CN104894975B - 一种混凝土的糙化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混凝土的糙化方法，包括以下步骤：1)浇筑混凝土，整平表面后，得到混凝土层；2)将粘附有高强砂浆料的粗石英砂均匀撒布在整平后的混凝土层表面上；3)经48小时终凝后，采用高温蒸汽养护，养护温度为70‑90℃，时间为48‑72小时,得到具有粗糙表面的混凝土。本发明对混凝土层没有破坏，同时，在混凝土层表面上形成的糙面具有牢固可靠的特点，其与沥青混凝土的粘结效果远远好于常规的刻槽等工艺。

Description

一种混凝土的糙化方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土的糙化方法,属于建筑材料技术领域。
背景技术
作为当今世界上应用最为广泛的建筑材料，混凝土存在抗弯强度较低和脆性高的缺点，导致混凝土在使用中易产生裂缝甚至断裂，从而严重影响建筑的整体安全和使用寿命。现代建筑中大量存在的一些建筑结构和部位，如高铁高架桥、大跨度跨海和跨江大桥的桥面、以及地铁等各类型隧道拱墙，由于其应力环境复杂苛刻，必须采用抗弯强度尽可能高的高韧性混凝土材料。为提高混凝土的韧性，钢筋被较早采用并大量使用至今。之后，力学性能和增韧效果更好的各类纤维材料，如碳纤维、玻璃纤维、福塔纤维、钢丝/钢丝网纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、杜拉纤维等先后被采用，并开发出相应的混凝土产品。
目前，制备的桥梁混凝土方案主要是掺加粉煤灰、矿粉、硅粉等矿物掺合料和高效减水剂，矿物掺合料提高了混凝土密实性，进而提高抗氯离子渗透能力；然而，加入矿粉、粉煤灰等掺合料制备的混凝土其韧性依然得不到很好的改善。另外，发明专利ZL201010266982.0采用直径为13μm、长度为10mm的短切玄武岩纤维作为增韧材料，制备得到一种高韧性混凝土，其抗弯强度(28d)为4.3-6.5MPa。发明专利ZL201210566338.4采用聚丙烯腈纤维和钢纤维作为增韧材料，制备得到一种高韧性混凝土，其最优抗弯强度(28d)为8.6MPa。发明专利CN201110323697.2公开了一种混凝土及其制备方法。该混凝土包括胶凝材料、河沙、超塑化剂、水、钢纤维及聚丙烯纤维。其抗折强度为17.1-18.6MPa。上述专利所公开的混凝土的抗折强度虽然有一定程度的提高，但是在某些特定的工程领域，如钢桥面铺装，因其疲劳变形大，现有的混凝土很难满足要求，另外，现在常规的混凝土路面与沥青的粘结，是把混凝土刻槽、铣刨或者抛丸让混凝土表面变粗糙。但是对于混凝土的表面，首先其强度较高，常规工艺施工极其困难，设备损耗巨大；其次，混凝土层本来就很薄，因为它的特性，混凝土层一般只有5厘米厚，常规工艺对它来说有一定损伤，会破坏它本身的结构，使得钢纤维外露、保护层变薄，造成一定的不利影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混凝土的糙化方法,该糙化方法对混凝土层没有破坏，同时，在混凝土层表面上形成的糙面具有牢固可靠的特点，其与沥青混凝土的粘结效果远远好于常规的刻槽等工艺。
实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种混凝土的糙化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)浇筑混凝土，整平表面后，得到混凝土层；
2)将粘附有高强砂浆料的粗石英砂均匀撒布在整平后的混凝土层表面上，控制粗石英砂的部分嵌入混凝土层的表面以下；
3)经终凝后，采用高温蒸汽养护，得到具有粗糙表面的混凝土。
作为优选，所述的高强砂浆料的主要成分包括水泥、硅灰、矿渣、粉煤灰、石英粉、细石英砂、纳米碳酸钙、水、减水剂；
硅灰与水泥的重量比为10-20:100，
矿渣与水泥的重量比为1-20:100，
粉煤灰与水泥的重量比为5-20:100，
石英粉与水泥的重量比为30-38：100；
细石英砂与水泥的重量比为80-150:100，
纳米碳酸钙与水泥的重量比为0.1-5:100；
水胶比为0.15-0.22；
减水剂与水泥的重量比为0.5-4:100。
