CN116253545A - 一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层及其制备方法 - Google Patents

一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层及其制备方法，按质量份数计，包括以下原料：胶凝材料800‑1400份、砂700‑1300份、粗骨料300‑1000份、减水剂20‑50份、钢纤维80‑350份、水150‑200份、相变材料30‑60份、氯离子固化剂10‑50份；所述粗骨料包括碎石粗骨料和多孔粗骨料。本申请制备的粗骨料超高性能混凝土铺装层，在充分发挥抛填骨料工艺的优势同时，结合多组分功能材料的协同抗盐冻功能，使其在严寒地区道面工程中不仅具有优异的服役性能和寿命，而且可大大降低其建造成本和增加其与其它铺装层之间的粘结强度，实现长期经济效率与社会效益协同提升。

Description

一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层及其制备 方法
技术领域
本申请涉及道面混凝土技术领域，特别涉及一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(UHPC)是一种具有高强度、高耐久性、低孔隙率的超高强水泥基材料，已经在我国新世纪工程中建设中占据重要地位。将其应用于路面铺装层，可以显著提高路面结构的承载和抗裂能力，增加其耐久性和使用寿命。然而在我国的严寒地区，道路混凝土经常因恶劣的气候而发生冻融破坏。同时，抛洒除冰盐引起的氯离子侵蚀，会对混凝土中钢纤维和钢筋产生锈蚀，使混凝土结构破坏进一步加剧，进而使钢混结构的耐久性严重削弱，服役安定性和寿命大大缩短。同时，成本过高、收缩过大等问题也制约着道面超高性能混凝土材料的进一步应用。
传统的抗冻技术如添加引气剂提高混凝土基体的气孔含量，抗盐蚀技术如改性胶凝组分降低混凝土基体的孔隙率。然而，这两种主要技术手段对混凝土基体孔结构改性的目标是相矛盾的。针对我国严寒地区的路面混凝土既容易发生冻融破坏又容易发生盐类侵蚀破坏的情况，将抗冻和抗盐侵蚀技术相结合，有利于减少冻融破坏和盐类侵蚀破坏的耦合效应，提高混凝土整体耐久性。
因此有必要针对传统的抗冻技术与抗盐侵蚀技术无法很好结合的问题，提出新的抗盐抗冻协同提升技术。
发明内容
本申请实施例提供一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层及其制备方法，以解决传统超高性能混凝土难以兼顾抗冻抗盐性能的问题。
本申请提供的技术方案具体如下：
第一方明，本申请提供了一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层，按质量份数计，包括以下原料：
胶凝材料800-1400份、砂700-1300份、粗骨料300-1000份、减水剂20-50份、钢纤维80-350份、水150-200份、相变材料30-60份、氯离子固化剂10-50份；
所述粗骨料包括碎石粗骨料和多孔粗骨料。
一些实施例中，所述相变材料包括固-液型相变材料，所述相变材料的相变温度≤10℃，相变潜热＞200KJ/kg；
和/或，所述氯离子固化剂包括LDHs型液体氯离子固化剂，所述氯离子固化剂的自由氯离子固化率≥75％。
一些实施例中，所述粗骨料中多孔粗骨料的体积占比≤30％。
一些实施例中，所述碎石粗骨料的级配为5-15mm，抗压强度≥150MPa；
和/或，所述多孔粗骨料的孔隙率≥40％，密度为1.0-3.0g/cm3，平均孔隙直径为5-50um，级配为5-15mm，抗压强度≥100MPa。
第二方面，本申请还提供了一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的制备方法，包括如下步骤：
将相变材料负载至部分多孔粗骨料中，表面封装，得到第一功能粗骨料；
将氯离子固化剂负载至剩余多孔粗骨料中，表面封装，得到第二功能粗骨料；
对碎石粗骨料进行预湿处理；
将胶凝材料、砂、水和减水剂进行混合搅拌，得到浆料。
浇筑浆料，抛填第二功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第一梯度层；
在第一梯度层上浇筑浆料，抛填第一功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第二梯度层；
