CN113563014B - 一种用于路桥建设的混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种用于路桥建设的混凝土及其制备方法。用于路桥建设的混凝土包括30‑45份水泥、20‑30份粉煤灰、40‑50份石子、20‑25份砂子、15‑20份水、1‑1.5份减水剂、3‑5份抗裂纤维、3‑5份环氧树脂，1‑1.5份抗氯盐腐蚀剂，所述混凝土浇筑的路面表面设有吸热储能层。本申请设置合适的原料和配比提高混凝土密实性，减少裂缝，能够有效减少盐离子渗入，加入抗氯盐腐蚀剂能够减少氯离子的渗入对混凝土造成的剥蚀，混凝土路面表面设置的吸热储能层能够在较热的白天起到吸热储能，在较冷的夜晚释放热量，从而也能减少融雪剂的使用，提高路面使用寿命。

Description

一种用于路桥建设的混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种用于路桥建设的混凝土及其制备方法。
背景技术
在路桥建设中，混凝土是常用建筑材料，在路桥建设中，路面常使用融雪剂存在盐离子很容易渗入混凝土中，造成混凝土的剥蚀。
相关技术可参考申请公开号为CN109608141A的中国发明专利，其公开了一种抗盐侵蚀混凝土及其制备方法，属于混凝土领域。本发明提供的抗盐侵蚀混凝土，以质量份计，包括以下组分：水泥570～600份、石子1100～1106份、砂子640～665份、纳米粘土25.5～26份、减水剂0.32～0.35份、增稠剂0.02～0.04份、消泡剂0.23～0.27份、引气剂0.35～0.42份、水185～240份。
针对上述中的相关技术，发明人发现目前常常通过提高混凝土密实度，改善孔隙结构，减少盐的渗入，从而能够抵抗各种盐离子的渗透侵蚀，但是氯离子的侵蚀力十分强，长期使用中，混凝土结构很难抵抗侵蚀。
发明内容
为了提高混凝土抗盐离子侵蚀的能力，本申请提供一种用于路桥建设的混凝土。
本申请提供的一种用于路桥建设的混凝土采用如下的技术方案：
一种用于路桥建设的混凝土，包括以下重量份的组分，包括30-45份水泥、20-30份粉煤灰、40-50份石子、20-25份砂子、15-20份水、1-1.5份减水剂、3-5份抗裂纤维、3-5份环氧树脂，1-1.5份抗氯盐腐蚀剂，所述混凝土浇筑的路面表面设有吸热储能层。
通过采用上述技术方案，设置合适的配比并加热抗裂纤维制成的混凝土裂缝少，同时通过加入环氧树脂提高混凝土密实性，能够有效减少盐离子渗入，加入抗氯盐腐蚀剂能够减少氯离子的渗入造成对混凝土的剥蚀，混凝土路面表面设置的吸热储能层能够在较热的白天起到吸热储能，在较冷的夜晚释放热量，减少表面的霜冻，从而也能减少融雪剂的使用，提高路面使用寿命。
优选的，所述吸热储能层由质量比为1:0.5-0.8:0.8-1.2的沥青、导热粉末、相变微胶囊混合制成。
通过采用上述技术方案，相变微胶囊能够实现相变储能，通过与沥青和导热粉末混合，沥青的吸热效果好，并通过导热粉末传导到相变微胶囊中，相变微胶囊能够有效的利用相变储存热能，并在气温下降后释放能力，通过导热粉末传导到整体路面，实现路面温度的控制，减少路面结冰，减少融雪剂使用，减少盐离子对混凝土的腐蚀。
优选的，所述相变微胶囊采用以下方法制备而成：将质量比1:4-6:0.02-0.03的石蜡、蒸馏水和乳化剂进行混合制成石蜡乳化液；
在石蜡乳化液中按照石蜡和脲醛树脂质量比为1.5-1.8:1加入脲醛树脂预聚体，加入与石蜡质量比均为1:0.5的尿素和甲醛，加热到45-60℃聚合反应0.5-1.5h，形成相变微胶囊。
通过采用上述技术方案，将芯材石蜡和壁材脲醛树脂按照合适的配比进行相变微胶囊的合成，能够得到表面光滑，包裹均匀的相变胶囊，与混凝土的结合效果良好，能发挥良好的控温效果。采用上述的方法相较于喷雾等方式，制备相变微胶囊，操作方便，得到的产品包裹均匀，使用效果好。
优选的，所述相变微胶囊形成后用丙酮清洗，清洗后干燥。
通过采用上述技术方案，相变微胶囊合成后通过丙酮清洗，能够有效的清洗掉胶囊表面沾附的添加剂和芯材石蜡，并利用丙酮的低沸点进行干燥，使相变微胶囊表面表现出良好的与混凝土结合的性能，从而提高相变微胶囊的分布均匀性和稳定性，提高相变储能效果。
