本發(fā)明涉及建筑材料。更具體地說，本發(fā)明涉及一種抗凍融-硫酸鹽復(fù)合改性劑及其在水穩(wěn)基層中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在道路工程建設(shè)中，水穩(wěn)基層作為道路結(jié)構(gòu)的重要承重層，其性能的優(yōu)劣直接影響道路的使用壽命和行車安全。在一些寒冷地區(qū)以及存在硫酸鹽侵蝕環(huán)境的區(qū)域，水穩(wěn)基層面臨著嚴(yán)峻的考驗。

2、凍融循環(huán)過程中，水在孔隙中結(jié)冰膨脹，反復(fù)的凍融作用導(dǎo)致基層材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫并逐漸擴(kuò)展，降低了材料的強(qiáng)度和耐久性。而硫酸鹽侵蝕則是由于環(huán)境中的硫酸根離子與水泥石中的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成膨脹性產(chǎn)物，如鈣礬石等，使材料內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，同樣造成結(jié)構(gòu)破壞。

3、目前，傳統(tǒng)的水穩(wěn)基層材料在面對凍融和硫酸鹽復(fù)合作用時，缺乏有效的抵抗能力。一方面，普通水泥穩(wěn)定材料的孔隙結(jié)構(gòu)不合理，容易使水分侵入并在凍融循環(huán)中造成損害。另一方面，現(xiàn)有的添加劑或改性方法難以同時兼顧抗凍融和抗硫酸鹽侵蝕的雙重需求。例如，一些單一的減水劑雖然能改善工作性能，但對提高抗侵蝕性能效果有限；而某些纖維增強(qiáng)材料在增強(qiáng)韌性方面有一定作用，卻無法有效抑制硫酸鹽侵蝕反應(yīng)。在研發(fā)能夠同時解決抗凍融和抗硫酸鹽侵蝕問題的材料時，面臨著多種添加劑之間協(xié)同作用難以調(diào)控、不同材料在復(fù)雜環(huán)境下長期穩(wěn)定性不足等困難。因此，亟需一種新型的改性劑及應(yīng)用方法，以提高水穩(wěn)基層在凍融-硫酸鹽復(fù)合環(huán)境下的性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

2、為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種抗凍融-硫酸鹽復(fù)合改性劑，以水泥質(zhì)量為基準(zhǔn)，包括以下組分構(gòu)成：

3、硫酸鈉2%~5%、葡萄糖酸鈉0.02%~0.05%、聚丙烯纖維0.4%~0.6%、鋼纖維0.1%~0.2%、丁苯橡膠乳液1%~3%、羧甲基纖維素鈉0.05%~0.5%、三乙醇胺0.05%~0.1%、萘系減水劑0.1%~0.5%、引氣劑0.005%~0.02%及硅灰8%~10%；

4、其中，所述萘系減水劑、三乙醇胺以及羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比為4:0.5~1:1~2；

5、丁苯橡膠乳液的固含量為40%~50%；

6、硅灰的比表面積為15000~20000?m2/kg；

7、所述聚丙烯纖維為表面經(jīng)等離子體處理的短切纖維，單絲直徑15~20μm，長度6~12mm，所述鋼纖維的長度為10~15mm、直徑為0.15~0.3mm的端鉤型鋼纖維。

8、提供了所述的抗凍融-硫酸鹽復(fù)合改性劑在水穩(wěn)基層中的應(yīng)用，包括采用所述復(fù)合改性劑制備形成水穩(wěn)基層的水穩(wěn)混合料，其包括以下步驟：

9、步驟一、干料預(yù)混與纖維分散：按水穩(wěn)混合料總質(zhì)量計，將以下組分：

10、骨料與膠凝材料：水泥3%~6%、粉煤灰8%~15%及機(jī)制砂60%~75%；

11、改性劑干料組分：硫酸鈉、葡萄糖酸鈉及羧甲基纖維素鈉；

12、纖維增強(qiáng)組分：聚丙烯纖維和鋼纖維；

13、在40~50℃恒溫環(huán)境下，以20~25r/min低速攪拌6~10分鐘，完成干料預(yù)混；

14、步驟二、硅灰與引氣劑摻入：向步驟一混合物中投入硅灰和引氣劑，同步提升攪拌轉(zhuǎn)速至30~45r/min，持續(xù)3~5分鐘至形成干混料；

15、步驟三、液相添加劑分步激發(fā)：將三乙醇胺、丁苯橡膠乳液及55%~65%萘系減水劑溶解于30~40℃拌合水中，形成溶液a；

16、第一次加入：將溶液a總量的60%~70%按水膠比0.32~0.38加入干混料，以50~70r/min轉(zhuǎn)速攪拌1~2分鐘，激活膠凝材料早期水化；

