(huán)境因素的不斷影響，加之設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)等諸多因素，在使用過程中不可避免的會產(chǎn)生病害，如各種裂縫、接縫破碎、坑洞、麻面等。水泥混凝土地面出現(xiàn)病害后，需及時修復(fù)。由于水泥混凝土地面的大面積修補(bǔ)存在一定難度，特別是地面處于低溫環(huán)境下，混凝土地面的大面積修補(bǔ)難度更大，而且修補(bǔ)完的材料需要很長時間才能實現(xiàn)通車使用。其他磷酸鹽水泥基復(fù)合材料雖然在已有的基礎(chǔ)上得到了改善，但是在低溫環(huán)境中無法實現(xiàn)1小時快速通車的需求，他們在低溫環(huán)境中的水化反應(yīng)將會變得非常滯緩，磷酸鹽水泥基材料是一種愈反應(yīng)愈劇烈的材料，但是如果達(dá)不到反應(yīng)所需的溫度，強(qiáng)度將達(dá)不到要求。本發(fā)明材料成分里面含有氧化鎂、磷酸二氫銨和偏高嶺土，可以實現(xiàn)二次放熱高峰，從而保證磷酸鹽水泥基達(dá)到正常的強(qiáng)度要求。；到目前為止，還沒有一套經(jīng)濟(jì)快速、適應(yīng)性強(qiáng)而成熟的修補(bǔ)方法來處理低溫環(huán)境下混凝土地面的修補(bǔ)，其根本原因是在于沒有一種性能理想，工藝合理的修補(bǔ)材料來應(yīng)對混凝土地面的各種病害問題。
綜上所述，研制開發(fā)一種綜合性能優(yōu)越，并且可在低溫環(huán)境下達(dá)到混凝土地面修補(bǔ)目的的材料，顯得尤為重要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述混凝土地面存在的技術(shù)問題，并結(jié)合國家對于新型建筑材料的需求，本發(fā)明的目的在于提供一種磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料及其制備方法，該低溫復(fù)合材料材料是一種成本低，便于加工、儲運(yùn)，具有超韌性、快凝、強(qiáng)度高、抗裂性能好、抗熱應(yīng)力、耐低溫、修補(bǔ)1小時即可快速通車的水泥修補(bǔ)材料。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料，是由以下原料按重量百分比配比組成：砂子40%-60%，氧化鎂20%-40%，磷酸二氫銨5%-15%，磷酸二氫鉀3%-5%，偏高嶺土5%-8%，空心聚丙烯纖維0.5%-1%，粉煤灰2%-10%，緩凝劑0.5%-2%，減水劑0.05%-0.5%，三聚磷酸鈉0.02%-0.2%，水8%-12%。
所述的砂子采用中砂，其細(xì)度模數(shù)為2.5，含泥量為0.8%，無泥塊，表觀密度為2700kg/m3。
所述的粉煤灰為高鈣粉煤灰。
所述的緩凝劑為硼砂。
所述的減水劑為聚羧酸系高性能減水劑。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供該低溫復(fù)合材料的制備方法，具體為按原料所需配比依次稱取氧化鎂、磷酸二氫銨、緩凝劑、磷酸二氫鉀、粉煤灰、減水劑、三聚磷酸鈉、偏高嶺土和砂子，置于攪拌機(jī)的攪拌筒內(nèi)，以45r/min勻速攪拌5-10分鐘，直至這些材料攪拌均勻為止；將所需重量的水緩慢加入到攪拌筒內(nèi)，然后持續(xù)攪拌1-2分鐘，直到形成均勻的流動性較好的糊狀漿體為止；然后加入所需重量的空心聚丙烯纖維，持續(xù)攪拌30s，即得磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料。
本發(fā)明的有益效果是。
本發(fā)明所選用的各原料的特性要求及分析如下：氧化鎂是在2000℃高溫下鍛造而成的，呈粉末狀，顏色顯棕黃色，比表面積為2700cm2/g，本發(fā)明所采用的氧化鎂是特意定制的，煅燒時間、煅燒溫度、包括煅燒爐內(nèi)氧化鎂的位置都決定了氧化鎂性能的差異，它作為磷酸鹽水泥基的核心材料，對本發(fā)明能否應(yīng)用于低溫環(huán)境中起著決定性的作用，主要起增強(qiáng)材料的密實度、抗熱應(yīng)力和抗凍能力；磷酸二氫銨為普通市售的磷酸二氫銨，它是磷酸鹽水泥基的另一個核心材料，磷酸鹽水泥之所以能夠短時間內(nèi)凝結(jié)變硬，主要是氧化鎂和磷酸二氫銨的水化反應(yīng)；磷酸二氫鉀為白色結(jié)晶或無定形白色粉末，易溶于水，水溶液呈微堿性，它在本發(fā)明中和磷酸二氫銨作用類似，能夠與氧化鎂反應(yīng)生成鳥糞石，適當(dāng)?shù)募尤胗欣谔嵘姿猁}混凝土強(qiáng)度；偏高嶺土是以高嶺土為原料，在適當(dāng)溫度下（600-900℃）經(jīng)脫水形成的無水硅酸鋁，呈土黃色粉狀體，它是一種高活性礦物摻合料，是超細(xì)高嶺土經(jīng)過低溫煅燒而形成的無定型硅酸鋁，具有很高的火山灰活性，主要用于改善磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料