CN103224359A - 一种空心复合粉末混凝土盖板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空心结构复合粉末混凝土盖板，由如下质量分配比的原料制成：低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥510～600份；硅灰90～120份；Ⅰ级粉煤灰130～170份；平均粒径10～30μm的S95级以上矿渣粉150～185份；粒径为0.16～4.75mm的河砂1150～1210份；高效复合减水剂20～24份；阻锈剂7～12份；水溶性环氧树脂25～30份；水130～142份；直径为0.18～0.25mm、长度为10～15mm的镀铜钢纤维70～90份；直径为0.4～0.6mm、长度为20～25mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维20～30份；聚丙烯纤维0.8～1.5份。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地，涉及一种空心复合粉末混凝土盖板，其适用于电力、通信、市政等沟盖板工程铺设。
背景技术
粉末混凝土是由法国等西方国家在二十世纪90年代初开发出的一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定的新型混凝土材料，该材料现国外主要应用推广级别为200MPa级，性能抗压指标可达130~200MPA,抗折强度可达16~50MPA,弹性模量在45GPa以上，抗渗性能一般在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦。在国内RPC材料现已经在不断研究和发展，主要使用在铁路工程、桥梁预制上，在其他方面工程中应用还是空白。
目前国内的普通混凝土盖板使用较为普遍，产品自重大、脆性高、耐冲击力差，表面容易碳化腐蚀，抗冻融性差、混凝土容易碳化，钢筋容易锈蚀，产品使用寿命短，使用不锈钢金属类盖板容易被偷盗，使用树脂类盖板容易产生紫外线老化，很快产生破损。
发明内容
本发明要解决的技术问题是普通混凝土盖板的各种缺陷，降低工程综合施工费用，提高产品的使用耐久性，提供一种空心（芯）复合粉末混凝土盖板，该产品具有重量超轻、高抗压强度、高抗裂性能、高耐久性、高抗渗性、低吸水性、高耐冲击性的优点，同时采用独特红外线养护，其性能满足在铁路、公路、电力、通信等工程的产品应用。
为了达到以上目的，本发明提供一种空心复合粉末混凝土盖板，由如下质量分配比的原料制成：
平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥510~600份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰90~120份；
平均粒径20~40μm的Ⅰ级粉煤灰130~170份；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉150~185份；
粒径为0.16~4.75mm的河砂1150~1210份；
减水率大于30%的高效复合减水剂20~24份；
阻锈剂7~12份；
水溶性环氧树脂25~30份；
水130~142份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维70~90份；
直径为0.4~0.6 mm、长度为20~25 mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维20~30份；
聚丙烯纤维0.8~1.5份；
所述混凝土盖板具有空心结构且空心率大于25%。
上述空心复合粉末混凝土盖板更优选由如下质量分配比的原料制成：
平均粒径30~60μm低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥550~560份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰100~110份；
平均粒径20~40μm的Ⅰ级粉煤灰140~160份；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉160~170份；
粒径为0.16~4.75mm的河砂1170~1190份；
减水率大于30%的复合高效减水剂21~23份；
阻锈剂9~10份；
水溶性环氧树脂27~28份；
水135~137份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维78~82份；
直径为0.4~0.6mm、长度为20~25mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维24~26份；
聚丙烯纤维1.1~1.3份；
所述混凝土盖板具有空心结构且空心率大于25%。
上述混凝土配方采用了环保型混凝土材料，大幅度提高了产品的力学指标性能和耐久性性能，特别是采用了镀铜纤维和聚丙烯纤维改善了原有普通混凝土耐车辆冲击性差、脆性等缺点，还解决了初始混凝土收缩裂纹的问题，采用了端钩纤维进一步增强了混凝土抗折、抗拉性能并限制裂纹发展，从宏观和微观上解决了裂纹发展问题，整体粉末混凝土使产品的设计寿命大幅度提高。
