CN103342518B

CN103342518B - 一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料

Info

Publication number: CN103342518B
Application number: CN201310173250.0A
Authority: CN
Inventors: 申爱琴; 张东省; 郭寅川; 马宝富; 王猛
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: CN103342518A

Abstract

本发明公开了一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，包括水、胶结料、粗集料、细集料和减水剂，其中，水用量为142kg/m³～144kg/m³，胶结料用量为355kg/m³～360kg/m³，粗集料用量为1278～1284kg/m³，细集料用量为657～663kg/m³,减水剂质量用量为胶结料质量用量的0.8%～1.5%。本发明的混凝土材料抗压和抗弯拉强度好，早期强度高模量低，有较好的施工和易性，力学性能和耐久性优异，满足在路面长度和宽度方向所施加的预应力，使路面除设置施工缝外不设置伸缩缝，这样可以很好的解决水泥混凝土路面接缝产生的损害现象，提高路面使用性能以及有效地延长水泥混凝土路面的使用寿命。

Description

一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料

技术领域

本发明属于水泥路面技术领域，涉及一种预应力水泥混凝土，具体涉及一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料。

背景技术

水泥混凝土路面属于公路路面结构中的刚性路面，具有承载能力大，稳定性好，使用寿命长，日常养护费用少等优点，而且程序简单，施工方便，所以被广泛运用于各等级公路，在很多场合会优先选用。然而，由于水泥混凝土路面存在横向接缝，使其常在接缝处出现错台、断裂、剥落和唧泥等病害，从而影响路面的行车质量。此外，对接缝需要做大量的养护工作，养护费用高。由于养护而封闭交通导致公路通行能力的下降，影响了道路的使用效率和行车安全。以上的缺点与不足限制了水泥混凝土路面在公路中，特别是在高等级公路中的推广与应用。为改善传统水泥混凝土路面的缺点与不足，以满足交通运输飞速发展的需求，有必要开展特殊水泥混凝土路面的研究工作。预应力混凝土路面具有很多传统的混凝土路面无法比拟的优点，具有承载力高，抗变形能力强，路面耐久性好，行车舒适性好等特点。

目前，纵向施加预应力是国内外预应力混凝土路面常采用的方式，即预应力钢筋与路线方向平行布置。这种方式可以在水泥混凝土路面结构的纵向产生一定的预应力，但是对于承受多方向复杂应力的水泥混凝土路面，在路面纵横向都存在最不利荷载位置的情况下，纵向预应力水泥混凝土路面不能解决其受力后路面开裂等问题。由于预应力筋的长度限制着纵向预应力混凝土路面的有效张拉长度，因此，要修建较长距离的预应力路面，就要用连接器将预应力筋连接起来增加长度，从而会提高路面造价。从理论上来讲，施工工艺和施工技术的成本也难以适应纵向预应力混凝土路面的连续施工和大面积推广、应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，该材料抗压和抗弯拉强度好，早期强度高模量低，有较好的施工和易性，力学性能和耐久性优异。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料包括水、胶结料、粗集料、细集料和减水剂，其中，水用量为142kg/m³～144kg/m³，胶结料用量为355kg/m³～360kg/m³，粗集料用量为1278～1284kg/m³，细集料用量为657～663kg/m³,减水剂用量为胶结料用量的0.8%～1.5%，且水质量用量与胶结料质量用量比为0.40；细集料包括废旧沥青混合料，胶结料包括粉煤灰。

所述细集料为细度模数为2.7的河砂和废旧沥青混合料的混合物，其中，废旧沥青混合料质量掺量为细集料质量用量的15%。

所述废旧沥青混合料级配组成为：筛孔为0.075mm的通过率为2.0%，筛孔为0.6mm的通过率为15.6%，筛孔为1.18mm的通过率为37.1%，筛孔为2.36mm的通过率为52.6%，筛孔为4.75mm的通过率为100%。

