CN107902999A - 一种超早强混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种超早强混凝土及其制备方法 Download PDF

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黄绿岸
杨飞
梁淑贤
陈德
张东国
袁朝志
王子昌
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Abstract

本发明提供了一种超早强混凝土，包括：骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料；骨料的砂率为35％～50％；水泥的质量为骨料质量的5％～15％；不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(4.5～7)。与现有技术相比，本发明通过调节骨料中的砂率比，改善混凝土的收缩性能，通过以不饱和聚酯树脂为水泥增强材料，提高混凝土的粘结性能，通过添加不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂，减小硬化时间，同时通过外掺料改善混凝土的收缩性能和耐久性能，因此本发明通过上述材料综合作用，使混凝土具有超早强的性能。

Description

一种超早强混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种超早强混凝土及其制备方法。
背景技术
20世纪80年代末，水泥混凝土路面得到飞速发展，截止至2014年底，我国公路总里程446.39万公里，比上年末增加10.77万公里，公路养护里程435.38万公里，占公路总里程97.5％。与此同时，水泥混凝土路面的病害问题也是日益严重，我国即将迈入一个路面后期维护的国家，因此针对路面破坏修补材料的研究极具前景。
根据国内外对水泥混凝土路面修复材料的研究成果，其所用的修复材料大致有以下缺点，成本偏高，施工复杂，部分材料有毒性，材料养护时间久，收缩大，新旧界面粘接力一般，容易导致二次破坏，耐腐蚀性差。其中影响最大的便是养护时间无法满足短时间通车要求。
我国曾采用稍高于原混凝土强度等级的普通混凝土进行路面修复，但是有许多弊端，如：(1)普通混凝土收缩大，开裂现象严重；(2)新旧混凝土粘结效果差，新旧混凝土界面粘结强度不足，容易开裂；(3)普通混凝土养护时间需要14天以上，不能快速开放交通。而伴随着社会运行节奏的加快，快速修补，快速通车成为了社会的迫切期望。
超早强混凝土的产生顺应了时代的潮流，减少由于城市路面修复所引起的交通堵塞导致的经济损失，有极高的社会效益及经济效益。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种超早强混凝土及其制备方法。
本发明提供了一种超早强混凝土，包括：骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料；所述骨料的砂率为35％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的5％～15％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(4.5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述外掺料的体积为骨料体积的10％～15％。
优选的，所述骨料包括粒径小于4.75mm的河砂与粒径为5～10mm的碎石。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥。
优选的，所述不饱和树脂固化剂选自过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰与过氧化甲乙酮中的一种或多种。
优选的，所述不饱和树脂固化促进剂为异辛酸钴。
优选的，所述骨料的砂率为40％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的8％～12％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的3％～5％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的3％～5％；所述外掺料的体积为骨料体积的12％～15％。
优选的，所述骨料的砂率为45％；所述水泥的质量为骨料质量的10％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：6；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的4％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的4％；所述外掺料的体积为骨料体积的15％。
本发明还提供了一种超早强混凝土的制备方法，包括：
将骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料混合，得到超早强混凝土；
所述骨料的砂率为35％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的5％～15％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(4.5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述外掺料的体积为骨料体积的10％～15％。
优选的，包括：
S1)将骨料、水泥与外掺料混合，得到第一混合物；