的耐腐蝕、耐酸堿、耐低溫性能，它在改善混凝土性能的同時能夠形成第二次放熱高峰，它能夠提高磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料的水化熱，使其反應(yīng)過程中水化熱達(dá)到70℃，而一般的混凝土化熱只能達(dá)到30℃，所以它可以應(yīng)付各種低溫惡劣環(huán)境；空心聚丙烯纖維外觀為白色絮狀物、無味、無毒、輕質(zhì)、半透明、手感柔和，空心率為50%，空心聚丙烯纖維表面經(jīng)過特殊處理類似毛發(fā)，本發(fā)明所選用的空心聚丙烯纖維基數(shù)指標(biāo)必須滿足表2，它的作用是儲存水，其表面是經(jīng)過特殊處理的，具有憎水性，可以減緩水泥基材料的水化反應(yīng)速度，而內(nèi)部具有很好的吸水性，水進(jìn)入纖維內(nèi)部后，能夠增強(qiáng)材料的韌性，然后這部分纖維內(nèi)的水在緩慢釋放出來，其他普通纖維根本無法用于低溫環(huán)境中，尤其在冷庫和寒冷地區(qū)的路面；粉煤灰采用高鈣粉煤灰，它來源于褐煤、次煙煤作為燃料而排放出的一種氧化鈣成分較高的粉煤灰，是一種既含有一定數(shù)量水硬性晶體礦物又含有潛在活性物質(zhì)的材料，與普通粉煤灰相比，高鈣粉煤灰粒徑更小，用作水泥混合材或混凝土摻合料具有減水效果好、早期強(qiáng)度發(fā)展快，粉煤灰質(zhì)量符合gbj146-90中規(guī)定；緩凝劑主要調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間，本發(fā)明采用聚羧酸高性能減水劑，它是以聚羧酸鹽為主體的多種高分子有機(jī)化合物，經(jīng)接枝共聚生成的，具有極強(qiáng)的減水性能，與磷酸水泥的相容性好，使得配制而成的磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料在低溫環(huán)境下能保持高強(qiáng)度，且摻量低，減水率高，收縮??；三聚磷酸鈉為白色粉末狀結(jié)晶，其水溶液呈弱堿性，它在4.3-14范圍的水中形成懸濁液的作用，即分散作用，可以提升磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料的流動性，否則在制備的時候?qū)⒊霈F(xiàn)不宜攪拌均勻的情況；本發(fā)明所選用的水為無雜質(zhì)的自來水。
本發(fā)明的復(fù)合材料性能優(yōu)越，氧化鎂與磷酸二氫銨結(jié)合發(fā)生水化放熱反應(yīng)形成第一次放熱高峰，可以提高復(fù)合材料的密實度和抗凍能力，偏高嶺土能夠改善磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料的耐腐蝕、耐酸堿、耐低溫性能，它在改善混凝土性能的同時能夠提高磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料的水化熱，能夠形成第二次放熱高峰，使其反應(yīng)過程中水化熱達(dá)到70℃，而一般的混凝土水化熱只能達(dá)到30℃，所以它可以應(yīng)付各種低溫惡劣環(huán)境；加入磷酸二氫鉀與氧化鎂反應(yīng)有利于提高復(fù)合材料的強(qiáng)度，由于氧化鎂與磷酸二氫銨的水化反應(yīng)速度太快，不能滿足施工要求，加入緩凝劑可調(diào)節(jié)復(fù)合材料凝結(jié)時間并且復(fù)合施工要求；減水劑具有極強(qiáng)的減水性能，與磷酸水泥的相容性好，使得配制而成的磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料在低溫環(huán)境下能保持高強(qiáng)度，且減水率高，收縮??；為防止磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料在制備的時候出現(xiàn)不宜攪拌均勻的情況，加入三聚磷酸鈉可以提升復(fù)合材料的流動性；由于上述原材料所占的比例不同，按照上述原料依次稱取使得原料充分混合，有利于充分發(fā)揮復(fù)合材料的有益效果。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的優(yōu)點和產(chǎn)生的有益效果是。
1、凝結(jié)時間短，強(qiáng)度提高快，該修補(bǔ)材料的初凝時間不早于10分鐘，終凝時間不遲于30分鐘；1小時抗壓強(qiáng)度超過30mpa,1天抗壓強(qiáng)度超過50mpa,中后期強(qiáng)度增強(qiáng)穩(wěn)定，該修補(bǔ)材料的各項性能指標(biāo)均達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
