技术领域本发明涉及一种密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层，属于工程材料技术领域。
背景技术：
随着我国经济的迅速发展，交通量不断增大，公路事业正处于蓬勃发展的时期，施工技术逐渐成熟，我国幅员辽阔，地质条件复杂，各种高等级公路也逐渐向广阔的山区蔓延，而山区高等级的公路的不断修建使得公路隧道数量较大增加。我国公路隧道主要采用水泥混凝土路面，为了提高路面的舒适性，近年来在较短的公路隧道中也采用沥青混凝土路面。1、沥青混凝土路面沥青混凝土路面作为一种柔性路面材料，其自身较弱的承载力能力导致在重载作用下，容易发生车辙，长期作用下则会导致永久变形，导致表面横向推移，形成坑槽、油包和波浪等病害，降低路面的使用寿命。沥青混凝土抵抗温度变化能力较差，一般在夏季温度较高时，沥青混凝土受到车轮的反复荷载，容易产生变形、车辙等现象，不仅降低了路面的平整度，而且降低了行车的安全性，而在冬季温度较低时，沥青的塑性降低，其抵抗变形的能力下降，在车辆的反复荷载下容易产生裂缝，大大降低沥青混凝土路面的使用寿命；并且，沥青混凝土路面受水影响较大，在温度梯度与车辆荷载的长期共同作用下，当沥青路面超过其抵抗能力时，容易发生开裂，这些裂缝一旦被水分侵入则会引起路面较大面积的破坏；由于国产沥青质量较差，我国近几年所修筑的高速公路所用沥青大都依赖进口，成本相当昂贵。在较长的公路隧道中，我国一般不采用沥青混凝土路面，主要是由于隧道中沥青混凝土路面施工条件恶劣，沥青摊铺过程中产生的大量刺激性的烟雾，并且隧道内部空气不畅通，施工困难；同时沥青的阻燃性差，在隧道内发生火灾时，沥青燃烧容易加重火势蔓延，增大扑灭难度，极大的降低了隧道内的安全性。2、水泥混凝土路面一般水泥混凝土路面具有的优点：强度高、温度稳定性好、使用寿命长、不易产生塑性变形、养护费用相对较低。同时采用水泥混凝土路面也存在很多不可避免的问题，例如：（1）为了满足路面的承载要求，所需水泥与水的量较大，平均每立方消耗大约0.4~0.5吨的水泥与0.15吨的水（2）水泥混凝土路面各种接缝较多，这些接缝也为错台、拱起、唧泥等路面损害提供条件。（3）养护时间较长，延长了交通开放时间，一般水泥混凝土路面需要养护一个月以上才能开放交通。（4）平整度较差，刚性较大，因此行车舒适性较差，并且噪音较大。（5）由于一般水泥混凝土路面的耐磨性较差，因此抗滑性能衰减较快，致使行车安全系数有所降低。因此对于我国公路隧道的建设，尤其在一些中、长公路隧道中，普通的水泥混凝土路面以及沥青路面都难以满足公路隧道内特殊的要求，在这一形式下，研发出一种新型的公路路面结构材料成为目前。
技术实现要素：
本发明的目的是：提供一种路面用丁苯乳液与纤维复合改性水泥混凝土表面功能层，具体涉及一种由丁苯乳液、水泥、流变助剂、颜料、聚酯纤维、水、粗集料、砂、硅粉配合而成的复合改性水泥混凝土，具有韧性与强度高、抗裂性能优良，耐久性强的特点，适用于公路路面建造与功能性改善工程，从而克服现有技术的不足。本发明的技术方案密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层，其特征在于：该水泥混凝土功能层按以下重量份原料制备而成：水泥14.29~15.10份、丁苯乳液3.67~4.08份、有机纤维0.01~0.03份、水4.08~4.904份、粗集料42.86~46.94份、砂粉26.53~30.61。前述的密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层中，在上述水泥混凝土功能层加有流变助剂，该流变助剂的重量份为0.18~0.25，所述流变助剂为聚羧酸的减水剂或萘系减水剂，该流变助剂能够降低混凝土的单位用水量，提高其抗泌水能以及黏附性，同时所采用的聚羧酸的减水剂或萘系减水剂的流变助剂不会导致丁苯乳液在成膜前发生破乳，通过改变流变助剂在上述水泥混凝土的含量使得新拌混凝土采用维博稠度仪测得的改进VC值为5±1s。