CN108546060A - 一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土及其制备方法属建筑材料领域，原料包括如下重量份的组分：高贝利特硫铝酸盐水泥100份，矿物掺合料1～100份，细骨料120～200份，粗骨料200～300份，聚合物0.1～1.0份、纤维1.0～2.0份，水灰比为0.28～0.45。聚合物为减水剂及增稠剂、纤维为PP、PVA或者钢纤维。本发明通过采用高贝利特硫铝酸盐水泥作为该抗扰动混凝土的主要胶凝材料，发挥其快凝早强、后期强度高的特点，并通过优化减水剂及抗裂纤维的配比，解决了普通混凝土早期强度低，受扰期长，扰动下易开裂等缺点，提高了混凝土的抗扰动性能及抗裂性能，显著减轻车辆扰动对混凝土性能的影响，满足当今工程半幅通车半幅封闭的要求，提高施工效率，确保工程质量。

Description

一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，属于交通、道路、桥梁等各种易受扰动，需要抢修的工程技术领域。
背景技术
随着我国经济的发展，我国的基础设施取得举世瞩目的成就，公路桥梁事业也在飞速发展。但是当前我国公路通车里程逐年增加，早期建设的公路、桥梁在交通负荷、环境侵蚀等因素下，已经开始出现局部开裂、剥落等现象，导致使用性能衰退，安全性与耐久性降低，无法满足现代交通的要求，迫切需要修复和加固。但若在施工过程中开放交通，由车辆荷载引起的公路桥梁扰动会在新浇筑的混凝土中产生微裂缝和早期粘结力的损失，对其力学性能及耐久性造成损伤。
目前，已有的抗扰动混凝土主要使用普通硅酸盐水泥为胶凝材料，且加入了大量的抗扰动外加剂以达到抵抗交通扰动的目的，材料的硬化速度较慢，早期强度不高，终凝时间往往在5小时以上，将不可避免的增大受扰动损伤的几率。因此，如何提高混凝土抗扰动的性能，减小扰动对混凝土的损伤是目前交通工程中迫切需要解决的难题之一。
基于此，本发明涉及的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，是为适应现代交通需求而配制的一种新型混凝土，它具有合理的初凝终凝时间差，高早强，高抗裂性，高耐久性等优点，可以抵抗行车荷载引起的耦合振动对新拌及硬化混凝土的损害损伤，进而保证在不中断交通的情况下进行施工，满足当今工程半幅通车半幅封闭，快速通车的要求，提高施工效率，确保工程质量，具有重要意义。
与本发明有关的专利有：
专利CN 102060488 A(公开日2011年5月8日)报道了一种抗扰动混凝土及其制备方法，该专利通过采用聚羧酸减水剂、不同矿物掺和料及抗扰动外加剂复合使用，以此来提高混凝土的抗扰动性。本专利制备的抗扰动混凝土与其相比不同在于：(1)从胶凝材料本身入手，优化配比，减少了抗扰动外加剂制备这一步骤，使工艺简化。(2)进一步缩短了混凝土受扰期(3)提高抗扰动混凝土抗裂能力。
专利CN 106587787 A(公开日2017年4月26日)报道了一种抗扰动混凝土及其制备方法，该专利通过添加玄武岩纤维、抗裂增韧外加剂及早强剂中的一种或两种，以此来提高混凝土的抗扰动性。本专利制备的抗扰动混凝土与其相比不同在于：(1)缩短混凝土受扰期，减少混凝土受扰损伤概率。(2)提高抗扰动混凝土早期强度，满足快速通车要求。
发明内容
本发明提供一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，目的在于从行车荷载引起道路桥梁扰动进而损伤新浇筑混凝土性能的实际情况出发，通过利用高贝利特硫铝酸盐水泥快凝快硬高早强的优点，并对掺加的外加剂和抗裂纤维进行合理配比，配制出一种具有高抗扰动性，高早强，合理的初凝终凝时间差，高抗裂性，高耐久性的抗扰动混凝土，以此来满足施工需求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其特征在于，其原料包括如下重量份的组分：高贝利特硫铝酸盐水泥100份，矿物掺合料1～100份，细骨料120～200份，粗骨料200～300份，聚合物0.1～1.0份、纤维1.0～2.0份，水灰比为0.28～0.45。所述聚合物为减水剂及增稠剂、纤维为PP、PVA或者钢纤维。
所述水泥为高贝利特硫铝酸盐水泥，其强度不低于42.5强度等级，所述高贝利特硫铝酸盐水泥的矿物组成应该满足专利CN 105330182 A要求，其中：
所述细骨料选用河砂或机制砂，砂的粒径不大于5mm，且技术指标符合《公路桥涵施工技术规范》要求。
所述粗骨料应选用碎石或卵石，且粒径应为10mm～20mm，且技术指标应符合《公路桥涵施工技术规范》要求。
所述矿物掺合料为粉煤灰或矿渣。
所述减水剂为聚酸酸减水剂，优选是具有高早强，高保坍的聚羧酸减水剂。
所述的抗裂纤维为PP、PVA或钢纤维。
所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土的制备方法，包括如下步骤：先将水泥、粉煤灰、矿渣、砂、石子倒入搅拌机，搅拌1min，均匀后，再将水和减水剂混合后液体的1/2到入搅拌机里，搅拌1min，然后将纤维均匀分散在剩下的1/2的液体中，倒入搅拌机搅拌1min，再加入增稠剂搅拌2min，进行浇筑，即得到该抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土。
