一种纤维早强复合混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及路面新材料，具体地说，涉及一种纤维早强复合混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、梁伸缩缝对于保证桥梁的安全和使用寿命非常重要。它可以释放桥梁因为温度变化、材料收缩以及车辆碾压产生的变形应力，防止桥梁主体结构损坏，同时保证桥面平整和防水密封。在桥梁实际使用中，伸缩缝经常会发生损坏，其损坏的原因主要有两点：第一是过往车辆尤其是重型车辆的直接冲击和反复碾压，导致材料疲劳、变形甚至断裂；第二是外部环境的影响，比如紫外线、雨水、除冰盐以及温度变化等，会引起橡胶变硬开裂、金属生锈、密封失效和杂物堵塞。这些问题最终会导致伸缩缝失去作用，引发车辆跳车、漏水等安全隐患。

2、目前在道路修补中，经常使用高强改性硫铝酸盐水泥，因为它具备硬化快、早期强度高、抗冻和抗渗能力好等优点。但是，如果把它单独用作高速公路桥梁伸缩缝的修补材料，还存在一些不足。首先是这种水泥的原料成本较高。其次，这种水泥遇水后的水化反应非常快，并且会放出大量的热，导致修补部位在早期的内部温度快速升高且热量集中，大大增加了现场施工和养护的难度。同时，这种剧烈的发热反应很容易因为温度变化过大和材料自身的收缩而产生裂缝，难以满足伸缩缝区域对于体积稳定性和抗开裂性能的严格要求。

3、因此，目前的工程实践中需要开发出一种早期强度高、施工养护难度低、不容易产生裂缝并且价格合适的高速公路桥梁伸缩缝混凝土修补材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纤维早强复合混凝土及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种纤维早强复合混凝土，每立方米复合混凝土中的原料、含量配比如下：

3、粉煤灰硅酸盐水泥：100kg-350kg；

4、高强改性硫铝酸盐水泥：250kg-600kg；

5、粗集料：805kg-1055kg；

6、细集料：650kg-850kg；

7、水：140kg-170kg；

8、钢纤维：20kg-40kg；

9、聚乙烯醇纤维：20kg-40kg；

10、葡萄糖酸钠缓凝剂：占粉煤灰硅酸盐水泥与高强改性硫铝酸盐水泥总质量的0.3%-0.5%；

11、聚羧酸减水剂：占粉煤灰硅酸盐水泥与高强改性硫铝酸盐水泥总质量的0.1%-0.4%；

12、早强剂：占粉煤灰硅酸盐水泥与高强改性硫铝酸盐水泥总质量的0.1%-0.3%。

13、本发明中，高强改性硫铝酸盐水泥遇水后迅速形成结晶骨架，为混凝土提供早期的强度支撑；粉煤灰硅酸盐水泥在后期持续发生水化反应，生成稳定的凝胶结构，弥补了单一水泥早期强度增长后的局限，使混凝土在早期和后期均具备良好的强度。粗集料和细集料按比例配比，粗集料构成骨架抵抗变形，细集料填充空隙，增强了整体的体积稳定性。适量的水使水泥颗粒充分分散。钢纤维在混凝土中交错分布，通过物理锚固作用提升抗裂和抗冲击能力；聚乙烯醇纤维填充细小孔隙，抑制材料在未完全硬化阶段的收缩，提高抗渗性能。葡萄糖酸钠缓凝剂包裹在水泥颗粒表面，延缓初期的水化反应，保证了施工时的可操作性；聚羧酸减水剂释放水分，改善了浆体的流动性。各原料相互配合，最终形成兼具快速硬化、早期强度高、不易开裂且长期稳定的混凝土。

14、进一步地，所述高强改性硫铝酸盐水泥由以下步骤制备得到：将石灰石、铝矾土、石膏与改性剂混合，经超细粉磨至比表面积＞450m2/kg后送入窑炉，在1280℃-1380℃下恒温煅烧形成以无水硫铝酸钙为主的熟料；出窑熟料立即进行急速冷却，冷却后与适量石膏共同粉磨至成品水泥。

