一种高耐磨混凝土路面材料的制备及其施工方法与流程

本发明涉及道路工程材料，具体为一种高耐磨混凝土路面材料的制备及其施工方法。

背景技术：

1、重载厂区道路、港口堆场、大型物流停车场、高流量城市主干道等工程场景，路面长期承受高频次车辆碾压、磨蚀作用，同时面临干湿循环、盐冻侵蚀等复杂环境考验，耐磨混凝土的界面粘结性能、表层致密性与长期耐久性，直接决定了路面的服役寿命与全生命周期养护成本。随着工程对路面服役要求的不断提升，常规耐磨混凝土技术的短板日益凸显，难以满足高负荷、长寿命的使用需求。

2、当前耐磨混凝土普遍采用金刚砂等硬质骨料提升耐磨性能，但这类骨料表面光滑致密，与水泥水化产物之间仅依靠物理嵌合作用结合，界面过渡区天然薄弱，长期受摩擦、剪切荷载作用时，骨料极易从基体中剥离脱落，导致路面耐磨性能快速衰减。即便采用单一硅烷偶联剂进行表面改性，也仅能形成薄而脆的化学接枝层，在重载与盐冻耦合作用下易萌生微裂纹、发生改性层失效，无法为界面结合提供长效稳定的保障。为改善骨料界面性能，业内尝试复配锂盐与碱性硅溶胶进行改性——理论上锂盐可细化水泥水化产物、提升界面致密性，硅溶胶可填充界面微孔隙，二者协同可显著强化界面过渡区。但该技术路线长期存在两个难以突破的固有缺陷：其一，锂阳离子会显著加速硅溶胶颗粒的交联聚结，二者混合后极易发生提前凝胶团聚，改性液储存稳定性极差，无法适配工业化生产与施工节奏；行业为规避凝胶问题，通常只能放弃复配方案或大幅降低组分浓度，导致改性效果大打折扣。其二，即便通过工艺控制实现表面沉积，最终也会在骨料表面形成连续致密的无机薄膜，这类膜层与骨料基底附着力有限，受外力作用易整片剥落；同时连续膜会完全屏蔽骨料表面的活性羟基位点，阻碍后续硅烷偶联剂接枝以及骨料与水泥水化产物的结合，反而出现改性后界面性能不升反降的反效果。此外，骨料表面微量溶出的游离金属离子，还会竞争性干扰硅烷接枝、硅氧交联反应进程，进一步破坏改性层的均匀性与完整性，削弱表面改性的增益效果。

3、因此，有必要提供一种高耐磨混凝土路面材料的制备及其施工方法解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高耐磨混凝土路面材料的制备及其施工方法，以解决骨料界面粘结强度低、多组分改性液易团聚失稳、骨料单一级配造成表层孔隙率偏高，最终导致路面实际耐磨耐久性能不足的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明在第一个方面上，提供了一种高耐磨混凝土路面材料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将金刚砂颗粒浸入稀酸溶液中刻蚀，取出后水洗至中性并烘干，得到表面刻蚀的金刚砂骨料；

5、（2）配制由氢氧化锂、碱性硅溶胶、硅醇封端聚氧乙烯低聚物、羟基乙叉二膦酸组成的复合改性液；所述硅醇封端聚氧乙烯低聚物为双端二甲基羟基硅基封端的纯聚氧乙烯均聚物，数均分子量为500~1000；后在金刚砂骨料上喷淋所述复合改性液，得到表面沉积改性的金刚砂骨料；

6、（3）采用硅烷偶联剂乙醇溶液对步骤（2）所得金刚砂骨料进行接枝反应，再加入亚微米碳化硅微粉、纳米二氧化硅微粉与镀铜钢纤维混合均匀，得到三级粒径复配的预改性复合耐磨骨料；

