CN103359996A - 环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，它涉及环保高性能耐磨型水泥基复合材料的配制方法，它的配方组成为：砂、碎石、粉煤灰、磨细矿粉、水泥、碳化硅废料、水和高浓度高性能聚羧酸盐减水剂；它的制备方法为：将砂、碎石、粉煤灰、磨细矿粉、水泥、碳化硅废料干拌50-70秒后添加水和高浓度高性能聚羧酸盐减水剂湿拌90-110秒即可。它极大地提高了矿渣的综合利用率、降低了水泥和水的用量的同时，提高了混凝土强度，既使资源得到充分利用、保护环境又解决了混凝土路面中的实地问题。

Description

环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺

技术领域：

本发明涉及环保高性能耐磨型水泥基复合材料的配制方法，具体涉及一种对强度及耐磨度要求较高的路面、地面、机场场道、赛道、坡道、收费站广场等特别适用的环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺。

背景技术：

近二三十年来中国的水泥、混凝土和钢筋混凝土总产量与总用量一直位居世界第一，其中水泥和混凝土早已超过世界总产量的一半。大量使用水泥、混凝土和钢筋混凝土给中国带来了如资源能源的过度消耗以及由此带来的环境污染、生态破坏等诸多问题。2010年我国水泥年产量为8亿吨，仅水泥工业每年排放CO₂就达6亿吨，粉尘、烟尘、SO₂超过100万吨，这极大影响自然与生态环境并使地球温室效应加剧，严重威胁人类自身生存。

另外，我国碳化硅产量也占世界一半以上，碳化硅是高耗能产业之一，冶炼生产过程中对环境的污染问题和对电力的消耗问题相当大，然而目前，我国在碳化硅微粉生产技术上落后于日本和西方等科技发达国际，在生产后的分级中，面对无法分离出的碳化硅微粉全被当作废料排放到室外，这对资源造成了极大的浪费并对环境产生了严重的污染。面对国家提倡节约能源，缔造节约型社会，无论是在政策上，还是利用价值上，碳化硅废料的再利用，必将成今后碳化硅产业的重要发展方向。

水泥混凝土路面，尤其是机场场道和赛车道面承受着飞机或车辆荷载更大的反复作用，由于受到飞机或汽车的挤压冲击、轮胎的机械摩擦和路面上坚硬物质的切削作用，致使混凝土路面在使用后不久就出现起砂、粗集料凸出裸露和表面坑洞等磨损现象，降低道路使用寿命，严重时更威胁生命财产和交通安全。因此，提高路面混凝土耐磨性，对于交通日益繁忙，运输工具向大型化、重吨位发展的今天，显得犹为重要。根据路面混凝土受力特点，路面混凝土的磨损主要有磨料磨损和疲劳磨损两种。分析路面混凝土磨损过程，不难看出磨损最先从混凝土表层砂浆开始，逐步深入至下层砂浆，因此混凝土中浆体的耐磨性是混凝土耐磨性的第一大影响因素。随着磨损的进一步加剧，粗集料被冲磨而脱离砂浆基体，表明粗集料与砂浆界面粘结力，是混凝土耐磨性的又一大影响因素。控制好这两大因素，是改善和提高混凝土耐磨性的关键。

发明内容：

本发明的目的是提供一种环保型高浓度高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，它极大地提高了矿渣的综合利用率、降低了水泥和水的用量的同时，提高了混凝土强度，同时配合添加碳化硅废料，通过采用“双掺”技术有效解决上述混凝土路面的磨料磨损和疲劳磨损问题。并降低混凝土厚度10％-30％，既使资源得到充分利用、保护环境又解决了混凝土路面中的实地问题。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的配方组成为：砂、碎石、粉煤灰、磨细矿粉、水泥、碳化硅废料、水和高浓度高性能聚羧酸盐减水剂；它的制备方法为：将砂、碎石、粉煤灰、磨细矿粉、水泥、碳化硅废料干拌50-70秒后添加水和高浓度高性能聚羧酸盐减水剂湿拌90-110秒即可。

所述的高浓度高性能聚羧酸盐减水剂的质量配方比为：聚丙烯酸15％-60％，适应性调节剂3％-5％，凝结时间调节剂3％-5％，混凝土工作性能调节剂8％-15％，强度增长促进剂3％-5％。

