本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，涉及水泥混凝土材料，具體涉及一種耐磨抗干縮混凝土材料的制備方法。

背景技術(shù)：

水泥混凝土路面作為我國主要的路面結(jié)構(gòu)形式之一，要求其具有一定的強(qiáng)度及耐久性。然而由于長時(shí)間暴露在空氣中遭受各種惡劣氣候的影響，使得混凝土路面的耐久性未能達(dá)到人們所預(yù)期的要求。

當(dāng)水泥混凝土結(jié)構(gòu)處于不同的約束狀態(tài)下因收縮引起的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，從而導(dǎo)致混凝土耐久性性能的下降。當(dāng)其作為路面材料時(shí)，還必須要長期經(jīng)受著外部荷載的沖擊、擠壓及路面堅(jiān)硬物質(zhì)的切削等作用，這就要求混凝土必須擁有較好的韌性及耐磨性。因此，提高混凝土的抗干縮能力以及增強(qiáng)其耐磨性能是十分必要的。

目前，針對(duì)水泥混凝土干縮補(bǔ)償方法，最常見的措施是使用補(bǔ)償材料(纖維、膨脹劑和減縮劑)。首先，在混凝土中摻加纖維能使混凝土的塑性收縮減小到最小，然而過多或過少摻加纖維反而會(huì)引起混凝土的過量收縮，因此纖維的摻入量很難控制，并且成本較高；其次，在混凝土中摻入膨脹劑或減縮劑可以有效防止混凝土的干縮開裂，但混凝土在摻入膨脹劑或減縮劑后必須適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間，否則則達(dá)不到減縮效果，因此對(duì)交通開放是十分不利的；此外，將鋼纖維摻入混凝土中，是一種有效提高混凝土路面耐磨性的措施，然而其使用大大增加了混凝土的制備成本，經(jīng)濟(jì)效益不夠顯著。由此可見，研發(fā)一種新型具有耐磨抗干縮性能的混凝土材料具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題做出改進(jìn)，即本發(fā)明公開了一種耐磨抗干縮混凝土材料的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中水泥混凝土干縮過大，影響水泥混凝土耐磨性的技術(shù)問題。

技術(shù)方案：一種耐磨抗干縮混凝土材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠；

(2)稱量74.7～75.3質(zhì)量份的集料與16.6～16.8質(zhì)量份的水泥混合均勻得到混合粉料；

(3)依次向步驟(2)中的混合粉料中加入0.4～0.6質(zhì)量份的步驟(1)得到的溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠、7.7～7.9質(zhì)量份的水，拌合均勻后即可得到耐磨抗干縮混凝土。

進(jìn)一步地，步驟(1)包括：

(11)將0.16～0.264質(zhì)量份的交聯(lián)劑加入到6.816～10.248質(zhì)量份的去離子水中，繼續(xù)攪拌10～20分鐘得到均勻的分散液；

(12)一邊攪拌，一邊向步驟(11)得到的分散液中加入0.832～1.272質(zhì)量份的N,N-二乙基丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌10～20分鐘得到均勻的分散液；

(13)一邊攪拌，一邊向步驟(12)得到的分散液中加入0.152～0.252質(zhì)量份的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯，繼續(xù)攪拌10～20分鐘得到均勻的分散液，

(14)將步驟(13)得到的分散液置于冰水浴中，然后向分散液中加入0.0072～0.0132質(zhì)量份的引發(fā)劑，室溫下反應(yīng)24h得到溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠。

進(jìn)一步地，步驟(14)中的引發(fā)劑為過硫酸銨、過氧化月桂酰和過硫酸鈉中的一種。

進(jìn)一步地，步驟(11)中的交聯(lián)劑為無機(jī)鋰藻土、過氧化二異丙苯和甲基丙烯酸中的一種。

進(jìn)一步地，步驟(2)中稱量75質(zhì)量份的集料與16.7質(zhì)量份的水泥混合均勻得到混合粉料。

更進(jìn)一步地，步驟(3)中依次向步驟(2)中的混合粉料中加入0.5質(zhì)量份的步驟(1)得到的溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠、7.8質(zhì)量份的水，拌合均勻后即可得到耐磨抗干縮混凝土。

進(jìn)一步地，步驟(2)中所述集料包括粒徑范圍小于5mm的細(xì)集料以及粒徑范圍為10～31.5mm的粗集料，細(xì)集料與粗集料的質(zhì)量比為25:(49.8～50.2)。

有益效果：本發(fā)明公開的一種耐磨抗干縮混凝土材料的制備方法具有以下有益效果：

(1)使用自制溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠作為水泥混凝土的內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑，利用水泥水化放熱與水化后內(nèi)部pH變化作為水凝膠的釋水動(dòng)力，對(duì)水泥混凝土進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)，提高混凝土耐磨性；

