本發(fā)明涉及建筑特種材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種地鐵隧道混凝土快速搶修材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟發(fā)展迅速,城市化進(jìn)程加快,城市人口大量增長,各類交通工具日漸普及，市區(qū)道路結(jié)構(gòu)性缺陷以及道路資源低效率分配利用的問題不斷出現(xiàn)，交通擁堵問題日益嚴(yán)重，為解決這些問題，將交通工程轉(zhuǎn)為地下成為首選方案。由于地鐵不受氣候條件的影響和安全快捷的運輸特點，已成為許多大城市公共客運交通網(wǎng)絡(luò)的骨干。自19世紀(jì)60年代倫敦第一條地鐵建成以來，許多國家的城市軌道交通得到了蓬勃發(fā)展。我國城市的軌道交通建設(shè)從上世紀(jì)60年代北京地鐵開始，隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)增長以及城市規(guī)模的不斷擴大，至今已有北京、上海、廣州等十多個城市陸續(xù)修建地鐵和輕軌線路。實踐證明，地鐵的運營對于緩解城市的交通壓力起到巨大的作用，因此，近年來，我國將有二十余個城市將建設(shè)軌道交通線路。
由于工程的特殊性，地鐵隧道混凝土處于潮濕和地下水流經(jīng)的環(huán)境中，不僅面臨著比地面更嚴(yán)重的碳化環(huán)境和地下水的壓力滲透作用，還受到地下水中存在的各種腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，同時還受荷載、列車振動、雜散電流等影響，很大程度上加劇了對混凝土的侵蝕作用。因此，相對于其它建設(shè)工程，地鐵隧道混凝土由于遭受侵蝕而導(dǎo)致混凝土耐久性劣化的問題顯得尤為突出，并且直接關(guān)系到地鐵混凝土結(jié)構(gòu)的安全和使用年限。
地鐵工程屬于國家級重點工程，所謂地鐵是百年工程指的是地鐵土建結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計使用壽命為100年。經(jīng)若干年運營后，由于各種侵蝕而導(dǎo)致地鐵盾構(gòu)隧道混凝土的病害情況日益嚴(yán)重，嚴(yán)重影響地鐵的正常運營及安全，因此，對地鐵盾構(gòu)隧道混凝土病害的修復(fù)已成為迫在眉睫的問題。
鑒于地鐵的特點，地鐵混凝土病害的修復(fù)只能夜間進(jìn)行，每天給予的維護(hù)時間很短，往往在4h內(nèi)要把全部修復(fù)程序完成，因此要求修補材料凝結(jié)硬化快、強度高，施工工藝簡便快捷，其施工完畢后1～2h強度就能滿足恢復(fù)地鐵運營的最低要求，以免影響車輛的正常運營。另外，在對地鐵頂部病害的修復(fù)時，特別要求修補材料與地鐵管片混凝土之間的粘結(jié)強度高、發(fā)展快，以免脫落影響列車的安全運營。
目前，地鐵最常用的快速修補材料包括硫鋁酸鹽水泥、改性硅酸鹽水泥等無機材料，以及環(huán)氧樹脂、丙烯酸等有機高分子材料。傳統(tǒng)的有機高分子材料具有凝結(jié)硬化快，粘結(jié)強度高，但與地鐵管片混凝土的彈性模量和熱膨脹系數(shù)相差大、不匹配，易產(chǎn)生粘結(jié)界面疲勞開裂與脫落；無機快速搶修材料的特性正好相反。本發(fā)明的正是為了克服快速修補材料的缺點，綜合有機、無機材料的優(yōu)點而提出的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種地鐵隧道混凝土快速搶修材料及其制備方法和應(yīng)用。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種地鐵隧道混凝土快速搶修材料，包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：磷酸鹽水泥100份，硅鋁酸鹽礦物1-20份，硼酸1-10份，外加劑0.01-0.04份。
作為優(yōu)選的實施方案，所述的磷酸鹽水泥為磷酸銨鎂水泥，從杭州修路人科技股份有限公司直接購得，為其配制修復(fù)王砂漿zg01產(chǎn)品所用的磷酸鹽水泥。
