一种高韧性HPC空心路缘石及其制备方法与流程

本技术涉及混凝土，具体涉及一种高韧性hpc空心路缘石及其制备方法。

背景技术：

1、随着城市道路建设和更新改造持续推进，道路附属构件的标准化生产逐渐受到重视，市政工程对施工效率和构件耐久性的要求也不断提高。其中，路缘石通常设置于车行道、人行道或绿化带的边缘，主要用于划分道路功能区域并约束路面边界。传统路缘石多采用实心混凝土结构，实心结构需要消耗较多材料，较大的构件自重不仅会增加运输载荷，也会提高现场吊装难度。进一步地，预制装配施工逐渐应用于市政道路工程，工厂化生产便于控制构件尺寸，集中养护能够缩短现场占用时间，机械化安装有利于加快铺设进度。在此基础上，兼顾材料用量、运输负荷、安装效率和长期服役状态的空心预制路缘石逐渐受到关注。

2、空心路缘石是在预制混凝土路缘石内部设置孔道或空腔形成的构件，通常借助固定芯模或可抽拔芯模完成空腔成型，芯模布置决定空腔的延伸方向，芯模截面影响孔壁厚度分布。早期空心构件多沿用普通预制构件的设计思路，构件截面主要依据承载要求确定，生产过程侧重芯模定位和振捣密实。近年来，高性能混凝土逐渐用于尺寸受限的预制道路构件，相关技术通常通过调整颗粒级配改善拌合状态，并通过控制拌合时间提高材料均匀性，常规纤维增强方式则用于改善构件开裂后的受力状态。由于空腔改变构件截面，孔壁区域会形成不同于实心构件的受力状态，纤维的分布状态因而会影响空心路缘石的裂后响应。

3、针对上述相关技术，发明人认为，现有空心路缘石虽然能够减少构件实体材料用量，但空腔的设置会使孔壁区域的有效承载截面减小。空心路缘石在运输、吊装或车辆荷载作用下发生弯曲变形时，孔壁区域的拉伸变形更容易集中。一旦孔壁区域产生微裂缝，裂缝就容易沿局部薄弱区域继续扩展，从而影响空心路缘石的抗裂性能及裂后承载性能。

技术实现思路

1、相关技术中的空心路缘石在受弯时存在孔壁区域裂缝控制不足的问题。为改善上述问题，本技术提供一种高韧性hpc空心路缘石及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种高韧性hpc空心路缘石，采用如下的技术方案：

3、一种高韧性hpc空心路缘石，包括内部设有空腔的高性能混凝土基体；所述高性能混凝土基体的原料配方包括如下重量份的组分：水泥60-70份，粉煤灰8-15份，矿粉20-30份，骨料60-110份，水18-25份，外加剂2-5份，膨胀剂2-8份，增韧助剂0.5-10份；所述增韧助剂包括改性pva纤维，所述改性pva纤维为0.5-2.0份；所述改性pva纤维是自表面向外依次包覆有聚合物中间层和矿物粉体粘附层的pva纤维，所述聚合物中间层含有羧基，所述矿物粉体粘附层中包含选自超细碳酸钙、硅灰中的至少一种矿物粉体。

4、通过采用上述技术方案，本技术将内部设有空腔的高性能混凝土基体和含改性pva纤维的增韧助剂用于路缘石中。在改性pva纤维中，含羧基的聚合物中间层位于pva纤维与矿物粉体粘附层之间，能够使矿物粉体较稳定地附着在pva纤维表面；矿物粉体粘附层包含无机矿物粉体，能够增加纤维外表面与高性能混凝土基体之间的接触和结合。由此，改性pva纤维在拌合物中更容易分散，并且在孔壁区域不易形成团聚缺陷。当空心路缘石在运输、吊装或车辆荷载作用下发生受弯开裂时，分散较均匀且界面结合较稳定的改性pva纤维能够约束已形成裂缝的张开和扩展，并分担裂缝张开时产生的拉应力；膨胀剂则有助于减轻收缩变形引起的开裂趋势。二者相互配合，从而有利于改善空心路缘石的抗裂性能、裂后承载性能和体积稳定性。