优选的，所述石蜡为碳原子个数为14-20的小分子石蜡。
通过采用上述技术方案，小分子石蜡的相变点相近，具有良好的相变储能效果，实现良好的控温，减少路面结冰的效果。
优选的，所述导热粉末为质量比为1:2-3的铜粉和氧化铝的混合物。
通过采用上述技术方案，将一定质量比的铜粉和氧化铝进行混合作为导热粉末，可以提高吸热储能层的导热效果，从而充分发挥沥青的吸热效果和相变储能颗粒的储热放热效果，铜粉的导热性好，氧化铝为非导体且稳定性高，价格便宜，两者按照合适比例进行混合能够得到良好导热效果和稳定性的导热粉末。
优选的，还包括3-7重量份的橡胶颗粒。
通过采用上述技术方案，橡胶颗粒能够提高混凝土的比热容和弹性，减少温度骤变造成的裂缝，减少盐离子渗入。
优选的，所述抗裂纤维包括质量比为1:0.6-0.8的碳纤维和聚丙烯纤维混合而成。
通过采用上述技术方案，碳纤维和聚丙烯纤维的混合能够提高整体纤维分布的均匀性，并在强度和抗裂性能的方面对混凝土进行有效加强，减少裂缝的产生。
第三方面，本申请提供一种用于路桥建设的混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种用于路桥建设的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
按照重量份称取原料并混合，混合后的原料进行路面浇筑，浇筑后进行养护，然后在路面表层进行吸热储能层的洒布和碾压，最后进行吸热储能层养护。
通过采用上述技术方案，将混凝土路面建筑养护后再表面增加吸热储能层的施工，施工方便，能够有效减少盐离子渗入的效果。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、设置合适的原料和配比提高混凝土密实性，减少裂缝，能够有效减少盐离子渗入，加入抗氯盐腐蚀剂能够减少氯离子的渗入对混凝土造成的剥蚀，混凝土路面表面设置的吸热储能层能够在较热的白天起到吸热储能，在较冷的夜晚释放热量，从而也能减少融雪剂的使用，提高路面使用寿命。
2、相变微胶囊合成后通过丙酮清洗，能够有效的清洗掉胶囊表面沾附的添加剂和芯材石蜡，并利用丙酮的低沸点进行干燥，使相变微胶囊表面暴露出与混凝土良好结合的壁材，提高相变储能效果。
3、本申请的施工方法将混凝土路面建筑养护后在表面增加吸热储能层的施工，施工方便，能够有效减少盐离子渗入的效果。
具体实施方式
本申请使用原料均可通过市售得到，原料来源如表1。
表1
组分 型号/规格/参数 厂家
水泥 A级 三河鼎轩领晟商贸有限公司
聚羧酸减水剂 型号LA-8Q 山东力昂新材料科技有限公司
砂子 细度模数2.2-1.6 烟台市福山区石英砂厂
石子 粒径5-20mm，含泥量0.5% 烟台市福山区石英砂厂
粉煤灰 细度20%，需水量比100% 蓬莱国电Ⅱ级
碳纤维 PS0126 沃德夫聚合物（上海）有限公司
聚丙烯纤维 5575 山东森泓工程材料有限公司
环氧树脂 MG50 北京特固科技有限公司
抗氯盐腐蚀剂 RMA 北京海岩兴业混凝土外加剂销售有限公司
橡胶颗粒 2020-12 石家庄汇德利矿产品有限公
沥青 10号沥青 禄丰青青防水材料厂
铜粉 kpl-65152 山东开普勒生物科技有限公司
氧化铝粉末 3000 河北恒光矿产品有限公司
石蜡 昆仑58号工业级石蜡 济南晶昊化工有限公司
尿素 01 济南众成化工有限公司
OP-10乳化剂 OP-10工业级 济南汇锦川化工有限公司
乳液稳定剂 乙二醇乙醚工业级 济南普莱华化工有限公司
甲醛 0.37 山东鑫九诚化工科技有限公司
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
相变微胶囊的制备例
制备例1
相变微胶囊采用以下方法制备：
（1）将质量比1:4:0.02的石蜡、蒸馏水、乳化剂进行以1200r/min混合30min，其中石蜡1kg，制成石蜡乳化液。乳化剂采用OP-10乳化剂，石蜡采用碳原子个数为14-20的小分子石蜡。