在第二梯度层上浇筑浆料，抛填第二功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第三梯度层；
对第三梯度层的表面进行冲毛处理，覆膜，养护，即得低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层。
一些实施例中，“将相变材料负载至部分多孔粗骨料中，表面封装，得到第一功能粗骨料”具体包括：
将相变材料与部分多孔粗骨料进行混合，置于真空干燥箱中，于20-40℃，真空度≤0.03MPa条件下真空吸附20-60min，吸附结束，在多孔粗骨料的表面喷涂含有石墨烯的苯丙乳液，在20-40℃密封环境静置1-3h，得到第一功能粗骨料。
一些实施例中，“将氯离子固化剂负载至剩余多孔粗骨料中，表面封装，得到第二功能粗骨料”具体包括：
将氯离子固化剂与剩余多孔粗骨料进行混合，置于真空干燥箱中，于20-40℃，真空度≤0.03MPa条件下真空吸附20-60min，吸附结束，在多孔粗骨料的表面喷涂含有氯离子触发剂的环氧树脂，在20-40℃密封环境静置1-3h，得到第二功能粗骨料。
一些实施例中，“将胶凝材料、砂、水和减水剂进行混合搅拌，得到浆料”具体包括：
将胶凝材料和砂置于搅拌机中，第一次中速搅拌；
将水和减水剂混合，加入搅拌机中，搅拌至成浆；
高速搅拌，加入钢纤维，然后第二次中速搅拌，得到浆料。
一些实施例中，第一次中速搅拌的速度为20-40r/min，时间为50-200s；
和/或，高速搅拌的速度为50-80r/min，时间为100-300s；
和/或，第二次中速搅拌的速度为20-40r/min，时间为100-300s。
一些实施例中，“对第三梯度层的表面进行冲毛处理”具体包括：
待混凝土达到初凝状态，使用高压水枪对第三梯度层的表面进行冲刷至粗骨料外露高度为粗骨料直径的1/4-1/2。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
1、本申请提供的原料配方：采用复合粗骨料，其中碎石能够提高结构的刚度和稳定性，并降低混凝土成本；多孔粗骨料具有高弹性模量和高强度的同时，具有较高的储存能力，其多孔结构一方面能够负载可对混凝土内部温度进行调控，抑制混凝土内部游离水分低温结冰现象的相变材料以及可对渗入混凝土中的氯离子进行有效固化，提高混凝土在寒冷环境下对除冰盐耐侵蚀能力的氯离子固化剂，从而实现混凝土的超高抗冻抗盐性能；另一方面，多孔粗骨料自身孔道构造能释放低温水分结冰产生的结晶应力，降低结晶应力对基体的破坏从而提升混凝土基体抗冻性能。
2、本申请提供的制备方法，将不同功能粗骨料进行分层抛填，由下至上形成具有不同功能的梯度复合层结构，其中，将负载相变材料的多孔粗骨料抛填在铺装层结构的中部位置，以提高核心部位的抗冻性能，使铺装层结构在严寒环境下，具有良好的整体安定性；铺装层结构的上、下部分容易接触到高盐介质，发生氯离子侵蚀危害概率较高，将负载氯离子固化剂的多孔粗骨料抛填在铺装层结构的上、下部，可以进一步提高其对氯离子的固化效率，有效防止氯离子发生渗透侵蚀从而对结构产生破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的结构示意图；
图2为实施例1与对比例1-4制备的混凝土铺装层的强度损失率随冻融循环次数变化图；
图3为实施例1与对比例1-4制备的混凝土铺装层的相对动弹性模量随冻融循环次数变化图；
图4为实施例2与对比例5-8制备的混凝土铺装层的强度损失率随冻融循环次数变化图；
图5为实施例2与对比例5-8制备的混凝土铺装层的相对动弹性模量随冻融循环次数变化图。
图1中：1、第一梯度层；2、第二梯度层；3、第三梯度层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
第一方明，本申请提供了一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层，按质量份数计，包括以下原料：
胶凝材料800-1400份、砂700-1300份、粗骨料300-1000份、减水剂20-50份、钢纤维80-350份、水150-200份、相变材料30-60份、氯离子固化剂10-50份；
所述粗骨料包括碎石粗骨料和多孔粗骨料。