其中：所述的水泥的铝酸三钙含量不大于8％；所述的硅灰为球形颗粒，粒径在0.1μm-0.2μm之间；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，粒径小于45μm的颗粒占90％以上；所述的石英粉的二氧化硅含量＞95％，平均粒径为45μm的类球形颗粒；所述的细石英砂的二氧化硅含量＞95％，粒径在0.1mm-0.4mm之间；所述的纳米碳酸钙的粒径在5-80nm之间；所述减水剂为低引气高性能减水剂，减水率大于35％，含气量小于2％。
作为优选，所述混凝土为一种超高韧性混凝土，其主要成分包括水泥、硅灰、矿渣、粉煤灰、石英粉、石英砂、钢纤维、纳米碳酸钙、水、减水剂；
硅灰与水泥的重量比为10-20:100，
矿渣与水泥的重量比为1-20:100，
粉煤灰与水泥的重量比为5-20:100，
石英粉与水泥的重量比为30-38：100；
石英砂与水泥的重量比为80-150:100，
钢纤维的体积掺量为混凝土总体积的2.0％-4％；
纳米碳酸钙与水泥的重量比为0.1-5:100；
水胶比为0.15-0.22；
减水剂与水泥的重量比为0.5-4:100。
水胶比是指每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值，胶凝材料重量＝水泥重量+掺合料重量；在本发明中，掺合料包括硅灰、矿渣、粉煤灰。
所述混凝土,其制备方法包括如下步骤：
1)按照配方配比准备好原料；
2)先分别将配方量的水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣、石英粉、石英砂、纳米碳酸钙、减水剂、钢纤维加入搅拌装置中进行搅拌，搅拌均匀后，再加入配方量的水进行搅拌流化，控制搅拌速度在20-48r/min，搅拌时间4-8min，即可得到混凝土。
作为优选，所述的水泥的铝酸三钙(C3A)含量不大于8％。因为C3A的收缩率高，水化热大，C3A含量较大的水泥容易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂，且与混凝土外加剂的适应性变差，容易使混凝土出现假凝和塑性收缩。如含量大于8％，则塌落度经时损失大，容易出现早期收缩开裂的问题，强度仍够。
作为优选，所述的硅灰为球形颗粒，粒径在0.1μm-0.2μm之间。本发明控制硅灰粒径为0.1-0.2μm，是高活性掺合料，与水泥、粉煤灰形成良好级配，并且参与水泥水化，提高强度。硅灰粒径过大，则活性差，抗压抗折强度均会有影响。如不是球形颗粒，则塌落度会偏小。
作为优选，所述的粉煤灰为一级粉煤灰，粒径小于45μm的颗粒占90％以上。这样设计能够保证混凝土的强度与和易性。
作为优选，所述的石英粉的二氧化硅含量＞95％，平均粒径为45μm的类球形颗粒。
作为优选，所述的石英砂的二氧化硅含量＞95％，粒径在0.4mm-1.3mm之间。这样设计能够保证混凝土的强度与和易性。
作为优选，钢纤维分为第一钢纤维和第二钢纤维两种，第一钢纤维的直径为0.12mm-0.16mm，长为6mm-8mm，体积掺量为混凝土总体积的0.5％-1.5％；第二钢纤维的直径为0.18mm-0.22mm，长为12mm-14mm，体积掺量为混凝土总体积的1.5％-2.5％。这样设计能够提高混凝土的抗折强度并改善和易性。
作为优选，所述的钢纤维为镀铜高强纤维，抗拉强度大于2000MPa。
作为优选，纳米碳酸钙的粒径在5-80nm之间。这样设计能够提高抗折强度。
作为优选，所述减水剂为低引气高性能减水剂，减水率大于35％，含气量小于2％。
作为优选，所述水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣的总重量与石英砂的重量比为0.8-1.5。
作为优选，所述的混凝土的抗压强度120-180MPa，抗折强度20-40MPa，具有良好的施工性能，塌落度≥180mm，可泵送现浇。
作为优选，在步骤2)中，嵌入深度为1-4mm。
作为优选，在步骤3)中，经48小时终凝后，采用高温蒸汽养护，养护温度为70-90℃，时间为48-72小时,得到具有粗糙表面的混凝土。
本发明的配方设计原理如下：
