CN104986996A - 一种复合纤维高分子增强混凝土声屏障及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合纤维高分子增强混凝土声屏障及其制备方法，该混凝土原料包括陶粒、砂、凝胶材料、增强纤维、减水剂、聚合物乳液和水；所述凝胶材料包括水泥、粉煤灰、硅灰和矿粉；所述增强纤维为钢纤维和/或聚丙烯纤维；所述聚合物乳液为丙烯酸酯共聚乳液或丁烯酸酯共聚乳液。其制备方法是先将陶粒预浸泡，再依次加入其它原料搅拌后进行浇筑、收浆、抹压和硬化。该复合纤维高分子增强混凝土声屏障材料，配方结合轻骨料、吸声材料、有机纤维、无机纤维和高分子增强剂等材料的应用，质量轻，力学性能好，吸隔声效果好，成本低，耐久性好，绿色环保。

Description

一种复合纤维高分子增强混凝土声屏障及其制备方法
技术领域
本发明涉及交通隔音屏障技术领域，具体涉及一种复合纤维高分子增强混凝土声屏障及其制备方法。
背景技术
声屏障是在声源和接收者之间插入一个设施，能使声源传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在一定区域内的噪音影响。
目前铁路桥梁插板式非金属声屏障单元板主要采用常规的C30混凝土配方和轻质混凝土配方。前者单元板质量过大，面密度过高，运输安装成本较高，力学性能较差；后者单元板质量轻，但抗弯强度低，抗冲击性差，耐久性不佳，严重影响声屏障的安全稳定性和吸声降噪效果。以往插板式非金属混凝土单元板采用面板直立开孔结构，导致在使用过程中雨水渗入吸声体严重影响屏障的吸声效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的混凝土声屏障质量过大、力学性能差、隔声效果欠佳、耐久性不好等。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合纤维高分子增强混凝土声屏障。
本发明还提供了一种该复合纤维高分子增强混凝土声屏障的制备方法。
具体技术方案如下：
一种复合纤维高分子增强混凝土声屏障，混凝土原料包括陶粒、砂、凝胶材料、增强纤维、减水剂、聚合物乳液和水；所述凝胶材料包括水泥、粉煤灰、硅灰和矿粉；所述增强纤维为钢纤维和/或聚丙烯纤维；所述聚合物乳液为丙烯酸酯共聚乳液或丁烯酸酯共聚乳液。
陶粒内部结构特征呈细密蜂窝状封闭型微孔，作为轻粗骨料，其体积密度较小，搅拌时不易上浮，本身具有一定强度，能减小混凝土整体质量，同时由于陶粒在混凝土中被水泥砂浆基体包裹，相互隔离，改善混凝土内部界面结构，从而能改善混凝土的抗渗性能。聚合物乳液是一种水泥砂浆改性剂，本发明选用丙烯酸酯共聚乳液或丁烯酸酯共聚乳液，都可以直接购买市售商品，配方中添加该聚合物乳液后与其他成分配合，能够提高产品极限拉伸率、抗拉强度和抗裂性，增加抗渗性，防止老混凝土进一步碳化等。
优选地，上述复合纤维高分子增强混凝土声屏障，混凝土原料按重量份数计，各成分用量为：陶粒350～600kg/m3；砂550～800kg/m3；钢纤维8～118kg/m3或聚丙烯纤维0.44～6kg/m3；减水剂0.88～12kg/m3；聚合物乳液5～120kg/m3；水176～360kg/m3；凝胶材料中水泥200～460kg/m3、粉煤灰44～180kg/m3、硅灰5～60kg/m3、矿粉88～180kg/m3。
优选地，上述复合纤维高分子增强混凝土声屏障中，所述凝胶材料用量范围为440～600kg/m3，混凝土坍落度范围为50～90mm，水胶比范围为0.4～0.6，其中水泥选用普通硅酸盐水泥，强度等级为P.O42.5。配方中各组分的用量、水胶比、骨料级配和外加剂用量等都对混凝土坍落度有影响，根据凝胶材料用量和混凝土强度要求，选择P.O42.5强度等级的水泥最佳。该水泥较硫铝酸盐水泥性能稳定，且能与粉煤灰、硅灰和矿粉较好反应结合，提高混凝土强度；混凝土凝固后颜色正常，不会像硫铝酸盐水泥一样出现发黄的现象，而且成本低廉。
