本发明属于材料科学与工程领域，涉及水泥混凝土材料，具体涉及一种耐磨抗干缩混凝土材料的制备方法。
背景技术：
水泥混凝土路面作为我国主要的路面结构形式之一，要求其具有一定的强度及耐久性。然而由于长时间暴露在空气中遭受各种恶劣气候的影响，使得混凝土路面的耐久性未能达到人们所预期的要求。
当水泥混凝土结构处于不同的约束状态下因收缩引起的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会导致混凝土产生裂缝，从而导致混凝土耐久性性能的下降。当其作为路面材料时，还必须要长期经受着外部荷载的冲击、挤压及路面坚硬物质的切削等作用，这就要求混凝土必须拥有较好的韧性及耐磨性。因此，提高混凝土的抗干缩能力以及增强其耐磨性能是十分必要的。
目前，针对水泥混凝土干缩补偿方法，最常见的措施是使用补偿材料(纤维、膨胀剂和减缩剂)。首先，在混凝土中掺加纤维能使混凝土的塑性收缩减小到最小，然而过多或过少掺加纤维反而会引起混凝土的过量收缩，因此纤维的掺入量很难控制，并且成本较高；其次，在混凝土中掺入膨胀剂或减缩剂可以有效防止混凝土的干缩开裂，但混凝土在掺入膨胀剂或减缩剂后必须适当延长养护时间，否则则达不到减缩效果，因此对交通开放是十分不利的；此外，将钢纤维掺入混凝土中，是一种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备成本，经济效益不够显著。由此可见，研发一种新型具有耐磨抗干缩性能的混凝土材料具有重要意义。
技术实现要素：
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种耐磨抗干缩混凝土材料的制备方法，解决现有技术中水泥混凝土干缩过大，影响水泥混凝土耐磨性的技术问题。
技术方案：一种耐磨抗干缩混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶；
(2)称量74.7～75.3质量份的集料与16.6～16.8质量份的水泥混合均匀得到混合粉料；
(3)依次向步骤(2)中的混合粉料中加入0.4～0.6质量份的步骤(1)得到的温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶、7.7～7.9质量份的水，拌合均匀后即可得到耐磨抗干缩混凝土。
进一步地，步骤(1)包括：
(11)将0.16～0.264质量份的交联剂加入到6.816～10.248质量份的去离子水中，继续搅拌10～20分钟得到均匀的分散液；
(12)一边搅拌，一边向步骤(11)得到的分散液中加入0.832～1.272质量份的N,N-二乙基丙烯酰胺，继续搅拌10～20分钟得到均匀的分散液；
(13)一边搅拌，一边向步骤(12)得到的分散液中加入0.152～0.252质量份的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯，继续搅拌10～20分钟得到均匀的分散液，
(14)将步骤(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质量份的引发剂，室温下反应24h得到温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶。
进一步地，步骤(14)中的引发剂为过硫酸铵、过氧化月桂酰和过硫酸钠中的一种。
进一步地，步骤(11)中的交联剂为无机锂藻土、过氧化二异丙苯和甲基丙烯酸中的一种。
进一步地，步骤(2)中称量75质量份的集料与16.7质量份的水泥混合均匀得到混合粉料。
更进一步地，步骤(3)中依次向步骤(2)中的混合粉料中加入0.5质量份的步骤(1)得到的温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶、7.8质量份的水，拌合均匀后即可得到耐磨抗干缩混凝土。
进一步地，步骤(2)中所述集料包括粒径范围小于5mm的细集料以及粒径范围为10～31.5mm的粗集料，细集料与粗集料的质量比为25:(49.8～50.2)。
有益效果：本发明公开的一种耐磨抗干缩混凝土材料的制备方法具有以下有益效果：
(1)使用自制温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶作为水泥混凝土的内养护剂，利用水泥水化放热与水化后内部pH变化作为水凝胶的释水动力，对水泥混凝土进行内养护，提高混凝土耐磨性；
(2)使用的自制温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶为轻度交联高分子，释水后聚合成薄膜，具有一定的机械强度与韧性，提高混凝土抗干缩性能的同时还可以提高混凝土的耐磨性。
