一种无机结合料稳定材料加速养生技术的制作方法

本发明属于用于养护、凝固或硬化的方法，具体涉及一种无机结合料稳定材料加速养生技术。

背景技术：

1、无机结合料稳定材料是一种混合料，通过将集料与水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料加水拌和，经压实与养生后得到，由于其强度高、稳定性好、结构本身自成板体的优异性能，被广泛应用于各级公路及城市道路基层中。

2、然而基于无机结合料稳定材料性能随龄期而增长的客观事实，现行施工规范中对无机结合料稳定材料弯拉强度、回弹模量等性能均有龄期要求(水泥类养生龄期为90d，石灰类养生龄期为180d)，这与现阶段高速发展的交通基础设施建设需求产生极大矛盾。现行国家标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(jtg 3441-2024)中给出了无机结合料稳定材料的标准养生和快速养生方法，其中快速养生方法中确认对应短龄期过程繁琐，同时以抗压强度来建立强度-龄期曲线的方法仍有待商榷。

3、目前，针对无机结合料稳定材料养生过程的研究大多集中在养生过程对材料性能变化的影响规律，鉴于材料的多样性及环境的复杂性，尚未形成完整统一的结论。相关报道主要集中在现场施工工艺及养生装置的改进提升方面，对养生方法的关注度较低。

4、开发新型高效的无机结合料稳定材料加速养生技术，有利于指导工程设计施工，大幅提高工程建设效率，还能带来良好的社会经济效益，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种无机结合料稳定材料加速养生技术，该方法可大幅缩减无机结合料稳定材料的养护时间，具有工艺简单，结合料性能稳定等优点，可用于指导工程设计施工、提高工程建设效率，具有较高的社会经济效益。

2、为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种无机结合料稳定材料加速养生技术，其采用阶段性养生方法实现无机结合料稳定材料的加速养生，具体步骤如下：

4、第一阶段：将无机结合料稳定材料置于相对湿度为95～100％的环境下，室温下以20～30℃/h的升温速率升温至60～80℃，保温养护，第一阶段养护时间(含升温过程消耗时间)为3～5h；

5、第二阶段：在相对湿度为95～100％的环境下，以20～30℃/h的降温速率降温至20～30℃，保温养护，第二阶段养护时间(含降温过程消耗时间)为24～72h；

6、第三阶段：在相对湿度为60～80％、空气压强为材料强度设计值的80％以上且不超过2.5mpa的环境下，以20～30℃/h的升温速率升温至60～80℃，保温养护，第三阶段养护时间(含升温过程消耗时间)为72～336h。

7、按上述方案，所述无机结合料稳定材料包括石灰稳定类材料、水泥稳定类材料和工业废渣(如粉煤灰)稳定类材料。

8、按上述方案，所述相对湿度为95～100％的环境通过雾化喷淋方式实现，禁止用水浸泡。

9、按上述方案，所述无机结合料稳定材料为水泥稳定类材料时，第一阶段、第二阶段和第三阶段养护温度取下限值，所述无机结合料稳定材料为其它稳定类材料时，第一阶段、第二阶段和第三阶段养护温度取上限值。

10、按上述方案，所述无机结合料稳定材料为水泥稳定类材料，且材料强度设计值高于3.0mpa时，第一阶段和第二阶段养护时间取中间值，材料强度设计值低于3.0mpa时第一阶段和第二阶段养护时间取下限值；所述无机结合料稳定材料为其它稳定类材料时，第一阶段和第二阶段养护时间取上限值。

11、按上述方案，第三阶段空气压强为材料强度设计值的80％以上且不超过2.5mpa的环境，加压速率为0.2±0.02mpa/h，稳压过程中压力波动值不超过±0.2mpa。

12、按上述方案，所述第三阶段养护时间按下式(1)和式(2)计算：

13、m标≤t1×t1+k2×t2×t2+k3×t3×t3×k4           (1)

14、k3＝p/p0                                 (2)

15、上式中，m标为无机结合料稳定材料的标准养生成熟度，水泥稳定类材料取42720℃·h，其它稳定类材料取85920℃·h，m标确定方法：水泥稳定类材料20℃×89(d)×24h＝42720℃·h(最后1天浸水，不计入养护时间)，其它稳定类材料20℃×179(d)×24h＝85920℃·h；

