本發(fā)明涉及橋梁伸縮縫修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、伸縮縫是橋梁結(jié)構(gòu)的邊界條件，其健康狀況直接影響橋梁結(jié)構(gòu)受力。由于伸縮縫位于橋梁連接處，極易產(chǎn)生應(yīng)力集中，錨固區(qū)又處于新舊混凝土交接區(qū)的薄弱面，在車(chē)輛的長(zhǎng)期沖擊下，極易形成層間剪切疲勞破壞。因此，在橋梁長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，伸縮縫錨固區(qū)混凝土損壞頻繁。

2、目前，現(xiàn)有技術(shù)多通過(guò)在水泥基材料中用添加骨料、聚合物、纖維、外加劑等方式來(lái)制備伸縮縫快速修復(fù)材料。然而，這些材料的原材料和制備過(guò)程均會(huì)造成大量碳排放和嚴(yán)重環(huán)境污染。同時(shí)，隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，工業(yè)固廢和農(nóng)業(yè)固廢的處理成為環(huán)境治理過(guò)程中的突出問(wèn)題。因此，開(kāi)展工業(yè)固廢和農(nóng)業(yè)固廢的無(wú)害化和資源化利用，降低傳統(tǒng)伸縮縫快速修復(fù)材料制備引起的環(huán)境污染和碳排放，十分迫切和必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷之一，本發(fā)明的目的在于提供一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料及其制備方法，通過(guò)工業(yè)固廢和農(nóng)業(yè)固廢的無(wú)害化和資源化利用實(shí)現(xiàn)橋梁伸縮縫快速修復(fù)，具有超早強(qiáng)、耐沖擊、綠色、低碳、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明提供一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，包括按重量份數(shù)計(jì)的以下組分：工業(yè)固廢復(fù)合膠凝材料370～500份，工業(yè)固廢復(fù)合骨料450～550份，綠色促硬劑50～85份，外加劑2.2～3.5份、復(fù)合纖維4～8份，水120～150份。

4、在上述方案的基礎(chǔ)上，所述工業(yè)固廢膠凝材料包括硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、工業(yè)固廢組分，其質(zhì)量比為1:0.12:0.6；所述工業(yè)固廢膠凝材料中的工業(yè)固廢組分包括堿渣、礦渣、鋼渣、脫硫石膏、硅灰、粉煤灰，其質(zhì)量比為1:1.5:0.5:0.3:0.1:0.06。堿渣、礦渣、鋼渣、脫硫石膏進(jìn)行水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠、鈣礬石、弗雷德鹽和碳酸鈣。鈣礬石、弗雷德鹽、碳酸鈣及硅灰等做為水化硅酸鈣凝膠的填充材料，可增加漿體的密實(shí)程度，提高材料強(qiáng)度。粉煤灰的加入可提高材料的流動(dòng)性。通過(guò)多種工業(yè)固廢協(xié)同反應(yīng)，使各工業(yè)固廢協(xié)組分均能最大限度發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，增加工業(yè)固廢利用效率，降低硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥用量，達(dá)到綠色、低碳、環(huán)保的目的。

5、優(yōu)選地，所述硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)為52.5；所述硫鋁酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)42.5；所述堿渣為氨堿法制備純堿過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣經(jīng)碾磨、烘干后形成的粉末，比表面積為330～370m2/kg，含水率為28～43％，主要化學(xué)成分為氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅；所述礦渣為高爐水淬礦渣經(jīng)碾磨、烘干后形成的粉末，表面積為455～510m2/kg，堿性系數(shù)為0.96～0.99，主要化學(xué)成分為氧化鈣、氧化鋁、二氧化硅；所述鋼渣為轉(zhuǎn)爐熱燜鋼渣經(jīng)碾磨、烘干后形成的粉末，比表面積為475～525m2/kg，主要化學(xué)成分為硅酸二鈣、鐵酸二鈣、氯酸三鈣；所述脫硫石膏為火力發(fā)電廠濕式石灰石-石膏法脫硫工藝所產(chǎn)生的固體廢棄物經(jīng)碾磨、烘干后形成的粉末，比表面積為380～420m2/kg，主要化學(xué)成分為二水硫酸鈣；所述硅灰比表面積大于16000m2/kg，二氧化硅含量大于90％以上；所述粉煤灰為f類(lèi)i級(jí)粉煤灰。