7、（4）取胶凝组分与粗细骨料干拌混合，得到干混体系；

8、（5）向干混体系中加入拌合水与减水剂搅拌，再投入所述预改性复合耐磨骨料拌合，得到高耐磨混凝土路面材料。

9、作为优选的，步骤（1）中，所述稀酸溶液为质量分数2%~3%的草酸溶液；刻蚀温度为40~50℃，刻蚀时间为15~20min；烘干温度为100℃~110℃，烘干时间为1.5~2.5h。

10、作为优选的，步骤（2）中，以所述复合改性液总质量为基准：氢氧化锂的物质的量浓度为0.1~0.2mol/l，碱性硅溶胶添加质量分数1%~2%，硅醇封端聚氧乙烯低聚物添加质量分数0.5%~1.5%，羟基乙叉二膦酸添加质量分数0.1%~0.3%；碱性硅溶胶内部二氧化硅颗粒粒径为10~20nm。

11、作为优选的，所述双端二甲基羟基硅基封端纯聚氧乙烯均聚物通过如下步骤制得：

12、（1a）选取数均分子量500～1000、分子量分布指数≤1.05、含环氧乙烷单元的窄分布聚乙二醇投入反应釜；在氮气保护下，真空度≤-0.09mpa且温度75～85℃的条件下减压脱水0.8～1.2h；

13、（2a）向脱水后的聚乙二醇体系加入二甲基二甲氧基硅烷与二月桂酸二丁基锡催化剂；二甲基二甲氧基硅烷投料摩尔量为聚乙二醇羟基总摩尔量的1.1～1.3倍，催化剂添加质量为聚乙二醇质量的0.08～0.12%；在氮气保护气氛下，温度75～85℃恒温搅拌反应2.5～3.5h；

14、（3a）升温至95～105℃，真空度≤-0.095mpa条件下减压蒸馏1.5～2.5h，脱除未反应二甲基二甲氧基硅烷与副产物甲醇；

15、（4a）向体系加入去离子水，水的摩尔量为体系残留甲氧基总摩尔量的1.1～1.3倍；55～65℃恒温搅拌水解0.8～1.2h，再次减压脱除水解生成的甲醇，得到双端二甲基羟基硅基封端纯聚氧乙烯均聚物。

16、作为优选的，步骤（2）中，将金刚砂骨料投入高速混合机使骨料呈流化悬浮状态；后采用三阶段模式的脉冲雾化与热风交替的工艺喷淋所述复合改性液，其中喷嘴标准流量为1.2~1.8l/h，具体参数为：

17、第一阶段：喷淋流量为标准流量的50%，喷淋5~8s、38~43℃热风烘干12~18s，循环3~4次；

18、第二阶段：喷淋流量为标准流量，喷淋8~12s、38~43℃热风烘干15~20s，循环5~6次；

19、第三阶段：停止喷淋，38~43℃持续热风吹扫25~35s。

20、作为优选的，步骤（3）中，所述硅烷偶联剂为kh550，用量为金刚砂骨料质量的2%~5%；接枝反应温度为40~45℃，搅拌反应时间为6~10min；

21、金刚砂骨料、亚微米碳化硅微粉、纳米二氧化硅微粉的质量比为6:(2~3):(0.4~0.6)，镀铜钢纤维的添加量为所得预改性复合耐磨骨料总质量的10%~15%。

22、作为优选的，步骤（3）中，接枝与混合完成后，将混合粉体在35~45℃热风条件下烘干，脱除游离乙醇得到干态预改性复合耐磨骨料；

23、所述亚微米碳化硅微粉粒径为0.3~0.8μm，纳米二氧化硅微粉粒径为20~50nm，镀铜钢纤维长度为6~10mm、直径为0.12~0.18mm、长径比为50~60。

24、作为优选的，制备原料按重量份计为：胶凝组分390~470份、粗骨料1100~1200份、细骨料600~680份、预改性复合耐磨骨料80~120份、减水剂3~5份、拌合水140~160份。

25、作为优选的，步骤（4）中，所述胶凝组分为硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉的混合物；先将胶凝组分干拌2min，再加入粗骨料、细骨料继续干拌3min；