（2）在石蜡乳化液中按照石蜡和脲醛树脂质量比为1.5:1加入脲醛树脂预聚体。加入0.5kg尿素，1.35kg37%浓度和甲醛溶液，加热到45℃聚合反应0.5h，形成相变微胶囊，通过无水乙醇清洗后抽滤得到粉末状固体相变微胶囊。
其中预聚体制备将1kg的尿素、5kg质量分数为37％的甲醛溶液混合，用三乙醇胺调节pH值至8左右，用电动搅拌机在700r/min转速下，70℃恒温反应1h，得到脲醛树脂预聚体。
（3）将相变微胶囊过滤后用丙酮清洗，清洗后抽滤，在60℃下干燥30min。
制备例2
相变微胶囊采用以下方法制备：
（1）将质量比1:6:0.03的石蜡、蒸馏水、乳化剂进行以1200r/min混合30min，制成石蜡乳化液。乳化剂采用OP-10乳化剂，乳液稳定剂采用乳液稳定剂PSA，石蜡采用碳原子个数为14-20的小分子石蜡。
（2）在石蜡乳化液中按照石蜡和脲醛树脂质量比为1.5:1加入脲醛树脂预聚体，加入0.5kg尿素，1.35kg37%浓度和甲醛溶液，加热到60℃聚合反应1.5h，形成相变微胶囊，通过无水乙醇清洗后抽滤得到粉末状固体相变微胶囊。
其中预聚体制备将1kg的尿素、5kg质量分数为37％的甲醛溶液混合，用三乙醇胺调节pH值至8左右，用电动搅拌机在700r/min转速下，70℃恒温反应1h，得到脲醛树脂预聚体。
（3）将相变微胶囊过滤后用丙酮清洗，清洗后抽滤，在60℃下干燥30min。
制备例3
与制备例1的区别在于，石蜡和脲醛树脂质量比为1.6:1 。
制备例4
与制备例1的区别在于，石蜡和脲醛树脂质量比为1.8:1 。
制备例5
与制备例1的区别在于，石蜡和脲醛树脂质量比为2:1。
制备例6
与制备例1的区别在于，没有步骤（3），将步骤（2）中得到的相变微胶囊作为最终的相变微胶囊。
制备例7
与制备例1的区别在于，石蜡分子采用20-30的大分子石蜡。
实施例
实施例1
一种用于路桥建设的混凝土，使用的原料和配比如表2所示。
其中减水剂采用聚羧酸减水剂。
其中抗裂纤维采用质量比为1:0.8的碳纤维和聚丙烯纤维的混合物。
制备方法为：将混凝土原料按照配比进行称量，将水泥和粉煤灰搅拌0.5min，向搅拌机内添加砂子搅拌0.5min，向搅拌机内添加抗裂纤维和减水剂，搅拌1min。添加水和环氧树脂搅拌2min，搅拌机的转速为160r/min。搅拌混匀后的混凝土进行路面浇筑，并抹平养护。
在养护后的混凝土表面喷水，将质量比为1:0.5:0.8的沥青、导热粉末和相变微胶囊混合，在混凝土表面洒布、压平，形成厚度为4cm厚的吸热储能层，并进行养护。
其中导热粉末为质量比为1:2的铜粉和氧化铝的混合物。
其中相变微胶囊由制备例1制备而成。
表2
实施例 水泥/kg 石子/kg 粉煤灰/kg 砂子/kg 水/kg 抗裂纤维/kg 减水剂/kg 环氧树脂/kg 抗氯盐腐蚀剂/kg
实施例1 30 40 20 20 15 3 1 3 1
实施例2 40 45 25 23 17 4 1.2 4 1.2
实施例3 45 50 30 25 20 5 1.5 5 1.5
实施例2
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比不同，原料配比如表2。
实施例3
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比不同，原料配比如表2。
实施例4
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，相变微胶囊由制备例2制备。
实施例5
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，相变微胶囊由制备例3制备。
实施例6
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，相变微胶囊由制备例4制备。
实施例7
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，相变微胶囊由制备例5制备。
实施例8