得益于采用高性能的粉末混凝土，本发明的混凝土盖板能够保持有较高的空心率。空心率是指空心形状截面积占截面总面积的百分比。本发明的空心率最高可以达到40%。更优选地，所述空心率为30%~35%。该范围的空心率能够确保达到力学指标并超过原有实心盖板承载力。
上述空心率是通过空心结构来实现的，采用空心结构设计能够大幅度减轻产品的自重。只要能实现上述空心率，就能够保持所述混凝土盖板的性能。所述空心结构可以是任意形状的结构，包括各种规则形状和不规则形状。所述空心结构既可以穿过盖板表面与外界连通，也可以被密闭包裹在混凝土之中。作为一种优选的方案，为了便于注塑成型，所述空心结构为剖面为圆形、方形或椭圆形等的空心结构。
采用上述配方制备所述混凝土盖板时，所形成的空心结构的周围具有大量纤维包裹体。该纤维包裹体主要是由镀铜纤维及少量端钩纤维、聚丙烯纤维组成，该纤维包裹体交织搭接一起形成纤维空管加强筋，大幅度提高了盖板的承载作用。
优选地，所述混凝土盖板的厚度为30~100mm。
采用上述配方能够形成无金属包边的盖板。本发明无需采用包边工艺，大幅度减少材料成本，单平方自重为原混凝土自重的1/3左右，降低了运输、搬运、安装等施工成本。
优选地，所述粉煤灰为氧化钙含量为≤10%的低钙粉煤灰。
优选地，所述复合高效减水剂的主要成分为消泡剂、增效剂和高效减水剂；所述阻锈剂为三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂；所述水溶性环氧树脂为乳化型水溶性树脂，可以提高粉末混凝土抗折、抗压及抗渗透性能。
优选地，所述河砂的含泥量小于0.5%。限制含泥量可以减小粉末混凝土材料的收缩性能，并提高抗折性能。所述河砂优选采用连续级配河砂，从而取代原有粉末混凝土中的石英砂，大幅度降低了产品成本，使产品更能市场化
本发明还提供所述空心复合粉末混凝土盖板的制备方法，包括以下步骤：
S1.将镀铜钢纤维、端钩钢纤维、聚丙烯纤维和河砂加入搅拌机搅拌2~3分钟至分散均匀；
S2.向搅拌机中加入水泥、硅灰、粉煤灰及矿渣粉继续搅拌1~2分钟至均匀备用；
S3.向上述备用材料中依次加入阻锈剂、减水剂、水溶性环氧树脂和水继续搅拌3~4分钟至分散均匀，得到活性粉末混凝土（塌落度为18~24cm，搅拌过程中的水依据实际塌落的需要可以适当微调）；
S4.将上述活性粉末混凝土通过布料机均匀分布在布好空心管的整体模盒内，并且在布料厚度距模盒面层8~12mm时铺钢网后再进行浇筑布料，再在振动中进行碾压抹平；
S5.采用红外线养护后得到所述空心复合粉末混凝土盖板。
上述方法中，通过步骤S4所述的空心管形成空心结构，因此可以通过调整空心管的形状、大小来达到所需要的空心结构形状以及空心率。
如前所述，采用上述制备方法时，在空心结构周围会形成纤维包裹体，类似棒状结构的受力过程，能够明显提高承载力。上述方法中还采用混杂纤维与钢网共同作为受力承载体。
优选地，步骤S4所述浇筑采用大流动致密实工作状态进行浇筑，所述振动采用频率为50~70赫兹变频振动器振动，转速为3000~5000转/分钟，振动时间为60~120秒。所述大流动致密实工作状态是指塌落度在18~24cm左右。上述方法采用大塌落度料，变频高频振动生产工艺，整体模盒浇筑方式生产方式，产品生产更加节能、环保。
优选地，步骤S5所述红外线养护为静停养护10~12小时后拆模放入红外线养护窑中高温养护，温度90+5℃、湿度80%~90%，养护12小时。本发明采用远红外线养护代替了传统的蒸汽养护，缩短了生产与供货周期，节约能耗。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
（1）上述配方和制备过程制备的绿色环保空心复合粉末混凝土盖板，混凝土抗压强度可达130~200MPa，抗折强度可达16~30MPa，弹性模量在45GPa以上，抗渗性能在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦，抗冻融600次循环无重量损失，吸水率0.8~1.5%，整体混凝土技术指标是普通混凝土产品的两倍到三倍。
（2）所述混凝土盖板的结构设计采用了空心结构，在空心结构周围产生大量包裹复合纤维，使其承载力超出同样材料制作实心板承载力10~30%，结构自重较少了30%以上，是相同承载力普通混凝土盖板重量的1/3左右，大幅度减轻了运输和搬运成本。
（3）整体设计常用了复合纤维与钢网作为承载力主体部分、耐冲击力和耐久性大幅度提高，使产品的使用寿命进一步提高，产品无需采用包边工艺，节约了大量的金属钢材，且由于产品体积原普通混凝土类体积的1/3，重量大幅降低、节约大量材料，增加了铺设安装工程速度
（4）混凝土配比中采用了大量硅灰、矿粉和粉煤灰工业废渣粉，骨料采用连续级配河沙，大大降低了制作产品的成本。
具体实施方式
实施例1
按照如下比例配备混凝土原材料：
平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥555份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰105份；
