CN102060488A - 一种抗扰动混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗扰动混凝土，其原料包括如下重量份的组分：水泥100，粉煤灰10－100，其他矿物掺合料1－40，抗扰动外加剂1－10，聚羧酸减水剂1－6，细骨料190－480，碎石200－480，水30-80。本发明通过优化配比，采用具有高减水率、高保水、早强的聚羧酸减水剂、不同矿物掺合料与抗扰动外加剂复合使用，解决了普通混凝土早期强度低、初凝与终凝时间间隔长等缺点；大大提高了混凝土早期抗扰动、抗裂性和耐久性。

Description

一种抗扰动混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗扰动混凝土及其制备方法。属于交通、桥梁、道路等各种受到扰动的修补加固工程技术领域。
背景技术
混凝土是目前世界上应用最大宗的人造建筑材料，被广泛应用于公路、桥梁、隧道、地下等工程中。随着经济的快速发展，各地交通流量也在不断地增加，特别在我国西部地区交通道路上，在役桥梁由于交通运输量、汽车载重量吨位的增加及环境侵蚀等因素影响，桥梁病害日趋严重，已经无法满足现在交通的要求，迫切需要及时加固和改造。
交通流量对修补加固混凝土早期产生很大的影响，常易产生扰动裂缝。在不中断交通的情况下，车辆的移动使得普通修补加固混凝土受到拉应力、压应力及受迫振动而产生的荷载裂缝，严重影响了修补后桥梁的使用性能。出现病害的桥梁在修补的过程中，如果有交通的需求的话，就无法在中断交通的情况下进行受损部位的修补。西部地区交通量较大，封闭交通会增加车辆绕行距离，社会影响较大，有时候根本不允许封闭交通后对桥梁进行加固。如何在交通不中断或对交通影响较小条件下对混凝土结构进行加固、修补是目前交通工程中迫切需要解决的难题之一。因此，研究一种在交通不中断的情况下，新型的抗交通扰动混凝土材料对混凝土路面、桥面进行加固、修补具有重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于从交通车辆运行引起的扰动模式及其机理出发，采用抗扰动混凝土外加剂与合理的混凝土原材料如，矿物细掺料、高效外加剂等，经合理配比设计后，配制出一种高抗交通扰动、高早期强度、高抗裂性、高流动性、高粘结性、高耐久性等性能的抗扰动混凝土。
为了实现上述目的，本发明通过优化配比，采用具有高减水率、高保水的聚羧酸减水剂与抗扰动外加剂复合使用，解决了普通混凝土早期强度低、初凝与终凝时间间隔长等缺点；采用粉煤灰与硅灰、矿粉等复合矿物掺合料，提高了混凝土早期抗扰动、抗裂性和耐久性。
本发明具体的的技术方案是：
一种抗扰动混凝土，其特征在于，其原料包括如下重量份的组分：
水泥                  100
粉煤灰                10-100
其他矿物掺合料        1-40
抗扰动外加剂          1-10
聚羧酸减水剂          1-6
细骨料                190-480
碎石                  200-480
水                    30-80。
所述水泥为硅酸盐水泥，其强度不低于42.5强度等级。
所述粉煤灰为二级粉煤灰或一级粉煤灰，可以为高钙灰或普通灰。所述粉煤灰在上述混凝土中的重量份优选为10-12。
所述其他矿物掺合料可以是石灰石粉、磨细水淬高炉矿渣粉(磨细矿粉或矿渣微粉)或硅灰；其细度在100目以上，或比表面积大于4000cm2/g。；所述其他矿物掺合料在上述混凝土中的重量份优选为4-6。
所述聚羧酸减水剂是具有、早强、高减水、保水的聚羧酸减水剂，固含量应大于20％。所述聚羧酸减水剂在上述混凝土中的重量份优选为1-2。
所述细骨料选用河砂或机制砂。河砂应选用级配良好的中砂(细度模数为3.0～2.3，平均粒径为0.5～0.25mm的砂石)；由于机制砂颗粒级配不良，颗粒分布往往表现为中间少、两头多；因此，机制砂中大于5.0mm和小于0.08mm的颗粒(石粉)应控制在10％以内。所述细骨料在上述混凝土中的重量份优选为190-230。
所述碎石的粒径不超过25mm，优选最大粒径为20mm。碎石中针片状含量应小于5％，含泥量小于1％。碎石石子可为连续级配或间断级配。对间断级配，不同的级配段：5-10mm、10-16mm、16-20mm、20-25mm应进行优化配比。所述碎石在上述混凝土中的重量份优选为200-230。
本发明中，采用的抗扰动外加剂是一种特种复合外加剂，可使混凝土具有较短的初终凝结时间差、较高的早期强度与低收缩。所述抗扰动混凝土外加剂在上述混凝土中的重量份优选为5-9。