所述废旧沥青混合料中回收沥青的质量含量为9.5%，且回收技术标准为：25℃的针入度为27，15℃延度为67mm，采用环球法测得的软化点为64.2℃。

所述粗集料为公称最大粒径为26.5mm的石灰岩碎石。

所述胶结料为硅酸盐水泥和Ⅱ级以上粉煤灰的混合物，粉煤灰质量掺量为胶结料质量用量的20%。

所述减水剂质量用量为胶结料质量用量的0.8%～1.5%时，减水率为15%，引气量为3%～6%。

所述硅酸盐水泥的标号为P.O42.5R。

所述水用量为142kg/m³，胶结料用量为355kg/m³，粗集料用量为1281kg/m³，细集料用量为660kg/m³，减水剂质量用量为胶结料质量用量的1%，废旧沥青混合料质量掺量为细集料质量用量的15%，粉煤灰质量掺量为胶结料质量用量的20%。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明由于将废旧沥青混合料加入混凝土材料中，可以有效改善水泥路面板的整体性，提高强度，而且具有较好的抗裂性及耐久性，在改善路面结构受力条件的同时减少路面反射裂缝的出现，延长道路的使用寿命。在提高路面性能的同时又能回收利用废旧沥青混合料，减少对环境的污染。

本发明由于采用粉煤灰，可以节约了大量的胶结料和细集料，减少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增强混凝土的可泵性，减少了混凝土的徐变，减少水化热，热能膨胀性，提高混凝土抗渗能力，增加混凝土地修饰性。

本发明的混凝土材料抗压和抗弯拉强度好，早期强度高模量低，有较好的施工和易性，力学性能和耐久性优异，满足在路面长度和宽度方向所施加的预应力，使路面除设置施工缝外不设置伸缩缝，这样可以很好的解决水泥混凝土路面接缝产生的损害现象，提高路面使用性能以及有效地延长水泥混凝土路面的使用寿命。

采用本发明的混凝土材料铺设的路面，可以施加斜向预应力，约束混凝土材料的双向变形，克服了纵横向裂缝，混凝土材料的抗渗性能得以提高，表面抗剥落和抗盐腐蚀性得以增强，耐久性将大幅度提高。其次，由于路面不设置伸缩缝，行车噪音得以降低，增强了路面的行车舒适性，从而提高行车质量，预应力筋沿侧向张拉，可以实现不间断施工，提高了施工进度；此外，由于斜向预应力无缝水泥混凝土路面不需要对接缝进行大量的养护工作，不仅降低了造价而且还减少了养护期间半封闭交通对道路通行产生的影响等特点。

具体实施方式

为了更好地改善预应力水泥混凝土的使用性能，提高斜向预应力无缝水泥混凝土路面的力学性能和耐久性，需要选择合适的材料和配合比，对《预应力混凝土路面工程技术规范》GB50422-2007中提出的，预应力水泥混凝土路面应具有的高强度、低收缩和低弹模，水灰比应尽可能小等品质，本发明根据斜向预应力无缝水泥混凝土路面的受力特点和性能要求，提出斜向预应力无缝水泥混凝土材料。

以下结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料包括自来水、胶结料、粗集料、细集料和减水剂，其中，自来水用量为142kg/m³，胶结料用量为355kg/m³，粗集料用量为1281kg/m³，细集料用量为660kg/m³。细集料为细度模数为2.7的河砂和废旧沥青混合料细颗粒的混合物，其中，废旧沥青混合料细颗粒质量掺量为细集料质量用量的15%；粗集料为公称最大粒径（NMPS）为26.5mm石灰岩碎石，并按照2～4档掺配至设计；胶结料为P.O42.5R硅酸盐水泥和Ⅱ级以上粉煤灰的混合物，且硅酸盐水泥和粉煤灰的配合比按照超量取代法取代胶结料进行，粉煤灰质量掺量为胶结料质量用量的20%，减水剂质量用量为胶结料质量用量的1%。

实施例2

一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料包括自来水、胶结料、粗集料、细集料和减水剂，其中，自来水用量为142kg/m³，胶结料用量为355kg/m³，粗集料用量为1278kg/m³，细集料用量为663kg/m³。细集料为细度模数为2.7的河砂和废旧沥青混合料细颗粒的混合物，其中，废旧沥青混合料细颗粒质量掺量为细集料质量用量的15%；粗集料为公称最大粒径为26.5mm石灰岩碎石，并按照2～4档掺配至设计。胶结料为P.O42.5R硅酸盐水泥和Ⅱ级以上粉煤灰的混合物，且硅酸盐水泥和粉煤灰的配合比按照超量取代法取代胶结料进行，粉煤灰质量掺量为胶结料质量用量的20%，减水剂质量用量为胶结料质量用量的0.8%。