本发明配方中，掺入较大量的高效减水剂，控制石英砂的粒径，与水泥颗粒、粉煤灰颗粒、硅灰颗粒等形成一种良好的颗粒级配，再通过控制粉体材料与石英砂的重量比，最后，且最重要的是把钢纤维分成2种粗细不同的掺入，可大大减少因为钢纤维互相交叉成团造成的混凝土和易性的降低。另外，硅灰与水泥的重量比低于10：100时，强度很难达到150MPa，高于20：100时,需水量太大，混凝土和易性差很多。矿渣与水泥的重量比1-20，掺量太高则影响强度。粉煤灰与水泥的重量比低于5：100时,形成不了颗粒级配，混凝土流动性差；高于20:100则影响强度。
作为优选，所述的粘附有高强砂浆料的粗石英砂采用如下方法制备：将粒径为6-10mm的粗石英砂放入高强砂浆料中，利用高强砂浆料裹挟粗石英砂，裹挟后将多余的高强砂浆料筛除，在粗石英砂表面粘附一层厚度在1mm以内的高强砂浆料。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提高了一种全新的混凝土表面的糙化方法，所述的糙化方法对混凝土层没有破坏，同时，在混凝土层表面上形成的糙面具有牢固可靠的特点，其与沥青混凝土的粘结效果远远好于常规的刻槽等工艺。
2、本发明所采用的混凝土为一种超高韧性混凝土(简称STC)，通过掺入矿物掺合料、使用高效减水剂降低水灰比提高强度，通过掺入大量钢纤维提高其韧性，另外通过控制石英粉、石英砂及掺合料的颗粒级配、掺入纳米碳酸钙来保证混合物的流动性能，具有抗压强度高、韧性高，又具有良好的施工性能，可泵送现浇，是用于地下结构、桩、桥梁、桥面等承重结构物的良好材料。本发明所述的混凝土，按照普通混凝土力学性能试验标准GB/T50081—2002进行检测，其抗压强度120-180MPa，抗折强度20-40MPa，具有良好的施工性能，塌落度≥180mm，可泵送现浇。其抗压强度大于120MPa，抗折强度大于20MPa，高强耐久，可抗压、抗剪、抗疲劳，承载能力极强；灌封砂浆采用高强砂浆，抗压强度≥100MPa，流动性好，施工方便，耐久性高。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1：
一种超高韧性混凝土的糙化方法，包括以下步骤：
1)在模具中浇筑混凝土，整平表面后，得到混凝土层；
2)将粘附有高强砂浆料的粗石英砂均匀撒布在整平后的混凝土层表面上,控制撒布石英砂的力度，使得石英砂嵌入混凝土层的表面以下，嵌入深度为1-4mm；
3)经48小时终凝后，采用高温蒸汽养护，养护温度为70-90℃，时间为48-72小时,得到具有粗糙表面的混凝土。
所述的粘附有高强砂浆料的粗石英砂采用如下方法制备：将粒径为8mm的粗石英砂放入高强砂浆料中，利用高强砂浆料裹挟粗石英砂，裹挟后将多余的高强砂浆料筛除，在粗石英砂表面粘附一层厚度在2mm以内的高强砂浆料。
所述的高强砂浆料的主要成分包括水泥、硅灰、矿渣、粉煤灰、石英粉、细石英砂、纳米碳酸钙、水、减水剂；
硅灰与水泥的重量比为10-20:100，
矿渣与水泥的重量比为1-20:100，
粉煤灰与水泥的重量比为5-20:100，
石英粉与水泥的重量比为30-38：100；
细石英砂与水泥的重量比为80-150:100，
纳米碳酸钙与水泥的重量比为0.1-5:100；
水胶比为0.15-0.22；
减水剂与水泥的重量比为0.5-4:100。
其中：所述的水泥的铝酸三钙含量不大于8％；所述的硅灰为球形颗粒，粒径在0.1μm-0.2μm之间；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，粒径小于45μm的颗粒占90％以上；所述的石英粉的二氧化硅含量＞95％，平均粒径为45μm的类球形颗粒；所述的细石英砂的二氧化硅含量＞95％，粒径在0.1mm-0.4mm之间；所述的纳米碳酸钙的粒径在5-80nm之间；所述减水剂为低引气高性能减水剂，减水率大于35％，含气量小于2％。
上述的高强砂浆抗压强度为133MPa，其制备方法与超高韧性混凝土的制备方法相同。
所述混凝土为一种超高韧性混凝土，其制备方法，包括如下步骤：
1)按照配方配比准备好原料:水泥1份、硅灰0.1份、矿渣0.05份、粉煤灰0.05份、石英粉0.3份、石英砂1份、体积掺量占混凝土总体积的1.5％的第一钢纤维，体积掺量占混凝土总体积的2％的第二钢纤维，纳米碳酸钙0.03份，水0.22份，减水剂0.01份；