优选地，上述复合纤维高分子增强混凝土声屏障中，所述粉煤灰质量等级为II级；所述矿粉等级为S75；所述硅灰颗粒密度为2.2g/cm3。上述等级下的粉煤灰、矿粉和硅灰，由于其颗粒细小，能够填充到水泥颗粒堆积形成的大空隙中，从而减少了有害空隙的存在，材料致密性得到提高，混凝土强度进一步提高。
优选地，上述复合纤维高分子增强混凝土声屏障中，所述陶粒为圆球形，粒径范围为3.5～8mm，颗粒表观密度范围为1120～1180kg/m3。陶粒属于轻骨料范畴，其体积密度较小，搅拌时不易上浮，本身具有一定强度，能减小混凝土整体质量，同时由于陶粒在混凝土中被水泥砂浆基体包裹，相互隔离，改善混凝土内部界面结构，从而能改善混凝土的抗渗性能。
优选地，上述复合纤维高分子增强混凝土声屏障中，所述砂为河砂，砂中的含泥量小于2％。砂中的含泥量对减水剂的影响很大，含量过大有可能降低减水剂的减水性，含泥量小于2％的河砂对减水剂的影响较小，而且成本低廉。
优选地，上述复合纤维高分子增强混凝土声屏障中，所述钢纤维长度为30mm，直径为0.7mm；聚丙烯纤维长度为12mm。添加钢纤维或/和聚丙烯纤维能增加混凝土内部界面过渡区，改善微观界面，起到明显的阻裂与增切作用，从而提高混凝土的力学性能和耐久性。由于聚丙烯纤维与钢纤维相比具有密度小、单丝直径小和弹性模量低等特性，因而低掺量的聚丙烯纤维既可达到上述效果。本发明所选的增强纤维加入混凝土时，其和易性好、分散性好、在混凝土中的分布均匀，增强效果明显。
优选地，上述复合纤维高分子增强混凝土声屏障中，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。其减水性能良好，从而减少单位用水量和水泥用量，节约成本，改善混凝土拌合物的流动性。该减水剂可购买市售商品，如四川鑫嘉业建材科技有限公司的XJY-聚羧酸高性能减水剂。
一种以上任一所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障的制备方法，步骤为：先将陶粒预浸泡30～90分钟，再将河砂、水泥、粉煤灰、硅灰和矿粉混合搅拌10～60s，向其中加入增强纤维，搅拌30～120s，再投入2/3的用水量和预浸泡的陶粒搅拌30～120s，最后加入剩余水量和聚合物乳液搅拌均匀，依次进行浇筑、收浆、抹压和硬化。
在整个搅拌过程中主要是关注轻骨料即陶粒的上浮，不考虑粉煤灰等的上浮，实际上粉煤灰等在混合搅拌时几乎不会上浮，所以必须预先对陶粒进行浸泡处理。
优选地，上述复合纤维高分子增强混凝土声屏障的制备方法中，在抹压之后，采用不透气膜覆盖表面，待硬化至可上人时，揭开不透气膜，替换成透水透气膜帘幕覆盖，用水浇透，蓄水养护。以此减缓热量和水分的流失速度，使其反应彻底，提高混凝土强度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的复合纤维高分子增强混凝土声屏障材料，配方结合轻骨料、吸声材料、有机纤维、无机纤维和高分子增强剂等材料的应用，质量轻，力学性能好，吸隔声效果好，成本低，耐久性好，绿色环保。
本发明的吸隔板，面板孔洞成一定倾斜角度，防止雨水流入，提高声屏障耐久性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
用本发明的复合纤维高分子增强混凝土声屏障配方试制2米混凝土声屏障单元板(尺寸为1960×500×120mm)，其中单元板结构均为面板(内加钢筋网)+吸声层+背板(内加钢筋网)，相关尺寸为：面板30mm+吸声层60mm+背板30mm，相关配方如下表1。
表1复合纤维高分子增强混凝土声屏障原料配方
备注：实施例4中粉煤灰质量等级为II级，矿粉等级为S75，硅灰颗粒密度为2.2g/cm3；钢纤维长度30mm，直径0.7mm；聚丙烯纤维长度12mm。
制备步骤：