实施例3

一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料包括自来水、胶结料、粗集料、细集料和减水剂，其中，自来水用量为144kg/m³，胶结料用量为360kg/m³，粗集料用量为1284kg/m³，细集料用量为657kg/m³。细集料为细度模数为2.7的河砂和废旧沥青混合料细颗粒的混合物，其中，废旧沥青混合料细颗粒质量掺量为细集料质量用量的15%；粗集料为公称最大粒径为26.5mm石灰岩碎石，并按照2～4档掺配至设计。胶结料为P.O42.5R硅酸盐水泥和Ⅱ级以上粉煤灰的混合物，且硅酸盐水泥和粉煤灰的配合比按照超量取代法取代胶结料进行，粉煤灰质量掺量为胶结料质量用量的20%，减水剂质量用量为胶结料质量用量的1.5%。

通过将上述各组分混合后倒入搅拌机中，低速搅拌均匀，搅拌时间至少为40s，即得到斜向预应力无缝水泥混凝土材料，将制得的斜向预应力无缝水泥混凝土材料按技术规范摊铺到路面上，按规范要求进行养护。

本发明所采用的减水剂质量用量为胶结料质量用量的0.8%～1.5%减水率为15%，引气量为3%～6%。

本发明原料选择遵循以下步骤：

1）首先斜向预应力无缝水泥混凝土路面所用水泥必须满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》中原材料的技术要求，其强度等级不低于42.5MPa，28d抗折强度不低于7.5MPa；

2）从施工性能、力学性能和耐久性三方面综合考虑，本研究的混凝土配合比用粗集料公称最大粒径（NMPS）选取为26.5mm，试验中的粗集料选用石灰岩碎石，并按照5mm～10mm、10mm～20mm和10mm～30mm掺配至设计要求；

3）从路用性能和路面设计交通等级考虑，细集料细度模数为2.7；

4）材料用水采用自来水；

5）为降低水灰比、增加施工和易性并保证混凝土拌和物摊铺振捣时间，斜向预应力无缝水泥混凝土路面外加剂最佳掺量为1%；

6）斜向预应力无缝水泥混凝土路面掺用粉煤灰时，应采用Ⅱ级以上粉煤灰，其配合比应按照超量取代法取代水泥进行；

7）高速公路大修面层铣刨的废旧沥青混合料经过大型筛分设备筛分后，废旧沥青混合料粒径在4.75mm以下的称之为废旧沥青混合料细颗粒，将其加入斜向预应力无缝水泥混凝土中替代部分细集料进行正交试验；

8）斜向预应力无缝水泥混凝土路面基准配合比，即水质量用量与胶结料质量用量比为0.40，单位用水量142～144kg/m3，胶结料用量355～360kg/m3，石灰岩碎石用量1278～1284kg/m3，细集料用量657～663kg/m3。

粉煤灰结构致密，比表面积小，有许多球形颗粒，吸水能力弱，所以掺加粉煤灰的混凝土在配制时需水量比较低，干缩率小，抗裂性能较好。此外，粉煤灰的掺入可以分散水泥颗粒，使水泥的水化程度更高，增加水泥浆的密实度，使混凝土中骨料与水泥浆的界面强度提高，改善了水泥混凝土的耐磨性能。

本发明采用粉煤灰，节约了大量的水泥和细集料，减少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增强混凝土的可泵性，减少了混凝土的徐变，减少水化热，热能膨胀性，提高混凝土抗渗能力，增加混凝土地修饰性。

本发明中的废旧沥青混合料细颗粒级配，其筛分试验结果如表1所示。为了表征废旧沥青混合料细颗粒的性能，经过抽提试验后，用沥青含量及回收沥青的三大指标（即回收沥青含量及性质表示），其筛分试验结果如表2所示。