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，相变微胶囊由制备例6制备。
实施例9
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，相变微胶囊由制备例7制备。
实施例10
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，吸热储能层为质量比为1:0.3的沥青和橡胶颗粒混合而成。
实施例11
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，导热粉末为单纯的氧化铝，不含有铜粉。
实施例12
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，混凝土中还包括3kg的橡胶颗粒，在制备方法中，橡胶颗粒和抗裂纤维同时加入搅拌机进行搅拌。
实施例13
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例10的区别在于，橡胶颗粒的重量为7kg。
实施例14
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，抗裂纤维为质量比为1:0.8的碳纤维和聚丙烯纤维混合而成。
实施例15
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，抗裂纤维为质量比为1:0.7的碳纤维和聚丙烯纤维混合而成。
对比例
对比例1
一种用于路桥建设的混凝土，取50kg水泥、20kg粉煤灰、10kg矿粉混合搅拌1min，加入40kg石子、20kg份砂子、15kg水、1kg份减水剂搅拌2min，制成混凝土。搅拌机转速为160r/s。
对比例2
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，混凝土路面没有吸热储能层。
对比例3
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，混凝土中不加入环氧树脂。
对比例4
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，混凝土中不加入抗氯盐腐蚀剂。
对比例5
一种用于路桥建设的混凝土，与实施例1的区别在于，混凝土中不加入抗裂纤维。
性能检测试验
检测方法/试验方法
对按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》通过抗氯离子渗透试验RCM法进行混凝土抗氯离子性能测试。
本申请中由于存在吸热储能层，与常规测试不同，不进行切割，将试块表面吸热储能层端面向下放置，接触氯化钠溶液。将氯离子迁移系数录入表3。
按照实施例1-15以及对比例1-5制作200mm×200mm×200mm的立方体混凝土试块，每个实施例3块，在相应的混凝土试块表面添加吸热储能层，然后将试块放置在玻璃罩内，在相同环境下放置在外界下接受阳光照射5h，遇阴雨天暂停实验，后将试块放置在零下5℃下，并在吸热储能层上方采用喷头1ml/s低速淋水，模仿雨淋，记录混凝土试块表面结冰时间，重复三次试验，取平均值录入表3中。
表3
项目 氯离子迁移系数（×10<sup>12</sup>m<sup>2</sup>.s<sup>-1</sup>） 表面结冰时间（min）
实施例1 1.9 184
实施例2 1.8 183
实施例3 1.9 183
实施例4 1.9 184
实施例5 1.8 186
实施例6 1.7 188
实施例7 2.2 176
实施例8 2.1 178
实施例9 2.0 176
实施例10 1.9 151
实施例11 2.0 166
实施例12 1.7 186
实施例13 1.7 188
实施例14 1.9 184
实施例15 1.8 173
对比例1 3.0 61
对比例2 2.6 73
对比例3 2.4 183
对比例4 2.7 184
对比例5 2.5 179