26、步骤（4）中，所述粗骨料为5~25mm连续级配花岗岩碎石，压碎值≤8%，含泥量≤0.5%；所述细骨料为细度模数2.6~3.0的中粗河砂，含泥量≤1.0%；

27、步骤（5）中，拌合水与减水剂预先混合均匀后加入干混体系，先搅拌2min，再投入预改性复合耐磨骨料，以15~20r/min的转速搅拌3~4min，控制混凝土坍落度为120~140mm，总拌合时长为10~15min；所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率≥25%。

28、本发明在第二个方面上，提供了一种高耐磨混凝土路面材料的施工方法，包括以下步骤：

29、（1）清理路面基层表面杂物，提前24h洒水湿润至饱和面干状态，安装钢模板并布设传力杆与伸缩缝位置标记；

30、（2）将高耐磨混凝土路面材料连续摊铺于基层表面，先采用插入式振捣器分层振捣密实，再经平板振捣器拖振找平、振动梁初平，形成均质混凝土基体；

31、（3）混凝土浇筑后1~1.5h的塑性阶段，泼洒流态预改性耐磨浆料，采用轻型橡胶辊往复辊压使浆料渗入表层基体，再撒布干态预改性复合耐磨骨料干粉，用圆盘抹光机带压揉合收平，终凝前完成表面拉毛处理；

32、（4）混凝土浇筑后6~8h进行软切缝，切缝后覆盖土工布洒水保湿养护不少于14d，养护期满后清理缝腔并灌注密封胶，完成施工。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、1、本发明采用双端二甲基羟基硅基封端聚氧乙烯均聚物，在分子层面同时起到隔离缓冲与结构导向双重作用。分子两端带有活性硅羟基，可以分别和硅溶胶表面硅羟基、锂离子形成弱配位键，给硅溶胶包裹分子级防护层。中间长短适配的聚氧乙烯链向外伸展，形成立体空间位阻，从热力学根源阻断锂盐引发的硅溶胶交联团聚。这样调配得到的改性液长时间静置也不会凝胶失效，进行沉积反应时锂盐与硅溶胶又能正常发挥协同改性效果。该低聚物还能够引导锂盐与硅溶胶在骨料表面呈岛状离散成核生长，最终形成均匀分散的核壳微区，而非整片密闭薄膜。这种离散结构能多点位附着在骨料表面，结合牢固，承受荷载时不会大面积脱落。微区之间保留骨料原生活性表面，后续硅烷接枝反应不受阻碍，骨料和水泥水化产物的结合也不会被抑制，同步实现锂硅改性增效与界面活性完整保留。

35、2、本发明体系内搭配羟基乙叉二膦酸，依靠强络合能力捕获金刚砂表面析出的游离金属离子，避免杂质促使硅溶胶局部快速交联，防止局部改性过度或是改性不足的缺陷。再配合三阶段梯度脉冲沉积工艺，按照成核-包壳-定型分步调控反应进度，控制改性微区尺寸与覆盖程度，保证不同批次产品改性效果均匀稳定。在此基础上，稀酸微刻蚀处理和化学改性搭配，构建物理锚定加化学交联双重界面强化体系。刻蚀形成的纳米凹坑粗糙表面，既能依靠机械嵌合为改性层提供稳定附着位点，减少摩擦冻胀作用下改性层整体剥离概率，还能提升骨料表面活性羟基数量与分布均匀度，大幅增加硅烷接枝反应位点，长期服役过程中耐磨性能可以持续稳定。

36、3、本发明骨料堆积结构按照紧密堆积理论设计三级复配体系，粗金刚砂作为主要承载骨架，亚微米碳化硅填充中等间隙，纳米二氧化硅填补微小孔洞，多尺度颗粒逐级填充，大幅降低体系连通孔隙，阻断水氯离子等腐蚀介质渗透通道。复配超细镀铜钢纤维可以桥接界面微小裂纹，延缓裂缝延展，同步提升材料抗折强度与抗裂能力。