所述抗扰动混凝土外加剂，包括膨胀剂、调凝剂、早强剂、特种矿物掺合料、纤维和石英砂，各组分质量百分比为：
膨胀剂            11～25％
调凝剂            0～0.5％；优选为0.1～0.5％
早强剂            3～7％
纤维              1～3％
特种矿物掺合料    15～60％
石英砂            5～70％。
较佳的，所述抗扰动混凝土外加剂中，各组分的质量百分比为：
膨胀剂            11～20％
调凝剂            0～0.3％；优选为0.1～0.3％
早强剂            3～5％
纤维              1～2％
特种矿物掺合料    15～50％
石英砂            20～60％。
所述抗扰动混凝土外加剂中，所述膨胀剂选自硫铝酸钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂、石灰系膨胀剂或复合膨胀剂，优选复合膨胀剂或硫铝酸钙膨胀剂。所述复合膨胀剂为氧化镁石灰复合膨胀剂。
所述抗扰动混凝土外加剂中，所述调凝剂为乙烯多胺烷基膦酸或乙烯多胺烷基膦酸盐。
所述乙烯多胺烷基膦酸或乙烯多胺烷基膦酸盐的结构通式如下：
Figure BDA0000034492210000031
式中：
Figure BDA0000034492210000041
A、B分别为氢离子或钠离子；
n和m均为大于等于0的整数，优选为0-1000的整数。
优选的，所述乙烯多胺烷基膦酸为乙烯二胺-四甲基膦酸，其分子结构式如下：
Figure BDA0000034492210000042
所述抗扰动混凝土外加剂中，所述早强剂选自硫酸钠、甲酸钙或硝酸钙；优选为甲酸钙或硝酸钙。
所述抗扰动混凝土外加剂中，所述纤维选自聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、纤维素纤维或尼龙纤维中的一种或两种的复合。较佳的，所述纤维的单丝长度不超过12mm；可以是单丝长度均一(如6mm)的纤维，也可以是不同单丝长度的混杂纤维。
所述抗扰动混凝土外加剂中，所述特种矿物掺合料可选用磨细矿渣粉、粉煤灰或硅灰；磨细矿渣粉应是S95级等级或以上，比表面积应大于4000cm2/g；硅灰可以是凝聚态硅灰或普通硅灰，比表面积应大于19000cm2/g；超细粉煤灰选用I级粉煤灰，并进行粉磨加工，使其比表面积应大于7000cm2/g。优选硅灰。
所述抗扰动混凝土外加剂中，所述石英砂的粒径为70-100目。
本发明进一步公开了上述抗扰动混凝土外加剂的制备方法，包括如下步骤：按所述组分的质量百分比，将各原料加入搅拌机中，其中调凝剂最后加入，混合均匀得到抗扰动混凝土外加剂。
本发明进一步公开了上述抗扰动混凝土的制备方法，包括如下步骤：按比例称量各组分，首先将粗细骨料、胶凝材料放入搅拌机，干拌半分钟，然后加入抗扰动外加剂，再干拌半分钟。将聚羧酸减水剂溶入所需的水中，然后加入干混的混合料中，搅拌3-5分钟后，即可形成均匀的、大流动度抗扰动混凝土拌合物。
本发明的有益效果：
本发明通过优化配合比，配制的抗扰动混凝土具有以下独特的性能与优点：
(1)采用具有高减水率、高保水的聚羧酸减水剂，并与抗扰动剂复合使用，很好地解决了普通混凝土易离析、初终凝时间差较长、早期强度低等缺点，具有高抗交通扰动、高早期强度、高抗裂性、高粘结性、高耐久性等优点。
(2)采用了大掺量复合掺合料技术，充分利用了工业废弃物。采用粉煤灰等复合矿物掺合料，总掺量大于胶结料总量的10％，不仅大大提高抗扰动混凝土的和易性，而且提高了其强度与耐久性。
(3)采用不中断交通情况下进行混凝土修补加固的抗扰动混凝土，不仅是混凝土技术上的创新，而且会产生重大经济效益和很好的社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
实施例1～3不同胶凝材料用量下的抗扰动混凝土
制备中，水泥选用重庆科华水泥厂生产的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，粉煤灰选用贵州遵义发电厂生产的一级粉煤灰。聚羧酸减水剂为马贝有限公司生产的聚羧酸盐系超塑化剂SP1，固含量为30％。抗扰动混凝土外加剂为粉剂，掺量在5-8％之间。
本发明的抗扰动混凝土外加剂的制备方法如下：
首先，选择符合规格的各类原材料，对矿物掺合料应检测其细度，粒径应符合规定要求；按表1中选定的组分的重量百分比，称量出各原材料；然后，将称量好的各组分倒入搅拌机，对材料倒入的次序没有要求，调凝剂应最后加入，搅拌3-10分钟，混合均匀即可形成抗扰动混凝土外加剂。
