CN109553333A - 一种碾压混凝土及其制备方法 - Google Patents

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CN109553333A CN201910029189.XA CN201910029189A CN109553333A CN 109553333 A CN109553333 A CN 109553333A CN 201910029189 A CN201910029189 A CN 201910029189A CN 109553333 A CN109553333 A CN 109553333A
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杜明胜
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Abstract

本发明公开了一种碾压混凝土及其制备方法，涉及混凝土技术领域，碾压混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥258～270份、粉煤灰40～48份、掺料34～42份、填料1650～1986份、引气剂0.5～3份、抗裂剂1～2.6份、防水剂0.47～3.27份和水175.2～189.4份；该碾压混凝土能够减少粉煤灰用量、减少成本且具有良好的抗压抗折性能。其制备方法为：按设定的比例称各组分，将水泥、粉煤灰、掺料和填料混合均匀，得混合料一；将引气剂、抗裂剂和防水剂混合均匀，得到混合料二；将混合料一、混合料二和水搅拌均匀，即可得到碾压混凝土；制备方法的步骤简单，易于实施。

Description

一种碾压混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种碾压混凝土及其制备方法。
背景技术
碾压混凝土是一种通过振动碾压施工工艺达到高密实度、高强度的贫水泥混凝土。它是一种坍落度为零的干硬性水泥混凝土，与普通混凝土相比，碾压混凝土是依靠粗骨料之间的嵌锁作用获得强度的，用水数量少、稠度低、能节约大量水泥，并且施工速度快、养护时间短，主要用于道路路面工程和水工坝体工程等。
公开号为CN101168482A的中国专利公开了一种碾压高性能混凝土及其制备方法，其由胶凝材料、骨料、水和外加减水剂制成，其中胶凝材料的用量为140～220Kg/m3混凝土，外加剂为减水剂，减水剂的用量是胶凝材料总量的O.7～3.0％，水胶比(水和胶凝材料的比值)为0.30～0.50，将胶凝材料、减水剂、水和骨料混合制成表观密度为2400～2600Kg/m3的碾压混凝土。该混凝土解决了混凝土耐久性不够的问题，但其配方中使用了大量的粉煤灰，提高了混凝土的制备成本,且采用该处方和工艺制备得到的混凝土的抗压抗折性能也不理想。
发明内容
本发明的目的一在于提供一种碾压混凝土，该碾压混凝土能够减少粉煤灰用量、减少成本且具有良好的抗压抗折性能。
本发明的第二个目的在于提供一种碾压混凝土的制备方法，其具有步骤简单，易于实施，且一定程度上可节约劳动成本的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种碾压混凝土，所述碾压混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥258～270份、粉煤灰40～48份、掺料34～42份、填料1650～1986份、引气剂0.5～3份、抗裂剂1～2.6份、防水剂0.47～3.27份和水175.2～189.4份；
所述掺料包括火山灰、炉渣粉、石英粉和石灰石粉中的任意一种或多种；
所述填料包括碎石和砂，所述碎石和砂别占碾压混凝土总量的940～1092份和710～894份；
所述引气剂包括松香皂、十二烷基苯磺酸钠、高级脂肪醇衍生物和木质素磺酸钙中的任意两种或多种；
所述抗裂剂包括氧化镁、抗裂纤维和K-11砂浆抗裂剂中的任意一种或多种；
所述防水剂包括中氯化铁、石蜡和硅酮锆中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，采用水泥258～270份、粉煤灰40～48份、掺料34～42份、填料1650～1986份、引气剂0.5～3份、抗裂剂1～2.6份、防水剂0.47～3.27份和水175.2～189.4份重量份的原料制得碾压混凝土，体积小、强度高、防渗性能好、减少了粉煤灰用量、减少成本且具有良好的抗压抗折性能效果。