16、t1、t2、t3分别为第一、二、三阶段养护时间，h，t3值根据上式计算结果向上取整数，且≥72h；

17、t1、t2、t3分别为第一、二、三阶段养护温度，℃；

18、k2为第二阶段反应系数，取值为4.029；

19、k3为第三阶段气压反应系数；

20、k4为第三阶段结构反应系数，水泥稳定类材料取0.35，其他无机结合料稳定材料取0.5；

21、p为养护空间内的空气压强，mpa；

22、p0为标准大气压(101.325kpa)，mpa。

23、本发明还包括上述无机结合料稳定材料加速养生技术在混凝土领域的应用。

24、水泥水化分为三个阶段：第一阶段(起始期+诱导期)为溶解或快速水化阶段，水泥颗粒与水接触后，水泥颗粒的表面开始溶解，释放出钙离子、硅酸根离子和氢氧根等离子体，这些离子体与水中存在的离子体反应形成水化产物，此过程在几分钟到几小时内完成；第二阶段(加速期)为中等水化阶段，水泥颗粒继续与水反应，形成更多水化产物，水泥中的硅酸盐矿物质逐渐水解和晶化，形成水泥石骨架，此过程在几小时到几天内完成；第三阶段(减速期+衰减期)水泥颗粒与水的反应逐渐减缓，只有少量水化反应发生，此过程可以持续几个月或者几年，水泥石的强度和硬度仍会增加，但速度非常缓慢。

25、本发明基于无机结合料稳定材料的强度形成机理，提出了分阶段养生的方法并通过养生成熟度控制养生效果，实现无机结合料稳定材料的加速养生，通过调节各阶段养生条件(温度、湿度及空气压力)，最大程度上实现无机结合料稳定材料性能的快速提升，以水泥稳定类材料为例，第一阶段养生过程中，实质就是通过高温、高湿环境为水泥稳定类材料提供充足的水分子，加快水泥颗粒的溶解和离子交换，养生时间确定为3～5h；第二阶段中，水泥水化是放热反应，因此降低环境温度，同时保持高湿环境，促进水化反应正向进行和晶核的充分生长，形成完整的三维骨架结构，持续1～3d；第三阶段养护时间则是依据成熟度公式来计算确定，并根据无机结合料稳定材料孔隙发达这一特性，通过施加高压及高温环境养护，一方面较传统养生方法可物理层面上提升结构致密性，更为重要的是水分子能够更容易地进入到结构内部，使得原本缓慢由外向内逐步反应的过程可以内外同时发生，因此在很大程度上加快了无机结合料稳定材料骨架密实结构的形成，并基于成熟度公式控制材料养生时间，保障测试结果准确可靠地反映材料本身性能，从而实现缩短无机结合料稳定材料的养护龄期这一目标。

26、相应地，其他无机结合料稳定材料(如石灰、粉煤灰稳定材料)，结构强度来源于石灰、粉煤灰中的离子交换作用形成凝聚-结晶网状结构，也存在氢氧化钙与二氧化碳反应形成碳酸钙的固结作用，相较于水泥的水化反应，其反应速率较为缓慢，因此在本发明中养护时间均采用上限。

27、本发明每一阶段养生环境温度采用渐变模式，升/降温速率为20～30℃/h，环境温度的快速变化会造成材料内部和表面出现温度差，导致材料内外部性能出现差异，降低材料性能的整体均匀性；另一方面，温差过大的部位，会形成应力集中，容易发生脆性断裂，材料强度下降。

28、目前，在水泥混凝土养生方面，已有的成熟度方程如nuese-saul成熟度方程、基于arrhenius函数的等效龄期成熟度函数均极为复杂，本发明提供的成熟度计算公式仅以养护温度和时间的乘积表示，计算简便。第一阶段和第二阶段的养生温度、养生时间确定后，根据式(1)和式(2)计算第三阶段的养生时间。养生成熟度主要是对第三阶段的养生时长的控制，本发明的核心目的是在保障无机结合料稳定材料性能的前提下，缩短其养生时间，以提高试验效率，避免耽误施工进度。

29、本发明具有以下有益效果：

30、1.本发明充分利用了水泥水化、粉煤灰等无机结合料的结晶作用和离子交换作用的基本原理，设计了满足反应快速充分的正向环境条件，并基于成熟度公式保证测试结果准确可靠地反映材料性能，对于指导工程设计施工、提高工程建设效率，具有重要的社会经济效益，现有养生方法需要养生3个月，对于设计、施工延误非常严重，本发明养生技术可大幅缩减工程建设周期，降低建设成本。

31、2.本发明养生技术具备工艺简单、得到的结合料性能稳定等优点，易于实施，可行度高。