CN112359670A - 一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构 - Google Patents

一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，公开了一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构。包括碎石层，所述碎石层上方铺设有混凝土基层，所述混凝土基层上铺设有沥青橡胶砂浆层，所述沥青橡胶砂浆层上方铺设有抗裂层，所述抗裂层上方铺设有路面层，所述混凝土基层与沥青橡胶砂浆层内部设有钢筋增强骨架。本发明沥青混凝土路面具有优良的抗开裂性能和耐硫酸盐腐蚀性能。

Description

一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构
技术领域
本发明涉及道路施工技术领域，尤其是涉及一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构。
背景技术
混凝土作为建筑中的主要的建筑材料而被广泛使用，成为了众多国家建筑和基础设施发展的动力，而且混凝土的使用在未来很长一段时间还会持续下去。水泥混凝土路面具有施工简单、强度高、取材方便、扩散荷载能力强和稳定性好的特点，已在我国部分城市主干道、高等级公路等得到了广泛的应用。处于正常使用阶段的混凝土道路，如果处于一种复杂的环境中，会受到不同的物理或化学攻击，致使混凝土中出现不可避免的损伤，危害使用安全和寿命。硫酸盐环境对混凝土的侵蚀是极具破坏性的，且硫酸盐环境在我国建筑工程上分布范围广，比如沿海地区及近海岸和西北地区盐碱地及盐湖等。混凝土道路在这些环境中服役会造成混凝土结构破坏，影响其耐久性能，会加速混凝土结构的失效，造成大量的安全隐患。现有技术中混凝土路面大多数不耐硫酸盐侵蚀，进而导致混凝土基层出现开裂，位于沿海地区土壤潮湿且含有大量的硫酸盐，普通的混凝土路面难以在此环境下得到应用。
发明内容
本发明是为了克服以上现有技术问题，提供一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，包括碎石层，所述碎石层上方铺设有混凝土基层，所述混凝土基层上铺设有沥青橡胶砂浆层，所述沥青橡胶砂浆层上方铺设有抗裂层，所述抗裂层上方铺设有路面层，所述混凝土基层与沥青橡胶砂浆层内部设有钢筋增强骨架。
本发明通过在混凝土基层上方依次铺设沥青橡胶砂浆层和抗裂层，沥青橡胶砂浆层与抗裂层结合具有较好的抗裂能力，能够提高混凝土基层和路面层的抗开裂能力，解决传统应力吸收层施工缺陷造成吸收层间应用不足引起路面出现开裂能问题；通过在混凝土基层与沥青橡胶砂浆层内部设有钢筋增强骨架，增强混凝土层与沥青橡胶砂浆层之间的连接作用力和两者的机械强度，避免混凝土层与沥青橡胶砂浆层之间出现脱层分离问题，延长混凝土路面的使用寿命。另外一方面，沥青橡胶砂浆层与抗裂层结合提高混凝土基层的抗开裂作用和钢筋增强骨架对混凝土基层进一步抗开裂性能的提升，能够显著增强混凝土基层的抗开裂性能，避免硫酸盐从混凝土基层裂缝进入混凝土基层内部造成对混凝土的侵蚀，进而维持混凝土路面的力学强度。
作为优选，所述钢筋增强骨架包括立桩和钢筋网，所述立状与钢筋网垂直且与钢筋网固定连接，所述立桩垂直嵌插在混凝土基层和沥青橡胶砂浆层的内部。
作为优选，所述钢筋网包括第一钢筋网、第二钢筋网和第三钢筋网，所述第一钢筋网、第二钢筋网、第三钢筋网在之间相互平行；所述第一钢筋网位于沥青橡胶砂浆层内部，所述第二钢筋网和第三钢筋网位于混凝土基层内部。
作为优选，所述混凝土基层上表面设有棱状凸起。
本发明通过在混合土基层表面设置棱状凸起结构进一步提高沥青橡胶砂浆层与混凝土基层之间的界面结合作用力，避免两者出现脱层分离现象，延长混凝土路面的使用寿命。
