一种超高性能混凝土用粗骨料表面处理装置及使用方法与流程

本发明属于超高性能混凝土用粗骨料处理，具体而言，涉及一种超高性能混凝土用粗骨料表面处理装置及使用方法。

背景技术：

1、随着现代建筑技术的不断进步，超高性能混凝土(uhpc)作为一种新型高性能材料，正逐步在建筑、桥梁、隧道等工程领域展现出其独特的优势。而超高性能混凝土的成功制备，离不开粗骨料与浆体这两个关键组成部分的精心选择和科学配比。

2、uhpc结构在使用过程中承受的荷载超过其设计极限时，可能会导致材料破坏。这包括静态荷载(如建筑物自重、设备重量等)和动态荷载(如交通、风压、地震等)。破坏形式主要表现为裂缝的形成和扩展，最终可能导致结构失效。而究其根本，uhpc的破坏位置通常可以分为以下三种类型：粗骨料破坏、水泥浆体破坏和粗骨料与水泥浆体的粘结面破坏。通常情况下粗骨料和水泥浆体的强度较高，只有在极端情况才会发生材质本身破坏。而粗骨料与水泥浆体的粘结面破坏是最常见的，这是因为骨料与浆体的粘结面存在界面过渡带，这个区域的微观结构相对较弱，易于成为应力集中的部位。由于这个过渡带的强度和密度通常低于骨料和浆体本身，因此在受到拉伸、剪切或弯曲荷载时，粘结面容易先发生破坏。更为严重的是，粗骨料表面较为光滑，难以使水泥浆体附着，大大弱化了此粘结面的强度。此外，由于构成uhpc的材料差异性(如骨料的硬度通常高于水泥浆)，导致界面处的应力集中，增加了粘结面破坏的可能性。因此，在uhpc结构中，粘结面的破坏是最为常见的一种破坏形式。

3、经过研究发现，粗骨料与水泥浆体的粘结面破坏会导致混凝土的整体抗压强度下降，影响混凝土的承载能力和工程安全性。同时会降低混凝土的表面硬度和抗磨损性能，降低混凝土的耐磨性。从微观角度上讲，粘结不良引起的微观空隙使得混凝土更容易发生裂缝，降低了混凝土的耐久性和使用寿命。

4、若改善此问题，势必可以有效提高uhpc的抗压强度，增加工程结构的承载能力；同时，还可增强uhpc的耐久性，强大的粘结能够降低混凝土的渗透性和开裂倾向，提高混凝土的耐久性和使用寿命。此外，还能改善结构的抗震性能，良好的界面粘结可以有效减缓地震荷载对混凝土结构的影响，提高抗震性能，保障工程安全。

5、鉴于以上问题，研发一种增加粗骨料表面粗糙度，即改善粗骨料与水泥浆体之间粘结面的装置和方法变的十分迫切和必要。这种装置可以全自动化进行粗骨料的清洗、检测和预处理，使光滑的粗骨料表面变得更加凹凸不平，并且可以机械化控制粗骨料表面的形状，定向改善粗骨料表面附着物的尺寸，以便更好地提升uhpc的强度，从而增加结构的安全性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种超高性能混凝土用粗骨料表面处理装置及使用方法，能够解决现有技术缺乏能够实现自动化进行粗骨料的清洗、检测和预处理，使光滑的粗骨料表面变得更加凹凸不平的装置及方法。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明的第一方面提供一种超高性能混凝土用粗骨料表面处理装置，其中，包括：储料桶、一次清洁组件、传送带、覆膜组件、改性池、脱膜组件、反应池、二次清洁组件、集料桶和信号采集与控制组件；其中，