本申请方案通过利用高强多孔粗骨料负载相变材料和氯离子固化剂，利用抛填工艺将其和碎石粗骨料一起加入到超高性能混凝土中，并使负载相变材料的高强多孔粗骨料抛填在铺装层结构的中部位置，以提高核心部位的稳定性，使负载氯离子固化剂的高强多孔粗骨料抛填在铺装层结构易发生氯盐侵蚀的的上、下部分，在降低UHPC材料成本的基础上，实现其抗盐抗冻能力的协同提升。此外，引入粗骨料还可增加UHPC铺装层的表层粗糙度，利于增加和其它铺装层之间的界面结合能力，提高多铺装层的结构稳定性。
在一些实施例中，所述相变材料包括固-液型相变材料，所述相变材料的相变温度≤10℃，相变潜热＞200KJ/kg；
和/或，所述氯离子固化剂包括LDHs型液体氯离子固化剂，所述氯离子固化剂的自由氯离子固化率≥75％。
具体的，相变材料通过相态转变过程中的潜热形式的热量储存与释放，可以进行热能贮存和温度调节控制，使混凝土体系的温度能够在合理温度范围内保持较长时间，从而抑制混凝土内部游离水分低温结冰现象。
在优选的实施例中，所述胶凝材料包括水泥、微硅粉和粉煤灰。
在一些实施例中，所述粗骨料中多孔粗骨料的体积占比≤30％。
在一些实施例中，所述碎石粗骨料的级配为5-15mm，抗压强度≥150MPa；
和/或，所述多孔粗骨料的孔隙率≥40％，密度为1.0-3.0g/cm3，平均孔隙直径为5-50um，级配为5-15mm，抗压强度≥100MPa。
在优选的实施例中，所述碎石粗骨料选自高强碎石，所述多孔粗骨料选自高强多孔陶瓷。
第二方面，本申请还提供了一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的制备方法，包括如下步骤：
将相变材料负载至部分多孔粗骨料中，表面封装，得到第一功能粗骨料；
将氯离子固化剂负载至剩余多孔粗骨料中，表面封装，得到第二功能粗骨料；
对碎石粗骨料进行预湿处理；
将胶凝材料、砂、水和减水剂进行混合搅拌，得到浆料。
浇筑浆料，抛填第二功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第一梯度层1；
在第一梯度层1上浇筑浆料，抛填第一功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第二梯度层2；
在第二梯度层2上浇筑浆料，抛填第二功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第三梯度层3；
对第三梯度层3的表面进行冲毛处理，覆膜，养护，即得低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层。
参见图1所示，本申请提供的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层对粗骨料分布采用梯度设计，由下至上依次为掺杂氯离子固化剂的第一梯度层1、掺杂相变材料的第二梯度层2以及掺杂氯离子固化剂的第三梯度层3，可极大地提升严寒地区路面超高性能混凝土的抗盐冻性能的同时，使铺装层结构具有良好的体积稳定性、抗裂性能、表面粗糙度及更低的建造成本，对于推广超高性能混凝土在严寒地区道路工程中的应用具有重要意义。
本申请采用抛填工艺，可在保证材料施工性能和力学性能的基础上，最大程度提高混凝土中粗骨料的含量，进一步降低路面UHPC材料成本；同时粗骨料抛填工艺还可防止粗骨料UHPC浆料在运输过程产生浮浆、泌水或粗骨料下沉等问题；此外，对负载/封装有功能组分的多孔粗骨料采用抛填式的施工工艺，可以有效防止其在拌制、运输、施工过程中组装结构发生泄漏和破坏，功能组分效能被严重削弱甚至无法发挥。
在优选的实施例中，各梯度层中浆料的浇筑高度为该层粗骨料最大粒径的2-4倍。
具体的，将粗骨料抛填至浆料表面后，使用铲刀将其压入浆料中。
在一些实施例中，“将相变材料负载至部分多孔粗骨料中，表面封装，得到第一功能粗骨料”具体包括：
将相变材料与部分多孔粗骨料进行混合，置于真空干燥箱中，于20-40℃，真空度≤0.03MPa条件下真空吸附20-60min，吸附结束，在多孔粗骨料的表面喷涂含有石墨烯的苯丙乳液，在20-40℃密封环境静置1-3h，得到第一功能粗骨料。
将苯丙乳液喷涂在负载相变材料的多孔粗骨料表面的封装工艺，可以将相变材料封装在多孔粗骨料的孔道结构中，有效避免相变材料在拌制、运输、施工时发生泄漏失效，此外，苯丙乳液中的石墨烯可以极大地提高封装材料的导热系数，使相变材料有效的与混凝土基体进行热交换，提高相变材料作用效率。
在一些实施例中，“将氯离子固化剂负载至剩余多孔粗骨料中，表面封装，得到第二功能粗骨料”具体包括：