2、良好的工作性能，由于水泥混凝土地面的病害部位、破壞大小、深度和裂縫寬度等存在很大的差異且環(huán)境因素復(fù)雜，要求混凝土地面快速修補(bǔ)材料必須具有很好的工作性能，磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料能夠解決低溫環(huán)境下大面積、大體積修補(bǔ)問題，還能抵抗熱應(yīng)力，同時能應(yīng)對零下30℃的低溫環(huán)境，體現(xiàn)了材料良好的工作性能，而其他的混凝土材料在低溫環(huán)境中會凍結(jié)成塊、不產(chǎn)生水化熱、凝結(jié)時間長、容易二次破壞。
3、磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料是一種新型的建筑材料，就其工藝和原理而言，可以利用生產(chǎn)企業(yè)的常用設(shè)備，在不需要添加其它設(shè)備的情況下，可以進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。
4、成本低，原料充足，選購方便，加工、儲存、運(yùn)輸都十分便利，是目前建筑行業(yè)的一種理想的快速修補(bǔ)材料產(chǎn)品。
本發(fā)明徹底解決現(xiàn)有的混凝土地面存在的病害現(xiàn)象，并且提高了混凝土地面在低溫環(huán)境下的強(qiáng)度和抗裂性能，這種修補(bǔ)材料可以普遍用于低溫環(huán)境下的混凝土地面大面積修補(bǔ)工程中，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。
具體實施方式
實施例1。
磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料，先將20%氧化鎂、10%磷酸二氫銨、1%緩凝劑、3%磷酸二氫鉀、2%粉煤灰、0.4%減水劑、0.1%三聚磷酸鈉、5%偏高嶺土投入混合機(jī)攪拌均勻，然后將46%砂子投入混合機(jī)中攪拌均勻，接著把12%的水加入到攪拌筒內(nèi)，加入要緩慢，待水全部加入之后持續(xù)攪拌1-2分鐘，直到形成均勻的流動性較好的糊狀漿體為止，然后加入0.5%的空心聚丙烯纖維攪拌30s，即可制備成磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料。
所述的粉煤灰檢測結(jié)果，見表1。
表1粉煤灰檢測結(jié)果。
所述的空心聚丙烯纖維的技術(shù)參數(shù)見表2。
表2技術(shù)指標(biāo)。
一、磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料的性能測試結(jié)果。
1.凝結(jié)時間。
實驗儀器采用gb1346《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢測方法》中所規(guī)定的儀器及器具。
將實施例1所制備的低溫復(fù)合材料分別置于常溫和低溫環(huán)境中進(jìn)行測試比較，測試結(jié)果如表3所示。
表3測試結(jié)果。
從表3中可以得出，低溫復(fù)合材料仍能夠滿足1小時通車的時間要求。
2.抗壓強(qiáng)度。
將實施例1所制備的低溫復(fù)合材料平均分成3組，在養(yǎng)護(hù)箱環(huán)境溫度-18℃，相對濕度75%條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并且在以下的齡期進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測，測試結(jié)果如表4所示。
表4測試結(jié)果。
從表4中可以得出，低溫復(fù)合材料在低溫環(huán)境下仍能夠滿足快速通車的強(qiáng)度要求；并且實驗發(fā)現(xiàn)初凝時間為12min，終凝時間15min。
3.粘接強(qiáng)度。
低溫復(fù)合材料與舊混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度采用抗折強(qiáng)度間接方法測定，先制備40mm×40mm×160mm試塊，在養(yǎng)護(hù)箱環(huán)境溫度-18℃，相對濕度75%條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，將養(yǎng)護(hù)后的試塊從中間橫向截斷，將其中一半置于40mm×40mm×160mm模具底部且斷面朝上，再經(jīng)澆筑修補(bǔ)砂漿成型，測試結(jié)果如表5所示。
表5測試結(jié)果。
從表5中可以得出，低溫復(fù)合材料在低溫環(huán)境下具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度，其大小基本上與修補(bǔ)材料的本征抗折強(qiáng)度一致。
實施例2。
一種磷酸鹽水泥基超韌纖維低溫復(fù)合材料，是由以下原料按重量百分比配比組成：砂子40%，氧化鎂30%，磷酸二氫銨5%，磷酸二氫鉀4%，偏高嶺土8%，空心聚丙烯纖維1%，高鈣粉煤灰3%，硼砂0.5%，聚羧酸系高性能減水劑0.48%，三聚磷酸鈉0.02%%，水8%。