作为优选，所述抗裂层为土工格栅。
作为优选，所述路面层由硬质沥青和碎石混合而成。
作为优选，所述混凝土基层材料为耐硫酸盐腐蚀混凝土，耐硫酸盐腐蚀混凝土制备方法包括以下步骤：将聚羧酸缓凝减水剂加入水中搅拌溶解配制成聚羧酸缓凝减水剂水溶液，备用；将硅酸盐水泥、河砂和花岗岩破碎石加入搅拌机中以20-30r/min搅拌速率进行干拌5-10min，得到干拌料；将聚羧酸缓凝减水剂水溶液倒入干拌料中以30-40r/min进行湿拌15-30min，然后加入改性玄武岩纤维、硅粉和亚硝酸钠，继续进行搅拌20-35min，即得。
作为优选，所述改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：
将二水醋酸锌加入去离子水中搅拌溶解配制成醋酸锌溶液，备用；将草酸加入无水乙醇中搅拌溶解配制成草酸溶液，向草酸溶液中加入玄武岩纤维和柠檬酸三铵表面活性剂，超声震荡混合均匀，得到混合液；将醋酸锌溶液缓慢滴加到混合液中，在70-80℃下恒温保温反应1-3h，过滤分离出玄武岩纤维，置于烘箱中干燥，然后送入马弗炉中在500-600℃下高温煅烧2-5h，得到预处理的玄武岩纤维；将均苯三甲酰氯加入正己烷溶剂中搅拌溶解得到均苯三甲酰氯溶液，备用；将盐酸多巴胺加入去离子水中搅拌溶解得到多巴胺溶液，向多巴胺溶液中滴加氢氧化钠溶液和Tirs-HCl缓冲液调节多巴胺溶液pH至7-8，将经过预处理的玄武岩纤维和表面活性剂十二烷基硫酸钠加入多巴胺溶液中，升温至40-60℃，搅拌反应5-10h，过滤分离出玄武岩纤维，然后立即将过滤分离出的玄武岩纤维加入均苯三甲酰氯溶液中，室温下反应20-30min，过滤分离、洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。
混凝土的硫酸盐侵蚀是一个缓慢过程，硫酸盐首先与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应生成硫酸钙，硫酸钙再与混凝土中的水化铝酸钙反应，形成水化硫铝酸钙(钙矾石)，钙矾石极难溶解，可以与水分子结合导致体积增大，发生膨胀，从而使混凝土发生开裂。现有技术中提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀的采用的方法一般为在混凝土中混入无机粒子，无机粒子填充在混凝土的孔隙中，从而提高混凝土的密实性，从而阻挡硫酸盐溶液由外界环境进入混凝土内部的孔隙中，减缓硫酸盐对混凝土的侵蚀作用。但是现有技术存在的问题是通过无机粒子的填充作用很难达到对混凝土内部孔隙的完全填充，导致该方法对提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能不佳。为解决此问题，本发明以玄武岩纤维作为载体，利用多巴胺的自氧化聚合在玄武岩纤维表面聚合交联一层聚多巴胺层，然后利用多巴胺层上负载的氨基与均苯三甲酰氯分子中其中一个酰氯基团发生反应生成酰胺基团，从而将均苯三甲酰氯接枝到玄武岩纤维表面，均苯三甲酰氯分子中另外两个酰氯基团发生水解生成羧基，从而使玄武岩纤维表面负载羧基，均苯三甲酰氯分子体积小，而且有两个酰氯基团水解生成羧基，从而使玄武岩纤维表面负载较多的羧基。当混凝土与硫酸盐水溶液接触后，混凝土内部的玄武岩纤维表面负载的羧基发生电离显负电，其与硫酸盐中的SO4 2-阴离子之间存在静电排斥作用，从而阻止硫酸盐进入混凝土的内部，防止硫酸盐进入混凝土内部造成混凝土的膨胀腐蚀，提高混凝土的耐久性能。另外一方面，玄武岩纤维和硅粉复合能够填充混凝土内部的孔隙中，提高混凝土的密实性，进一步阻挡硫酸盐进入混凝土内部造成混凝土的腐蚀破坏。