平均粒径20~40μm的低钙Ⅰ级粉煤灰150份（氧化钙含量≤10%）；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉165份；
粒径为0.16~4.75mm的河砂1180份（含泥量小于0.5%）；
减水率大于30%的复合高效减水剂22份；
阻锈剂9.5份；
水溶性环氧树脂27.5份；
水136份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维80份；
直径为0.4~0.6mm、长度为20~25mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维25份；
聚丙烯纤维1.2份；
上述原材料配备完成后按照如下步骤进行制备及加工：
（1）将配方限定的镀铜钢纤维、聚丙烯纤维和河砂加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀。
（2）再向搅拌机中加入配方限定的水泥、硅灰、粉煤灰及矿渣粉继续搅拌1~2分钟至均匀。
（3）向上述搅拌备用材料中依次加入阻锈剂、复合减水剂、水溶性环氧树脂和水继续搅拌3~4分钟至分散均匀，得到绿色活性粉末混凝土（制备过程中的水依据实际塌落度18~24cm的需要可以适当微调）。
（4）将备用混凝土通过布料装置均匀布在穿有空心管整体模盒中（以长800mm*宽600mm*厚60mm盖板模具为例），过程中布料厚度距模具盒面层10毫米时铺钢网（横向筋6根ф8冷轧带肋钢筋，纵向10根ф10冷轧带肋钢筋绑扎成钢网）后再进行浇筑布料，并进行经过振动平整，压光后进入自然养护12~14小时然后进入红外线高温养护，温度为90+5℃，湿度为85%~95%，恒温12小时。
本实施例制备的产品性能如下：
混凝土抗压强度：168MPa
混凝土抗折强度：24.8MPa
混凝土弹性模量：47.1GPa
混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度
混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm
混凝土电通量：0.25*10-12m2/s
混凝土抗冻融性：快速试验，600次冻融循环无质量损失
混凝土吸水率：1.01%
产品空心率：33%
产品裂纹荷载：210kN
产品破坏荷载：440kN
实施例2
按照如下比例配备混凝土原材料：
平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥510份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰90份；
平均粒径10~20μm的低钙Ⅰ级粉煤灰130份（氧化钙含量≤10%）；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉150份；
粒径为0.16~4.75mm河砂1150份（含泥量小于0.5%）；
减水率大于30%的复合高效减水剂20份；
阻锈剂7份；
水溶性树脂25份；
水130份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维70份；
直径为0.4~0.6mm、长度为20~25mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维20份；
聚丙烯纤维0.8份；
制备步骤同具体实施例1。
本实施例制备的产品性能如下：
混凝土抗压强度：141MPa
混凝土抗折强度：16.9MPa
混凝土弹性模量：46.5GPa
混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度
混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm
混凝土电通量：0.23*10-12m2/s
混凝土抗冻融性：快速试验，600次冻融循环无质量损失
混凝土吸水率：0.97%
产品空心率：25%
产品裂纹荷载：168kN
产品破坏荷载：360kN
实施例3
按照如下比例配备混凝土原材料：
平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥600份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰120份；
平均粒径10~20μm的低钙Ⅰ级粉煤灰170份（氧化钙含量≤10%）；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉185份；
粒径为0.16~4.75mm的河砂1210份（含泥量小于0.5%）；
减水率大于30%的复合高效减水剂26份；
阻锈剂12份；
水溶性环氧树脂30份；
水142份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维90份；
