一种快速修复砂浆及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，具体是涉及一种快速修复砂浆及其制备方法。

背景技术：

1、由于遭受水流冲蚀、化学侵蚀、自然碳化以及冻融破坏等原因，水工建筑物如船闸、水闸、渠道等极易出现表面混凝土坑窝、破损及开裂剥落等问题，影响水工结构的安全运行和使用寿命。为了降低对水工建筑物日常运行的不利影响，往往需要使用快速修复砂浆对混凝土表面缺陷进行快速修复。

2、磷酸镁水泥材料具有超早强、粘结强度高、抗裂性好等优点，在水中养护强度可以持续发展，常常用作快速修复材料。然而，磷酸镁材料酸碱反应十分剧烈，凝结很快而难以满足施工需求，制约了磷酸镁材料的推广。cn201910628482.8提供了一种磷酸镁水泥基快速修补材料，由包含固体组分和水制备得到，所述固体组分和水的质量比为1:(0.18～0.30)；所述固体组分包括以下质量百分含量的物质：氧化镁粉23％～35％、磷酸二氢钾13％～22％、粉煤灰0～9％、石英砂28％～32％、硼砂1％、硅灰2％、石灰石粉0～11％，所述固体组分中各物质的质量百分含量和为100％。该磷酸镁水泥基快速修补材料能够在较低温条件下，有效的提高新旧混凝土的界面粘结性能。cn202011278335.1提供了一种磷酸镁基修补材料，由以下质量百分比的原料组成：磷酸镁水泥30％-50％、粉煤灰微珠5％-20％、改性聚合物胶粉1％-6％、缓凝剂3％-6％、保水剂0.1％-1％、级配砂30％-50％，余量为水。通过优化重烧镁粉和磷酸二氢钾的配比，并添加粉煤灰和聚合物胶粉提升材料的粘结强度，保证与原界面粘结牢固，提升耐久性，同时通过缓凝组分和保水组分调节凝结时间和施工性能，具有良好的施工效果。

3、可见，为降低反应活性，现有技术一般采用煅烧温度1700℃以上的过烧氧化镁，原材料(包括磷酸盐等)价格较高，导致修复砂浆成本偏高。硼砂具有较好的缓凝效果，但是掺量过大时会严重影响修复材料的强度。因此，需要开发一种凝结时间可控、快硬早强、经济性高的快速修复砂浆。

技术实现思路

1、为解决现有快速修复材料的不足，本发明提供一种改性磷酸盐水泥基快速修复砂浆及其制备方法，应用于水工混凝土表面缺陷的快速修复和耐久性防护。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种快速修复砂浆，其特征在于，按重量份数计，其原料包括：包覆改性氧化镁300～500份，磷酸盐100～150份，调凝剂0～50份，石英砂300～600份，磨细掺合料60～100份，流变剂5～20份。

4、所述磷酸盐包括磷酸二氢钾、磷酸二氢铵和磷酸氢二钠，纯度不低于99％，且质量比为(35～45):(35～45):(10～30)。

5、所述石英砂为80～120目石英砂，所述流变剂为三聚氰胺和萘系减水剂中的一种。

6、所述调凝剂包括硼砂和硫酸铝，且质量比为(50～70):(30～50)，所述硼砂为十水硼砂，粒径小于0.15mm，所述硫酸铝为化学纯试剂，粒径小于0.1mm。

7、所述包覆改性氧化镁按照以下方法制备得到：

8、(1)将菱镁矿破碎至20～30mm，经过1000～1200℃高温炉煅烧3～5h后，自然冷却，然后磨细至粒径低于80μm，得到改性氧化镁a；

9、(2)将5～10份包覆剂溶于100份溶剂中，加入改性剂5～10份，得到溶液；

10、(3)取40～60份改性氧化镁a加入到步骤(2)制作的溶液中，搅拌3～5min，搅拌速率20～40r/min，然后减压蒸馏2～3小时去除溶剂，并磨细至粒径低于80μm，得到改性氧化镁b；

