一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置及施工方法

本发明涉及混凝土施工，涉及一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置及施工方法。

背景技术：

1、当前的水泥混凝土路面施工工艺一般包括：骨料清洗与筛选→新拌混凝土制备→运输→模板安装→安设传力杆→摊铺→振捣(振捣棒)→找平→抹面→养护与填缝。上述工艺并不简单，但常规水泥混凝土面层存在结构寿命较短、服役性能远低于预期的问题，此外长时间使用后需对其进行维护保养，而常规水泥混凝土面层维修困难且维护成本高。

2、利用聚合物改性混凝土可以提高混凝土韧性及粘结强度，赋予混凝土优异的耐磨性、耐腐蚀性、耐冻融等性能，然而，聚合物的高成本是制约其大量应用的一个重要因素。因此，为兼顾混凝土路面的性能改善与经济效益，考虑到混凝土路面面层上部受剪受压、下部受拉的荷载作用形式，针对面层结构中易破坏部分进行聚合物的局部富集，而在其余部分减少聚合物含量，实现聚合物在面层结构中的梯度分布，无疑将在提高混凝土路面面层性能的同时极大降低聚合物掺量。cn 102152397 a提供了一种梯度分布聚合物乳液改性砂浆和混凝土的制备方法，其在较少聚合物乳液掺量下，提高砂浆和混凝土表面层密实性、防水性、抗氯离子渗透性、抗拉强度，一定程度上降低了聚合物在混凝土领域的应用门槛。但如何在工程上高效地实现聚合物改性混凝土梯度分布的应用仍是其工程应用面临的一大难题。

3、关于磁场在混凝土领域的应用，cn 14023525 a公开了一种基于交变磁场效应的混凝土养护装置及养护方法，其作业机理是在混凝土养护作业中利用交变磁场影响硬化混凝土的微观结构，使混凝土基体中的微观带电粒子向交变磁场方向运动，促进水泥水化反应，从而增强了混凝土强度；cn 203919362 u公开了一种制备磁化混凝土的装置，其是通过对配置混凝土的水进行磁化，能够在混凝土强度不降低的前提下，节省水泥用量。上述方法难以实现聚合物改性混凝土梯度分布的工程应用。

4、因此，开发一种操作简单且成本低廉的实现聚合物改性混凝土梯度分布的施工设备极具现实意义。

技术实现思路

1、由于当前难以在工程上高效地实现聚合物改性混凝土梯度分布的应用的缺陷，本发明提供了一种操作简单且成本低廉的实现聚合物改性混凝土梯度分布的施工设备，具体为一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置及施工方法，本发明设计了一种特殊的聚合物改性水泥混凝土路面的施工设备并配合特殊的混凝土路面施工方法，实现磁响应乳液粒子在外加刺激下的定向移动与局部富集，使其能够在保证聚合物改性混凝土路面性能的同时大大降低整体成本。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，包括磁铁、基座、垂直支架及水平支架；

4、所述基座整体呈长方形框状结构(基座的中间中空以便路面施工时，磁铁垂直向下方向的正常作业)且基座水平布置，其相对的两侧安装有两条相互平行的滑轨，所述滑轨上布置有与滑轨滑动连接的滑块且滑块位于基座中空部处，所述滑块上安有用于驱动滑块沿滑轨滑动的滑块驱动电机，所述滑块的底部安有磁铁，基座与滑轨两端对应的前、后侧均安装有与基座垂直的垂直支架，垂直支架远离基座端与水平支架固定且水平支架水平布置，水平支架的底部安有行走轮。

5、通过磁铁与框架的双向定向移动实现对水泥混凝土路面的全面覆盖施磁，同时装置可与多种路面施工设备联用，实现机械化高效路面施工。

6、本发明的基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，首次为混凝土施工领域提供一种工程用磁场处理混凝土设备，解决了当下国内外关于水泥混凝土路面的施工设备不能满足在施工同时施加外加磁场刺激的需要，其结构设计合理，以该设备能够向浇筑的水泥混凝土路面施加外加磁场刺激，磁铁可在滑块驱动电机的驱动下匀速运动同时与施工装置的牵引配合即可快速高效地完成对水泥混凝土路面(如本案申请人在先申请的cn102152397a所记载的梯度分布聚合物乳液改性混凝土)的定向富集，使得聚合物乳液在水泥混凝土路面的上表面富集，以提高水泥混凝土路面易发生损坏部位的结构强度，能够大大降低聚合物的用量，降低整体成本，应用前景好。

7、作为优选的技术方案：

8、如上所述的一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，所述磁铁为电磁铁或永磁体，其磁场强度为300～20000gs，以满足施工的安全性和聚合物乳液梯度分布的可控性；

9、所述滑块的移动速度为0.1～1m/s；

10、所述施工装置作业时的前进速度为0.05～20cm/s。

11、如上所述的一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，所述基座的一侧安有至少两根垂直支架且该侧的所有垂直支架同时与一水平支架固定连接；

12、所述水平支架的底部安有至少两个行走轮且多个行走轮沿着水平支架的长度方向依次布置。

13、如上所述的一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，所述行走轮为万向轮，方便调整施工装置的前进方向。