将不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂混合，得到第二混合物；所述第一混合物与第二混合物的制备并无先后顺序之分；
S2)将所述第一混合物与第二混合物混合，得到超早强混凝土。
优选的，先将不饱和树脂固化剂与不饱和聚酯树脂混合，然后加入不饱和树脂固化促进剂，混合后，得到第二混合物。
本发明提供了一种超早强混凝土，包括：骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料；所述骨料的砂率为35％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的5％～15％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(4.5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述外掺料的体积为骨料体积的10％～15％。与现有技术相比，本发明通过调节骨料中的砂率比，改善混凝土的收缩性能，通过以不饱和聚酯树脂为水泥增强材料，提高混凝土的粘结性能，通过添加不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂，减小硬化时间，同时通过外掺料改善混凝土的收缩性能和耐久性能，因此本发明通过上述材料综合作用，使混凝土具有超早强的性能。
附图说明
图1为实施例1中养护后的材料的抗压强度随时间变化图；
图2为现场施工完成的效果图；
图3为现场施工3h后的通车图；
图4为现场施工3天后的通车图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种超早强混凝土，包括：骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料；所述骨料的砂率为35％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的5％～15％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(4.5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述外掺料的体积为骨料体积的10％～15％。
本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
按照本发明，所述骨料为本领域技术人员熟知的骨料即可，并无特殊的限制，优选包括碎石与砂；所述碎石的粒径优选为5～10mm；所述砂的粒径优选为小于4.75mm；所述骨料的砂率优选为40％～50％，更优选为42％～48％；再优选为45％～47％，最优选为45％。
所述水泥的质量优选为骨料质量的8％～12％，更优选为9％～11％，再优选为10％；所述水泥的种类为本领域技术人员熟知的水泥即可，并无特殊的限制，本发明中优选为硅酸盐水泥，更优选为硅酸盐水泥P.O42.5；所述水泥的堆积密度优选为1.41g/cm3；水泥可增强混凝土的密实性以及确保其颜色。
本发明提供的超早强混凝土中所用的胶凝材料为不饱和聚酯树脂，所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比优选为1：(5～7)，更优选为1：(6～7)，再优选为1：6；不饱和聚酯树脂是由不饱和二元酸二元醇或者饱和二元酸不饱和二元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物，是最常用的一种热固性树脂，可以在室温下固化，常压下成型，工艺灵活方便。
为减少不饱和聚酯树脂的固化时间，本发明提供的超早强混凝土中添加有不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂；所述不饱和树脂固化剂的质量优选为不饱和树脂质量的3％～5％，更优选为4％～5％；所述不饱和树脂固化剂为本领域技术人员熟知的不饱和树脂固化剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为氧化环己酮、过氧化二苯甲酰与过氧化甲乙酮中的一种或多种，更优选为过氧化甲乙酮；过氧化甲乙酮为白色液体，俗称白水，密度为1.1～1.2g/ml；所述不饱和树脂固化促进剂的质量优选为不饱和树脂质量的3％～5％，更优选为4％～5％；所述不饱和树脂固化促进剂为本领域技术人员熟知的不饱和树脂固化促进剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为异辛酸钴，更优选为钴含量为1％的异辛酸钴，其为蓝色液体，俗称蓝水，密度为1.1～1.2g/ml。通过不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂可保证混凝土能够在3h左右硬化，达到通车条件。
所述超早强混凝土中外掺料的体积优选为骨料体积的12％～15％，更优选为14％～15％，最优选为15％；所述外掺料的种类为本领域技术人员熟知的外掺料即可，并无特殊的限制，本发明中优选为粉煤灰、硅灰与矿粉渣中的一种或多种。外掺料可改善混凝土的收缩性能和耐久性能。
本发明通过调节骨料中的砂率比，改善混凝土的收缩性能，通过以不饱和聚酯树脂为水泥增强材料，提高混凝土的粘结性能，通过添加不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂，减小硬化时间，同时通过外掺料改善混凝土的收缩性能和耐久性能，因此本发明通过上述材料综合作用，使混凝土具有超早强的性能。