将氯离子固化剂与剩余多孔粗骨料进行混合，置于真空干燥箱中，于20-40℃，真空度≤0.03MPa条件下真空吸附20-60min，吸附结束，在多孔粗骨料的表面喷涂含有氯离子触发剂的环氧树脂，在20-40℃密封环境静置1-3h，得到第二功能粗骨料。
将环氧树脂喷涂在负载氯离子固化剂的多孔粗骨料表面的封装工艺，可以将氯离子固化剂封装在多孔粗骨料的孔道结构中，有效避免氯离子固化剂在拌制、运输、施工时发生泄漏失效，含有氯离子触发剂的环氧树脂可以在氯离子在侵入混凝土基体时，触发环氧树脂膜层溶解机制，释放多孔粗骨料负载的氯离子固化剂，阻断氯离子在混凝土中的渗透，实现其对氯离子侵入的智能响应。
利用真空负载技术可进一步提升液相相变材料和氯离子固化剂于多孔粗骨料孔道构造中的吸附及储存效率，实现多孔粗骨料与功能组分的高效组装。
在优选的实施例中，“对碎石粗骨料进行预湿处理”具体包括：
在碎石粗骨料表面均匀喷水，至骨料表面湿润无露珠。
采用对碎石粗骨料表面喷水的方法，提高碎石粗骨料与超高性能混凝土浆体接触面的水化程度，改善碎石粗骨料与浆体的界面过渡区，最大程度保证粗骨料超高性能混凝土的力学性能。
在一些实施例中，“将胶凝材料、砂、水和减水剂进行混合搅拌，得到浆料”具体包括：
将胶凝材料和砂置于搅拌机中，第一次中速搅拌；
将水和减水剂混合，加入搅拌机中，搅拌至成浆；
高速搅拌，加入钢纤维，然后第二次中速搅拌，得到浆料。
在一些实施例中，第一次中速搅拌的速度为20-40r/min，时间为50-200s；
和/或，高速搅拌的速度为50-80r/min，时间为100-300s；
和/或，第二次中速搅拌的速度为20-40r/min，时间为100-300s。
在一些实施例中，“对第三梯度层3的表面进行冲毛处理”具体包括：
待混凝土达到初凝状态，使用高压水枪对第三梯度层3的表面进行冲刷至粗骨料外露高度为粗骨料直径的1/4-1/2。
对UHPC铺装层表面进行冲毛处理，使表面的粗骨料露出，增加UHPC铺装层的表层粗糙度，利于增加和其他铺装层之间的界面结合能力，提高多铺装层的结构稳定性。
同时对表面进行清理，使表面达到无污染、无灰浆浮渣、无乳皮、无松动，外露面新鲜、粗糙、凝结完整，湿润而无积水。
以下通过具体实施例对本申请进行进一步的说明。
实施例1
(1)原料说明：
水泥：普通硅酸盐水泥(华新水泥股份有限公司，湖北黄石)
微硅粉：(蓝星硅材料有限公司，甘肃兰州)
粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰(华能阳逻电厂，武汉)
减水剂：聚羧酸型液体减水剂(江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏南京)
相变材料：FSM-PCM47固-液型相变材料(福斯曼科技(北京)有限公司，北京)
氯离子固化剂：LDHs型液体氯离子固化剂(江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏南京)
砂：石英砂(湖北九棵松石英石股份有限公司，湖北黄冈)
碎石粗骨料：花岗岩碎石，7-13mm连续级配，密度为2.6g/cm3，抗压强度为169MPa(湖北九棵松石英石股份有限公司，湖北黄冈)
多孔粗骨料：多孔高强陶瓷粗骨料，孔隙率为58％，密度为1.7g/cm3，平均孔隙直径15-30um，级配为8-12mm，抗压强度为137MPa(江西耐可化工设备填料有限公司，江西萍乡)
钢纤维：短直钢纤维(成都科良建材有限公司，四川成都)
苯丙乳液：含石墨烯(山东豪耀新材料有限公司，山东济南)
环氧树脂：含氯离子触发剂(中德新亚建筑材料有限公司，河南郑州)
(2)制备方法包括如下步骤：
步骤1：以质量份数计，称取以下制备原料：水泥876份、微硅粉144份、粉煤灰213份、砂812份、碎石粗骨料426份、多孔粗骨料72份、减水剂32份、钢纤维156份、水165份、相变材料36份、氯离子固化剂18份。
步骤2：将45份多孔粗骨料与36份相变材料进行混合，将27份多孔粗骨料与18份氯离子固化剂进行混合，置于真空干燥箱中，于温度28℃，真空度0.01MPa条件下真空吸附45min；
将石墨烯苯丙乳液均匀喷涂在负载相变材料的多孔粗骨料的表面，将含有氯离子触发剂的环氧树脂均匀喷涂在负载氯离子固化剂的多孔粗骨料的表面，多孔粗骨料于28℃密封环境静置90min，分别得到第一功能粗骨料和第二功能粗骨料；
对碎石粗骨料进行喷水处理至表面湿润无露珠。
步骤3：将胶凝材料(水泥、微硅粉、粉煤灰)、砂依次倒入搅拌机中，中速混合搅拌95s，将水和减水剂混合，将其加入到搅拌机中，搅拌至成浆，高速搅拌185s，并加入钢纤维，最后中速搅拌256s，得到浆料。