本发明的施工工艺为：1、可根据需要先做基层普通混凝土路面/钢筋混凝土路面，仅添加高浓度高性能聚羧酸盐减水剂，不添加碳化硅废料，其他材料指标要求可参考钢筋混凝土路面相关规范，厚度≥20cm；2、在基层混凝土路面初凝前，在其表面铺设一层绿色环保的高耐磨型水泥基复合材料，即环保型高性能水泥混凝土，厚度6cm-8cm。

所述的水泥采用42.5级及以上的硅酸盐水泥，水泥的用量为300kg /m³-500kg/m³。

所述的碎石作为粗集料时，可根据具体情况选择最大粒径20mm-25mm的碎石，作为细骨料时，选择细度模数在2.3-3.0的中砂，砂率为32％-38％较为适宜，水选择普通的生活用水。

采用普通黑色α-SiC含量在75％以上的碳化硅废料。

本发明采用自行开发的一种绿色环保无污染的高浓度高性能聚羧酸盐减水剂DZ-GXA，其固含量高达70％，使用前必须根据工程实际需要将其稀释到20％-30％在进行添加，此减水剂不仅可减少用水量25％-40％外还兼顾早强功能，可分别提高混凝土各个龄期强度10％-25％，但值得注意的是该掺量并不是一成不变的，当水泥细度提高，碱含量增加、或水泥温度上升、气温明显升高时，外加剂的饱和点掺量也随之提高，此时应适当调高外加剂掺量，否则达不到预订效果。

本发明选用I级粉煤灰，用量为胶凝材料的10％-15％，磨细矿粉用量为胶凝材料的5％-10％。

本发明的水胶比按经验选择，由于加入高浓度高性能聚羧酸盐减水剂DZ-GXA，所以水胶比一般以0.25-0.32为宜。

本发明利用了自行开发的一种绿色环保无污染的高浓度高性能聚羧酸盐减水剂DZ-GXA，在极大地提高了矿渣(如粉煤灰、磨细矿粉、煤矸石、尾矿等)的综合利用率(10％-45％)、降低了水泥用量(单方混凝土可以节约水泥30kg到40kg)、水的用量(25％-40％)的同时，提高了混凝土强度(10％-25％)，同时配合添加碳化硅废料，通过采用“双掺”技术有效解决上述混凝土路面的磨料磨损和疲劳磨损问题。即将碳化硅作为惰性掺合料加入混凝土中代替部分砂及水泥，利用碳化硅颗粒的高硬度来有效解决磨料磨损问题，而将聚羧酸盐减水剂DZ-GXA和粉煤灰(10％-15％)以及磨细矿粉(5％-10％)作为活性外加剂加入混凝土中通过有效降低用水量，通过提高混凝土整体强度来增强粗集料与砂浆界面的粘结力进而提高疲劳磨损问题，最终达到提高路面使用寿命，既使资源得到充分利用、保护环境又解决了混凝土路面中的实地问题。

具体实施方式：

本具体实施方式采用以下技术方案：它的配方组成为：砂、碎石、粉煤灰、磨细矿粉、水泥、碳化硅废料、水和高浓度高性能聚羧酸盐减水剂；它的制备方法为：将砂、碎石、粉煤灰、磨细矿粉、水泥、碳化硅废料干拌60秒后添加水和高性能聚羧酸盐减水剂湿拌100秒即可。

所述的高浓度高性能聚羧酸盐减水剂的质量配方比为：聚丙烯酸15％-60％，适应性调节剂3％-5％，凝结时间调节剂3％-5％，混凝土工作性能调节剂8％-15％，强度增长促进剂3％-5％。

本具体实施方式的施工工艺为：1、可根据需要先做基层普通混凝土路面/钢筋混凝土路面，仅添加高浓度高性能聚羧酸盐减水剂，不添加碳化硅废料，其他材料指标要求可参考钢筋混凝土路面相关规范，厚度≥20cm；2、在基层混凝土路面初凝前，在其表面铺设一层绿色环保的高耐磨型水泥基复合材料，即环保型高性能水泥混凝土，厚度6cm-8cm。

