一种纳米活性粉末改性水工沥青混凝土及制备方法

本发明涉及水工沥青混凝土防渗，尤其涉及一种纳米活性粉末改性水工沥青混凝土及制备方法。

背景技术：

1、水工沥青混凝土具有防渗性能好、变形适应能力强以及施工适应性较好的特点，已广泛应用于抽水蓄能电站库盆及防渗面板等水工结构中。随着抽水蓄能工程逐步向西部高海拔、严寒地区发展，工程服役环境中的低温作用更加突出，部分地区最低环境温度可达到-40℃以下甚至接近-55℃。在持续低温及昼夜、季节温差作用下，沥青混凝土会产生明显的温度收缩，当其低温变形能力不足时，容易在沥青与骨料界面以及混合料内部形成微裂纹，并在温度应力反复作用下逐渐扩展，从而对防渗面板的结构完整性和长期防渗性能造成影响。因此，提高水工沥青混凝土在极端低温环境下的抗裂能力，是严寒地区抽水蓄能电站防渗工程需要重点解决的问题。

2、现有水工沥青混凝土通常采用聚合物改性沥青或通过调整骨料、填料配比来改善低温性能，但在极端低温工况下仍可能存在低温变形能力不足、沥青与骨料界面黏结稳定性较差以及混合料内部微孔隙难以有效控制等问题。同时，纳米粉末自身具有较大的比表面积，在直接加入沥青混凝土拌合体系时还容易出现局部聚集，影响其在沥青体系中的均匀分布，使其界面改性作用难以充分发挥。因此，亟需一种纳米活性粉末改性水工沥青混凝土及制备方法，以解决严寒环境下水工沥青混凝土低温抗裂性能不足以及纳米活性粉末分散不均的问题，从而满足严寒地区水工防渗结构的长期服役需求。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种纳米活性粉末改性水工沥青混凝土及制备方法。

2、一种纳米活性粉末改性水工沥青混凝土，包括纳米活性粉末、sbs改性沥青、骨料和填料；其中各组分按照质量百分比为，

3、纳米活性粉末占比1%～3%；

4、sbs改性沥青占比7.0%～8.5%；

5、填料占比10%～14%；

6、余量为骨料。

7、可选的，所述纳米活性粉末由纳米cao粉末和纳米caco3粉末组成；所述sbs改性沥青由基质沥青和sbs改性剂制成；所述填料为粒径小于0.075mm的石灰岩矿粉或粉煤灰矿粉；所述骨料为最大粒径为13～16mm的碱性连续级配碎石，所述骨料的级配指数为0.20～0.35。

8、一种纳米活性粉末改性水工沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：

9、s1：将纳米cao粉末与纳米caco3粉末混合，并进行高速搅拌和超声协同分散，得到纳米活性粉末；

10、s2：将基质沥青加热后加入sbs改性剂进行搅拌混合，得到sbs改性沥青；

11、s3：分别对纳米活性粉末、骨料和sbs改性沥青进行预热处理；

12、s4：取部分预热后的sbs改性沥青与所述纳米活性粉末进行预混处理，得到纳米活性粉末预分散沥青母料；

13、s5：将预热后的骨料与剩余的sbs改性沥青加入拌合设备中进行搅拌，随后加入纳米活性粉末预分散沥青母料继续搅拌，再加入预热后的填料进行拌合，得到纳米活性粉末改性沥青混凝土混合料；

14、s6：将所述纳米活性粉末改性沥青混凝土混合料置于试模中进行初压，并进行轮碾压实成型，得到成型试件；

15、s7：对所述成型试件进行养护，养护完成后拆模，得到纳米活性粉末改性水工沥青混凝土。

16、可选的，所述s1具体包括：

17、s11：按照0.2～0.4：1的质量比称取纳米cao粉末和纳米caco3粉末，将称取后的纳米cao粉末和纳米caco3粉末加入高速混合装置中；

18、s12：启动高速混合装置，以800～1200r/min的搅拌速度对纳米cao粉末和纳米caco3粉末进行预混合，预混合时间为5～10min，得到复配粉末；

19、s13：将复配粉末的搅拌速度调整至1500～2500r/min，同时启动超声分散装置，在20～40khz的超声频率和20～30℃的温度条件下进行高速搅拌和超声协同分散，协同分散时间为30～60min，分散完成后得到纳米活性粉末。

20、可选的，所述s2具体包括：

21、s21：将基质沥青加热至160～180℃，并以300～500r/min的搅拌速度搅拌10～20min；

22、s22：按照基质沥青质量的3%～5%称取sbs改性剂，将所述sbs改性剂分2～4次加入加热后的基质沥青中，相邻两次加入的时间间隔为2～5min，加入过程中保持基质沥青温度为160～180℃；