(1)试模制作：先将陶粒预浸泡30～90分钟，再将河砂、水泥、粉煤灰、硅灰和矿粉混合搅拌10～60s，向其中加入增强纤维，搅拌30～120s，再投入2/3的用水量和预浸泡的陶粒搅拌30～120s。
(2)试模养护：复合纤维高分子增强混凝土浇筑收浆和抹压后，及时采用塑料薄膜覆盖。混凝土硬化至可上人时，揭开塑料薄膜，铺上麻袋或草帘，用水浇透，蓄水养护(采用7d覆水养护，21d自然养护，自然养护时试模间间距大于20mm)。声屏障性能检测结果见表2。
表2声屏障性能检测结果
备注：检测标准参照《铁路声屏障声学构件技术要求和测试方法》(TB/T3122-2010)。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种复合纤维高分子增强混凝土声屏障，其特征在于，混凝土原料包括陶粒、砂、凝胶材料、增强纤维、减水剂、聚合物乳液和水；所述凝胶材料包括水泥、粉煤灰、硅灰和矿粉；所述增强纤维为钢纤维和/或聚丙烯纤维；所述聚合物乳液为丙烯酸酯共聚乳液或丁烯酸酯共聚乳液。
2.根据权利要求1所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障，其特征在于，按重量份数计，各成分用量为：陶粒350～600kg/m3；砂550～800kg/m3；钢纤维8～118kg/m3或聚丙烯纤维0.44～6kg/m3；减水剂0.88～12kg/m3；聚合物乳液5～120kg/m3；水176～360kg/m3；凝胶材料中水泥200～460kg/m3、粉煤灰44～180kg/m3、硅灰5～60kg/m3、矿粉88～180kg/m3。
3.根据权利要求1或2所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障，其特征在于，所述凝胶材料用量范围为440～600kg/m3，混凝土坍落度范围为50～90mm，水胶比范围为0.4～0.6，其中水泥选用普通硅酸盐水泥，强度等级为P.O42.5。
4.根据权利要求1或2所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障，其特征在于，所述粉煤灰质量等级为II级；所述矿粉等级为S75；所述硅灰颗粒密度为2.2g/cm3。
5.根据权利要求1或2所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障，其特征在于，所述陶粒为圆球形，粒径范围为3.5～8mm，颗粒表观密度范围为1120～1180kg/m3。
6.根据权利要求1或2所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障，其特征在于，所述砂为河砂，砂中的含泥量小于2％。
7.根据权利要求1或2所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障，其特征在于，所述钢纤维长度为30mm，直径为0.7mm；聚丙烯纤维长度为12mm。
8.根据权利要求1或2所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
9.一种权利要求1～8任一所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障的制备方法，其特征在于，步骤为：先将陶粒预浸泡30～90分钟，再将河砂、水泥、粉煤灰、硅灰和矿粉混合搅拌10～60s，向其中加入增强纤维，搅拌30～120s，再投入2/3的用水量和预浸泡的陶粒搅拌30～120s，最后加入剩余水量和聚合物乳液搅拌均匀，依次进行浇筑、收浆、抹压和硬化。
10.根据权利要求9所述的复合纤维高分子增强混凝土声屏障的制备方法，其特征在于，在抹压之后，采用不透气膜覆盖表面，待硬化至可上人时，揭开不透气膜，替换成透水透气膜帘幕覆盖，用水浇透，蓄水养护。
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