4、所述储料桶用于储存待处理的粗骨料,并将其传送到一次清洁组件；

5、所述一次清洁组件用于对粗骨料进行反应前的表面彻底清洁,去除表面杂质和污染；

6、所述覆膜组件用于在清洁后的粗骨料表面覆盖热缩膜,形成一个保护层；

7、所述改性池用于将覆膜后的粗骨料浸入改性液中,使需要改性的部位与改性液接触并发生反应,而未反应区域被热缩膜保护；

8、所述脱膜组件用于使用刀片割开覆盖在粗骨料表面的热缩膜,并分别用上下两个卷轴回收热缩膜,为下一步进入反应池做准备；

9、所述反应池用于浸没脱膜后的粗骨料,使反应池内的溶液与反应区的粗骨料发生反应；

10、所述二次清洁组件用于对经过反应的粗骨料进行二次深度清洁；

11、所述集料桶用于收集处理完成的粗骨料,作为后续制备超高性能混凝土的原料；

12、所述信号采集与控制组件用于对粗骨料表面处理的各个工艺环节进行监测和自动化控制。

13、在上述技术方案的基础上，本发明的一种超高性能混凝土用粗骨料表面处理装置还可以做如下改进:

14、其中，所述储料桶具有放料口，所述放料口用于将粗骨料放至一次清洁组件端部的传送带上；所述一次清洁组件端部用于将粗骨料传送至覆膜组件端部的传送带的热缩膜上；所述改性池位于覆膜组件与脱膜组件之间；所述反应池位于脱膜组件与二次清洁组件之间；所述集料桶位于所述二次清洁组件传送带端部的下方；所述信号采集与控制组件通过信号线与各组件通讯连接。

15、进一步的，所述一次清洁组件和二次清洁组件具有同样的结构，均包括一次喷淋区、深度清洁区、二次喷淋区、排水孔和热风机；所述一次喷淋区和二次喷淋区包括高压喷头；所述深度清洁区包括多角度滚刷；所述多角度滚刷包括横轴转动和竖向转动的清洁刷，用于自动无死角刷洗粗骨料各表面。

16、进一步的，所述覆膜组件包括热缩膜、拱形翻膜板、限位板、热风机；所述热缩膜上设置有预留孔；所述拱形翻膜板两侧边和传送带两侧的竖向侧板固定，上部呈入口大、出口小的穹顶形；传送带在拱形翻膜板处由宽变窄；原先平铺在传送带上的热缩膜经过拱形翻膜板后，一侧随拱形翻膜板的穹顶翻上去覆盖在粗骨料上；所述限位板包括固定板、限位弹簧、斜板和直板；所述固定板固定在传送带两侧的竖向侧板上，固定板与斜板铰接，并有弹簧连接，弹簧给斜板推力；所述直板与斜板固定连接，与传送带两侧的竖向侧板平行；粗骨料经过限位板处时，限位板通过弹簧压力将热缩膜覆盖住的粗骨料紧紧靠在热缩膜内侧。

17、热缩膜覆盖住的粗骨料经过热吹风区，热缩膜在热风机吹出的高温热风作用下发生收缩，紧紧包裹并贴合到粗骨料的所有外表面上；

18、覆膜后粗骨料之间的热缩膜收缩成较细的绳状，但不发生断裂，各覆膜后粗骨料之间通过收缩后热缩膜连接在一起。

19、进一步的，所述改性池内有改性液；所述改性池低于覆膜组件的传送带的高度；覆膜后粗骨料到达改性池位置时会向下垂并完全浸没在改性液中，这时覆膜后粗骨料的反应区通过预留孔使此部分的粗骨料表面直接与改性液接触并发生反应，而未反应区由于有热缩膜的无孔区进行保护，使未反应区的粗骨料表面不能与改性液接触进而不能发生反应。

20、所述改性池和热缩膜的材质均不与改性液发生反应。

21、进一步的，所述脱膜组件包括限位板、弹簧刀片、卷轴和电动机；所述限位板的直板上固定有刀片；所述弹簧刀片固定在传送带竖向侧板上，弹簧通过压缩或伸长使弹簧刀片能与不同粒径的粗骨料保持接触；所述弹簧刀片和直板上的刀片位于粗骨料两侧的相同高度上，将粗骨料表面包裹的热缩膜的两侧用刀片割开而分成上、下两部分；所竖脱膜组件的传送带端部上、下各有一根卷轴，卷轴通过电动机驱动而转动；上、下卷轴分别回收被刀片割开的热缩膜的上、下两部分；所述脱膜组件传送带的高度高于反应池的上边缘；脱膜后的粗骨料从所述上、下卷轴之间移至反应池中。