本发明中掺入的温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶，其体积随着外界温度与pH的变化而变化。当外界温度≥29℃时，水凝胶体积收缩，将体内吸收的水分排出；当外界温度＜29℃时，水凝胶分子链舒展，体积膨胀。当外界pH≥6时，水凝胶体积随pH的增大而收缩，将网格内部的水分排出；当外界pH＜6时，水凝胶具有亲水性，体随pH的减小而增大。
本发明中，温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶掺入混凝土后，其形态体积随着水泥水化而进行改变。首先，水泥加适量的水拌合后，立即发生一系列化学反应，水泥水化放出热量逐渐升高，混凝土内部温度可达50～60℃，此时温度远远高于水凝胶的相变温度，水凝胶体积收缩，聚合成网状并排出网格中的水分子对混凝土进行内养护，使混凝土结构变得更加密实，增强混凝土的耐磨性；其次，水泥与水反应后除内部温度发生变化，体系内pH也发生变化。当水泥与水拌合后，体系内部pH迅速从7上升至11左右，随着水泥水化的进行，孔溶液的pH逐渐稳定在12左右。此时混凝土内部pH远远大于水凝胶相变pH，水凝胶体积收缩，释放网格中的水分子，对混凝土进行内养护。
混凝土内部水泥水化放热与pH变化都会对水凝胶的体积与形态产生影响。水泥水化放热致使水凝胶体积收缩，排出水分，对混凝土进行内养护，增强混凝土密实度，减少了混凝土的收缩；当水泥水化放热结束后，水凝胶不会吸水而发生体积膨胀，而是继续受内部pH的影响，体积收缩继续聚合成薄膜结构。这种薄膜网状结构桥接在水泥石与集料之间，部分包裹着水化产物，与水化产物间形成贯穿内部的薄膜网络，有效地传导并分散裂纹的尖端应力，改善界面区的微裂缝，使骨料与水泥石形成致密的连续体系。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
具体实施例1
一种耐磨抗干缩混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶；
(2)称量74.7质量份的集料与16.6质量份的水泥混合均匀得到混合粉料；
(3)依次向步骤(2)中的混合粉料中加入0.4质量份的步骤(1)得到的温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶、7.7质量份的水，拌合均匀后即可得到耐磨抗干缩混凝土。
进一步地，步骤(1)包括
(11)将0.16质量份的交联剂加入到6.816质量份的去离子水中，继续搅拌10分钟得到均匀的分散液；
(12)一边搅拌，一边向步骤(11)得到的分散液中加入0.832质量份的N,N-二乙基丙烯酰胺，继续搅拌10分钟得到均匀的分散液；
(13)一边搅拌，一边向步骤(12)得到的分散液中加入0.152质量份的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯，继续搅拌10分钟得到均匀的分散液，
(14)将步骤(13)得到的分散液置于冰水浴中，然后向分散液中加入0.0072质量份的引发剂，室温下反应24h得到温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶。
进一步地，步骤(14)中的引发剂为过硫酸铵。
进一步地，步骤(11)中的交联剂为无机锂藻土。
进一步地，步骤(2)中所述集料包括粒径范围小于5mm的细集料以及粒径范围为10～31.5mm的粗集料，细集料与粗集料的质量比为25:49.8。
具体实施例2
一种耐磨抗干缩混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶；
(2)称量75.3质量份的集料与16.8质量份的水泥混合均匀得到混合粉料；
(3)依次向步骤(2)中的混合粉料中加入0.6质量份的步骤(1)得到的温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶、7.9质量份的水，拌合均匀后即可得到耐磨抗干缩混凝土。
进一步地，步骤(1)包括：
(11)将0.264质量份的交联剂加入到10.248质量份的去离子水中，继续搅拌20分钟得到均匀的分散液；
(12)一边搅拌，一边向步骤(11)得到的分散液中加入1.272质量份的N,N-二乙基丙烯酰胺，继续搅拌20分钟得到均匀的分散液；
(13)一边搅拌，一边向步骤(12)得到的分散液中加入0.252质量份的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯，继续搅拌20分钟得到均匀的分散液，