所述的水泥采用42.5级及以上的硅酸盐水泥，水泥的用量为300kg/m³-500kg/m³。配制高性能耐磨混凝土需采用42.5级及以上标号的水泥。由于高浓度高性能聚羧酸盐减水剂的使用，使得在此高性能混凝土的配制中，某些情况下水泥用量可以低至300kg/m³仍然可以在强度和耐久性上取的不错的效果。另外考虑到混凝土中如果水泥用量过多会产生大量水化热、引起收缩裂缝等不良后果，故水泥用量不宜太大，水泥用量宜控制在400kg/m³以内。然而，由于掺有一定量的矿物细掺料(碳化硅废料)，可在一定程度上降低水化热，且因不含过粗的骨料，加上矿物活性材料的二次水化效应，可减少其在硬化过程中收缩裂缝，因此为了获得更高的强度，水泥掺量可适当增加，但一般控制在500kg/m³以内。

所述的碎石作为粗集料时，可根据具体情况选择最大粒径20mm-25mm的碎石，作为细骨料时，选择细度模数在2.3-3.0的中砂，砂率为32％-38％较为适宜，水选择普通的生活用水。最大粒径过大集料颗粒粘结强度降低而且容易引起料浆分层、泌水等不利状况。卵石表面光滑，耐磨性高于碎石，但卵石与砂浆的粘结力弱，很容易被冲磨出砂浆基体，形成空穴。综合考虑，应选用碎石，此时混凝土耐磨性较好，适宜的较低砂率，有助于提高混凝土中砂浆的耐磨性。

采用普通黑色α-SiC含量在75％以上的碳化硅废料，由于碳化硅废料的加入，在混凝土中可适当减少部分水泥和砂子，其中，用于代替水泥的部分为10％-15％(相对于水泥质量)，代替砂子的部分为5％-10％(相对于砂子)。80％以上的碳化硅废料除碳化硅外还有少量C、SiO₂、Si、Fe₂O₃等杂质，其中SiO₂、Fe₂O₃对混凝土形成强度有正面作用，碳含量对混凝土形成强度有不利影响，如果碳含量占碳化硅总含量大于3％，应首先进行除碳。

配制本具体实施方式的一个关键因数是通过试验选择合适的外加剂参量，参量过小混凝土达不到流动效果和强度应有的提升；掺量过大易造成材料离析。本具体实施方式采用自行开发的一种绿色环保无污染的高浓度高性能聚羧酸盐减水剂DZ-GXA，此减水剂不仅可减少用水量25％-40％外还兼顾早强功能，可分别提高混凝土各个龄期强度10％-25％，但值得注意的是该掺量并不是一成不变的，当水泥细度提高，碱含量增加、或水泥温度上升、气温明显升高时，外加剂的饱和点掺量也随之提高，此时应适当调高外加剂掺量，否则达不到预订效果。

本具体实施方式选用I级粉煤灰，用量为胶凝材料的10％-15％，磨细矿粉用量为胶凝材料的5％-10％。粉煤灰的加入，能有效地改善水泥石的水化产物组成，提高水泥石均匀性和致密性，减少微观裂缝等原始缺陷，提高混凝土中胶浆强度，增加凝胶材料与碳化硅颗粒的粘结性，缩小与碳化硅颗粒硬度之间的差距，减小在碳化硅颗粒尚未被磨耗时对水泥石形成单一的磨耗，但是，实践证明混凝土中加入过粉煤灰对材料的抗磨性均有不同程度的负面影响，故采用10％-15％较低的粉煤灰含量。磨细矿粉的粘性较好，可减少由于单参粉煤灰而引起的混凝土坍落度损失及泌水和离析等问题，还可以大大提高混凝土耐久性、显著增加混凝土后期强度，并且磨细粉还是优良的碱骨料抑制剂。

在原材料已定的情况下，水胶比是决定混凝土强度的因素，也是影响其耐久性和工作性的重要因素。因此，选择水胶比必须同时满足强度、耐久性和工作性的要求。本具体实施方式的水胶比按经验选择，由于加入高浓度高性能聚羧酸盐减水剂DZ-GXA，所以水胶比一般以0.25-0.32为宜。当水胶比低于0.25时，对水泥的完全水化、混凝土成型以及施工所要满足的和易性均造成困难，致使密实度下降，对强度和耐久性均带来一定的损害；当水胶比大于0.32时，虽然工作性良好，但其强度也有一定程度的下降，故采用水胶比在0.25-0.32之间较为合适。