本发明还提供了一种上述超早强混凝土的制备方法，包括：将骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料混合，得到超早强混凝土；所述骨料的砂率为35％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的5％～15％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(4.5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述外掺料的体积为骨料体积的10％～15％。
其中，所述骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料均同上所述，在此不再赘述。
本发明中优选按照以下步骤制备：S1)将骨料、水泥与外掺料混合，得到第一混合物；将不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂混合，得到第二混合物；所述第一混合物与第二混合物的制备并无先后顺序之分；S2)将所述第一混合物与第二混合物混合，得到超早强混凝土。
将骨料、水泥与外掺料混合，得到第一混合物；所述混合的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选在搅拌机中搅拌混合均匀。
将不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂混合，得到第二混合物；优选先将不饱树脂固化剂与不饱和聚酯树脂混合，然后加入不饱和树脂固化促进剂，混合后，得到第二混合物。
将所述第一混合物与第二混合物混合，优选将第二混合物加入第一混合物中混合，得到超早强混凝土。
本发明提供的超早强混凝土可作为修补材料，将其填入所要修补的不平处，利用振动棒振动1min或用铁棒捣鼓，使其充分密实，再用抹刀抹平，静置即可；所述静置的时间优选为3～6h。
图2为本发明提供的超早强混凝土的制备流程示意图。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种超早强混凝土及其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售；实施例中所述树脂为不饱和聚酯树脂；水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5，堆积密度为1.41g/cm3；添加剂A为过氧化甲乙酮，白色液体，俗称白水，密度为1.1～1.2g/ml；添加剂B为钴含量1％异辛酸钴，蓝色液体，俗称蓝水，密度为1.1～1.2g/ml。
实施例1
1.1对4套模具表面进行刷机油处理(现场施工不需此步骤)。
1.2根据重量比算出树脂2300g，水泥1173g，砂6210g(粒径小于4.75mm)，石7590g(粒径为5～10mm)，粉煤灰84g，添加剂A 92g，添加剂B 92g。
1.3按重量分别称取树脂，水泥，骨料，外掺料，添加剂A，添加剂B。
1.4将步骤1.3中称取的水泥，骨料，外掺料倒入搅拌机中搅拌均匀。
1.5先将添加剂A加入树脂中搅拌均匀，再将添加剂B加入其中搅拌均匀。
1.6将步骤1.5的混合物加入步骤1.4的混合物中，来进行最后的搅拌，搅拌均匀后，得到超早强混凝土，将其入模。
1.7对入模的混凝土进行捣实，并在振动台上振动120s，用抹刀抹平模具表面。
1.8静置半小时后进行脱模。然后分别贴好标签3h，6h，7d，28d。置于室内养护。
根据GB/T50081-2002，利用4000KN高性能材料压力机对养护后的材料进行检测，得到抗压强度随时间变化图如图1所示。由图1可知，6h后测量的抗压强度达到30MPa以上。
将实施例1中得到的超早强混凝土进行现场施工，图2为现场施工1h后的效果图，图3为现场施工6h后的通车图，图4为现场施工3天后的通车图。
实施例2
2.1对模具表面进行刷机油处理(现场施工不需此步骤)。
2.2根据重量比算出树脂2300g，水泥1214g，砂6210g，石7590g，硅灰67g，添加剂A92g，添加剂B 92g。
2.3按重量分别称取树脂，水泥，骨料，外掺料，添加剂A，添加剂B。
2.4将步骤2.3中称取的水泥，骨料，外掺料倒入搅拌机中搅拌均匀。
2.5先将添加剂A加入树脂中搅拌均匀，再将添加剂B加入其中搅拌均匀。
2.6将步骤2.5的混合物加入步骤2.4的混合物中，来进行最后的搅拌，搅拌均匀后入模。
2.7对入模的混凝土进行捣实，并在振动台上振动120s，用抹刀抹平模具表面。
2.8静置半小时后进行脱模。然后分别贴好标签1,2,3,4,5,6。置于温度为30℃，湿度为83％的室内养护。
实施例3
3.1对模具表面进行刷机油处理(现场施工不需此步骤)。
3.2根据重量比算出树脂1000g，水泥510g，砂2700g，石3300g，硅灰6g，添加剂A40g，添加剂B 40g。
3.3按重量分别称取树脂，水泥，骨料，外掺料，添加剂A，添加剂B。
3.4将步骤3.3中称取的水泥，骨料，外掺料倒入搅拌机中搅拌均匀。
3.5先将添加剂A加入树脂中搅拌均匀，再将添加剂B加入其中搅拌均匀。
3.6将步骤3.5的混合物加入步骤3.4的混合物中，来进行最后的搅拌，搅拌均匀后入模。
3.7对入模的混凝土进行捣实，并在振动台上振动120s，用抹刀抹平模具表面。
3.8静置半小时后进行脱模。然后分别贴好标签1,2,3。置于温度为30℃，湿度为83％的室内养护。
比较例1(外掺料的体积为骨料体积的27％)
1.1对模具表面进行刷机油处理(现场施工不需此步骤)。
1.2根据重量比算出树脂1000g，水泥450g，砂2700g，石3300g，硅灰61g，添加剂A40g，添加剂B 40g。
1.3按重量分别称取树脂，水泥，骨料，外掺料，添加剂A，添加剂B。