本发明中，优选，加入水泥258～270份和粉煤灰40～48份，本发明中水泥选择PO42.5的水泥，有利于减少碾压混凝土固化时间。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料，减少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增强混凝土的可泵性，减少水化热、热能膨胀性，提高混凝土抗渗能力。
本发明中，所述掺料包括火山灰、炉渣粉、石英粉和石灰石粉中的任意一种或多种；进一步优选，所述掺料为石灰石粉，进一步优选为，石灰石粉38～42份。
火山灰由火山活动产生，就是细微的火山碎屑物，由岩石、矿物、火山玻璃碎片组成，直径小于2毫米。炉渣粉是指火法冶金过程中生成的浮在金属等液态物质表面的熔体，其组成以氧化物(二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁)为主。石英粉是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的矿物，其主要矿物成分是石英，其主要化学成分是SiO2。石灰粉是以碳酸钙为主要成分的白色粉末状物质，用火山灰、炉渣粉、石英粉和石灰石粉中的任意一种或多种作为碾压混凝土的掺料，可提高碾压混凝土的和易性、耐久性和抗渗抗压性能。本发明中，优选，用部分石灰石粉代替粉煤灰，石灰石粉与水泥具有良好的亲和性，发挥良好的填充效应，保障了碾压混凝土在低水泥用量下的和易性和可碾性，且石灰岩在中国储量丰富，容易获得，易于粉磨加工成石灰石粉，能耗低。且粉煤灰与石灰石粉复合使用，提高碾压混凝土的和易性、可碾性、耐久性和抗渗、抗折强度。
本发明中，所述填料包括碎石和砂，所述碎石和砂别占碾压混凝土总量的940～1092份和710～894份；优选，碎石940～1080份、砂710～832份，进一步优选，所述砂的表干比重为2.2～2.8g/cm3，所述碎石的表干比重2.3～2.9g/cm3。
碎石是破碎的小块岩石，它的大小、形状、及纹理都呈现不规则状态。它可能是因为天然原因，或是人为加以破坏之后产生。选择一定的量的碎石和砂作为碾压混凝土的骨料，起到骨架和填充作用，使得碾压混凝土具有一定的硬度，本发明中，碎石和砂选择市面上售卖的混凝土集料的那种碎石和砂，材料简单易得，易于实施。
本发明中，所述引气剂包括松香皂、十二烷基苯磺酸钠、高级脂肪醇衍生物和木质素磺酸钙中的任意两种或多种；优选，所述引气剂为松香皂和木质素磺酸钙，所述松香皂和木质素磺酸钙分别占碾压混凝土总量的0.1～0.5份和0.4～2.5份；进一步优选为松香皂0.1～0.2份和木质素磺酸钙0.6～1.5份。
引气剂是指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌和物的泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻性、耐久性的外加剂。本发明中引气剂包括松香皂、十二烷基苯磺酸钠、高级脂肪醇衍生物和木质素磺酸钙中的任意两种或多种，可减少混凝土拌和物的泌水、离析，改善和易性，显著提高硬化混凝土抗冻性、耐久性。松香类引气剂松主要是松香酸皂化以及香和苯酚、硫酸、氢氧化钠等在一定温度下缩合反应成酯类，进一步缩聚成较大分子，再经过氢氧化钠处理，成为钠盐的缩聚物。松香皂引气剂的生产简单、价格低、引气效率高且掺量小；木质素磺酸钙，木质素磺酸钙(简称木钙)是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，外观为浅黄色至深棕色粉末，略有芳香气味，分子量一般在800～10000之间，具有很强的分散性、粘结性、螯合性，木质素磺酸钙作为碾压混凝土的引气剂有较明显的减水效果和一定的缓凝作用；本发明中，用松香皂和木质素磺酸钙作为碾压混凝土的引气剂，引气效率高、掺量小，二者相互配合，共同作用，可在混凝土搅拌过程中，引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌和物的泌水、离析，改善和易性，改善碾压混凝土的耐久性和抗裂性等性能。
本发明中，所述抗裂剂包括氧化镁、抗裂纤维和K-11砂浆抗裂剂中的任意一种或多种；优选，所述抗裂剂为抗裂纤维，进一步优选为抗裂纤维1～2份。