步骤4：先加入部分浆料，后抛填加入142份碎石粗骨料和14份第二功能粗骨料，加入粗骨料后用铲刀将其压入浆料中；再加入部分浆料，后抛填加入142份碎石粗骨料和45份第一功能粗骨料，加入粗骨料后用铲刀将其压入浆料中；最后再加入剩余浆料，后抛填加入142份碎石粗骨料和13份第二功能粗骨料，加入粗骨料后用铲刀将其压入浆料中，其中，每次加入浆料的高度为粗骨料最大粒径的2.5倍。
步骤5：待混凝土达到初凝状态后，对混凝土表面进行冲毛处理，直至骨料外露高度约为骨料直径的1/3，对表面进行清理，使表面达到无污染、无灰浆浮渣、无乳皮、无松动，外露面新鲜、粗糙、凝结完整，湿润而无积水。
步骤6：在混凝土表面覆膜，加湿养护，拆模得到一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层。
对比例1
本对比例1与实施例1的不同之处仅在于：
碎石粗骨料质量份数为536份，不添加多孔粗骨料、相变材料和氯离子固化剂，其余与实施例1相同。
对比例2
本对比例2与实施例1的不同之处仅在于：
碎石粗骨料的质量份数为536份，不添加多孔粗骨料，直接添加相变材料和氯离子固化剂，其余与实施例1相同。
对比例3
本对比例3与实施例1的不同之处仅在于：
直接抛填加入多孔粗骨料和相变材料与氯离子固化剂，不进行步骤2中的负载、表面封装处理，其余与实施例1相同。
对比例4
本对比例4与实施例1的不同之处仅在于：
不进行步骤2中的表面封装处理，仅进行负载处理，其余与实施例1相同。
性能测试
对实施例1和对比例1-4制备的混凝土铺装层进行如下性能测试：
扩展度：根据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对UHPC浆体的扩展度进行测定；
抗压强度：根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对UHPC试件的抗压强度进行测定；
收缩：根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对UHPC试件的收缩(非接触法)；
氯离子迁移系数：根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对UHPC试件的快速氯离子迁移系数进行测定；
抗冻性能：根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对UHPC试件的抗冻性能进行测定，测试结果填入表1。
注：表1和表2中，“S”代表实施例，例如：“S1”代表“实施例1”，“D”代表对比例，例如：“D1”代表“对比例1”。
表1
Figure BDA0004023603780000131
根据表1的数据可以看出，实施例1制备的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层，相比对比例1制备的普通粗骨料超高性能混凝土其力学性能、抗冻性能、抗氯离子侵蚀性能、体积稳定性均获得大幅度提升。
结合实施例1与对比例2的数据可以看出，相比对比例2中直接加入相变材料和氯离子固化剂，而不添加多孔粗骨料制备的粗骨料超高性能混凝土，其力学性能提升11％，抗冻性能提升88％，抗氯离子渗透性能提升72％。
结合实施例1与对比例3的数据可以看出，相比对比例3中直接加入多孔粗骨料和相变材料与氯离子固化剂，而不负载处理制备的粗骨料超高性能混凝土，其力学性能提升11％，抗冻性能提升73％，抗氯离子渗透性能提升69％。
结合实施例1与对比例4的数据可以看出，相比对比例4中不对负载有相变材料和氯离子固化剂的多孔粗骨料进行石墨烯苯丙乳液、含氯离子触发剂的环氧树脂喷涂封装处理制备的粗骨料超高性能混凝土，其力学性能提升8％，抗冻性能提升78％，抗氯离子渗透性能提升67％。
结果表明，本申请提供的一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层及其制备方法制备的超高性能混凝土道面结构具有极优异的力学性能、抗冻性能、抗盐蚀性能和体积稳定性，实现了关键性能的协同提升。
实施例2
(1)原料说明：
水泥：普通硅酸盐水泥(华新水泥股份有限公司，湖北黄石)
微硅粉：(蓝星硅材料有限公司，甘肃兰州)
粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰(华能阳逻电厂，武汉)