22、所述由电动机驱动而发生转动的卷轴，通过转动、回收割开的热缩膜，将覆膜后粗骨料从反应池中拉到脱膜组件的传送带上，为覆膜后粗骨料及热缩膜的移动提供了拉力。

23、进一步的，所述反应池包括反应池外壁、沥水盒和液压升降杆；所述沥水盒位于所述反应池中，底部开有小孔；所述液压升降杆上端与传送带两侧竖板铰接，下端与所述沥水盒的侧壁铰接。

24、进一步的，所述信号采集与控制组件包括计算机、控制器、探头和信号线。

25、进一步的，所述二次清洁组件的端部装有探头，用于对粗骨料表面产生的二氧化硅的位置、尺寸和形状进行检测，并将数据保存至所述计算机中。

26、本发明的第二方面提供一种超高性能混凝土用粗骨料表面处理装置的使用方法，其中，使用上述的超高性能混凝土用粗骨料表面处理装置，所述方法包括以下步骤：

27、第一步：通过计算机控制储料桶，依次释放出所需粗骨料至一次清洁组件的传送带上；

28、第二步：传送带将粗骨料输送至一次清洁组件的一次喷淋区，计算机自动控制喷头将蒸馏水喷洒到粗骨料表面上，冲洗粗骨料表面灰尘和杂质；

29、第三步：粗骨料输送至深度清洁区，多角度滚刷将粗骨料表面各处刷洗干净；

30、第四步：粗骨料输送至一次清洁组件的二次喷淋区，计算机自动控制喷头将粗骨料表面上残留的灰尘彻底冲洗干净；

31、第五步：粗骨料经过一次清洁组件的热吹干区，热风机将粗骨料吹干，以完全清除水分；

32、第六步：粗骨料输送至覆膜组件中的带有不同镂空形状热缩膜的覆盖区，传送带端口带有拱形翻膜板，热缩膜经过此处后自动翻折覆盖在粗骨料上，将粗骨料上下面完全覆盖；

33、第七步：粗骨料经过限位板处时，限位板通过弹簧压力将热缩膜覆盖住的粗骨料紧紧靠在热缩膜内侧；

34、第八步：热缩膜覆盖住的粗骨料经过热吹风区，热缩膜在热风机吹出的高温热风作用下发生收缩，紧紧包裹并贴合到粗骨料的所有外表面上；

35、第九步：将热缩膜覆盖住的粗骨料浸泡在改性池中的硅烷偶联剂溶液中，充分与粗骨料的反应区进行反应；

36、第十步：将浸泡过硅烷偶联剂溶液的覆膜后粗骨料传送至热缩膜拆解区，脱膜组件中的两侧分别为带压力弹簧的刀片和带刀片的限位板，将表面包裹热缩膜的粗骨料两侧用刀片割开，上下卷轴分别回收被刀片割开的热缩膜；

37、第十一步：将脱膜后的粗骨料浸泡在含有纳米二氧化硅溶液的反应池中，使粗骨料的反应区充分吸附纳米二氧化硅；

38、第十二步：提升反应池中沥水盒的液压升降杆，将沥水盒中吸附纳米二氧化硅的粗骨料倾倒在二次清洁组件的一次喷淋区，将松散的纳米二氧化硅冲洗掉；

39、第十三步：输送冲洗后的反应后粗骨料至深度清洁区，利用多角度滚刷将反应后粗骨料表面刷洗干净；

40、第十四步：在二次清洁组件的二次喷淋区，再次冲洗反应后粗骨料表面，确保纳米二氧化硅在粗骨料的反应区粘结牢固；

41、第十五步：将清洁完成的反应后粗骨料吹干水分，运送至集料桶，备用。

42、与现有技术相比较，本发明提供的一种超高性能混凝土用粗骨料表面处理装置及使用方法的有益效果是：本装置和方法可以全自动化进行粗骨料的清洗、检测和预处理，根据设计需要，通过在粗骨料表面的指定位置生成指定形状和尺寸的生成物，使粗骨料表面变得更加凹凸不平，增加粗骨料表面的粗糙度，提高粗骨料与水泥浆体的粘结强度，进而更好地提升uhpc的强度，增加结构的安全性。