17、第二次加入：將溶液a剩余量及剩余萘系減水劑加入，以80~100r/min轉(zhuǎn)速攪拌2~3分鐘，調(diào)節(jié)漿體流動度至坍落度30~50mm；

18、步驟四、梯度攪拌：

19、初凝階段：以80~100r/min中速攪拌2~5分鐘；

20、終凝階段：切換至120~150r/min高速攪拌4~8分鐘，得到水穩(wěn)混合料。

21、優(yōu)選的是，所述機(jī)制砂包含細(xì)度模數(shù)為3.0~2.3的粗砂和5~10mm的破碎卵石，粗砂與破碎卵石用量比為1:0.5~0.8，破碎卵石的含泥量≤0.5%，壓碎值≤15%。

22、優(yōu)選的是，

23、所述聚丙烯纖維在干料預(yù)混步驟前，經(jīng)等離子體處理時，處理方法具體為：等離子體發(fā)生裝置功率設(shè)置為80~120w，處理時間為30~60秒，處理氣氛為氬氣與氧氣的混合氣體，氬氣與氧氣體積比為4~6:1。

24、優(yōu)選的是，在步驟三中，所述溶液a的配制與摻入需滿足以下協(xié)同控制條件：

25、丁苯橡膠乳液-減水劑預(yù)乳化處理：將丁苯橡膠乳液與萘系減水劑按質(zhì)量比1:0.2~0.4預(yù)混合，在30~40℃水浴中以200~300r/min攪拌5~10分鐘，形成均勻穩(wěn)定的乳液-減水劑復(fù)合體系。

26、優(yōu)選的是，所述步驟一具體包括：

27、骨料梯度預(yù)混：將機(jī)制砂按粗砂與破碎卵石分兩階段加入攪拌機(jī)，第一階段加入破碎卵石及粗砂總量的60%~70%，以20r/min低速攪拌2分鐘；第二階段加入水泥、粉煤灰及剩余粗砂，在45℃恒溫下以25r/min攪拌3分鐘，形成級配均勻的骨料-粉煤灰體系；

28、改性劑干料與纖維分步摻入：將硫酸鈉、葡萄糖酸鈉、羧甲基纖維素鈉預(yù)先干混制成改性劑干粉，分三次間隔20~30秒加入骨料-粉煤灰體系，每次加入后以20r/min攪拌1分鐘；隨后將聚丙烯纖維與鋼纖維在兩次間隙中摻入，總攪拌時間6~10分鐘。

29、優(yōu)選的是，所述步驟二具體包括：

30、硅灰-引氣劑協(xié)同加入：將硅灰與引氣劑同時加入攪拌體系；

31、引氣劑活化處理：引氣劑由烷基苯磺酸鈉與三萜皂苷按質(zhì)量比2~4:1組成，加入前在45~55℃預(yù)熱倉內(nèi)預(yù)混攪拌3~5分鐘，攪拌速度為180~200r/min。

32、本發(fā)明至少包括以下有益效果：

33、第一、復(fù)合改性劑各組分協(xié)同作用，引氣劑引入微小氣泡緩解凍脹應(yīng)力，硅灰填充孔隙提高密實度，聚丙烯纖維和鋼纖維抑制裂縫擴(kuò)展，使水穩(wěn)基層在凍融循環(huán)下質(zhì)量損失和動彈模量損失大幅降低。如實施例1中，改性水穩(wěn)基層試件凍融循環(huán)后平均質(zhì)量損失僅2.1%，動彈模量損失率為5%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)水穩(wěn)基層。

34、第二、通過優(yōu)化配方，減少硫酸鹽侵蝕導(dǎo)致的質(zhì)量增加和抗壓強(qiáng)度損失。實施例1中，改性水穩(wěn)基層試件在硫酸鹽侵蝕后平均質(zhì)量增加3.8%，抗壓強(qiáng)度損失率為12%，而傳統(tǒng)水穩(wěn)基層試件質(zhì)量增加12.6%，抗壓強(qiáng)度損失率達(dá)25%。

35、第三、特定的干料預(yù)混、纖維分散及各添加劑摻入方式，保證了水穩(wěn)混合料中各組分均勻混合。如骨料梯度預(yù)混、改性劑干粉分步摻入和纖維交替撒布，提高了混合料均勻性和穩(wěn)定性。

36、第四、液相添加劑分步激發(fā)能有效激活膠凝材料早期水化，合理調(diào)節(jié)漿體流動度。通過控制溶液a加入量和攪拌轉(zhuǎn)速，使坍落度達(dá)到30-50mm，滿足施工要求。

37、本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。