表1抗扰动混凝土外加剂配方(表中单位均为重量百分含量)
Figure BDA0000034492210000051
制备混凝土时，按规定的掺量将上述抗扰动混凝土外加剂掺入混凝土中，具体制备方法为按表2中的比例称量各组分，首先将粗细骨料、胶凝材料放入搅拌机，干拌半分钟，然后加入抗扰动外加剂，再干拌半分钟。将聚羧酸减水剂溶入所需的水中，然后加入干混的混合料中，搅拌3-5分钟后，即可形成均匀的、大流动度抗扰动混凝土拌合物。
表2抗扰动混凝土配方(表中单位均为重量份)
Figure BDA0000034492210000062
其中，碎石石子最大粒径为25mm、5-25mm连续级配，机制砂中大于5.0mm和小于0.08mm的颗粒(石粉)在10％以内。各胶凝材料用量的机制砂抗扰动混凝土性能，见表3。不同龄期的机制砂抗扰动混凝土抗压强度见表4。
表3不同胶凝材料用量下的抗扰动混凝土性能
表4不同胶凝材料用量下的抗扰动混凝土抗压强度
Figure BDA0000034492210000071
由上表可以看出，使用三种不同掺量的胶凝材料，在选择合适减水剂及抗扰动剂的掺量下，优化机制砂抗扰动混凝土配合比参数，配制的桥面抗扰动混凝土均具有较短的初终凝时间差与较高的早期力学性能。在不中断交通条件下，混凝土浇筑后，完全满足了抗交通扰动的要求。
实施例4～5不同抗扰动剂掺量下的抗扰动混凝土的性能
表5不同抗扰动外加剂掺量下的抗扰动混凝土的配方(表中单位均为重量份)
Figure BDA0000034492210000072
其中的抗扰动外加剂为实施例1-3中的1#抗扰动外加剂。不同抗扰动混凝土外加剂掺量下混凝土配合比见表5。不同抗扰动混凝土外加剂掺量的抗扰动混凝土性能见表6。不同龄期的抗扰动混凝土抗压强度见表7。
表6不同抗扰动混凝土外加剂掺量下抗扰动混凝土的性能
Figure BDA0000034492210000073
表7不同抗扰动混凝土外加剂掺量下的抗扰动混凝土抗压强度
Figure BDA0000034492210000081
由上表可见，随着抗扰动混凝土外加剂掺量的增大，抗扰动混凝土的工作性能及力学性能越好，混凝土初终凝时间差及早期抗压强度均达到非常理想的值。抗扰动混凝土外加剂在一定掺量下，优化配合比参数，配制出的高性能的抗扰动混凝土大大提高了抗交通扰动能力，后期各项性能均满足了设计要求。

Claims (10)

1.一种抗扰动混凝土，其特征在于，其原料包括如下重量份的组分：
水泥                100
粉煤灰              10-100
其他矿物掺合料      1-40
抗扰动外加剂        1-10
聚羧酸减水剂        1-6
细骨料              190-480
碎石                200-480
水                  30-80。
2.如权利要求1所述的抗扰动混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥，其强度不低于42.5强度等级。
3.如权利要求1所述的抗扰动混凝土，其特征在于，所述其他矿物掺合料为石灰石粉、磨细水淬高炉矿渣粉或硅灰。
4.如权利要求3所述的抗扰动混凝土，其特征在于，所述其他矿物掺合料的细度在100目以上，或其比表面积大于4000cm2/g。
5.如权利要求1所述的抗扰动混凝土，其特征在于，所述细骨料选用河砂或机制砂。
6.如权利要求1所述的抗扰动混凝土，其特征在于，所述碎石的粒径不超过25mm。
7.如权利要求1-6中任一所述的抗扰动混凝土，其特征在于，所述抗扰动混凝土外加剂，包括膨胀剂、调凝剂、早强剂、特种矿物掺合料、纤维和石英砂，各组分质量百分比为：
膨胀剂            11～25％
调凝剂            0～0.5％
早强剂            3～7％
纤维              1～3％
特种矿物掺合料    15～60％
石英砂            5～70％。
8.如权利要求7所述的抗扰动混凝土外加剂，其特征在于，所述调凝剂为乙烯多胺烷基膦酸或乙烯多胺烷基膦酸盐。
9.如权利要求7所述的抗扰动混凝土外加剂，其特征在于，所述早强剂选自硫酸钠、甲酸钙或硝酸钙。
10.如权利要求7所述的抗扰动混凝土外加剂，其特征在于，所述特种矿物掺合料选自磨细矿渣粉、粉煤灰或硅灰。
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