直径为0.4~0.6mm、长度为20~25mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维30份；
聚丙烯纤维1.5份；
制备步骤同具体实施例1。
本实施例制备的产品性能如下：
混凝土抗压强度：189MPa
混凝土抗折强度：25.9MPa
混凝土弹性模量：47.5GPa
混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度
混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm
混凝土电通量：0.30*10-12m2/s
混凝土抗冻融性：快速试验，600次冻融循环无质量损失
混凝土吸水率：1.21%
产品空心率：40%
产品裂纹荷载：194kN
产品破坏荷载：410kN
实施例4
按照如下比例配备混凝土原材料：
平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥550份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰100份；
平均粒径10~20μm的低钙Ⅰ级粉煤灰140份（氧化钙含量≤10%）；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉160份；
粒径为0.16~4.75mm的河砂1170份（含泥量小于0.5%）；
减水率大于30%的复合高效减水剂21份；
阻锈剂9份；
水溶性环氧树脂27份；
水135份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维78份；
直径为0.4~0.6mm、长度为20~25mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维24份；
聚丙烯纤维1.1份；
制备步骤同具体实施例1。
本实施例制备的产品性能如下：
混凝土抗压强度：165MPa
混凝土抗折强度：23.9MPa
混凝土弹性模量：46.5GPa
混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度
混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm
混凝土电通量：0.28*10-12m2/s
混凝土抗冻融性：快速试验，600次冻融循环无质量损失
混凝土吸水率：1.18%
产品空心率：30%
产品裂纹荷载：188kN
产品破坏荷载：408kN
实施例5
按照如下比例配备混凝土原材料：
平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥560份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰110份；
平均粒径10~20μm的低钙Ⅰ级粉煤灰160份（氧化钙含量≤10%）；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉170份；
粒径为0.16~4.75mm的河砂1190份（含泥量小于0.5%）；
减水率大于30%的复合高效减水剂23份；
阻锈剂10份；
水溶性环氧树脂28份；
水137份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维82份；
直径为0.4~0.6mm、长度为20~25mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维26份；
聚丙烯纤维1.3份；
制备步骤同具体实施例1。
本实施例制备的产品性能如下：
混凝土抗压强度：168MPa
混凝土抗折强度：25.0MPa
混凝土弹性模量：47.1GPa
混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度
混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm
混凝土电通量：0.31*10-12m2/s
混凝土抗冻融性：快速试验，600次冻融循环无质量损失
混凝土吸水率：1.14%
产品空心率：35%
产品裂纹荷载：210kN
产品破坏荷载：428kN
实施例6
以规格800*600为基准，钢网结构按照实施例1，使用相同方法制备。
普通钢纤维混凝土盖板配合比C50
| 水泥 | 矿粉 | 河沙 | 石子 | 外加剂 | 水 | 钢纤维 |
| 410 | 50 | 707 | 1120 | 6.7 | 160 | 100 |
本发明混凝土盖板配合比按照实施例1。
以上配比分别制成普通混凝土盖板、发明配比实心盖板和发明配比空芯盖板，具体数据对比如下表：
| 规格 | 厚度mm | 空芯率% | 工作荷载（kN） | 破坏荷载（kN） | 单块重量（kg） |
| 普通钢纤维混凝土盖板1 | 60 | 0 | 85 | 155 | 71.8 |
| 普通混凝土钢筋盖板2 | 120 | 0 | 155 | 235 | 137.0 |
| 发明配比实心盖板 | 60 | 0 | 178 | 382 | 71.8 |