实验过程中发现制备得到的混凝土中玄武岩纤维表面负载的羧基含量较低，混凝土对外界硫酸根粒子的静电排斥作用较弱，从而影响混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。经过实验研究发现在混凝土制备混合工序过程中搅拌作用会造成玄武岩鳞片表面的覆盖的聚多巴胺层从玄武岩纤维表面脱落，从而造成玄武岩纤维表面负载的羧基含量降低。为此，本发明进一步对玄武岩纤维进行预处理，利用溶胶-凝胶法以醋酸锌为前驱体，在玄武岩纤维表面沉积结合纳米氧化锌，制备得到纳米氧化锌-玄武岩纤维复合材料，纳米氧化锌增加了玄武岩纤维表面的粗糙度，从而增加玄武岩纤维与聚多巴胺层的结合作用力，另外，纳米氧化锌负载有较多的羟基，与聚多巴胺层负载的氨基等基团形成氢键作用力，进一步提高聚多巴胺层与玄武岩纤维的结合作用力，从而避免在混凝土制备混合工序过程中玄武岩鳞片表面的覆盖的聚多巴胺层从玄武岩纤维表面脱落。
因此，本发明相对于现有技术具有如下有益效果：(1)沥青橡胶砂浆层与抗裂层结合提高混凝土基层的抗开裂作用和钢筋增强骨架对混凝土基层进一步抗开裂性能的提升，能够显著增强混凝土基层的抗开裂性能，避免硫酸盐从混凝土基层裂缝进入混凝土基层内部造成对混凝土的侵蚀，进而维持混凝土路面的力学强度；(2)混凝土基层材料为耐硫酸盐腐蚀混凝土，混凝土基层具有良好的耐硫酸盐侵蚀性能。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明钢筋增强骨架与混凝土基层和沥青橡胶砂浆层结合的结构示意图。
图3是本发明钢筋增强骨架的结构示意图。
图4是本发明混凝土基层与棱状凸起结合的结构示意图。
附图标记
碎石层1、混凝土基层2、沥青橡胶砂浆层3、抗裂层4、路面层5、钢筋增强骨架6、立桩61、钢筋网62、第一钢筋网621、第二钢筋网622、第三钢筋网623、棱状凸起21。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
如图1和图2分别为本发明的一种结构示意图和本发明钢筋增强骨架与混凝土基层和沥青橡胶砂浆层结合的结构示意图，抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，包括碎石层1，所述碎石层上方铺设有混凝土基层2，图4是本发明混凝土基层与棱状凸起结合的结构示意图，所述混凝土基层上表面设有棱状凸起21，所述混凝土基层上铺设有沥青橡胶砂浆层3，所述沥青橡胶砂浆层上方铺设有抗裂层4，所述抗裂层为土工格栅，所述抗裂层上方铺设有路面层5，所述路面层由硬质沥青和碎石混合而成；所述混凝土基层与沥青橡胶砂浆层内部设有钢筋增强骨架6；图3是本发明钢筋增强骨架的结构示意图，所述钢筋增强骨架包括立桩61和钢筋网62，所述立状与钢筋网垂直且与钢筋网固定连接，所述立桩垂直嵌插在混凝土基层和沥青橡胶砂浆层的内部；所述钢筋网包括第一钢筋网621、第二钢筋网622和第三钢筋网623，所述第一钢筋网、第二钢筋网、第三钢筋网在之间相互平行；所述第一钢筋网位于沥青橡胶砂浆层内部，所述第二钢筋网和第三钢筋网位于混凝土基层内部。
所述混凝土基层材料为耐硫酸盐腐蚀混凝土，耐硫酸盐腐蚀混凝土制备方法包括以下步骤：
按配比准备以下原料：硅酸盐水泥20％，改性玄武岩纤维8％，硅粉7％，河砂18％，花岗岩破碎石23％，亚硝酸钠防冻剂0.9％，聚羧酸缓凝减水剂1.3％，余量为水。
将聚羧酸缓凝减水剂加入水中搅拌溶解配制成聚羧酸缓凝减水剂水溶液，备用；将硅酸盐水泥、河砂和花岗岩破碎石加入搅拌机中以30r/min搅拌速率进行干拌5min，得到干拌料；将聚羧酸缓凝减水剂水溶液倒入干拌料中以30r/min进行湿拌30min，然后加入改性玄武岩纤维、硅粉和亚硝酸钠，继续进行搅拌30min，即得。
改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：