表1废旧沥青混合料细颗粒级配

筛孔尺寸/mm	通过百分率/%
		4.75	100
2.36	52.9
		1.18	37.1
0.6	15.6
		0.075	2.0

表2回收沥青含量及性质

沥青质量含量/%	25℃针入度/0.1mm	15℃延度/mm	软化点（环球法）/℃
				9.5	27	67	64.2

将粉碎的废旧沥青混合料加入混凝土中可以有效改善水泥路面板的整体性，提高强度，而且具有较好的抗裂性及耐久性，在改善路面结构受力条件的同时减少路面反射裂缝的出现，延长道路的使用寿命。在提高路面性能的同时又能回收利用废旧沥青混合料，减少对环境的污染。本发明用废旧沥青混合料细颗粒代替混凝土部分细集料，对道路材料的再生利用节省道路建设材料等方面做出贡献。

所采用的减水剂的技术参数要求满足表3的要求。

表3

种类	最佳质量掺量（％）	减水率（％）	引气量（％）
				HSG	1.0	15	3～6

注：HSG为西安恒升高效减水剂。

采用本发明的混凝土材料铺设斜向预应力无缝水泥混凝土路面，在水泥混凝土路面内布置双斜向预应力筋，使其在路面长度和宽度方向均产生预应力，使路面除设置施工缝外不设置伸缩缝，这样可以很好的解决水泥混凝土路面接缝产生的损害现象，提高路面使用性能以及有效地延长水泥混凝土路面的使用寿命。

本发明的混凝土材料施工和易性好、力学性能优异、配方简单、施工连续耐久且绿色环保，通过调节水灰比和材料组成，尤其是引入20%的粉煤灰替代胶结料和引入废旧沥青混合料细颗粒替代15%细集料改善材料的力学性能，提升混凝土材料的施工和易性和耐久性。

本发明的斜向预应力无缝水泥混凝土的技术要求和合理的混凝土配合比设计方法，并将其大量推广到工程应用，会极大地提高水泥混凝土路面的使用品质，改善其使用性能。

本发明有效改善了混凝土的抗压强度、抗弯拉强度等力学性能，是一种高早强低模量的新型混凝土材料，显著提高混凝土的施工和易性、力学特性和耐久性，延长水泥路面使用寿命。

以上所述实施例，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明对以上实施例配方所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，其特征在于，包括水、胶结料、粗集料、细集料和减水剂，其中，水用量为142kg/m³～144kg/m³，胶结料用量为355kg/m³～360kg/m³，粗集料用量为1278～1284kg/m³，细集料用量为657～663kg/m³,减水剂用量为胶结料用量的0.8％～1.5％，且水质量用量与胶结料质量用量比为0.40；细集料包括废旧沥青混合料，胶结料包括粉煤灰；

所述细集料为细度模数为2.7的河砂和废旧沥青混合料的混合物，其中，废旧沥青混合料质量掺量为细集料质量用量的15％；

胶结料为硅酸盐水泥和Ⅱ级以上粉煤灰的混合物，粉煤灰质量掺量为胶结料质量用量的20％。

2.根据权利要求1所述的一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，其特征在于，所述废旧沥青混合料级配组成为：筛孔为0.075mm的通过率为2.0％，筛孔为0.6mm的通过率为15.6％，筛孔为1.18mm的通过率为37.1％，筛孔为2.36mm的通过率为52.6％，筛孔为4.75mm的通过率为100％。

3.根据权利要求1所述的一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，其特征在于，所述废旧沥青混合料中回收沥青的质量含量为9.5％，且回收技术标准为：25℃的针入度为27，15℃延度为67mm，采用环球法测得的软化点为64.2℃。

4.根据权利要求1所述的一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，其特征在于，所述粗集料为公称最大粒径为26.5mm的石灰岩碎石。

5.根据权利要求1所述的一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，其特征在于，所述减水剂质量用量为胶结料质量用量的0.8％～1.5％时，减水率为15％，引气量为3％～6％。

6.根据权利要求1所述的一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥的标号为P.O42.5R。

7.根据权利要求1所述的一种斜向预应力无缝水泥混凝土材料，其特征在于，所述水用量为142kg/m³，胶结料用量为355kg/m³，粗集料用量为1281kg/m³，细集料用量为660kg/m³，减水剂质量用量为胶结料质量用量的1％，废旧沥青混合料质量掺量为细集料质量用量的15％，粉煤灰质量掺量为胶结料质量用量的20％。