减水剂：聚羧酸型液体减水剂(江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏南京)
相变材料：FSM-PCM47固-液型相变材料(福斯曼科技(北京)有限公司，北京)
氯离子固化剂：LDHs型液体氯离子固化剂(江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏南京)
砂：石英砂(湖北九棵松石英石股份有限公司，湖北黄冈)
碎石粗骨料：花岗岩碎石，6-12mm连续级配，密度为2.6g/cm3，抗压强度为169MPa(湖北九棵松石英石股份有限公司，湖北黄冈)
多孔粗骨料：多孔高强陶瓷粗骨料，孔隙率为48％，密度为2.1g/cm3，平均孔隙直径12-45um，级配为7-13mm，抗压强度为140MPa(江西耐可化工设备填料有限公司，江西萍乡)
钢纤维：短直钢纤维(成都科良建材有限公司，四川成都)
苯丙乳液：含石墨烯(山东豪耀新材料有限公司，山东济南)
环氧树脂：含氯离子触发剂(中德新亚建筑材料有限公司，河南郑州)
(2)制备方法包括如下步骤：
步骤1：以质量份数计，称取以下制备原料：水泥793份、微硅粉62份、粉煤灰239份、砂915份、碎石粗骨料582份、多孔粗骨料96份、减水剂34份、钢纤维156份、水172份，相变材料45份、氯离子固化剂38份。
步骤2：将50份多孔粗骨料与45份相变材料进行混合，将46份多孔粗骨料与38份氯离子固化剂进行混合，置于真空干燥箱中，于温度32℃，真空度0.01MPa条件下真空吸附40min；
将石墨烯苯丙乳液均匀喷涂在负载相变材料的多孔粗骨料的表面，将含有氯离子触发剂的环氧树脂均匀喷涂在负载氯离子固化剂的多孔粗骨料的表面，多孔粗骨料于25℃密封环境静置130min，分别得到第一功能粗骨料和第二功能粗骨料；
对碎石粗骨料进行喷水处理至表面湿润无露珠。
步骤3：将胶凝材料(水泥、微硅粉、粉煤灰)、砂依次倒入搅拌机中，中速混合搅拌105s，将水和减水剂混合，将其加入到搅拌机中，搅拌至成浆，高速搅拌200s，并加入钢纤维，最后中速搅拌235s，得到浆料。
步骤4：先加入部分浆料，后抛填加入194份碎石粗骨料和23份第二功能粗骨料，加入粗骨料后用铲刀将其压入浆料中；再加入部分浆料，后抛填加入194份碎石粗骨料和50份第一功能粗骨料，加入粗骨料后用铲刀将其压入浆料中；最后再加入剩余浆料，后抛填加入194份碎石粗骨料和23份第二功能粗骨料，加入粗骨料后用铲刀将其压入浆料中，其中，每次加入浆料的高度为粗骨料最大粒径的2.8倍。
步骤5：待混凝土达到初凝状态后，对混凝土表面进行冲毛处理，直至骨料外露高度约为骨料直径的2/5，对表面进行清理，使表面达到无污染、无灰浆浮渣、无乳皮、无松动，外露面新鲜、粗糙、凝结完整，湿润而无积水。
步骤6：在混凝土表面覆膜，加湿养护，拆模得到一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层。
对比例5
本对比例5与实施例2的不同之处仅在于：
碎石粗骨料质量份数为701份，不添加多孔粗骨料、相变材料和氯离子固化剂，其余与实施例2相同。
对比例6
本对比例6与实施例2的不同之处仅在于：
碎石粗骨料的质量份数为701份，不添加多孔粗骨料，直接添加等量相变材料和氯离子固化剂，其余与实施例2相同。
对比例7
本对比例7与实施例2的不同之处仅在于：
直接抛填加入多孔粗骨料和相变材料与氯离子固化剂，不进行步骤2中的负载、表面封装处理，其余与实施例2相同。
对比例8
本对比例8与实施例2的不同之处仅在于：
不进行步骤2中的表面封装处理，仅进行负载处理，其余与实施例2相同。
性能测试：参照上述测试方法对实施例2和对比例5-8进行性能测试，结果填入表2。
表2
Figure BDA0004023603780000161
Figure BDA0004023603780000171
根据表2的数据可以看出，实施例2制备的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层，相比对比例5制备的普通粗骨料超高性能混凝土其力学性能、抗冻性能、抗氯离子侵蚀性能、体积稳定性均获得大幅度提升。
结合实施例2与对比例6的数据可以看出，相比对比例6中直接加入相变材料和氯离子固化剂，而不添加多孔粗骨料制备的粗骨料超高性能混凝土，其力学性能提升12％，抗冻性能提升91％，抗氯离子渗透性能提升79％。