作為優(yōu)選的實施方案，所述的硅鋁酸鹽礦物為偏高嶺土、礦渣粉中的一種或兩種的復(fù)合。所述的硅鋁酸鹽礦物的比表面積為300～500m2/kg。
作為優(yōu)選的實施方案，所述的硼酸為粉劑產(chǎn)品，其純度≥95％。
作為優(yōu)選的實施方案，所述的外加劑為茶皂素。
地鐵隧道混凝土快速搶修材料的制備方法，包括以下具體步驟：按比例稱取磷酸鹽水泥、硅鋁酸鹽礦物、硼酸和外加劑，置于混料機中混合，即得到目的產(chǎn)品。
地鐵隧道混凝土快速搶修材料用于修復(fù)地鐵病害。
作為優(yōu)選的實施方案，其應(yīng)用方法具體為：
(1)取快速搶修材料，與水、砂石攪拌充分，配成搶修料；
(2)對地鐵病害進(jìn)行修復(fù)施工前，將損壞的混凝土層清理干凈，不需對表面進(jìn)行撒水濕潤處理，再涂抹步驟(1)配成的搶修料，施工完后，不需要特殊養(yǎng)護(hù)如撒水和加溫等，根據(jù)工程需要，靜置1h左右，即完成修復(fù)，從而開放地鐵運營。
作為上述優(yōu)選的實施方案的更優(yōu)選，步驟(1)中快速搶修材料與水的質(zhì)量比為1：(0.1-0.18)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的搶修材料具有以下優(yōu)點：
(1)強度高、發(fā)展快，且后期強度繼續(xù)增長；
(2)與地鐵管片混凝土之間的粘結(jié)強度高；
(3)與水泥混凝土材性如熱膨脹系數(shù)、彈性模量等相匹配；
(4)可快速開放地鐵交通；
(5)體積穩(wěn)定性高、干縮很??；
(6)優(yōu)異的耐久性，如良好的抗應(yīng)力疲勞和保護(hù)鋼筋不銹蝕的性能等。
(7)本發(fā)明克服傳統(tǒng)快速修補材料的缺點，綜合有機、無機材料的優(yōu)點，從而為地鐵病害的快速修復(fù)提供一種快速、高效、耐久的搶修材料。本專利將為現(xiàn)役地鐵縫病害的處治提供新的技術(shù)手段，具有重大的社會意義和顯著經(jīng)濟效益。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
下述各實施例1-4中，所用的磷酸鹽水泥為磷酸銨鎂水泥，硅鋁酸鹽礦物為偏高嶺土和礦渣粉按質(zhì)量比9:1的復(fù)合，其比表面積為300～500m2/kg。硼酸為粉劑產(chǎn)品，其純度≥95％。外加劑為茶皂素。
下述各實施例配成的快速搶修材料用于修復(fù)地鐵病害時，采用以下具體步驟施工：(1)取快速搶修材料，與水、砂石攪拌充分，配成搶修料；(2)對地鐵病害進(jìn)行修復(fù)施工前，將損壞的混凝土層清理干凈，不需對表面進(jìn)行撒水濕潤處理，再涂抹步驟(1)配成的搶修料，施工完后，不需要特殊養(yǎng)護(hù)如撒水和加溫等，根據(jù)工程需要，靜置1h左右，即完成修復(fù)，從而可開放地鐵運營。
實施例1：
當(dāng)搶修材料：水：砂＝1：0.12：1時，其配成的搶修料的性能指標(biāo)見表1所示。
實施例2：
當(dāng)搶修材料：水：砂＝1：0.12：1時，其性能指標(biāo)見表1所示。
實施例3：
當(dāng)搶修材料：水：砂＝1：0.12：1時，其性能指標(biāo)見表1所示。
實施例4：
當(dāng)搶修材料：水：砂＝1：0.12：1時，其性能指標(biāo)見表1所示。
表1
注：
(1)對比樣為常用的硫鋁酸鹽水泥基搶修材料，其配合比為硫鋁酸鹽水泥:水:砂＝1:0.40:1.0；
(2)試件尺寸為4cm×4cm×16cm；
(3)粘結(jié)強度為搶修材料與水泥混凝土之間的粘結(jié)抗折強度，混凝土自身的抗折強度為9.1mpa；
(4)“≥”，表示粘結(jié)強度測定時，粘結(jié)試件的斷裂位置處在混凝土本體材料中，即其粘結(jié)強度大于混凝土自身的抗折強度。
從表1中可清楚地看到，與傳統(tǒng)的硫鋁酸鹽水泥基搶修材料(對比樣)相比，本發(fā)明搶修材料的綜合性能明顯更優(yōu)，特別是1d前的早期強度，以及與硅酸鹽水泥混凝土之間的粘結(jié)強度尤其突出。