2)先分别将配方量的水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣、石英粉、石英砂、纳米碳酸钙、减水剂、第一钢纤维、第二钢纤维加入搅拌装置中进行搅拌，搅拌均匀后，再加入配方量的水进行搅拌流化，控制搅拌速度20-48r/min，搅拌时间4-8min，即可得到混凝土。
本实施例中，水泥的铝酸三钙(C3A)含量不大于8％。硅灰为球形颗粒，粒径在0.1μm-0.2μm之间。粉煤灰为一级粉煤灰，粒径小于45μm的颗粒占90％以上。石英粉的二氧化硅含量＞95％，平均粒径为45μm的类球形颗粒。石英砂的二氧化硅含量＞95％，粒径在0.4mm-1.3mm之间。钢纤维分为第一钢纤维和第二钢纤维两种，第一钢纤维的直径为0.12mm-0.16mm，长为6mm-8mm；第二钢纤维的直径为0.18mm-0.22mm，长为12mm-14mm。钢纤维为镀铜高强纤维，抗拉强度大于2000MPa。纳米碳酸钙的粒径在5-80nm之间。这样设计能够提高抗折强度。减水剂为低引气高性能减水剂，减水率大于35％，含气量小于2％。
按照普通混凝土力学性能试验标准GB/T50081—2002进行检测，混凝土的性能：塌落度230mm，抗压强度146MPa，抗折强度29MPa。
参照现行《公路工程石料试验规程》进行界面斜剪试验，按照本技术方案实测的界面抗剪强度达3.6MPa，远远高于常规糙化工艺。
实施例2：
本实施例的特点是：
所述混凝土为一种超高韧性混凝土，其制备方法，包括如下步骤：
1)按照配方配比准备好原料:水泥1份、硅灰0.2份、矿渣0.02份、粉煤灰0.05份、石英粉0.35份、石英砂0.8份、体积掺量占混凝土总体积的1.0％的第一钢纤维，体积掺量占混凝土总体积的2.5％的第二钢纤维，纳米碳酸钙0.03份，水0.20份，减水剂0.014份；
2)先分别将配方量的水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣、石英粉、石英砂、纳米碳酸钙、减水剂、第一钢纤维、第二钢纤维加入搅拌装置中进行搅拌，搅拌均匀后，再加入配方量的水进行搅拌流化，控制搅拌速度20-48r/min，搅拌时间4-8min，即可得到混凝土。
其他与实施例1相同。
按照普通混凝土力学性能试验标准GB/T50081—2002进行检测，性能：塌落度188mm，抗压强度176MPa，抗折强度35MPa。
参照现行《公路工程石料试验规程》进行界面斜剪试验，按照本技术方案实测的界面抗剪强度达4.7MPa，远远高于常规糙化工艺。
实施例3：
一种普通混凝土的糙化方法，包括以下步骤：
1)在模具中或施工现场浇筑混凝土，整平表面后，得到混凝土层；
2)将粘附有高强砂浆料的粗石英砂均匀撒布在整平后的混凝土层表面上；
3)经24小时终凝后，采用普通保湿养护，养护温度为自然温度，时间为7-28天,得到具有粗糙表面的混凝土。
所述的粘附有高强砂浆料的粗石英砂采用如下方法制备：将粒径为8mm的粗石英砂放入高强砂浆料中，利用高强砂浆料裹挟粗石英砂，裹挟后将多余的高强砂浆料筛除，在粗石英砂表面粘附一层厚度在2mm以内的高强砂浆料。
所述的高强砂浆料的配方如下：
硅灰与水泥的重量比为10-20:100，
矿渣与水泥的重量比为1-20:100，
粉煤灰与水泥的重量比为5-20:100，
石英粉与水泥的重量比为30-38：100；
石英砂与水泥的重量比为80-150:100，
纳米碳酸钙与水泥的重量比为0.1-5:100；
水胶比为0.15-0.22；
减水剂与水泥的重量比为0.5-4:100。
其中：所述的水泥的铝酸三钙含量不大于8％；所述的硅灰为球形颗粒，粒径在0.1μm-0.2μm之间；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，粒径小于45μm的颗粒占90％以上；所述的石英粉的二氧化硅含量＞95％，平均粒径为45μm的类球形颗粒；所述的石英砂的二氧化硅含量＞95％，粒径在0.1mm-0.4mm之间；所述的纳米碳酸钙的粒径在5-80nm之间；所述减水剂为低引气高性能减水剂，减水率大于35％，含气量小于2％。
上述的高强砂浆抗压强度为133MPa。
普通混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)按照常规混凝土浇筑方式浇筑好混凝土:水泥1份、碎石4份、砂2.5份、水0.6份；经搅拌好之后，即可运送至模具中或现场浇筑，浇筑时辅以振捣成型。