6、在上述方案的基礎(chǔ)上，所述工業(yè)固廢骨料包括石英砂、玻璃砂、石墨尾礦砂，其質(zhì)量比為1:0.4:0.3。采用玻璃砂、石墨尾礦砂代替部分石英砂既減少了石英砂開(kāi)采過(guò)程帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，又對(duì)廢舊玻璃、石墨尾礦砂等工業(yè)固廢進(jìn)行了無(wú)害化和資源化利用，具有綠色、低碳、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

7、優(yōu)選地，所述石英砂粒徑為0.35～0.5mm。

8、優(yōu)選地，所述玻璃砂由廢棄玻璃加工而成，粒徑為0.20～0.35mm。

9、優(yōu)選地，所述石墨尾礦砂為石墨開(kāi)發(fā)形成的廢棄物，主要化學(xué)成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣，粒徑為0.05～0.20mm。

10、在上述方案的基礎(chǔ)上，所述綠色促硬劑為以農(nóng)業(yè)廢棄物蔗渣灰為原料合成的無(wú)雜質(zhì)水化硅酸鈣晶體促硬劑，具有綠色、環(huán)保等特點(diǎn)，其制備方法為：在100℃下用氫氧化鈉溶液處理蔗渣灰，以硅酸鈉溶液的形式提取存在于蔗渣灰表面上的無(wú)定形二氧化硅。以蔗渣灰為原料制備硅酸鈉溶液后，在分散劑聚乙二醇存在下，采用離子交換法使硅酸鈉溶液與鈣溶液反應(yīng)，制備含有微小水化硅酸鈣晶體的促硬劑。

11、在上述方案的基礎(chǔ)上，所述外加劑包括減水劑、緩凝劑，其質(zhì)量比為1:0.28。

12、優(yōu)選地，所述減水劑為高效聚羧酸減水劑，所述緩凝劑為酒石酸和硼酸以質(zhì)量比6:4混合而成的混合物。

13、在上述方案的基礎(chǔ)上，所述復(fù)合纖維包括鋼纖維、聚丙烯纖維、黃蒿植物纖維，其質(zhì)量比為1:0.16:0.13。黃蒿植物纖維為天然植物纖維，采用黃蒿植物纖維代替部分鋼纖維、聚丙烯纖維，減少了鋼纖維、聚丙烯纖維生產(chǎn)帶來(lái)的碳排放和環(huán)境污染問(wèn)題，達(dá)到綠色、低碳、環(huán)保的目的。

14、優(yōu)選地，所述鋼纖維直徑為0.15mm，長(zhǎng)度為12mm，抗拉強(qiáng)度高于1800mpa。

15、優(yōu)選地，所述聚丙烯纖維為10μm，長(zhǎng)度為8mm，抗拉強(qiáng)度高于1100mpa。

16、優(yōu)選地，所述黃蒿植物纖維為0.5mm，長(zhǎng)度為20mm，抗拉強(qiáng)度高于600mpa，其制備方法為將黃蒿皮剪成20mm長(zhǎng)度后置于1％氫氧化鈉溶液中浸泡30分鐘，撈出用清水沖洗，自然陰干。

17、本發(fā)明還提供一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料制備方法，包括以下步驟：

18、s1.將按配比設(shè)計(jì)的工業(yè)固廢復(fù)合膠凝材料和工業(yè)固廢復(fù)合骨料加入攪拌機(jī)內(nèi)低速攪拌3分鐘；

19、s2.水、綠色促硬劑、外加劑等量分兩次加入攪拌機(jī)，每次攪拌2分鐘。

20、s3.將復(fù)合纖維平均分成五等份，漿體成型后，每分鐘等量均勻撒入復(fù)合纖維，攪拌5分鐘。

21、s4.將漿體放入伸縮縫錨固區(qū)內(nèi)，5分鐘內(nèi)振搗均勻，收光抹面，2小時(shí)后即可開(kāi)放交通。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料具有超早強(qiáng)、耐沖擊、綠色、低碳、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)橋梁伸縮縫快速修復(fù)的同時(shí)，也完成了堿渣、礦渣、鋼渣、脫硫石膏、硅灰、粉煤灰、廢舊玻璃、石墨尾礦砂、蔗渣灰等多種工業(yè)固廢和農(nóng)業(yè)固廢的無(wú)害化和資源化利用。采用天然植物纖維代替部分鋼纖維、聚丙烯纖維進(jìn)一步提高了該材料在低碳、環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)。采用本發(fā)明提供的綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料修復(fù)伸縮縫，僅需2個(gè)小時(shí)即可開(kāi)放交通。