通過優(yōu)化材料的配比可以明顯改善本發(fā)明搶修材料的性能。通過填加硼酸，因其可與磷酸鹽水泥中的mgo顆粒反應(yīng)，在其表面形成一層硼酸鎂鹽薄層，從而阻礙了磷酸鹽與mgo的反應(yīng)，因此可明顯增加本發(fā)明搶修材料的可操作時間，但降低了其早期強度，對7d后強度影響較?。惶砑舆m量的硅鋁酸鹽礦物量，因其含有的活性si和al組分可參與凝結(jié)硬化反應(yīng)，可增加膠結(jié)礦物的含量，因此有利于提高本發(fā)明搶修材料的強度和粘結(jié)性能，且可降低其生產(chǎn)成本；添加適量的外加劑，因其可在漿體中引入大量的微小球形氣泡，降低漿體的粘度和密度，因此可較顯著改善搶修材料的施工性能，降低修補漿體從修補立面流淌脫離，但對其抗壓強度有一定程度的降低。因此，根據(jù)現(xiàn)場工程的實際情況要求，可以通過調(diào)整這些材料參數(shù)來獲得性價比最優(yōu)的搶修材料。
實施例5
一種地鐵隧道混凝土快速搶修材料，包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：磷酸鹽水泥100份，硅鋁酸鹽礦物1份，硼酸1份，外加劑0.04份。所述的磷酸鹽水泥為磷酸銨鎂水泥。所述的硅鋁酸鹽礦物為偏高嶺土，其比表面積為300～500m2/kg。所述的硼酸為粉劑產(chǎn)品，其純度≥95％。所述的外加劑為茶皂素，由油茶企業(yè)的殘渣茶粕經(jīng)提煉而成的物質(zhì)。
按上述配方制成的快速搶修材料，用于地鐵病害修復(fù)施工時，與普通修復(fù)水泥一樣，按1：0.1：1的質(zhì)量比將快速搶修材料、水和砂石攪拌混合。其余方法參照前文的應(yīng)用方法。
實施例6
一種地鐵隧道混凝土快速搶修材料，包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：磷酸鹽水泥100份，硅鋁酸鹽礦物20份，硼酸10份，外加劑0.04份。所述的磷酸鹽水泥為磷酸銨鎂水泥。所述的硅鋁酸鹽礦物為礦渣粉，其比表面積為300～500m2/kg。所述的硼酸為粉劑產(chǎn)品，其純度≥95％。所述的外加劑為茶皂素，由油茶企業(yè)的殘渣茶粕經(jīng)提煉而成的物質(zhì)。
按上述配方制成的快速搶修材料，用于地鐵病害修復(fù)施工時，與普通修復(fù)水泥一樣，按1：0.18：1的質(zhì)量比將快速搶修材料、水和砂石攪拌混合。其余方法參照前文的應(yīng)用方法。
實施例7
一種地鐵隧道混凝土快速搶修材料，包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：磷酸鹽水泥100份，硅鋁酸鹽礦物12份，硼酸4份，外加劑0.025份。所述的磷酸鹽水泥為磷酸銨鎂水泥。所述的硅鋁酸鹽礦物為偏高嶺土和礦渣粉按質(zhì)量比2:1復(fù)合，其比表面積為300～500m2/kg。所述的硼酸為粉劑產(chǎn)品，其純度≥95％。所述的外加劑為茶皂素，由油茶企業(yè)的殘渣茶粕經(jīng)提煉而成的物質(zhì)。
按上述配方制成的快速搶修材料，用于地鐵病害修復(fù)施工時，與普通修復(fù)水泥一樣，按1：0.12：1的質(zhì)量比將快速搶修材料、水和砂石攪拌混合。其余方法參照前文的應(yīng)用方法。
實施例8
一種地鐵隧道混凝土快速搶修材料，包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：磷酸鹽水泥100份，硅鋁酸鹽礦物8份，硼酸6份，外加劑0.03份。所述的磷酸鹽水泥為磷酸銨鎂水泥。所述的硅鋁酸鹽礦物為偏高嶺土和礦渣粉按質(zhì)量比1:2的復(fù)合，其比表面積為300～500m2/kg。所述的硼酸為粉劑產(chǎn)品，其純度≥95％。所述的外加劑為茶皂素，由油茶企業(yè)的殘渣茶粕經(jīng)提煉而成的物質(zhì)。
按上述配方制成的快速搶修材料，用于地鐵病害修復(fù)施工時，與普通修復(fù)水泥一樣，按1：0.11：1的質(zhì)量比將快速搶修材料、水和砂石攪拌混合。其余方法參照前文的應(yīng)用方法。
上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。