前述的密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层中，在上述水泥混凝土功能层加有颜料，该颜料的重量份为1.5~2.5，所述颜料为无机颜料且为粉末状，粉末状的无机颜料既能保证水泥混凝土保持层所需要的颜色，又能在混凝土拌合过程中很好分散与混凝土中，使得水泥混凝土保护层颜色均匀，还不会导致导致丁苯乳液在成膜前发生破乳。前述的密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层中，在上述水泥混凝土功能层加有硅粉，该硅粉的重量份为1.22~2.04，所采用的硅粉为400~500目，其中SiO2的含量为90%以上，该硅粉能进一步增强混凝土的密实性、强度性能与耐久性；水泥、硅粉的水化产物能够为聚合物薄膜（该聚合物薄膜由丁苯乳液在混凝土中形成）提供良好的保护，有效防止聚合物薄膜与紫外线接触，保证聚合物在较长时间内对混凝土仍然起到良好的改性作用，也进一步提高混凝土的耐久性。前述的密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层中，所述的水泥可为普通硅酸盐水泥，标号为P.O42.5以上。前述的密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层中，所述的丁苯乳液为苯乙烯和丁二烯的共聚物所形成的阴离子型水性乳液，该共聚物不会阻碍水泥与水的化学反应；并且具备良好的稳定性，与水泥、颜料、流变助剂、硅粉接触后不会发生破乳；具有较低的最低成膜温度以利于在混凝土在普通常温下能够连续成膜，成膜后的聚合物薄膜有较强的粘结性能；形成的聚合物膜能够有较好的耐水性，耐碱性和耐候性。前述的密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层中，所述的有机纤维采用聚酯纤维，最短长度应大于粗集料最大公称粒径的1/3；最大长度不应大于粗集料最大公称粒径的2倍；聚酯纤维长度与标称值的偏差不应超过±10%。前述的密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层中，所述的粗集料采用玄武岩碎石或石灰岩碎石，碎石粒径为4.75mm~9.5mm，压碎值<15%、磨耗损失<28%、针片状颗粒含量<12%、泥块含量<1.0%、石粉含量<0.5%。前述的密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层中，所述砂的细度模数为2.8~3.0，石粉含量<0.5%。由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明中丁苯乳液可改善水泥混凝土的工作性，其减水作用降低水灰比，有效提高了混凝土的强度性能；丁苯乳液和水泥等构成的聚合物增加了新拌水泥混凝土的工作性，经过摊铺机碾压成型后，使混凝土内部形成密实结构，达到99.5%以上的密实度，这种密实结构不仅能够有效的节省胶凝材料用量，同时提高了混凝土的密实度，有效的提高了混凝土的抗渗性；聚合物会对水泥的水化及凝结硬化过程有影响，同时乳液的部分化学成分能与水泥的水化产物Ca(OH)2发生反应；增加混凝土内部各组分之间的粘结性能；丁苯乳液的加入提高了水泥石基体与骨料之间的粘结能力，改善界面过渡区的缝隙，填补了水泥石中的空隙，减少硬化水泥石中的微裂纹，因此提高水泥混凝土的强度性能以及抗渗性，同时配合硅粉可增强混凝土的长期耐久性能；聚合物乳液进一步增强聚酯纤维与水泥石的粘结，增强纤维对水泥混凝土的增强效果，减少破坏过程中纤维被拔出的现象；硅粉的加入能够进一步增强水泥基材料的强度性能与耐久性，为聚合物膜提供良好的保护，延长混凝土的使用寿命。具体实施方式下面对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。本发明的实施例：一种密实型聚合物乳液与纤维复合改性的水泥混凝土功能层，该水泥混凝土功能层按以下重量份原料制备而成：水泥14.29~15.10份、丁苯乳液3.67~4.08份、有机纤维0.01~0.03份、水4.08~4.90份、粗集料42.86~46.94份、砂粉26.53~30.61、流变助剂0.18~0.25份，颜料1.5~2.5份，硅粉1.22~2.04份。