(14)将步骤(13)得到的分散液置于冰水浴中，然后向分散液中加入0.0132质量份的引发剂，室温下反应24h得到温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶。
进一步地，步骤(14)中的引发剂为过氧化月桂酰。
进一步地，步骤(11)中的交联剂为过氧化二异丙苯。
进一步地，步骤(2)中所述集料包括粒径范围小于5mm的细集料以及粒径范围为10～31.5mm的粗集料，细集料与粗集料的质量比为25:50.2。
具体实施例3
一种耐磨抗干缩混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶；
(2)称量75质量份的集料与167质量份的水泥混合均匀得到混合粉料；
(3)依次向步骤(2)中的混合粉料中加入0.5质量份的步骤(1)得到的温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶、7.8质量份的水，拌合均匀后即可得到耐磨抗干缩混凝土。
进一步地，步骤(1)包括：
(11)将0.2质量份的交联剂加入到8质量份的去离子水中，继续搅拌15分钟得到均匀的分散液；
(12)一边搅拌，一边向步骤(11)得到的分散液中加入1质量份的N,N-二乙基丙烯酰胺，继续搅拌15分钟得到均匀的分散液；
(13)一边搅拌，一边向步骤(12)得到的分散液中加入0.2质量份的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯，继续搅拌15分钟得到均匀的分散液，
(14)将步骤(13)得到的分散液置于冰水浴中，然后向分散液中加入0.01质量份的引发剂，室温下反应24h得到温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶。
进一步地，步骤(14)中的引发剂为过硫酸钠。
进一步地，步骤(11)中的交联剂为甲基丙烯酸。
进一步地，步骤(2)中所述集料包括粒径范围小于5mm的细集料以及粒径范围为10～31.5mm的粗集料，细集料与粗集料的质量比为25:50。
对比例1：
与具体实施例1的区别仅仅在于未添加温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶。
效果分析：
混凝土的干燥收缩试验用试件尺寸为100mm×100mm×515mm，两端预埋测头，混凝土成型ld拆模后，在标准养护室养护2d，取出测定初长，然后放入干燥室内中测定7d、28d、60d、90d的收缩率(测长的龄期从放入干燥室内时算起)，混凝土的自由收缩用螺旋千分尺测定，精度lμm，试验结果见表1；
混凝土的耐磨性测试方法按照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中T 0567水泥混凝土耐磨性试验方法进行，试验结果见表2；
混凝土力学性能检测参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，试验结果如表3所示。
干燥收缩试验：
表1表明，与对比例1没有添加温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶的混凝土相比，温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶的掺入(实施例1-3)能有效地降低混凝土的干燥收缩值，对混凝土早期收缩的改善尤为明显。
表1干燥收缩试验结果
耐磨性能试验：
表2为掺有温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶混凝土的耐磨性能。
表2混凝土的耐磨性能
可见，将温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶掺入水泥混凝土中(实施例1-3)，水泥混凝土的耐磨性能得到明显改善.
力学性能试验：
表3为掺有温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶水泥混凝土的力学性能试验结果。结果表明，温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶掺入到混凝土中，混凝土的抗折强度有所增长，抗压强度影响不大。
表3水泥混凝土的力学性能
以上结果表明，将温度/pH双重敏感性纳米复合水凝胶掺入到混凝土中，混凝土的抗干缩、耐磨性等比普通水泥混凝土性能提高可达15％。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。