抗裂剂是有机高分子混合乳液，充分利用水泥砂浆和混凝土固化过程中的物理和化学变化机理，化工合成的粉剂，从物理和化学两方面进行防裂、抗裂，可显著提高水泥砂浆和混凝土的强度。在碾压混凝土中加入氧化镁后，碾压混凝土的微观结构发生了变化，随着时间的延长，氧化镁逐步水化，其水化产物氢氧化镁逐渐填满碾压混凝土的空隙，使得混凝土更加密实，同时其微膨胀的特性也能够抵消混凝土降温是所引起的温度应力变化，从而提高碾压混凝土的抗裂性能。抗裂纤维是一种是采用100％聚丙烯为原料，通过独特的工艺和设备，经过熔融、挤压、拉丝、切割等工序精制而成，是一种专门添加到砂浆、水泥混凝土中能够起到阻裂抗渗功能的抗裂纤维。在碾压混凝土内加入一定量的抗裂纤维，能够有效防止碾压混凝土的维系裂缝的产生和发展，减少裂缝的产生，改善碾压混凝土的耐久性、抗冲击强度和抗渗水抗折强度。本发明中，抗裂纤维可以是钢纤维、聚丙乙烯纤维和罗赛纤维rs1000中的一种或多种，其中钢纤维、聚丙乙烯纤维和罗赛纤维rs1000在市面上均有售卖。K-11砂浆抗裂剂是一种粉状水泥砂浆添加剂。砂浆抗裂剂直接掺入水泥中可以有效地控制砂浆混凝土的塑性收缩及离析产生的裂纹问题，改善砂浆混凝土的抗裂性能、抗冻、抗冲击性能、及耐磨、抗震能力。
本发明中，所述防水剂包括中氯化铁、石蜡和硅酮锆中的一种或多种，优选所述防水剂为硅酮锆；进一步优选为硅酮锆2.28～3.27份。
混凝土防水剂具有提高混凝土抗渗防水功能，同时具有缓凝、早强，减水、抗裂等功效，并可改善新拌砂浆的和易性的物质。在碾压混凝土中加入一定量的氯化铁、石蜡或硅酮锆中的一种或多种，可提高碾压混凝土的密实度，有效改善混凝土毛细孔结构，同时析出凝胶，堵塞混凝土内部毛细孔通道，从而使得碾压混凝土具有一定的防水性能。硅酮锆是一种新型高活性新材料，由特殊改性硅酮材料和有机锆多元反应而成。在有水存在的条件下，活性硅酮锆向混凝土内部渗透，在孔隙和裂缝中形成大量不溶于水的长链状结晶，填表塞毛细孔道，从而使混凝土致密、防水且可延缓水泥水化放热速率，能有效防止混凝土开裂。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种碾压混凝土的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
按设定的比例称取水泥、粉煤灰、掺料和填料，并将其混合均匀，得混合料一；
按设定比例称取引气剂、抗裂剂、防水剂，将称量好的引气剂、抗裂剂和防水剂混合均匀，得到混合料二；
将混合料一和混合料二搅拌均匀，并向里面加入设定比例的水，搅拌均匀，即可得到碾压混凝土。
优选，称取所述填料前，对填料进行处理，其中碎石的粒径为5～20mm；其中粗砂与细沙的比例为3～4:1。
通过采用上述技术方案，先将碾压混凝土中用量比较多的基本原料混合均匀，再将用量比较少的原料混合均匀，再将二者混合均匀，并向里面加入水，搅拌均匀，即可获得碾压混凝土，碾压混泥土的制备步骤简单，易于实施，一定程度上可节约制备的劳动成本；各原料充分混合且混合均匀，质量比较均匀。在制备的过程中，严格控制碎石的粒径和粗砂与细沙的比例，一定程都上可提高碾压混凝土的抗冲击性能、抗渗抗折强度、抗裂性能和耐久性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、减少粉煤灰用量、减少成本；
2、具有良好的抗压抗裂性能；
3、具有良好的抗渗抗折强度；
4、具有良好的耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
实施例1
选择表干比重为2.2g/cm3的砂；选择表干比重为2.3g/cm3、粒径为5mm的碎石。
称取132kg水泥、20kg粉煤灰、17kg石灰石粉、545kg碎石和400kg砂，其中粗砂与细砂的比例为3:1；并将其混合均匀，得混合料一；
称取50g松香皂、200g木质素磺酸钙、500g抗裂纤维和1.635kg硅酮锆，将称量好的松香皂、木质素磺酸钙、抗裂纤维和硅酮锆，混合均匀，得到混合料二；
将混合料一和混合料二搅拌均匀，并向里面加入87.8kg水，搅拌均匀，即可得到碾压混凝土。
实施例2
选择表干比重为2.5g/cm3的砂；选择表干比重为2.5g/cm3、粒径为7mm的碎石。
称取135kg水泥、24kg粉煤灰、21kg石灰石粉、470kg碎石和355kg砂，其中粗砂与细砂的比例为3.4:1；并将其混合均匀，得混合料一；
