一种快修水泥砂浆及其制备方法与流程

本技术涉及环保型快修水泥砂浆的领域，尤其是涉及一种快修水泥砂浆及其制备方法。

背景技术：

1、工业废渣是指在工业生产中，排放出的有毒的、易燃的、有腐蚀性的、有化学反应性的以及其他有害的固体废物。工业废渣的固体废弃物长期堆存不仅占用大量土地，还会对大气系统和水资源系统造成严重污染和危害。为减少工业废渣对环境的危害，需要对工业废渣进行有效利用。目前，人们研发出了以工业废渣为原料的环保型快修水泥砂浆，提高了工业废渣的利用率，并且工业废渣原料来源广泛，使得环保型快修水泥砂浆同时具有减少环境污染和制备成本低的优点，因此环保型快修水泥砂浆具有广阔的应用前景。

2、快修水泥砂浆应用于混凝土道路、桥梁和机场地面等基础设施的抢修工程中，其具有较高的早期强度以及优良的耐久性。随着生活节奏的不断加快，人们对修复工程的施工效率有了更高的要求，为降低修复工程对交通效率的影响，需要快修水泥砂浆具有更快的硬化速度以及更高的早期强度。掺加工业废渣的环保型快修水泥砂浆虽然具有成本低廉和环境友好的优点，但随着工业废渣掺量的增加，环保型快修水泥砂浆的抗压强度和抗折强度均显著降低，因此为保证环保型快修水泥砂浆的性能满足快速修补工程的强度需求，需要限制工业废渣的掺入量，从而使得工业废渣的利用率较低。

3、因此，如何在增加工业废渣利用率的同时保证环保型快修水泥砂浆的力学性能成为了环保型快修水泥砂浆开发过程中亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本技术提供一种快修水泥砂浆及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供的一种快修水泥砂浆，采用如下的技术方案：

3、一种快修水泥砂浆，包括以下重量份的组分：磷酸镁水泥30-35份、硅酸盐水泥15-20份、粉煤灰37.5-42.5份、钢渣粉32.5-37.5份、石英砂90-100份、活性激发剂1-1.5份、增强剂0.25-0.75份、增稠剂0.25-0.3份、减水剂0.25-0.4份和水66-77份；所述活性激发剂包括重量比为(8-10):(5-7):(5-7):(15-20)的水玻璃、元明粉、氢氧化钠和改性高分子分散剂。

4、通过采用上述技术方案，本技术通过多种外加剂之间的协同增效作用，充分提高了粉煤灰和钢渣粉的水化活性，促进了粉煤灰和钢渣粉的水化产物的生成并使得水化产物的结构更加致密，从而使得添加了大量工业废渣的快修水泥砂浆仍能具有较高的强度。

5、具体的讲，本技术通过元明粉和氢氧化钠对粉煤灰玻璃体结构进行解聚，从而使得粉煤灰释放出具有水化活性的物质，提高了粉煤灰的水化活性，并通过水玻璃提高了钢渣粉的水化活性，从而有利于生成更多的水化产物，而且水玻璃的粘附性能还可以使得水化产物相互交织和粘结从而使得水化产物的结构更加致密，进而有利于提高快修水泥砂浆的强度。同时，本技术采用改性高分子分散剂与水玻璃等组分混合搭配使用，利用改性高分子分散剂提高了快修水泥砂浆中各个组分的分散性，从而提高了活性激发剂中水玻璃、元明粉和氢氧化钠对粉煤灰和钢渣粉的激发效果，使得粉煤灰和钢渣粉具有更高的水化活性，进而提高了快修水泥砂浆的强度。

6、本技术还向快修水泥砂浆中加入增强剂，利用增强剂进一步提高了粉煤灰和钢渣粉的水化速率，从而提高了粉煤灰和钢渣粉的水化产物量，进而提高了快修水泥砂浆的强度。

7、同时本技术将磷酸镁水泥和硅酸盐水泥复配使用，硅酸盐水泥的水化产物或未水化的熟料颗粒可与磷酸镁水泥中的磷酸盐发生反应，生成具有凝胶性的磷钙类产物，有利于提高水化产物量，从而提高了快修水泥砂浆的强度，且硅酸盐水泥的水化产物氢氧化钙可作为碱激发剂，进一步提高了粉煤灰和钢渣粉的水化活性，提高了水化产物的生成量，并提高了粉煤灰和钢渣粉对快修水泥砂浆流动性的改善效果，通过复配使用减水剂与增稠剂进一步降低了水灰比，从而进一步提高了快修水泥砂浆的强度。

8、综上所述，本技术采用活性激发剂、增强剂、增稠剂、减水剂、硅酸盐水泥和磷酸镁水泥混合搭配使用，充分发挥了各组分的协同增效作用，大幅度激发了粉煤灰和钢渣粉的水化活性，促进粉煤灰和钢渣粉生成了较多结构致密的水化产物，从而使得快修水泥砂浆在大掺量粉煤灰和钢渣粉的条件下仍然具有较高的强度。本技术快修水泥砂浆中的粉煤灰和钢渣粉在胶凝材料中总占比为56％-64％，相较于其他环保型快修水泥砂浆的工业废渣利用率提高了21％-33％，本技术显著提高了工业废渣的利用率并使得快修水泥砂浆具有较高的强度以满足修复工程的施工需求。