23、s23：待sbs改性剂加入完成后，将搅拌速度调整至2000～4000r/min，在160～180℃条件下持续搅拌20～40min，得到sbs改性沥青初混物；

24、s24：将所述sbs改性沥青初混物的搅拌速度调整至500～800r/min，并在160～180℃条件下继续搅拌30～60min，搅拌结束后得到sbs改性沥青。

25、可选的，所述s3具体包括：

26、s31：将所述纳米活性粉末置于加热设备中，在170～190℃条件下预热2-4h；

27、s32：将所述骨料置于加热设备中，在170～190℃条件下预热2-4h；

28、s33：将所述sbs改性沥青置于加热设备中，在170～190℃条件下预热2-4h；

29、s34：预热完成后，分别取出预热后的纳米活性粉末、骨料和sbs改性沥青，并分别进行保温存放。

30、可选的，所述s4具体包括：

31、s41：按照预热后的sbs改性沥青总质量的40%～60%分取部分sbs改性沥青，并将分取的sbs改性沥青置于预混容器中，使其温度保持在160～180℃；

32、s42：将预热后的纳米活性粉末分2～4次加入所述sbs改性沥青中，相邻两次加入的时间间隔为1～3min，加入过程中以500～800r/min的搅拌速度持续搅拌；

33、s43：待所述纳米活性粉末加入完成后，将搅拌速度调整至1500～2500r/min，在160～180℃条件下继续搅拌10～20min，得到纳米活性粉末与sbs改性沥青的预混物；

34、s44：将所述预混物的搅拌速度调整至500～800r/min，并在160～180℃条件下继续搅拌5～10min，搅拌完成后得到纳米活性粉末预分散沥青母料。

35、可选的，所述s5具体包括：

36、s51：将拌合设备预热至165～175℃，将预热后的骨料加入所述拌合设备中，再加入s4中剩余的sbs改性沥青，以40～60r/min的搅拌速度搅拌60～120s；

37、s52：向所述骨料与sbs改性沥青形成的混合物中加入所述纳米活性粉末预分散沥青母料，并将搅拌速度调整至60～90r/min，在165～175℃条件下继续搅拌90～180s；

38、s53：将预热后的填料加入所述拌合设备中，所述填料的加入时间控制为30～60s，加入过程中保持搅拌速度为60～90r/min；

39、s54：待所述填料加入完成后，在165～175℃条件下继续搅拌60～120s，搅拌完成后得到纳米活性粉末改性沥青混凝土混合料。

40、可选的，所述s6具体包括：

41、s61：将所述纳米活性粉末改性沥青混凝土混合料在150～170℃条件下装入预热后的试模中，并对试模内的混合料进行摊铺整平；

42、s62：对摊铺后的纳米活性粉末改性沥青混凝土混合料进行初压，初压压力为0.3～0.6mpa，初压时间为30～60s；

43、s63：将完成初压的试模置于轮碾车辙成型机中，在140～160℃条件下进行轮碾压实，轮碾次数为8～12次；

44、s64：轮碾压实完成后，将试模静置5～10min，得到成型试件。

45、可选的，所述s7具体包括：

46、s71：将完成轮碾压实的成型试件连同试模置于水平放置的养护区域中，在20～30℃的室温条件下静置养护；

47、s72：控制所述成型试件的养护时间为8～12h，养护过程中保持试模处于静置状态；

48、s73：养护完成后，将所述成型试件连同试模继续静置10～30min，再解除试模的固定结构；

49、s74：将成型试件从试模中取出，完成拆模，得到纳米活性粉末改性水工沥青混凝土。

50、本发明的有益效果：

51、本发明，采用纳米cao粉末与纳米caco3粉末复配形成纳米活性粉末，并与sbs改性沥青协同作用，可改善沥青与骨料之间的界面结合状态，同时填充混合料内部微细孔隙，从而降低孔隙率和渗透系数，并提高水工沥青混凝土的低温变形能力和抗裂性能，使其在严寒环境下仍保持较好的结构稳定性和防渗性能。

52、本发明，在制备过程中先将纳米活性粉末进行高速搅拌和超声协同分散，再利用部分sbs改性沥青形成预分散沥青母料，并采用分阶段投料和拌合方式，使纳米活性粉末更加均匀地参与沥青混凝土体系构建，减少局部聚集对材料性能的影响；同时整体工艺与现有水工沥青混凝土拌合、成型设备相适应，便于工程化制备和推广应用。