(2)使用的自制溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠為輕度交聯(lián)高分子，釋水后聚合成薄膜，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度與韌性，提高混凝土抗干縮性能的同時(shí)還可以提高混凝土的耐磨性。

本發(fā)明中摻入的溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠，其體積隨著外界溫度與pH的變化而變化。當(dāng)外界溫度≥29℃時(shí)，水凝膠體積收縮，將體內(nèi)吸收的水分排出；當(dāng)外界溫度＜29℃時(shí)，水凝膠分子鏈?zhǔn)嬲?，體積膨脹。當(dāng)外界pH≥6時(shí)，水凝膠體積隨pH的增大而收縮，將網(wǎng)格內(nèi)部的水分排出；當(dāng)外界pH＜6時(shí)，水凝膠具有親水性，體隨pH的減小而增大。

本發(fā)明中，溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠摻入混凝土后，其形態(tài)體積隨著水泥水化而進(jìn)行改變。首先，水泥加適量的水拌合后，立即發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，水泥水化放出熱量逐漸升高，混凝土內(nèi)部溫度可達(dá)50～60℃，此時(shí)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水凝膠的相變溫度，水凝膠體積收縮，聚合成網(wǎng)狀并排出網(wǎng)格中的水分子對(duì)混凝土進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)，使混凝土結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)，增強(qiáng)混凝土的耐磨性；其次，水泥與水反應(yīng)后除內(nèi)部溫度發(fā)生變化，體系內(nèi)pH也發(fā)生變化。當(dāng)水泥與水拌合后，體系內(nèi)部pH迅速從7上升至11左右，隨著水泥水化的進(jìn)行，孔溶液的pH逐漸穩(wěn)定在12左右。此時(shí)混凝土內(nèi)部pH遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水凝膠相變pH，水凝膠體積收縮，釋放網(wǎng)格中的水分子，對(duì)混凝土進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

混凝土內(nèi)部水泥水化放熱與pH變化都會(huì)對(duì)水凝膠的體積與形態(tài)產(chǎn)生影響。水泥水化放熱致使水凝膠體積收縮，排出水分，對(duì)混凝土進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)，增強(qiáng)混凝土密實(shí)度，減少了混凝土的收縮；當(dāng)水泥水化放熱結(jié)束后，水凝膠不會(huì)吸水而發(fā)生體積膨脹，而是繼續(xù)受內(nèi)部pH的影響，體積收縮繼續(xù)聚合成薄膜結(jié)構(gòu)。這種薄膜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)橋接在水泥石與集料之間，部分包裹著水化產(chǎn)物，與水化產(chǎn)物間形成貫穿內(nèi)部的薄膜網(wǎng)絡(luò)，有效地傳導(dǎo)并分散裂紋的尖端應(yīng)力，改善界面區(qū)的微裂縫，使骨料與水泥石形成致密的連續(xù)體系。

具體實(shí)施方式：

下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)說明。

具體實(shí)施例1

一種耐磨抗干縮混凝土材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠；

(2)稱量74.7質(zhì)量份的集料與16.6質(zhì)量份的水泥混合均勻得到混合粉料；

(3)依次向步驟(2)中的混合粉料中加入0.4質(zhì)量份的步驟(1)得到的溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠、7.7質(zhì)量份的水，拌合均勻后即可得到耐磨抗干縮混凝土。

進(jìn)一步地，步驟(1)包括

(11)將0.16質(zhì)量份的交聯(lián)劑加入到6.816質(zhì)量份的去離子水中，繼續(xù)攪拌10分鐘得到均勻的分散液；

(12)一邊攪拌，一邊向步驟(11)得到的分散液中加入0.832質(zhì)量份的N,N-二乙基丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌10分鐘得到均勻的分散液；

(13)一邊攪拌，一邊向步驟(12)得到的分散液中加入0.152質(zhì)量份的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯，繼續(xù)攪拌10分鐘得到均勻的分散液，

(14)將步驟(13)得到的分散液置于冰水浴中，然后向分散液中加入0.0072質(zhì)量份的引發(fā)劑，室溫下反應(yīng)24h得到溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠。

進(jìn)一步地，步驟(14)中的引發(fā)劑為過硫酸銨。

進(jìn)一步地，步驟(11)中的交聯(lián)劑為無機(jī)鋰藻土。

進(jìn)一步地，步驟(2)中所述集料包括粒徑范圍小于5mm的細(xì)集料以及粒徑范圍為10～31.5mm的粗集料，細(xì)集料與粗集料的質(zhì)量比為25:49.8。

具體實(shí)施例2

一種耐磨抗干縮混凝土材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠；

(2)稱量75.3質(zhì)量份的集料與16.8質(zhì)量份的水泥混合均勻得到混合粉料；

(3)依次向步驟(2)中的混合粉料中加入0.6質(zhì)量份的步驟(1)得到的溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠、7.9質(zhì)量份的水，拌合均勻后即可得到耐磨抗干縮混凝土。