其中丁苯乳液是关键组成部分，对水泥混凝土的改性起重要作用。所选用的丁苯乳液为羧基丁苯胶乳，为丁二烯与苯乙烯二者的共聚物所形成的阴离子型水性乳液。其主要特征如下表所示：表1丁苯乳液的主要特征另外所选用的丁苯乳液要满足以下条件：对水泥水化过程中释放的高活性离子，如Ca2+和Al3+有很高的稳定性，不阻碍水泥与水产生的固化反应；有很高的机械稳定性，尤其在计量，输送，泵送和搅拌时的高剪切作用下不会破乳；很好的储存稳定性；低的引气性；所有较低的最低成膜温度以利于在混凝土中连续成膜，其最低成膜温度要求比实际施工的时候的温度要低，并且与集料与水泥水化产物有较强的粘结度；形成的膜应有极好的耐水性，耐碱性和耐候性；配置的水泥标号为P.O42.5及其以上的普通硅酸盐水泥；配置的集料采用玄武岩碎石或石灰岩碎石，且应洁净、干燥、表面粗糙，母岩抗压强度应不小于100MPa；集料规格为4.75mm~9.5mm；参照沥青混凝土AC级配设计，充分发挥水泥与聚合物乳液复合浆体的粘结性能。配置的流变助剂采用武汉理工大学自主研发的型号为WLG-1的产品；流变助剂的具体用量是在混凝土用水量尽量低的条件下，通过调整流变助剂的用量使新拌混凝土采用维博稠度仪测得的改进VC值为5±1s。配置的颜料根据需要可采用不同颜色的颜料，一般采用无机材料，如粉末状石墨，掺量则根据颜色的深浅调整，且不能与丁苯乳液、流变助剂产生不良反应；配置的纤维主要采用6~12mm的有机纤维，要求能够与丁苯乳液能够产生较好的粘结能力，且易于分散；配置的硅粉采用400~500目，进步增强混凝土的密实性、强度性能与耐久性，水泥、硅粉的水化产物能够为聚合物薄膜提供良好的保护，有效防止聚合物薄膜与紫外线接触，保证聚合物在较长时间内对混凝土仍然起到良好的改性作用，也进一步提高混凝土的耐久性。采用的路面用丁苯乳液与纤维、硅粉复合改性水泥混凝土表面功能层，其主要具备较好的经济技术效益：（1）该复合改性水泥混凝土具有较高的抗折强度，在水泥用量为350kg/m3的条件下，其28天抗折强度达到7.5MPa，相比于普通混凝土提高约35%，同时折压比提高了约130%（2）复合改性水泥混凝土的抗压弹性模量相比普通水泥混凝土降低了约为45%，有效的降低了水泥的脆性，提高路面抵抗变形的能力。（3）复合改性丁苯乳液改性水泥混凝土的28天弯曲韧性系数相对普通水泥提高约3倍，大大提高了路面抵抗破坏的能力，提高承载能力。（4）复合改性丁苯乳液改性水泥混凝土的具有特定的稠度值，使其经过沥青摊铺机摊铺之后构造深度约为0.9mm，抗滑摆值在40BPN以上，具备较好的抗滑能力；并且其耐磨损性能相比于普通混凝土提高了约50%。（5）复合改性丁苯乳液改性水泥混凝土的渗水系数为62ml/min，小于普通沥青混凝土。（6）复合改性丁苯乳液改性水泥混凝土的抗冻等级达到F200以上，且其耐久性系数约为0.47，相比于普通混凝土提高了约70%。（7）新拌合的复合改性丁苯乳液改性水泥混凝土稠度采用维博稠度仪进行稠度的测定，其改进VC值控制在5±1s。具体实施方式某隧道采用丁苯乳液与纤维复合改性水泥混凝土表面功能层，面层下为水泥稳定碎石基层，要求面层混凝土强度等级不小于4MPa，抗压强度不小于20MPa，平整度不大于3mm；表面抗滑构造深度大于0.7mm。使用的配合比为：水泥、丁苯乳液、流变助剂、黑色颜料、聚酯纤维、水、粗集料、砂、硅粉按照质量：14.69∶3.88∶0.22∶1.84∶0.02∶4.49∶44.90∶28.57∶1.63构成；流变助剂为武汉理工大学自主研发的型号为WLG-1的产品；采用的聚酯纤维长度为6mm，直径为0.014±0.005mm；硅粉采用400目，Si02含量为98%。黑色燃料采用粉末状的石墨粉。预先将丁苯乳液、流变助剂与部分水搅拌均匀，再通过相应的计量装置将乳液抽入搅拌机内，必须采用间歇强制式搅拌机拌和生产，保证每轮搅拌时间为70s以上；控制新拌混凝土质量，保证纤维均匀分散，无离析与结团现象，生产后采用自卸车运输直前场沥青摊铺机摊铺成型，整过程快速有效；成型后的丁苯乳液改性混凝土路面采用薄膜养生3天，养护过程中尽量保证材料不与明水接触。