5、作为优选，所述改性pva纤维按照如下方法制备，所述改性pva纤维的制备方法包括以下步骤：

6、（1）将含羧基的成膜聚合物乳液加入水中并搅拌均匀，得到成膜液；

7、（2）将pva纤维芯材分批加入所述成膜液中，翻动混合后脱除未附着的成膜液，得到表面润覆纤维；

8、（3）向仍具有表面黏性的所述表面润覆纤维中分批加入矿物粉体并进行滚混，使所述矿物粉体粘附于所述表面润覆纤维外，得到湿态包覆纤维；所述矿物粉体选自超细碳酸钙、硅灰中的至少一种；

9、（4）将所述湿态包覆纤维在40-70℃干燥，冷却后打散并筛除团块，得到所述改性pva纤维。

10、通过采用上述技术方案，本技术进一步采用润覆、滚混、干燥、打散和筛分相衔接的方式制备改性pva纤维。成膜液先使纤维表面保持黏性，矿物粉体随后在滚混过程中附着，受控干燥再将分层包覆状态固定下来，打散和筛分则减少团块进入后续拌合物。该制备过程有利于使改性pva纤维较均匀地分散于hpc基体，并使纤维在裂缝两侧保持较连续的拉结作用，从而有利于改善裂缝张开后的承载保持能力。

11、作为优选，在制备所述改性pva纤维的方法的步骤（1）中，所述含羧基的成膜聚合物乳液为含羧基二烯类聚合物乳液。

12、通过采用上述技术方案，本技术进一步选用含羧基的二烯类聚合物乳液形成聚合物中间层。该类乳液形成的中间层能够随pva纤维变形，羧基又为矿物粉体的附着提供极性作用位置，因而有利于在混拌和受弯过程中维持包覆层的连续性，并有利于改善纤维与基体之间的界面结合。

13、作为优选，在制备所述改性pva纤维的方法的步骤（1）中，所述含羧基二烯类聚合物乳液选自羧基丁苯胶乳和羧基丁腈胶乳中的至少一种。

14、通过采用上述技术方案，本技术进一步将含羧基的二烯类聚合物乳液限定为羧基丁苯胶乳和羧基丁腈胶乳中的至少一种。羧基丁苯胶乳侧重保持中间层的柔韧性，羧基丁腈胶乳则有利于提高中间层的极性，单独使用或复配使用均可据此调节成膜状态。该设置有利于使矿物粉体粘附层在纤维变形时保持稳定，并有利于改善裂缝张开后纤维与基体之间的界面结合。

15、作为优选，在制备所述改性pva纤维的方法的步骤（1）中，还将水性环氧分散体加入所述成膜液，所述含羧基二烯类聚合物乳液的固体与所述水性环氧分散体的固体的投料质量比为1:(0.05-0.30)。

16、通过采用上述技术方案，本技术进一步在成膜液中加入水性环氧分散体，并控制其固体与含羧基二烯类聚合物乳液固体的投料关系。水性环氧分散体有助于提高中间层的内聚完整性，含羧基二烯类聚合物乳液则使中间层保留随纤维变形的柔顺性；限定的投料质量比能够减少中间层过脆或过软导致的包覆不稳定。由此，矿物粉体在混拌过程中脱落的可能性降低，改性pva纤维与基体之间的界面结合更容易保持稳定。

17、作为优选，所述膨胀剂包括硫铝酸盐膨胀剂、延迟型氧化镁膨胀剂中的至少一种。

18、通过采用上述技术方案，本技术进一步选用硫铝酸盐膨胀剂和延迟型氧化镁膨胀剂中的至少一种。硫铝酸盐膨胀剂主要在较早养护阶段提供体积补偿，延迟型氧化镁膨胀剂则可在后续阶段继续调节体积变化；二者复配时，补偿作用能够在前后阶段相互衔接。该设置有利于减轻蒸汽养护后的残余收缩，降低孔壁区域因体积变形累积而继续开裂的可能，从而有利于改善空心路缘石的体积稳定性和抗裂性能。

19、作为优选，所述延迟型氧化镁膨胀剂为轻烧氧化镁膨胀剂，所述硫铝酸盐膨胀剂包括钙矾石型膨胀熟料，所述轻烧氧化镁膨胀剂与所述钙矾石型膨胀熟料的质量比为1:(0.5-2.0)。