| 发明配比空芯盖板1 | 60 | 33 | 210 | 440 | 50.6 |
| 发明配比空芯盖板2 | 60 | 25 | 180 | 396 | 56.0 |
| 发明配比空芯盖板3 | 60 | 40 | 192 | 388 | 46.5 |
上表可以说明重量对比和承载力对比，可以看出空心盖板比实心盖板高，上表中的最佳空心率是33%。
Claims (10)
1.一种空心复合粉末混凝土盖板，其特征在于，由如下质量分配比的原料制成：
平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥510~600份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰90~120份；
平均粒径20~40μm的Ⅰ级粉煤灰130~170份；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉150~185份；
粒径为0.16~4.75mm的河砂1150~1210份；
减水率大于30%的高效复合减水剂20~24份；
阻锈剂7~12份；
水溶性环氧树脂25~30份；
水130~142份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维70~90份；
直径为0.4~0.6 mm、长度为20~25 mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维20~30份；
聚丙烯纤维0.8~1.5份；
所述混凝土盖板具有空心结构且空心率大于25%。
2.根据权利要求1所述的空心复合粉末混凝土盖板，其特征在于，由如下质量分配比的原料制成：
平均粒径30~60μm低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥550~560份；
平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰100~110份；
平均粒径20~40μm的Ⅰ级粉煤灰140~160份；
平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉160~170份；
粒径为0.16~4.75mm的河砂1170~1190份；
减水率大于30%的复合高效减水剂21~23份；
阻锈剂9~10份；
水溶性环氧树脂27~28份；
水135~137份；
直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维78~82份；
直径为0.4~0.6mm、长度为20~25mm、抗拉强度≥1000MPa的端钩钢纤维24~26份；
聚丙烯纤维1.1~1.3份；
所述混凝土盖板具有空心结构且空心率大于25%。
3.根据权利要求1或2所述的空心复合粉末混凝土盖板，其特征在于，所述空心率为25%~40%。
4.根据权利要求1或2所述的空心复合粉末混凝土盖板，其特征在于，所述空心结构为剖面为圆形、方形或椭圆形的空心结构。
5.根据权利要求1或2所述的空心复合粉末混凝土盖板，其特征在于，所述空心结构的周围具有纤维包裹体。
6.根据权利要求1或2所述的空心复合粉末混凝土盖板，其特征在于，所述混凝土盖板的厚度为30~100mm。
7.根据权利要求1或2所述的空心复合粉末混凝土盖板，其特征在于，所述混凝土盖板为无金属包边的盖板。
8.一种权利要求1所述空心复合粉末混凝土盖板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将镀铜钢纤维、端钩钢纤维、聚丙烯纤维和河砂加入搅拌机搅拌2~3分钟至分散均匀；
S2.向搅拌机中加入水泥、硅灰、粉煤灰及矿渣粉继续搅拌1~2分钟至均匀备用；
S3.向上述备用材料中依次加入阻锈剂、减水剂、水溶性环氧树脂和水继续搅拌3~4分钟至分散均匀，得到活性粉末混凝土；
S4.将上述活性粉末混凝土通过布料机均匀分布在布好空心管的整体模盒内，并且在布料厚度距模盒面层8~12mm时铺钢网后再进行浇筑布料，再在振动中进行碾压抹平；
S5.采用红外线养护后得到所述空心复合粉末混凝土盖板。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S4所述浇筑采用大流动致密实工作状态进行浇筑，所述振动采用频率为50~70赫兹变频振动器振动，转速为3000~5000转/分钟，振动时间为60~120秒。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S5所述红外线养护为静停养护10~12小时后拆模放入红外线养护窑中高温养护，温度90+5℃、湿度80%~90%，养护12小时。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201310048636.9A CN103224359B (zh) | 2013-02-07 | 2013-02-07 | 一种空心复合粉末混凝土盖板 |
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