结合实施例2与对比例7的数据可以看出，相比对比例7中直接加入多孔粗骨料和相变材料与氯离子固化剂，而不负载处理制备的粗骨料超高性能混凝土，其力学性能提升12％，抗冻性能提升89％，抗氯离子渗透性能提升76％。
结合实施例2与对比例8的数据可以看出，相比对比例8中不对负载有相变材料和氯离子固化剂的多孔粗骨料进行石墨烯苯丙乳液、含氯离子触发剂的环氧树脂喷涂封装处理制备的粗骨料超高性能混凝土，其力学性能提升8％，抗冻性能提升88％，抗氯离子渗透性能提升73％。
结果表明，本发明提供的一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层及其制备方法制备的超高性能混凝土道面结构具有极优异的力学性能、抗冻性能、抗盐蚀性能和体积稳定性，实现了关键性能的协同提升。
综上，本申请在负载材料方面，对功能组分进行合理选择，使其可实现有效负载并充分发挥抗冻和离子固化作用。在粗骨料方面，对碎石粗骨料的级配、强度及抛填预处理工艺进行优选，使制备的粗骨料UHPC具有良好的力学性能；对多孔粗骨料类型及对应参数进行优选，在保证UHPC优异力学性能的同时，实现其对功能组分的高效负载，在混凝土内部环境变化时，可以对负载功能组分的解吸行为进行合理调控，充分发挥其效能；对负载材料与功能组分的组装形式进行优化，防止在拌制、运输、施工过程中组装结构发生泄漏和破坏，功能组分效能被严重削弱甚至无法发挥。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层，其特征在于，按质量份数计，包括以下原料：
胶凝材料800-1400份、砂700-1300份、粗骨料300-1000份、减水剂20-50份、钢纤维80-350份、水150-200份、相变材料30-60份、氯离子固化剂10-50份；
所述粗骨料包括碎石粗骨料和多孔粗骨料。
2.如权利要求1所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层，其特征在于，所述相变材料包括固-液型相变材料，所述相变材料的相变温度≤10℃，相变潜热＞200KJ/kg；
和/或，所述氯离子固化剂包括LDHs型液体氯离子固化剂，所述氯离子固化剂的自由氯离子固化率≥75％。
3.如权利要求1所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层，其特征在于，所述粗骨料中多孔粗骨料的体积占比≤30％。
4.如权利要求1所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层，其特征在于，所述碎石粗骨料的级配为5-15mm，抗压强度≥150MPa；
和/或，所述多孔粗骨料的孔隙率≥40％，密度为1.0-3.0g/cm3，平均孔隙直径为5-50um，级配为5-15mm，抗压强度≥100MPa。
5.如权利要求1-4任一所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将相变材料负载至部分多孔粗骨料中，表面封装，得到第一功能粗骨料；
将氯离子固化剂负载至剩余多孔粗骨料中，表面封装，得到第二功能粗骨料；
对碎石粗骨料进行预湿处理；
将胶凝材料、砂、水和减水剂进行混合搅拌，得到浆料。
浇筑浆料，抛填第二功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第一梯度层(1)；
在第一梯度层(1)上浇筑浆料，抛填第一功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第二梯度层(2)；
在第二梯度层(2)上浇筑浆料，抛填第二功能粗骨料和碎石粗骨料，形成第三梯度层(3)；
对第三梯度层(3)的表面进行冲毛处理，覆膜，养护，即得低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层。
6.如权利要求5所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的制备方法，其特征在于，“将相变材料负载至部分多孔粗骨料中，表面封装，得到第一功能粗骨料”具体包括：
将相变材料与部分多孔粗骨料进行混合，置于真空干燥箱中，于20-40℃，真空度≤0.03MPa条件下真空吸附20-60min，吸附结束，在多孔粗骨料的表面喷涂含有石墨烯的苯丙乳液，在20-40℃密封环境静置1-3h，得到第一功能粗骨料。