本发明的有益效果：
所述的一种快速施工用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土具有以下的性能和特点:
1)该混凝土受扰期在10min以内，在实验室模拟实际扰动条件下进行测试，扰动后混凝土不会出现分层离析现象，且混凝土表面未出现裂缝，两小时抗压强度可达到20MPa以上，解决了传统修复加固混凝土初凝终凝时间差长、早强低，易在扰动条件下开裂的缺点，具有优异的抗扰动性能。
2)优化聚羧酸减水剂与纤维的配比，进一步提高了其抗裂性能及耐久性。
3)选择使用高贝利特硫铝酸盐水泥及粉煤灰、矿渣等工业废弃物作为胶凝材料，具有低能耗低碳排的优点。
4)提供一种抗扰动混凝土的制备方法，解决了搅拌过程中纤维分散不均匀的问题。
5)该抗扰动混凝土可保证在不中断交通的情况下对道路桥梁进行修补，满足当今工程半幅通车半幅封闭的要求，具有很好的经济效益及社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
实施例1～3为在权利要求书要求下的不同配比下的高贝利特硫铝酸盐水泥抗扰动混凝土。
其中，水泥选用为PO52.5的高贝利特硫铝酸盐水泥，矿物掺合料为粉煤灰和矿渣，细骨料为粒径不大于2mm的机制砂，粗骨料为粒径在10mm～20mm的碎石，减水剂为高保坍性聚羧酸减水剂，抗裂纤维为纤维长度22mm、直径31μm、比重0.92，抗拉强度500MPa的PP纤维和纤维长度20mm、直径31μm、比重1.3的PVA纤维，增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
制备时，先将水泥、粉煤灰、矿渣、机制砂、碎石倒入搅拌机，搅拌1min，均匀后，再将水和聚羧酸减水剂混合后液体的1/2到入搅拌机里，搅拌1min，然后将聚丙烯纤维均匀分散在剩下的1/2的液体中，倒入搅拌机搅拌1min，再加入羟丙基甲基纤维素搅拌2min，进行浇筑，即得到该抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土。
用实施例1～3所制混凝土分别成型于150mm×150mm×600mm的抗折试模和150mm×150mm×150mm的抗压试模，刚性连接于可调节振幅频率的电磁吸合式振动台上对其进行模拟扰动试验，扰动时间为2h，扰动振幅选取为2mm，扰动频率选取为9Hz。此外，按照与各实施例相同配比制备不进行扰动的对照组试样进行对照分析。
扰动实验完成后，使用电子万能试验机分别对试件进行抗压、抗折试验测试其抗压强度和抗折强度并用显微镜观察试件表面状态。
实施例1:原材料及配比如下
表1高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土配比1
以下是所得抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土的检测报告
检测项目 检测结果
初凝时间 21min
终凝时间 29min
2h抗压强度 20.2MPa
1d抗压强度 41.2MPa
3d抗压强度 55.7MPa
28d抗压强度 58.9MPa
2h抗折强度 6.3MPa
1d抗折强度 8.2MPa
3d抗折强度 9.2MPa
表面状态 无裂缝
该配比下抗扰动混凝土受扰期仅为8min，减小了混凝土受扰的概率；试件表面无裂缝产生；早期、后期强度性能优异，受扰后2h抗压强度可达到20.2MPa，2h抗折强度可达到6.3MPa，且与未受扰试件相比强度未发生损失，满足抢修快速通车的技术要求。
实施例2
原材料及配比如下
表2高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土配比2
以下是所得抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土的检测报告
检测项目 检测结果
初凝时间 21min
终凝时间 30min
2h抗压强度 22.9MPa
1d抗压强度 45.7MPa
3d抗压强度 53.7MPa
28d抗压强度 60.2MPa
2h抗折强度 7.2MPa
1d抗折强度 9.1MPa
3d抗折强度 11.5MPa
表面状态 无裂缝
该配比下抗扰动混凝土受扰期仅为9min，减小了混凝土受扰的概率；试件表面无裂缝产生；早期、后期强度性能优异，受扰后2h抗压强度可达到22.9MPa，2h抗折强度可达到7.2MPa，且与未受扰试件相比强度未发生损失，满足抢修快速通车的技术要求。
实施例3
原材料及配比如下
表3高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土配比3
以下是所得抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土的检测报告
检测项目 检测结果
初凝时间 21min
终凝时间 29min