按照普通混凝土力学性能试验标准GB/T50081—2002进行检测，性能：塌落度168mm，抗压强度36MPa，抗折强度3.5MPa。
参照现行《公路工程石料试验规程》进行界面斜剪试验，按照本技术方案实测的界面抗剪强度达2.7MPa，高于常规糙化工艺。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混凝土的糙化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1 ）浇筑混凝土，整平表面后，得到混凝土层；
2 ）将粘附有高强砂浆料的粗石英砂均匀撒布在整平后的混凝土层表面上，控制粗石英砂的部分嵌入混凝土层的表面以下；
3 ）经终凝后，采用高温蒸汽养护，得到具有粗糙表面的混凝土 ;
所述混凝土为超高韧性混凝土，其主要成分包括水泥、硅灰、矿渣、粉煤灰、石英粉、石英砂、钢纤维、纳米碳酸钙、水、减水剂 ;
硅灰与 水泥的重量比为 10-20:100 ，
矿渣与水泥的重量比为 1-20:100 ，
粉煤灰与水泥的重量比为 5-20:100 ，
石英粉与水泥的重量比为 30-38 ： 100 ；
石英砂与水泥的重量比为 80-150:100 ，
钢纤维的体积掺量为混凝土总体积的 2.0%-4%;
纳米碳酸钙与水泥的重量比为 0.1-5:100;
水胶比为 0.15-0.22;
减水剂与水泥的重量比为 0.5-4:100 。
2.根据权利要求 1 所述的混凝土的糙化方法，其特征在于，所述超高韧性混凝土的制备方法包括如下步骤：
1 ）按照配方配比准备好原料；
2 ）先分别将配方量的水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣、石英粉、石英砂、纳米碳酸钙、减水剂、钢纤维加入搅拌装置中进行搅拌，搅拌均匀后，再加入配方量的水进行搅拌流化，控制搅拌速度在 20-48r/min ，搅拌时间 4-8min ，即可得到混凝土。
3.根据权利要求 1 所述的混凝土的糙化方法，其特征在于，所述的水泥的铝酸三钙含量不大于 8% ；所述的硅灰为球形颗粒，粒径在 0.1µm-0.2µm 之间；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，粒径小于 45µm 的颗粒占 90% 以上；所述的石英粉的二氧化硅含量＞ 95% ，平均粒径为 45µm 的类球形颗粒；所述的石英砂的二氧化硅含量＞ 95% ，粒径在 0.4mm-1.3mm 之间；所述的纳米碳酸钙的粒径在 5-80nm 之间；所述减水剂为低引气高性能减水剂，减水率大于 35% ，含气量小于 2% ；所述的钢纤维为镀铜高强纤维，抗拉强度大于 2000MPa 。
4.根据权利要求 1 所述的混凝土的糙化方法，其特征在于：所述的钢纤维分为第一钢纤维和第二钢纤维两种，第一钢纤维的直径为 0.12mm-0.16mm ，长为 6mm-8mm ，体积掺量为混凝土总体积的 0.5%-1.5%; 第二钢纤维的直径为 0.18mm-0.22mm ，长为 12mm-14mm ，体积掺量为混凝土总体积的 1.5%-2.5% 。
5.根据权利要求 1 所述的混凝土的糙化方法，其特征在于：所述水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣的总重量与石英砂的重量比为 0.8-1.5 。
6.根据权利要求 1 所述的混凝土的糙化方法，其特征在于：所述的粘附有高强砂浆料的粗石英砂采用如下方法制备：将粒径为 6-10mm 的粗石英砂放入高强砂浆料中，利用高强砂浆料裹挟粗石英砂，裹挟后将多余的高强砂浆料筛除，在粗石英砂表面粘附一层厚度在 2mm 以内的高强砂浆料。
7.根据权利要求 1 所述的混凝土的糙化方法，其特征在于：在步骤 2 ）中，嵌入深度为 1-4mm 。
8.根据权利要求 1 所述的混凝土的糙化方法，其特征在于：在步骤 3 ）中，经 48 小时终凝后，采用高温蒸汽养护，养护温度为 70-90 ℃，时间为 48-72 小时 , 得到具有粗糙表面的混凝土。
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