進(jìn)一步地，步驟(1)包括：

(11)將0.264質(zhì)量份的交聯(lián)劑加入到10.248質(zhì)量份的去離子水中，繼續(xù)攪拌20分鐘得到均勻的分散液；

(12)一邊攪拌，一邊向步驟(11)得到的分散液中加入1.272質(zhì)量份的N,N-二乙基丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌20分鐘得到均勻的分散液；

(13)一邊攪拌，一邊向步驟(12)得到的分散液中加入0.252質(zhì)量份的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯，繼續(xù)攪拌20分鐘得到均勻的分散液，

(14)將步驟(13)得到的分散液置于冰水浴中，然后向分散液中加入0.0132質(zhì)量份的引發(fā)劑，室溫下反應(yīng)24h得到溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠。

進(jìn)一步地，步驟(14)中的引發(fā)劑為過氧化月桂酰。

進(jìn)一步地，步驟(11)中的交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯。

進(jìn)一步地，步驟(2)中所述集料包括粒徑范圍小于5mm的細(xì)集料以及粒徑范圍為10～31.5mm的粗集料，細(xì)集料與粗集料的質(zhì)量比為25:50.2。

具體實(shí)施例3

一種耐磨抗干縮混凝土材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠；

(2)稱量75質(zhì)量份的集料與167質(zhì)量份的水泥混合均勻得到混合粉料；

(3)依次向步驟(2)中的混合粉料中加入0.5質(zhì)量份的步驟(1)得到的溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠、7.8質(zhì)量份的水，拌合均勻后即可得到耐磨抗干縮混凝土。

進(jìn)一步地，步驟(1)包括：

(11)將0.2質(zhì)量份的交聯(lián)劑加入到8質(zhì)量份的去離子水中，繼續(xù)攪拌15分鐘得到均勻的分散液；

(12)一邊攪拌，一邊向步驟(11)得到的分散液中加入1質(zhì)量份的N,N-二乙基丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌15分鐘得到均勻的分散液；

(13)一邊攪拌，一邊向步驟(12)得到的分散液中加入0.2質(zhì)量份的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯，繼續(xù)攪拌15分鐘得到均勻的分散液，

(14)將步驟(13)得到的分散液置于冰水浴中，然后向分散液中加入0.01質(zhì)量份的引發(fā)劑，室溫下反應(yīng)24h得到溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠。

進(jìn)一步地，步驟(14)中的引發(fā)劑為過硫酸鈉。

進(jìn)一步地，步驟(11)中的交聯(lián)劑為甲基丙烯酸。

進(jìn)一步地，步驟(2)中所述集料包括粒徑范圍小于5mm的細(xì)集料以及粒徑范圍為10～31.5mm的粗集料，細(xì)集料與粗集料的質(zhì)量比為25:50。

對(duì)比例1：

與具體實(shí)施例1的區(qū)別僅僅在于未添加溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠。

效果分析：

混凝土的干燥收縮試驗(yàn)用試件尺寸為100mm×100mm×515mm，兩端預(yù)埋測頭，混凝土成型ld拆模后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)2d，取出測定初長，然后放入干燥室內(nèi)中測定7d、28d、60d、90d的收縮率(測長的齡期從放入干燥室內(nèi)時(shí)算起)，混凝土的自由收縮用螺旋千分尺測定，精度lμm，試驗(yàn)結(jié)果見表1；

混凝土的耐磨性測試方法按照J(rèn)TG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中T 0567水泥混凝土耐磨性試驗(yàn)方法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表2；

混凝土力學(xué)性能檢測參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

干燥收縮試驗(yàn)：

表1表明，與對(duì)比例1沒有添加溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠的混凝土相比，溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠的摻入(實(shí)施例1-3)能有效地降低混凝土的干燥收縮值，對(duì)混凝土早期收縮的改善尤為明顯。

表1干燥收縮試驗(yàn)結(jié)果

耐磨性能試驗(yàn)：

表2為摻有溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠混凝土的耐磨性能。

表2混凝土的耐磨性能

可見，將溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠摻入水泥混凝土中(實(shí)施例1-3)，水泥混凝土的耐磨性能得到明顯改善.

力學(xué)性能試驗(yàn)：

表3為摻有溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠水泥混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明，溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠摻入到混凝土中，混凝土的抗折強(qiáng)度有所增長，抗壓強(qiáng)度影響不大。

表3水泥混凝土的力學(xué)性能

以上結(jié)果表明，將溫度/pH雙重敏感性納米復(fù)合水凝膠摻入到混凝土中，混凝土的抗干縮、耐磨性等比普通水泥混凝土性能提高可達(dá)15％。

上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做了詳細(xì)說明。但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。