11、(4)将5～10份包覆剂溶于100份溶剂中，加入改性剂5～10份，再制作溶液；

12、(5)取40～60份改性氧化镁b加入到步骤(4)制作的溶液中，搅拌3～5min，搅拌速率20～40r/min，然后减压蒸馏去除溶剂，并磨细至粒径低于80μm，得到包覆改性氧化镁。

13、所述包覆改性氧化镁制备步骤(2)或步骤(4)中，所述包覆剂为聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸中的一种，所述溶剂为三氯甲烷、丙酮中的一种，所述改性剂包括vae胶粉和十水硼砂，且质量比为(40～70):(30～60)，所述vae胶粉最低成膜温度低于5℃，所述十水硼砂粒径小于0.1mm。

14、所述磨细掺合料按照以下方法制备得到：

15、(1)向赤泥中加入稀盐酸将其ph调整到6～8，然后将其放入80～100℃烘箱烘干3～5h，自然冷却，得到中间产物1；

16、(2)将中间产物1与镍矿渣按质量比3：1混合，磨细至粒径低于75μm，即得。

17、本发明还提供一种快速修复砂浆的制备方法，其特征在于，称取包覆改性氧化镁、磷酸盐、调凝剂、石英砂、磨细掺合料和流变剂并将各粉体材料混合均匀，加入拌和水搅拌均匀即可使用，所述拌和水与粉体材料总质量的比例为0.08～0.10。

18、本发明所能实现的有益效果是：

19、(1)以聚乳酸或聚乳酸-羟基乙酸作为氧化镁颗粒的表面包覆层，通过两次包膜在氧化镁颗粒表面形成一道致密隔离层，抑制氧化镁的溶解进程，起到“缓释”作用。随着反应时间的延长，表面包覆层在孔隙液中会逐渐降解破坏，氧化镁颗粒与水接触发生溶解和酸-碱反应。常规磷酸镁水泥材料一般采用1700℃以上煅烧的过烧氧化镁，本发明通过包覆改性延缓了氧化镁与磷酸盐的反应速率，在满足较长凝结时间(大于20min)的条件下降低过烧氧化镁的煅烧温度500℃以上，节省了能耗。

20、(2)改性剂与包覆剂共溶于溶剂中，制备的包覆层中含有的vae胶粉可以在氧化镁颗粒表面形成原位聚合物改性层，与在砂浆粉体中掺加胶粉的方式相比，提高了胶粉分散均匀性，可以在氧化镁颗粒表面定向诱导形成聚合物胶膜，增强了磷酸镁水化凝胶与其他粉料和骨料的粘结性能。包覆层中含有的硼砂可以迅速与mg+2形成络合物并在氧化镁表面原位形成保护膜，阻碍氧化镁的溶解和反应，与在砂浆粉体中掺加硼砂的方式相比，提高了硼砂络合物的生成效率和缓凝效果，进一步调控凝结时间。

21、(3)采用不同磷酸盐按一定比例复合，可以优化水化胶凝材料的放热进程、流动性能及孔隙结构，使得硬化后既有超早强性能，也有很高的后期强度。调凝剂采用硼砂与硫酸铝按一定比例复合，硫酸铝可以延缓磷酸盐水泥水化放热速率，二者复合使用不仅可以延长磷酸镁水泥材料的凝结时间，而且可以避免使用单一硼砂作为缓凝剂时强度损伤过大的缺点。

22、(4)本发明可对赤泥、镍渣等有害固废进行资源化利用，赤泥是从铝土矿中提炼al2o3后排出的废弃物，其主要成分为al2o3、fe2o3、sio2等，镍渣是镍铁合金冶炼提纯过程中产生的硅铝质固体废弃物，其主要成分为sio2、al2o3、cao和mgo。赤泥、镍渣等的堆放不仅占用土地，而且会污染环境。通过对赤泥和镍渣进行改性和磨细激发其化学活性，作为掺合料应用于磷酸镁胶凝体系时其中的铝相与磷酸盐反应生成alpo4·xh2o、mgal2o4等矿物相，铁相与磷酸盐反应生产fe3(po4)2(oh)3等矿物相，丰富了磷酸镁胶凝体系的水化产物种类，提高了磷酸镁材料的力学及耐久性能，同时降低了修复砂浆的成本，经济性高。