本具体实施方式极大地提高了矿渣的综合利用率、降低了水泥和水的用量的同时，提高了混凝土强度，同时配合添加碳化硅废料，通过采用“双掺”技术有效解决上述混凝土路面的磨料磨损和疲劳磨损问题。既使资源得到充分利用、保护环境又解决了混凝土路面中的实地问题。

实例1：

C50高性能混凝土的配制方法：425#硅酸盐水泥400公斤，粉煤灰掺合料60公斤，矿粉30公斤，碳化硅废料48公斤+41公斤＝89公斤，粗集料975公斤，砂515公斤，水135公斤，高性能聚羧酸盐减水剂DZ-GXA 4.5公斤，按照要求进行拌合即可配制成本发明环保型高性能水泥混凝土。再按照工艺流程进行施工并标准养护，就可完成耐磨性混凝土路面的铺设。标准养护28d后该环保型耐磨混凝土的抗压强度为60.7MPa，抗弯拉强度为5.5MPa，且磨耗值为0.06239/cm²。

实例2：

C60高性能混凝土的配制方法，525#硅酸盐水泥495公斤，粉煤灰掺合料

公斤，矿粉35公斤，碳化硅废料60公斤+46公斤＝106公斤，粗集料1100公斤，砂580公斤，水145公斤，高性能聚羧酸盐减水剂DZ-GXA 5公斤，按照要求进行拌合即可配制成本发明环保型高性能水泥混凝土。再按照工艺流程进行施工并标准养护，就可完成耐磨性混凝土路面的铺设。标准养护28d后该环保型耐磨混凝土的抗压强度为72.3MPa，抗弯拉强度为6.0MPa，且磨耗值为0.06613/cm²。

Claims (8)

1.环保型高浓度高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，其特征在于它的配方组成为：砂、碎石、粉煤灰、磨细矿粉、水泥、碳化硅废料、水和高浓度高性能聚羧酸盐减水剂；它的制备方法为：将砂、碎石、粉煤灰、磨细矿粉、水泥、碳化硅废料干拌50-70秒后添加水和高浓度高性能聚羧酸盐减水剂湿拌90-110秒即可。

2.根据权利要求1所述的环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，其特征在于它的施工工艺为：1、可根据需要先做基层普通混凝土路面/钢筋混凝土路面，仅添加高浓度高性能聚羧酸盐减水剂，不添加碳化硅废料，其他材料指标要求可参考钢筋混凝土路面相关规范，厚度≥20cm；2、在基层混凝土路面初凝前，在其表面铺设一层绿色环保的高耐磨型水泥基复合材料，即环保型高性能水泥混凝土，厚度6cm-8cm。

3.根据权利要求1所述的环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，其特征在于所述的高浓度高性能聚羧酸盐减水剂的质量配方比为：聚丙烯酸15％-60％，适应性调节剂3％-5％，凝结时间调节剂3％-5％，混凝土工作性能调节剂8％-15％，强度增长促进剂3％-5％。

4.根据权利要求1所述的环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，其特征在于所述的水泥采用42.5级及以上的硅酸盐水泥，水泥的用量为300kg/m³-500kg/m³。

5.根据权利要求1所述的环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，其特征在于所述的碎石作为粗集料时，可根据具体情况选择最大粒径20mm-25mm的碎石，作为细骨料时，选择细度模数在2.3-3.0的中砂，砂率为32％-38％较为适宜，水选择普通的生活用水。

6.根据权利要求1所述的环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，其特征在于所述的环保型高性能水泥混凝土采用普通黑色α-SiC含量在75％以上的碳化硅废料。

7.根据权利要求1所述的环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，其特征在于所述的环保型高性能水泥混凝土选用I级粉煤灰，用量为胶凝材料的10％-15％，磨细矿粉用量为胶凝材料的5％-10％。

8.根据权利要求1所述的环保型高性能水泥混凝土的配制及其施工工艺，其特征在于所述的环保型高性能水泥混凝土的水胶比一般以0.25-0.32为宜。