14、如上所述的一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，所述基座安有滑轨的一侧固定有牵引环。

15、如上所述的一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，所述基座由多条框架杆单体拼接而成，可根据需求拼装以适配不同宽度的水泥混凝土路面；

16、所述滑轨由多根滑轨单体拼接而成；

17、所述框架杆单体和滑轨单体上设有彼此匹配的卡接组件a，滑轨与基座通过卡接组件a卡接固定，滑轨单体与框架杆单体卡接固定，安装便捷且适用性好，可根据需要拼装以提高其适用性；

18、所述框架杆单体和牵引环上设有彼此匹配的卡接组件b，牵引环与框架杆单体卡接，安装便捷性好，当然牵引环也可直接与基座焊接，本领域技术人员可根据需要选择固定形式；

19、所述滑轨单体的长度为30～200cm；

20、所述滑轨的总长度为3～15m。

21、如上所述的一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，所述垂直支架的长度可伸缩；

22、所述施工装置作业时磁铁与作业面的距离为0.5～50cm，伸缩式垂直支架方便调整磁铁在水泥混凝土路面的工作距离；

23、所述滑块驱动电机的功率为0.2～5kw。

24、上述整个施工装置均为不锈钢结构，以避免磁铁对装置自身造成的不利影响。

25、本发明还提供如上所述的一种基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置的施工方法，包括以下步骤：

26、(1)根据现场设计需要调整所述水泥混凝土路面施工装置的垂直支架的长度并确定滑块在滑轨上的滑动区域；

27、(2)在目标施工区域安装振捣摊铺一体机并浇筑磁响应型聚合物乳液改性混凝土；

28、(3)通过牵引环将水泥混凝土路面施工装置挂接在振捣摊铺一体机的后侧；

29、(4)开启振捣摊铺一体机和水泥混凝土路面施工装置，振捣摊铺一体机拉动水泥混凝土路面施工装置作业，完成水泥混凝土路面的施工，振捣摊铺一体机与水泥混凝土路面施工装置配合能够在路面施工的同时施加外加磁场，大大缩短了整套施工工艺时间，在水泥混凝土路面施工装置的磁铁产生的磁场作用下，改性混凝土中的乳液粒子迁移效率得到了提高，最大化乳液粒子在面层局部富集，进而提高水泥混凝土路面的力学性能。

30、本发明的水泥混凝土路面施工装置还可与其它路用设备协同联用(如制作混凝土板的滑模机、摊铺混合料的水泥混凝土摊铺机、对铺层进行振实、整平和抹光的路面整型机以及进行路面切缝、填缝、拉毛的辅助机械等)，以在路面施工时同步施加外加磁场，缩短施工工期。

31、作为优选的技术方案：

32、如上所述的施工方法，所述水泥混凝土路面施工装置作业时的作业参数如下：

33、水泥混凝土路面施工装置的前进速度为0.05～20cm/s，磁铁的磁场强度为300～20000gs，磁铁与作业面的距离为0.5～50cm，滑块的移动速度为0.1～1m/s。以上参数—磁场强度、滑块移动速度、磁铁与作业面的距离及施工装置前进速度相互配合才能确保为水泥混凝土提供合适的磁场，使得聚合物乳液在水泥混凝土路面的上表面充分富集，进而提高水泥混凝土路面易发生损坏部位的结构强度。

34、如上所述的施工方法，所述目标施工区域与水泥混凝土路面施工装置行进方向的两侧设有用于限制行走轮行进方向的限位轨以免作业时水泥混凝土路面施工装置发生左右晃动，影响施工质量，进而影响水泥混凝土路面的力学性能。

35、以上技术方案仅为本发明的一种可行的技术方案而已，本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求合理调整具体设计。

36、上述发明具有如下优点或者有益效果：

37、(1)本发明的基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，首次为混凝土施工领域提供一种工程用磁场处理混凝土设备，解决了当下国内外关于水泥混凝土路面的施工设备不能满足在施工同时施加外加磁场刺激的需要；

38、(2)本发明的基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，与磁响应型聚合物乳液改性混凝土配合，可快速高效地完成对聚合物乳液在水泥混凝土路面的定向富集以提高水泥混凝土路面易发生损坏部位的结构强度，能够大大降低聚合物的用量，降低整体成本，进而促进聚合物乳液改性混凝土在水泥混凝土路面的进一步应用；

39、(3)本发明的基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，能有效解决普通水泥混凝土路面耐磨性差、抗开裂性能不足及聚合物改性混凝土应用成本高等痛点，有效延长水泥混凝土路面的服役时间，极大降低混凝土路面的维护成本；

40、(4)本发明的基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，可与振捣摊铺一体机实现良好的协同，改善水泥混凝土的流动性，提高磁性乳液粒子的迁移效率，进而增强水泥混凝土路面性能，起到了“1+1>2”的效果；

41、(5)本发明的基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置，能够常规水泥混凝土路面已成熟的施工设备联用，如滑模机、振捣机、路面整型机等，不对原来的施工工艺造成影响，降低施工时间；

42、(6)本发明的基于外加磁场的水泥混凝土路面施工装置的施工方法，操作简单，自动化程度高，作业效率高，人力成本低廉，应用前景好。