将二水醋酸锌按照质量体积比1g/30mL的比例加入去离子水中搅拌溶解配制成醋酸锌溶液，备用；将草酸按照1g/60mL的比例加入无水乙醇中搅拌溶解配制成草酸溶液，二水醋酸锌与草酸的质量比为1:1.6，向草酸溶液中加入玄武岩纤维和柠檬酸三铵表面活性剂，玄武岩纤维与草酸的质量比为1:0.9，柠檬酸三铵的添加量为草酸溶液的0.5wt％，超声震荡混合均匀，得到混合液；将醋酸锌溶液缓慢滴加到混合液中，在70℃下恒温保温反应2.5h，过滤分离出玄武岩纤维，置于烘箱中在50℃下干燥2h，然后送入马弗炉中在600℃下高温煅烧2h，得到预处理的玄武岩纤维；将均苯三甲酰氯加入正己烷溶剂中搅拌溶解得到质量浓度为0.6％的均苯三甲酰氯溶液，备用；将盐酸多巴胺按照质量体积比1g/50mL的比例加入去离子水中搅拌溶解得到多巴胺溶液，向多巴胺溶液中滴加氢氧化钠溶液和Tirs-HCl缓冲液调节多巴胺溶液pH至8，将经过预处理的玄武岩纤维和表面活性剂十二烷基硫酸钠加入多巴胺溶液中，玄武岩纤维与盐酸多巴胺的质量比为1:1，十二烷基硫酸钠添加量为多巴胺溶液的0.3wt％，升温至55℃，搅拌反应8h，过滤分离出玄武岩纤维，然后立即将过滤分离出的玄武岩纤维加入均苯三甲酰氯溶液中，室温下反应27min，过滤分离、洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。
混凝土性能检测：
1.抗压强度试验：制备尺寸均为100mm×100mm×100mm的混凝土标准立方体试块，将试样块养护7d，将试样块置于压力试验机上下压板中间的位置，启动压力试验机，由计算机均匀控制压力机加荷，速度控制在0.8MPa/s；按照公式f＝F/A计算试样抗拉强度；式中f代表混凝土试样块的抗压强度(MPa)，F代表试样块加压破坏时的荷载(N)，A为试样块底面承压面积(mm2)，结果见表1。
2.劈裂抗拉强度试验：制备尺寸均为100mm×100mm×100mm的混凝土标准立方体试块，将试样块养护7d，将试样块置于劈拉测试模具中，将带试块的模具放在压力试验机上下压板中间位置，开启试验机，由计算机均匀控制压力机加荷，速度控制在0.08MPa/s。按照下式进行计算混凝土试样块的劈拉抗压强度：fts＝2F/πA；其中，fts代表混凝土试样块的劈裂抗拉强度(MPa)，F为加压破坏时荷载(N)，A为试件劈裂面的面积(mm2)，结果见表1。
3.硫酸盐侵蚀测试的试样块尺寸均为100mm×100mm×100mm的标准立方体试块，各试件成型24h后脱模，然后在标准条件下(温度22±2℃、湿度95±3％)养28天。硫酸盐侵蚀试验采用质量浓度分为的5％的硫酸钠水溶液，在硫酸盐腐蚀试验开始之前，将养护28d试样块在22℃、70％相对湿度的实验室条件下放置1天，消除多余的水分，减小误差。硫酸钠的腐蚀时间控制在120d，腐蚀方式为持续浸泡腐蚀，每间隔30d更换一次溶液。通过质量腐蚀系数表征硫酸钠侵蚀前后的质量变化，质量腐蚀系数测试方法为：将样品从硫酸钠溶液中取出后在温度为22℃，相对湿度为70％的环境中风干试样块，直至试样块质量恒定。然后使用刷子将试样块表面的碎屑除去，然后使用天平测量试样块的质量。混凝土的腐蚀系数按照下式进行计算：
Km＝(M0-M1)/M0×100％；式中，Km代表腐蚀系数(％)，M0代表硫酸钠溶液侵蚀前试样块的质量，M1代表硫酸钠溶液侵蚀前试样块的质量，结果见表1。
选用安徽某混凝土有限公司生产的混凝土作为对比例进行对比。
Figure BDA0002754458130000061