2h抗压强度 23.5MPa
1d抗压强度 43.7MPa
3d抗压强度 55.1MPa
28d抗压强度 61.4MPa
2h抗折强度 6.9MPa
1d抗折强度 12.7MPa
3d抗折强度 17.8MPa
表面状态 无裂缝
该配比下抗扰动混凝土受扰期仅为9min，减小了混凝土受扰的概率；试件表面无裂缝产生；早期、后期强度性能优异，受扰后2h抗压强度可达到23.5MPa，2h抗折强度可达到6.9MPa，且与未受扰试件相比强度未发生损失，满足抢修快速通车的技术要求。
下面通过将本发明与已有抗扰动混凝土配方及性能进行对比，进一步阐述本发明。
比较例1
专利CN 102060488 A中提供了一种抗扰动混凝土，其原料包括如下重量份的组分：水泥100，粉煤灰10～100，其他矿物掺合料1～40，抗扰动外加剂1～10，聚羧酸减水剂1～6，细骨料190～480，碎石200～480，水30～80。由上述配方制备的抗扰动混凝土初凝终凝时间差即受扰期在100min左右，1d抗压强度在28MPa左右，随着抗扰动混凝土外加剂掺量的增大，抗扰动混凝土的工作性能及力学性能越好。
与其相比，本发明中所述抗扰动混凝土从胶凝材料高贝利特硫铝酸盐水泥本身的性质入手，减少了抗扰动外加剂制备的步骤，使工艺简化；且该抗扰动混凝土受扰期可缩短至10min以内，减少了混凝土因受扰而损伤的几率；且该抗扰动混凝土受扰后两小时抗压强度即可达到20MPa以上，2h抗折强度即可达到6MPa以上，1d抗压强度可达40MPa以上，具有更加优异的早期性能，可以有效抵御扰动对混凝土造成的损伤。
比较例2
专利CN 106587787 A中提供了一种抗扰动混凝土，其原料包括灌浆料、石子、水和添加物，其质量配比为：灌浆料：石子：水＝69.7：20.9：9.4，添加物为纤维，抗裂增韧外加剂及早强剂中的一种或两种。由上述配方制备的抗扰动混凝土初凝终凝时间差即受扰期在3h左右，1d抗压强度在30MPa左右，无收缩开裂，在扰动下不会发生分层离析现象。
与其相比，本发明中所述抗扰动混凝土受扰期可缩短至10min以内，减少了混凝土因受扰而损伤的几率；且该抗扰动混凝土受扰后两小时抗压强度即可达到20MPa以上，2h抗折强度即可达到6MPa以上，1d抗压强度可达40MPa以上，具有更加优异的早期性能，可以有效抵御扰动对混凝土造成的损伤。且扰动后表面无开裂及分层离析现象。
由以上实施例及对比例可见，本发明通过利用高贝利特硫铝酸盐水泥快凝快硬高早强的优点，并对掺加的外加剂和抗裂纤维进行合理配比，配制出一种具有高抗扰动性，高早强，合理的初凝终凝时间差的抢修用抗扰动混凝土，解决了一般混凝土扰动条件下易开裂，强度损失大的缺点，有效地满足当今工程半幅通车半幅封闭、抢修的要求。

Claims (9)

1.一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其原料包括如下重量份的组分：高贝利特硫铝酸盐水泥100份，矿物掺合料1～100份，细骨料120～200份，粗骨料200～300份，聚合物0.1～1.0份、纤维1.0～2.0份，水灰比为0.28～0.45；所述聚合物为减水剂及增稠剂、纤维为PP、PVA或者钢纤维。
2.根据权利要求1所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其特征在于：所述水泥为强度不低于42.5强度等级。
3.根据权利要求1所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其特征在于：所述高贝利特硫铝酸盐水泥的矿物组成如下：
4.根据权利要求1所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其特征在于：所述细骨料选用河砂或机制砂，砂的粒径不大于5mm。
5.根据权利要求1所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其特征在于：所述粗骨料为碎石或卵石，粒径为10mm～25mm。
6.根据权利要求1所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其特征在于：所述矿物掺合料为粉煤灰或矿渣。
7.根据权利要求1所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。
8.根据权利要求1所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土，其特征在于：所述增稠剂为纤维素醚类增稠剂。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先将水泥、粉煤灰、矿渣、砂、石子倒入搅拌机，搅拌1min，均匀后，再将水和减水剂混合后液体的1/2到入搅拌机里，搅拌1min，然后将纤维均匀分散在剩下的1/2的液体中，倒入搅拌机搅拌1min，再加入增稠剂搅拌2min，进行浇筑，即得到该抢修用高贝利特硫铝酸盐水泥基抗扰动混凝土。
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