一种桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺

本发明涉及混凝土材料的制备，具体涉及一种桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺。

背景技术：

1、桥梁伸缩缝是桥梁上预留出的缝隙，主要是为了适应桥梁在自然因素和荷载作用下产生的水平位移和结构变形，从而确保桥梁的安全性和稳定性。桥梁伸缩缝锚固区是为了将伸缩缝结构与桥梁的端部锚固连接在一起形成，桥梁伸缩缝锚固区普遍采用混凝土材料浇筑，相对于桥梁路面的其他部位，伸缩缝锚固区在车辆经过时更容易受到轮胎的冲击、磨损，且随着车辆行驶碾压会不断加剧，甚至形成台阶，导致车辆驶过时出现突跳和颠簸的现象。另外，再加上很多货运车辆经常处于超负荷状态，更容易造成锚固区混凝土的脱落、开裂、破碎等问题，严重时会影响行车安全。

2、因此，对出现了破损的桥梁伸缩缝锚固区进行及时修补非常重要。由于桥梁是重要的交通载体，对伸缩缝锚固区的修补必须控制在一定的时间内，减小由此造成的道路封闭，影响交通的问题。然而，目前常用的普通水泥基修补材料不仅凝固速度慢，而且早期强度不足，这不仅会造成恢复交通所需的时间较长，而且在恢复交通后由于早期强度不足，可能再次造成伸缩缝锚固区的破坏。另外，普通水泥基修补材料的耐磨性也难以满足桥梁伸缩缝锚固区特殊的服役环境，导致锚固区的维修频次增加。

技术实现思路

1、针对上述的问题，本发明提供一种桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，该修补砂浆材料不仅凝固速度快，有助于缩短修补时间；而且还具有良好的强度和耐磨性，有助于增加服役寿命，减少维修频次。具体地，本发明的技术方案如下所示。

2、一种桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，包括如下步骤：

3、（1）将钢渣骨料与氯化镁饱和液拌成湿料后在加热条件下保温，完成后继续加热干燥，得预处理钢渣。

4、（2）将所述预处理钢渣与液态正硅酸乙酯混匀，然后加入氢氧化钠溶液拌成湿料后静置。完成后对所述湿料进行煅烧处理，完成后冷却，然后对得到的煅烧产物进行水洗、干燥，得改性钢渣骨料。

5、（3）以磷酸镁水泥、缓凝剂、所述改性钢渣骨料、铸石粉填料、纤维、减水剂为原料，将上述原料混合后加水拌匀，得所述水泥基修补砂浆材料。

6、进一步地，步骤（1）中，所述钢渣骨料与氯化镁饱和液的比例为1g：1~1.5ml。可选地，所述钢渣骨料的粒径为1~5mm。

7、进一步地，步骤（1）中，所述加热温度为60~75℃，保温时间为8~12h。在此过程中，本发明利用氯化镁将所述钢渣骨料中的游离氧化钙（ f-cao）转化为氢氧化镁和氯化钙，有助于消除钢渣的体积安定性问题。

8、进一步地，步骤（1）中，所述干燥温度为100~120℃，时间为50~60min。

9、进一步地，步骤（2）中，所述预处理钢渣与正硅酸乙酯的比例为1g：0.8~1.2ml。

10、进一步地，步骤（2）中，所述预处理钢渣与氢氧化钠溶液的比例为1g：0.5~1.0ml。可选地，所述氢氧化钠溶液的质量分数为10~15%。

11、进一步地，步骤（2）中，所述静置时间为15~30min。在此过程中，本发明利用所述氢氧化钠溶液促进正硅酸乙酯的水解，同时将钢渣中的所述氯化钙转换为氢氧化钙，便于和所述水解形成的纳米二氧化硅反应。

12、进一步地，步骤（2）中，所述煅烧处理的温度为600~680℃，时间为50~70min。此过程中钢渣中的所述氢氧化镁转换为氧化镁，其可以和所述磷酸镁水泥中的磷酸盐组分反应形成胶凝产物，使钢渣与混凝土基体之间的结合力更强，有助于提高修补砂浆材料的耐磨性。

13、进一步地，步骤（2）中，将所述煅烧产物水洗后在80~100℃干燥至恒重，即得所述改性钢渣骨料。通过水洗可有效去除所述钢渣中反应形成的氯化物，降低对桥梁伸缩缝锚固区中钢筋结构的侵蚀。

14、进一步地，步骤（3）中，所述原料中各组分比例为：磷酸镁水泥100重量份、缓凝剂4~7重量份、改性钢渣骨料180~250重量份、铸石粉填料22~30重量份、纤维10~17重量份、减水剂1.5~2.2重量份，水灰比0.2~0.3。

15、进一步地，步骤（3）中，所述磷酸镁水泥是由重烧氧化镁和磷酸盐按照质量比3~5：1形成。可选地，所述磷酸盐包括但不限于：磷酸二氢铵、磷酸二氢钾等中的至少一种。

16、进一步地，步骤（3）中，所述缓凝剂包括但不限于：硼砂、硼酸、三乙醇胺等中的至少一种。

17、进一步地，所述纤维包括但不限于：聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯晴纤维、碳纤维等中的至少一种。可选地，所述纤维的长度为2~5cm。