15、进一步地，所述减水剂采用的是聚羧酸减水剂。

16、聚羧酸分子吸附在水泥颗粒表面，使颗粒带有负电荷并产生静电排斥，同时其分子链在颗粒之间形成空间阻碍，防止颗粒聚集，从而分散水泥颗粒，提高流动性，并调控水化速度。

17、进一步地，所述缓凝剂采用的是葡萄糖酸钠缓凝剂。

18、葡萄糖酸钠吸附在水泥颗粒表面形成阻隔层，阻止水分接触矿物；同时它能结合初期溶出的钙离子，降低游离钙离子的浓度。这种作用减缓了水化产物的析出速度，从而有效抑制水化反应进程，达到缓凝效果，尤其对反应较快的硫铝酸盐矿物延缓作用明显。

19、进一步地，所述钢纤维采用的是长度为30mm的端钩型钢纤维。

20、端钩型钢纤维通过两端的弯钩结构固定在水泥基体中。当混凝土因收缩或受力产生微小裂缝时，纤维的弯钩物理连接裂缝两侧并承受拉力，延缓裂缝变大；同时，杂乱分布的纤维网络增加了纤维与基体的粘结力，分散了集中的应力，减少了混凝土的早期收缩，从而提升了混凝土的抗裂和抗冲击性能。

21、进一步地，所述聚乙烯醇纤维采用的是12mm的螺旋型聚乙烯醇纤维。

22、螺旋型聚乙烯醇纤维表面的沟槽增加了与水泥基体的接触面积和摩擦力，像微型锚栓一样固定在基体中，从而分散收缩应力。在混凝土未完全硬化时，纤维能减少水分渗出和骨料下沉，减少早期收缩裂缝；在硬化后，纤维与基体紧密粘结，当出现微小裂缝时，纤维能承受拉力，延缓裂缝扩展。此外，纤维还能与水泥水化产物结合，提高材料的致密性和抗渗性能。

23、本发明的另一方面，提供一种上述纤维早强复合混凝土的制备方法，包括以下步骤：将高强改性硫铝酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥干拌1.5-2min，再加入钢纤维、聚乙烯醇纤维、粗集料、细集料干拌1.5-2min，将聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠缓凝剂和早强剂倒入水中搅拌，直到全部溶入水中，再将水倒入水泥拌合物中湿拌2～4min，至混凝土拌和物具有良好的流动性。

24、上述制备方法工艺简便，原材料成本可控，能够制备出施工性能良好、水化过程稳定，且兼顾早期强度、后期强度和抗裂性能的混凝土。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果：

26、该纤维早强复合混凝土及其制备方法中，将高强改性硫铝酸盐水泥与粉煤灰硅酸盐水泥混合使用，既保证了混凝土的早期强度，又维持了后期强度的持续增长。加入减水剂降低了需水量，改善了流动性和密实度；加入缓凝剂延缓了初期的水化反应，降低了放热峰值，延长了凝结时间，避免了早期水化过快导致的收缩和微裂缝，实现了强度提升与防止开裂的平衡。

27、本发明同时使用了钢纤维与聚乙烯醇纤维，钢纤维的端钩结构能够有效抑制裂缝变大，聚乙烯醇纤维能够阻断微小裂缝的产生，两者共同提高了混凝土的抗裂性能。

1.一种纤维早强复合混凝土，其特征在于，每立方米复合混凝土中的原料、含量配比如下：

2.根据权利要求1所述的纤维早强复合混凝土，其特征在于，所述高强改性硫铝酸盐水泥由以下步骤制备得到：

3.根据权利要求1所述的纤维早强复合混凝土，其特征在于，所述钢纤维采用的是长度为30mm的端钩型钢纤维。

4.根据权利要求1所述的纤维早强复合混凝土，其特征在于，所述聚乙烯醇纤维采用的是12mm的螺旋型聚乙烯醇纤维。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的纤维早强复合混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：