9、优选的，所述改性高分子分散剂采用以下方法制得：

10、将摩尔比为(16-22):(3-6):(0.1-0.2):(0.1-0.2)的苯乙烯磺酸钠、n,n-二甲基丙烯酰胺、链引发剂和链转移剂溶于溶剂中，然后在惰性气体保护下边搅拌边升温至75-85℃，反应4-5h，之后减压蒸馏1.5-2h，得到改性高分子分散剂。

11、通过采用上述技术方案，苯乙烯磺酸钠与n,n-二甲基丙烯酰胺通过自由基聚合反应生成的改性高分子分散剂具有良好的分散性能，并同时具有良好的粘结性和增稠效果，在提高活性激发剂中的水玻璃、元明粉和氢氧化钠对粉煤灰和钢渣粉的激发效果的同时，还提高了水化产物之间的粘结性，与增稠剂和减水剂发挥协同增效作用，使得水化产物的结构更加致密，从而提高了快修水泥砂浆的强度。此外，改性高分子分散剂还具有一定的缓蚀作用，其减少了活性激发剂中的氢氧根离子和硫酸根离子对快修水泥砂浆的稳定性的影响，从而提高了快修水泥砂浆的稳定性和后期强度。

12、优选的，所述增强剂包括重量比为(3-5):(2-4):(1-3)的纳米粒子、三乙醇胺和乙二胺四乙酸。

13、通过采用上述技术方案，三乙醇胺、乙二胺四乙酸和纳米粒子协同促进了快修水泥砂浆的粉煤灰和钢渣粉的水化过程，并提高了钢渣粉的安定性，减少了快修水泥砂浆的后期收缩，从而提高了快修水泥砂浆的强度。其中，三乙醇胺通过促进粉煤灰和钢渣粉中金属离子的溶解，促进了粉煤灰和钢渣粉的水化过程的进行，同时，乙二胺四乙酸通过促进钢渣进行碳化而消耗掉了其中的游离氧化钙和低活性组分，进而提高了钢渣粉的安定性，从而提高了快修水泥砂浆的强度。并且三乙醇胺加快了c3a的水化速率，纳米粒子通过晶核作用提高了c3s的水化速率，二者协同作用提高了硅酸盐水泥的水化速率，从而有利于快修水泥砂浆具有更高的强度。

14、优选的，所述纳米粒子包括重量比为(5-7):(3-6)的纳米二氧化硅和纳米氮化钛。

15、通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅与纳米氮化钛在发挥晶核作用促进水化过程进行的同时能够填充在水化产物之间的间隙中，使得水化产物更加致密，本技术充分利用纳米二氧化硅与纳米氮化钛的协同增效作用，进一步提高了快修水泥砂浆的强度。

16、优选的，所述粉煤灰的粒径为10-20μm，所述钢渣粉的粒径为15-25μm。

17、通过采用上述技术方案，本技术所提供的粉煤灰和钢渣粉的粒径范围优化了粉煤灰和钢渣粉的粒径级配，使得粉煤灰和钢渣粉均具有较高的水化活性和分散性，同时使得快修水泥砂浆的结构致密，从而提高了快修水泥砂浆的强度。

18、优选的，所述石英砂包括重量比为(1-3):(3-7):(6-10)的20-40目石英砂、40-80目石英砂和80-120目石英砂。

19、通过采用上述技术方案，本技术采用不同级配的石英砂并优化了配比，使得快修水泥砂浆的结构致密，从而使得快修水泥砂浆具有较高强度。

20、优选的，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。

21、通过采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素醚具有保水、增稠和引气的作用，羟丙基甲基纤维素醚改善了快修水泥砂浆的流动性和粘结性的同时引入的少量气体为钢渣粉和粉煤灰后期水化产物提供了空间，减少了快修水泥砂浆的膨胀和开裂，从而提高了快修水泥砂浆的稳定性和强度。

22、第二方面，本技术提供一种快修水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：

23、按重量份将磷酸镁水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、钢渣粉、石英砂、活性激发剂、增强剂、增稠剂、减水剂和水混合均匀制得快修水泥砂浆。

24、综上所述，本技术具有以下有益技术效果：

25、1.本技术通过活性激发剂和增强剂对粉煤灰和钢渣粉进行活性激发和增强，促进其水化产物的生成并提高水化产物的致密性，从而使得快修水泥砂浆在工业废渣添加量较大的情况下仍具有较高的强度；

26、2.本技术通过复配使用磷酸镁水泥和硅酸盐水泥进一步促进了结构致密的水化产物的生成，并与增稠剂和减水剂协同降低了水灰比，从而进一步提高了快修水泥砂浆的强度；

27、3.本技术通过优化粉煤灰、钢渣粉和石英砂的粒径级配，进一步提高了快修水泥砂浆的致密性，从而进一步提高了快修水泥砂浆的强度。