18、相较于现有技术，本发明的技术方案至少具有以下方面的有益效果：

19、本发明的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料以磷酸镁水泥为胶凝材料，其具有凝结硬化速率快、早期强度高、粘接能力强等方面的特点，便于对破坏的桥梁伸缩缝锚固区进行快速抢修。同时，本发明的修补砂浆材料还掺加了改性钢渣，其不仅有助于提高修补砂浆材料的强度，而且还能够提高耐磨性，增加服役寿命，减少锚固区的维修频次。为此，本发明首先利用氯化镁饱和液对钢渣进行热处理，在此过程中钢渣中的游离氧化钙在水的参与下和氯化镁反应形成氯化钙和氢氧化镁，不仅消除了钢渣存在的体积安定性不良的问题，防止造成修补砂浆材料在硬化后发生开裂。同时通过上述处理还将钢渣中的不良因素转化成了氢氧化镁，为钢渣骨料参与磷酸镁水泥的水化反应提供基础。进一步地，本发明用正硅酸乙酯和氢氧化钠溶液对经过上述预处理的钢渣处理后进行煅烧处理。在此过程中钢渣中的正硅酸乙酯在所述氢氧化钠溶液的碱催化下进行水解反应，形成二氧化硅纳米粒子分布在钢渣上。同时，钢渣中的所述氯化钙与氢氧化钠溶液反应形成氢氧化钙，并和具有高活性的所述二氧化硅纳米粒子进行水化反应形成水化硅酸钙c-s-h（sio2 + xca(oh)2 + nh2o→xcao·sio2·(n+x)h2o）。而经过煅烧处理后钢渣中的所述氢氧化镁转换为氧化镁，并使所述c-s-h脱水后形成硅酸钙（xcao·sio2）。

20、将经过上述处理后得到的改性钢渣骨料掺加到磷酸镁水泥中后，一方面，钢渣中的所述氧化镁可与磷酸镁水泥提供的磷酸盐进行水化反应形成胶凝组分，而且这种水化反应与磷酸镁水泥的水化反应属于同一反应，形成的胶凝组分相同，从而使钢渣骨料与修补砂浆基体更加紧密、牢固地结合在一起。另一方面，所述硅酸钙遇水后重新进行水化反应形成胶凝组分c-s-h，其也有助于增加钢渣骨料与修补砂浆基体之间的结合力，防止受到冲击、摩擦时钢渣骨料从基体中被剥离，由于钢渣骨料是确保所述修补砂浆胶凝硬化后形成的桥梁伸缩缝锚固区力学强度和耐磨性的重要组分，防止所述钢渣骨料从基体中的剥离、脱落是提高桥梁伸缩缝锚固区服役寿命的重要保障。

技术特征：

1.一种桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述钢渣骨料与氯化镁饱和液的比例为1g：1~1.5ml；或者，所述钢渣骨料的粒径在1~5mm之间连续级配。

3.根据权利要求1所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述加热温度为60~75℃，保温时间为8~12h；

4.根据权利要求1所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述预处理钢渣与正硅酸乙酯的比例为1g：0.8~1.2ml。

5.根据权利要求1所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述预处理钢渣与氢氧化钠溶液的比例为1g：0.5~1.0ml；所述氢氧化钠溶液的质量分数为10~15%；

6.根据权利要求1所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述煅烧处理的温度为600~680℃，时间为50~70min；

7.根据权利要求1所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述原料中各组分比例为：磷酸镁水泥100重量份、缓凝剂4~7重量份、改性钢渣骨料180~250重量份、铸石粉填料22~30重量份、纤维10~17重量份、减水剂1.5~2.2重量份；水灰比0.2~0.3。

8.根据权利要求7所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述磷酸镁水泥是由重烧氧化镁和磷酸盐按照质量比3~5：1形成；

9.根据权利要求1-8任一项所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述缓凝剂包括：硼砂、硼酸、三乙醇胺中的至少一种。

10.根据权利要求1-8任一项所述的桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺，其特征在于，所述纤维包括：聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯晴纤维、碳纤维中的至少一种；或者，所述纤维的长度为2~5cm。

技术总结本发明涉及混凝土材料的制备技术领域，具体公开一种桥梁伸缩缝水泥基修补砂浆材料的制备工艺。该工艺包括如下步骤：（1）将钢渣骨料与氯化镁饱和液拌成湿料后在加热条件下保温，完成后继续加热干燥，得预处理钢渣。（2）将预处理钢渣与正硅酸乙酯混匀后加入氢氧化钠溶液拌成湿料静置。完成后对湿料进行煅烧处理，冷却后对得到的煅烧产物进行水洗、干燥，得改性钢渣骨料。（3）以磷酸镁水泥、缓凝剂、所述改性钢渣骨料、纤维、减水剂为原料，将上述原料混合后加水拌匀，得所述水泥基修补砂浆材料。本发明的上述修补砂浆材料不仅凝固速度快，缩短修补时间，而且还具有良好的强度和耐磨性，有助于增加服役寿命，减少维修频次。技术研发人员：杨涛,张仕祯,宫宏卫,郭远新受保护的技术使用者：烟台大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2