结合实施例1-3和对比例1-2并结合表3可以看出，通过在混凝土表面设置吸热储能层能够有效的延缓结冰情况，在实际路面使用过程中，能够有效降低路面结冰的可能，减少融雪剂的使用，从而减少融雪剂中盐离子对路面的腐蚀。
结合实施例1-3和对比例3-4并结合表3可以看出，环氧树脂和抗氯盐腐蚀剂的加入均能够有效减少氯离子迁移系数，减少氯离子渗入混凝土，其中环氧树脂的对氯离子的迁移效果更好，环氧树脂对混凝土的密实度提高效果更好。
结合实施例1、实施例10 并结合表3可以看出，由沥青导热粉末和相变微胶囊混合制成的吸热储能层的吸热储能效果更好，相变微胶囊的相变储热能力相较于高比热容的橡胶等物质更高，对减少结冰具有更好的效果。
结合实施例1、实施例4-7并结合表3可以看出，石蜡的比例越高，相变储热能力越强，这是因为石蜡作为相变微胶囊的内部储能芯材，含量越高，自然储能越好，但是需要主要芯材和壁材的比例过高后会造成芯材不能被有效包裹，形成的相变微胶囊具有缺陷，吸热储能效果反而下降。
结合实施例1、实施例8并结合表3可以看出，未经过清洗的相变微胶囊的氯离子迁移系数增加，储能效果下降，这是由于相变微胶囊表面沾附有石蜡或其他物质，影响了相变微胶囊和其他材料的结合效果，增加了裂缝，同时降低了分散度，造成抗氯离子和储能效果均下降。
结合实施例1、实施例9并结合表3可以看出，大分子石蜡的储能效果低于小分子石蜡。
结合实施例1、实施例11并结合表3可以看出，导热粉末中混合铜粉能够有效提高减少结冰的效果，这是由于提高了热传导实现的，使相变微胶囊和表面的热能充分交换实现的。
结合实施例1、实施例12-13并结合表3可以看出，橡胶颗粒可以同时提高抗氯离子渗透和储能性能，因为小江颗粒本身具有较高的比热容，同时具有良好的弹性，嫩巩固提高混凝土抗裂性能，减少裂缝，同时提高混凝土储能能力。
结合实施例1、实施例14-15、对比例5并结合表3可以看出，抗裂纤维的添加能够提高抗裂性能，从而增强康氯离子渗透能力。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种用于路桥建设的混凝土，其特征在于，包括30-45份水泥、20-30份粉煤灰、40-50份石子、20-25份砂子、15-20份水、1-1 .5份减水剂、3-5份抗裂纤维、3-5份环氧树脂，1-1.5份抗氯盐腐蚀剂，所述混凝土浇筑的路面表面设有吸热储能层；
所述吸热储能层由质量比为1:0 .5-0 .8:0 .8-1 .2的沥青、导热粉末、相变微胶囊混合制成；所述相变微胶囊采用以下方法制备而成：
将质量比1:4-6:0 .02-0 .03的石蜡、蒸馏水和乳化剂进行混合制成石蜡乳化液；
在石蜡乳化液中按照石蜡和脲醛树脂质量比为1 .5-1 .8:1加入脲醛树脂预聚体，加入与石蜡质量比均为1:0 .5的尿素和甲醛，加热到45-60℃聚合反应0 .5-1 .5h，形成相变微胶囊。
2.根据权利要求1所述的一种用于路桥建设的混凝土，其特征在于：所述相变微胶囊形成后用丙酮清洗，清洗后干燥。
3.根据权利要求1所述的一种用于路桥建设的混凝土，其特征在于：所述石蜡为碳原子个数为14-20的小分子石蜡。
4.根据权利要求1所述的一种用于路桥建设的混凝土，其特征在于：所述导热粉末为质量比为1:2-3的铜粉和氧化铝的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种用于路桥建设的混凝土，其特征在于：还包括3-7重量份的橡胶颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种用于路桥建设的混凝土，其特征在于：所述抗裂纤维包括质量比为1:0 .6-0 .8的碳纤维和聚丙烯纤维混合而成。
7.权利要求1-6任一项所述的一种用于路桥建设的混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照重量份称取原料并混合，混合后的原料进行路面浇筑，浇筑后进行养护，然后在路面表层进行吸热储能层的洒布和碾压，最后进行吸热储能层养护。
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