20、通过采用上述技术方案，本技术进一步以钙矾石型膨胀熟料提供较早阶段的体积补偿，以轻烧氧化镁膨胀剂调节后续阶段的体积变化，并限定二者的质量比。该比例有利于使前后阶段的补偿程度相互匹配，既抑制残余收缩继续发展，也降低过度膨胀对基体的不利影响，从而有利于提高空心路缘石的体积稳定性。

21、作为优选，所述增韧助剂还包括针状硅灰石，所述针状硅灰石与改性pva纤维的质量比为(3.5-4.5):1。

22、通过采用上述技术方案，本技术进一步在增韧助剂中加入针状硅灰石，并限定针状硅灰石与改性pva纤维的质量比。针状硅灰石有利于在微裂纹形成初期阻碍裂纹连通，改性pva纤维则在裂缝继续张开时保持拉结并分担拉应力，限定的比例有利于使二者在裂纹发展的不同阶段形成配合，从而改善空心路缘石的抗裂性能和裂后承载性能。

23、作为优选，所述针状硅灰石的长径比为8-25。

24、通过采用上述技术方案，本技术进一步将针状硅灰石的长径比限定为8-25。限定的长径比有利于针状硅灰石保持适宜的针状形貌，并降低长径比过高引起颗粒缠结和分散困难的可能，从而有利于发挥针状硅灰石对微裂纹发展的阻滞作用，并改善空心路缘石的抗裂性能。

25、第二方面，本技术提供一种高韧性hpc空心路缘石的制备方法，采用如下的技术方案：

26、根据以上任一项所述的高韧性hpc空心路缘石的制备方法，包括以下步骤：

27、（1）按照相应方案限定的组成称取原料，将水泥、粉煤灰、矿粉、骨料和膨胀剂进行干混，得到干混料；

28、（2）将水和外加剂加入所述干混料中进行湿拌，得到基础拌合物；

29、（3）将所述增韧助剂加入所述基础拌合物中并继续搅拌，得到hpc拌合物；

30、（4）将所述hpc拌合物注入设有可抽拔芯模的模具中，振捣后静停，抽出所述可抽拔芯模，得到内部设有空腔的成型体；

31、（5）对所述成型体依次进行保湿养护和蒸汽养护，脱模后进行自然养护，得到所述高韧性hpc空心路缘石。

32、通过采用上述技术方案，本技术还提供上述高韧性hpc空心路缘石的制备方法。原料先经干混和湿拌形成基础拌合物，再加入增韧助剂，能够减少前期干混对改性pva纤维包覆层的扰动，并有利于包覆纤维在湿态基体中逐步分散。随后进行振捣、静停和抽芯，使空腔周围的基体在成型过程中保持完整，组合养护则为基体性能继续发展提供条件。各步骤按照材料状态依次衔接，有利于提高制备和成型过程的稳定性，并使所得空心路缘石兼具稳定的成型质量、抗裂性能和裂后承载性能。

33、综上所述，本技术具有以下有益效果：

34、1、本技术将内部空腔和含改性pva纤维的增韧助剂结合于高性能混凝土基体。在改性pva纤维中，含羧基聚合物中间层有助于固定矿物粉体粘附层，矿物粉体粘附层有利于改善纤维与基体的接触和结合。当构件受弯开裂时，改性pva纤维能够持续桥联裂缝，膨胀剂能够调节基体体积变形，两者配合有利于改善空心路缘石的抗裂性能、裂后承载性能和体积稳定性。

35、2、本技术在成膜液中加入水性环氧分散体，并控制其固体与含羧基二烯类聚合物固体的投料比。水性环氧有助于提高中间层的内聚完整性，二烯类聚合物则使中间层保留随纤维变形的柔顺性，限定比例能够减少中间层过脆或过软导致的包覆不稳定，从而有利于减少矿物粉体脱落并保持纤维与基体之间的界面结合状态。

36、3、本技术在增韧助剂中加入针状硅灰石，并限定其与改性pva纤维的质量比。针状硅灰石有利于在微裂纹形成初期阻碍裂纹连通，改性pva纤维则可在裂缝张开时在裂缝两侧保持拉结并分担拉应力，两种作用沿裂纹发展过程相互衔接，从而有利于改善孔壁区域的裂缝控制状态和空心路缘石的裂后承载能力。