1.4将步骤1.3中称取的水泥，骨料，外掺料倒入搅拌机中搅拌均匀。
1.5先将添加剂A加入树脂中搅拌均匀，再将添加剂B加入其中搅拌均匀。
1.6将步骤1.5的混合物加入步骤1.4的混合物中，来进行最后的搅拌，搅拌均匀后入模。
1.7对入模的混凝土进行捣实，并在振动台上振动120s，用抹刀抹平模具表面。
1.8静置半小时后进行脱模。然后分别贴好标签1,2,3。置于温度为30℃，湿度为83％的室内养护。
根据GB/T50081-2002，利用4000KN高性能材料压力机对养护后的材料进行检测，得到平均抗压强度为27.48MPa。
比较例2(外掺料的体积为骨料体积的50％)
2.1对模具表面进行刷机油处理(现场施工不需此步骤)。
2.2根据重量比算出树脂2300g，砂6210g，石7590g，硅灰279g，添加剂A 92g，添加剂B 92g。
2.3按重量分别称取树脂，水泥，骨料，外掺料，添加剂A，添加剂B。
2.4将步骤2.3中称取的水泥，骨料，外掺料倒入搅拌机中搅拌均匀。
2.5先将添加剂A加入树脂中搅拌均匀，再将添加剂B加入其中搅拌均匀。
2.6将步骤2.5的混合物加入步骤2.4的混合物中，来进行最后的搅拌，搅拌均匀后入模。
2.7对入模的混凝土进行捣实，并在振动台上振动120s，用抹刀抹平模具表面。
2.8静置半小时后进行脱模。然后分别贴好标签1,2,3。置于温度为30℃，湿度为83％的室内养护。
根据GB/T50081-2002，利用4000KN高性能材料压力机对养护后的材料进行检测，得到平均抗压强度为23.99MPa。
对实施例2～3及比较例1～2中养护6小时后100mm×100mm×100mm立方体试样的平均抗压强度进行测试，每组试样3个，得到6小时平均抗压强度见表1。
表1试样的平均抗压强度结果

Claims (10)

1.一种超早强混凝土，其特征在于，包括：骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料；所述骨料的砂率为35％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的5％～15％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(4.5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述外掺料的体积为骨料体积的10％～15％。
2.根据权利要求1所述的超早强混凝土，其特征在于，所述骨料包括粒径小于4.75mm的河砂与粒径为5～10mm的碎石。
3.根据权利要求1所述的超早强混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的超早强混凝土，其特征在于，所述不饱和树脂固化剂选自过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰与过氧化甲乙酮中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的超早强混凝土，其特征在于，所述不饱和树脂固化促进剂为异辛酸钴。
6.根据权利要求1所述的超早强混凝土，其特征在于，所述骨料的砂率为40％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的8％～12％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的3％～5％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的3％～5％；所述外掺料的体积为骨料体积的12％～15％。
7.根据权利要求1所述的超早强混凝土，其特征在于，所述骨料的砂率为45％；所述水泥的质量为骨料质量的10％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：6；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的4％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的4％；所述外掺料的体积为骨料体积的15％。
8.一种超早强混凝土的制备方法，其特征在于，包括：
将骨料、水泥、不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂、不饱和树脂固化促进剂与外掺料混合，得到超早强混凝土；
所述骨料的砂率为35％～50％；所述水泥的质量为骨料质量的5％～15％；所述不饱和聚酯树脂与骨料的质量比为1：(4.5～7)；所述不饱和树脂固化剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述不饱和树脂固化促进剂的质量为不饱和聚酯树脂质量的2％～6％；所述外掺料的体积为骨料体积的10％～15％。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括：
S1)将骨料、水泥与外掺料混合，得到第一混合物；
将不饱和聚酯树脂、不饱和树脂固化剂与不饱和树脂固化促进剂混合，得到第二混合物；所述第一混合物与第二混合物的制备并无先后顺序之分；
S2)将所述第一混合物与第二混合物混合，得到超早强混凝土。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，先将不饱和树脂固化剂与不饱和聚酯树脂混合，然后加入不饱和树脂固化促进剂，混合后，得到第二混合物。
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