技術(shù)特征：

1.一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，包括按重量份數(shù)計(jì)的以下組分：工業(yè)固廢復(fù)合膠凝材料370~500份，工業(yè)固廢復(fù)合骨料450~550份，綠色促硬劑50~85份，外加劑2.2~3.5份、復(fù)合纖維4~8份，水120~150份。

2.如權(quán)利要求1所述的一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，所述工業(yè)固廢膠凝材料包括硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、工業(yè)固廢組分，其質(zhì)量比為1:0.12:0.6；所述工業(yè)固廢膠凝材料中的工業(yè)固廢組分包括堿渣、礦渣、鋼渣、脫硫石膏、硅灰、粉煤灰，其質(zhì)量比為1:1.5:0.5:0.3:0.1:0.06:0.01。

3.如權(quán)利要求2所述的一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，所述硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)為52.5；所述硫鋁酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)42.5；所述堿渣為氨堿法制備純堿過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣經(jīng)碾磨、烘干后形成的粉末，比表面積為330~370m2/kg，含水率為28~43%，；所述礦渣為高爐水淬礦渣經(jīng)碾磨、烘干后形成的粉末，比表面積為455~510m2/kg，堿性系數(shù)為0.96~0.99，；所述鋼渣為轉(zhuǎn)爐熱燜鋼渣經(jīng)碾磨、烘干后形成的粉末，比表面積為475~525m2/kg，；所述脫硫石膏為火力發(fā)電廠濕式石灰石-石膏法脫硫工藝所產(chǎn)生的固體廢棄物經(jīng)碾磨、烘干后形成的粉末，比表面積為380~420m2/kg，；所述硅灰比表面積大于16000m2/kg，二氧化硅含量大于90%以上；所述粉煤灰為f類(lèi)i級(jí)粉煤灰。

4.如權(quán)利要求1所述的一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，所述工業(yè)固廢骨料包括石英砂、玻璃砂、石墨尾礦砂，其質(zhì)量比為1:0.4:0.3。

5.如權(quán)利要求4所述的一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，所述石英砂粒徑為0.35~0.5mm；所述玻璃砂由廢棄玻璃加工而成，粒徑為0.20~0.35mm；所述石墨尾礦砂為石墨開(kāi)發(fā)形成的廢棄物，主要化學(xué)成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣，粒徑為0.05~0.20mm。

6.如權(quán)利要求1所述的一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，所述綠色促硬劑為以農(nóng)業(yè)廢棄物蔗渣灰為原料合成的無(wú)雜質(zhì)水化硅酸鈣晶體促硬劑。

7.如權(quán)利要求1所述的一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，所述外加劑包括減水劑、緩凝劑，其質(zhì)量比為1:0.28，所述減水劑為高效聚羧酸減水劑，所述緩凝劑為酒石酸和硼酸以質(zhì)量比6:4混合而成的混合物。

8.如權(quán)利要求1所述的一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，所述復(fù)合纖維包括鋼纖維、聚丙烯纖維、黃蒿植物纖維，其質(zhì)量比為1:0.16:0.13。

9.如權(quán)利要求8所述的一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其特征在于，所述鋼纖維直徑為0.15mm，長(zhǎng)度為12mm，抗拉強(qiáng)度高于1800mpa；所述聚丙烯纖維為10μm，長(zhǎng)度為8mm，抗拉強(qiáng)度高于1100mpa；所述黃蒿植物纖維為0.5mm，長(zhǎng)度為20mm，抗拉強(qiáng)度高于600mpa。

10.一種如權(quán)利要求1所述的綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
一種綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料，其包括按重量份數(shù)計(jì)的以下組分：工業(yè)固廢復(fù)合膠凝材料370~500份，工業(yè)固廢復(fù)合骨料450~550份，綠色促硬劑50~85份，外加劑2.2~3.5份、復(fù)合纖維4~8份，水120~150份。本發(fā)明提供的綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料具有超早強(qiáng)、耐沖擊、綠色、低碳、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明提供的綠色低碳伸縮縫快速修復(fù)材料修復(fù)伸縮縫，僅需2個(gè)小時(shí)即可開(kāi)放交通。本發(fā)明還提供了該修復(fù)材料的制備方法。

技術(shù)研發(fā)人員：陳鑫,楊鑫,廖洪波,石大為,余波,杜曉博,張永遠(yuǎn)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：貴州高速公路實(shí)業(yè)有限公司貴陽(yáng)分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30