通过以上混凝土性能测试结果对比可以得到本发明制备得到的混凝土材料的力学性能及耐硫酸盐腐蚀性能均优于对比例，证明本发明混凝土材料具有良好的力学强度和耐硫酸盐腐蚀性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，其特征在于，包括碎石层（1），所述碎石层上方铺设有混凝土基层（2），所述混凝土基层上铺设有沥青橡胶砂浆层（3），所述沥青橡胶砂浆层上方铺设有抗裂层（4），所述抗裂层上方铺设有路面层（5），所述混凝土基层与沥青橡胶砂浆层内部设有钢筋增强骨架（6）。
2.根据权利要求1所述的一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，其特征在于，所述钢筋增强骨架包括立桩（61）和钢筋网（62），所述立状与钢筋网垂直且与钢筋网固定连接，所述立桩垂直嵌插在混凝土基层和沥青橡胶砂浆层的内部。
3.根据权利要求2所述的一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，其特征在于，所述钢筋网包括第一钢筋网（621）、第二钢筋网（622）和第三钢筋网（623），所述第一钢筋网、第二钢筋网、第三钢筋网在之间相互平行；所述第一钢筋网位于沥青橡胶砂浆层内部，所述第二钢筋网和第三钢筋网位于混凝土基层内部。
4.根据权利要求1所述的一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，其特征在于，所述混凝土基层上表面设有棱状凸起（21）。
5.根据权利要求1所述的一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，其特征在于，所述抗裂层为土工格栅。
6.根据权利要求1所述的一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，其特征在于，所述路面层由硬质沥青和碎石混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，其特征在于，所述混凝土基层材料为耐硫酸盐腐蚀混凝土，耐硫酸盐腐蚀混凝土制备方法包括以下步骤：
将聚羧酸缓凝减水剂加入水中搅拌溶解配制成聚羧酸缓凝减水剂水溶液，备用；将硅酸盐水泥、河砂和花岗岩破碎石加入搅拌机中以20-30r/min搅拌速率进行干拌5-10min，得到干拌料；将聚羧酸缓凝减水剂水溶液倒入干拌料中以30-40r/min进行湿拌15-30min，然后加入改性玄武岩纤维、硅粉和亚硝酸钠，继续进行搅拌20-35min，即得。
8.根据权利要求7所述的一种抗开裂耐腐蚀沥青混凝土路面结构，其特征在于，所述改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：
将二水醋酸锌加入去离子水中搅拌溶解配制成醋酸锌溶液，备用；将草酸加入无水乙醇中搅拌溶解配制成草酸溶液，向草酸溶液中加入玄武岩纤维和柠檬酸三铵表面活性剂，超声震荡混合均匀，得到混合液；将醋酸锌溶液缓慢滴加到混合液中，在70-80℃下恒温保温反应1-3h，过滤分离出玄武岩纤维，置于烘箱中干燥，然后送入马弗炉中在500-600℃下高温煅烧2-5h，得到预处理的玄武岩纤维；将均苯三甲酰氯加入正己烷溶剂中搅拌溶解得到均苯三甲酰氯溶液，备用；将盐酸多巴胺加入去离子水中搅拌溶解得到多巴胺溶液，向多巴胺溶液中滴加氢氧化钠溶液和Tirs-HCl缓冲液调节多巴胺溶液pH至7-8，将经过预处理的玄武岩纤维和表面活性剂十二烷基硫酸钠加入多巴胺溶液中，升温至40-60℃，搅拌反应5-10h，过滤分离出玄武岩纤维，然后立即将过滤分离出的玄武岩纤维加入均苯三甲酰氯溶液中，室温下反应20-30min，过滤分离、洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。
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