7.如权利要求5所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的制备方法，其特征在于，“将氯离子固化剂负载至剩余多孔粗骨料中，表面封装，得到第二功能粗骨料”具体包括：
将氯离子固化剂与剩余多孔粗骨料进行混合，置于真空干燥箱中，于20-40℃，真空度≤0.03MPa条件下真空吸附20-60min，吸附结束，在多孔粗骨料的表面喷涂含有氯离子触发剂的环氧树脂，在20-40℃密封环境静置1-3h，得到第二功能粗骨料。
8.如权利要求5所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的制备方法，其特征在于，“将胶凝材料、砂、水和减水剂进行混合搅拌，得到浆料”具体包括：
将胶凝材料和砂置于搅拌机中，第一次中速搅拌；
将水和减水剂混合，加入搅拌机中，搅拌至成浆；
高速搅拌，加入钢纤维，然后第二次中速搅拌，得到浆料。
9.如权利要求8所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的制备方法，其特征在于，第一次中速搅拌的速度为20-40r/min，时间为50-200s；
和/或，高速搅拌的速度为50-80r/min，时间为100-300s；
和/或，第二次中速搅拌的速度为20-40r/min，时间为100-300s。
10.如权利要求5所述的低收缩超抗冻粗骨料超高性能混凝土铺装层的制备方法，其特征在于，“对第三梯度层(3)的表面进行冲毛处理”具体包括：
待混凝土达到初凝状态，使用高压水枪对第三梯度层(3)的表面进行冲刷至粗骨料外露高度为粗骨料直径的1/4-1/2。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1475543A (zh) * 2003-06-02 2004-02-18 同济大学 相变储能陶粒及其制备方法
KR101173441B1 (ko) * 2012-04-04 2012-08-16 국보환경(주) 코팅된 친환경 순환골재를 포함하는 투수성 콘크리트 조성물 및 그의 포장방법
CN104276777A (zh) * 2014-09-12 2015-01-14 河海大学 一种氯离子固化剂
CN109385254A (zh) * 2018-11-26 2019-02-26 同济大学 一种石墨烯弹性聚合物相变复合材料及其制备方法
CN109400044A (zh) * 2017-08-16 2019-03-01 安徽砀山金兄弟实业科技有限公司 一种耐久性防冻混凝土
CN110482948A (zh) * 2019-08-14 2019-11-22 南京理工大学 纤维定向排列的功能梯度水泥基复合材料及其制备方法
CN112012548A (zh) * 2020-08-10 2020-12-01 江苏韧强建筑科技有限公司 一种混凝土抗侵彻结构及其制备方法
CN114031339A (zh) * 2021-11-25 2022-02-11 湘潭大学 一种相变混凝土及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1475543A (zh) * 2003-06-02 2004-02-18 同济大学 相变储能陶粒及其制备方法
KR101173441B1 (ko) * 2012-04-04 2012-08-16 국보환경(주) 코팅된 친환경 순환골재를 포함하는 투수성 콘크리트 조성물 및 그의 포장방법
CN104276777A (zh) * 2014-09-12 2015-01-14 河海大学 一种氯离子固化剂
CN109400044A (zh) * 2017-08-16 2019-03-01 安徽砀山金兄弟实业科技有限公司 一种耐久性防冻混凝土
CN109385254A (zh) * 2018-11-26 2019-02-26 同济大学 一种石墨烯弹性聚合物相变复合材料及其制备方法
CN110482948A (zh) * 2019-08-14 2019-11-22 南京理工大学 纤维定向排列的功能梯度水泥基复合材料及其制备方法
CN112012548A (zh) * 2020-08-10 2020-12-01 江苏韧强建筑科技有限公司 一种混凝土抗侵彻结构及其制备方法
CN114031339A (zh) * 2021-11-25 2022-02-11 湘潭大学 一种相变混凝土及其制备方法

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