称取100g松香皂、300g木质素磺酸钙、1kg抗裂纤维和1.3kg硅酮锆，将称量好的松香皂、木质素磺酸钙、抗裂纤维和硅酮锆，混合均匀，得到混合料二；
将混合料一和混合料二搅拌均匀，并向里面加入88.3kg水，搅拌均匀，即可得到碾压混凝土。
实施例3
选择表干比重为2.8g/cm3的砂；选择表干比重为2.7g/cm3、粒径为15mm的碎石。
称取130kg水泥、20kg粉煤灰、19kg石灰石粉、546kg碎石和447kg砂，其中粗砂与细砂的比例为3.6:1；并将其混合均匀，得混合料一；
称取250g松香皂、750g木质素磺酸钙、1.3kg抗裂纤维和235g硅酮锆，将称量好的松香皂、木质素磺酸钙、抗裂纤维和硅酮锆，混合均匀，得到混合料二；
将混合料一和混合料二搅拌均匀，并向里面加入87.9kg水，搅拌均匀，即可得到碾压混凝土。
实施例4
选择表干比重为2.4g/cm3的砂；选择表干比重为2.9g/cm3、粒径为20mm的碎石。
称取133kg水泥、21kg粉煤灰、20kg石灰石粉、524kg碎石和412kg砂，其中粗砂与细砂的比例为3.8:1；并将其混合均匀，得混合料一；
称取100g松香皂、1.25kg木质素磺酸钙、1kg抗裂纤维和260g硅酮锆，将称量好的松香皂、木质素磺酸钙、抗裂纤维和硅酮锆，混合均匀，得到混合料二；
将混合料一和混合料二搅拌均匀，并向里面加入88.7kg水，搅拌均匀，即可得到碾压混凝土。
实施例5
选择表干比重为2.59g/cm3的砂；选择表干比重为2.63g/cm3、粒径为10mm的碎石。
称取134kg水泥、23kg粉煤灰、20kg石灰石粉、544kg碎石和394kg砂，其中粗砂与细砂的比例为3.2:1；并将其混合均匀，得混合料一；
称取75g松香皂、450g木质素磺酸钙、900g抗裂纤维和1.23kg硅酮锆，将称量好的松香皂、木质素磺酸钙、抗裂纤维和硅酮锆，混合均匀，得到混合料二；
将混合料一和混合料二搅拌均匀，并向里面加入88.5kg水，搅拌均匀，即可得到碾压混凝土。
实施例6
选择表干比重为2.6g/cm3的砂；选择表干比重为2.6g/cm3、粒径为12mm的碎石。
称取129kg水泥、19kg粉煤灰、18kg石灰石粉、540kg碎石和416kg砂，其中粗砂与细砂的比例为4:1；并将其混合均匀，得混合料一；
称取75g松香皂、525g木质素磺酸钙、750g抗裂纤维和1.14kg硅酮锆，将称量好的松香皂、木质素磺酸钙、抗裂纤维和硅酮锆，混合均匀，得到混合料二；
将混合料一和混合料二搅拌均匀，并向里面加入87.6kg水，搅拌均匀，即可得到碾压混凝土。
对比例
以实施例6作为参照组
对比例1
对比例1与实施6的区别在于对比例1中不加入石灰石粉，其它均与实施例6保持一致。
对比例2
对比例2与实施6的区别在于对比例2中不加入松香皂，其它均与实施例6保持一致。
对比例3
对比例3与实施6的区别在于对比例3中不加入木质素磺酸钙，其它均与实施例6保持一致。
对比例4
对比例4与实施6的区别在于对比例4中不加入抗裂纤维，其它均与实施例6保持一致。
对比例5
对比例5与实施6的区别在于对比例5中不加入硅酮锆，其它均与实施例6保持一致。
性能检测试验
1、根据GB/T50081-2002对混凝土的力学性能进行检测。
将实施例1～6和对比例1～5所制得的成型的混凝土制作成边长为150mm的立方体的标准试件，得到相应的样品，在温度为20±5℃，相对湿度为90％以上的环境中静置养护28d,从搅拌加水开始计时。将实施例1～6和对比例1～5所制得的标准试件分别安放在试验机的下压板上，标准试件的中心与试验机的下压板中心对齐，开动试验机。在试验过程中连续均匀的加荷，直至试样破碎，然后记录破坏的平均负荷。
表1混凝土基本力学性能检测表
样品 试件承压面积/mm2 试件破坏负荷/N 试件抗压强度/MPa
实施例1 22500 747000 33.2
实施例2 22500 753750 33.5
实施例3 22500 760500 33.8
实施例4 22500 762750 33.9
实施例5 22500 756000 33.6
实施例6 22500 753750 33.5
实施例7 22500 726750 32.3
实施例8 22500 715500 31.8
对比例1 22500 551250 24.5
对比例2 22500 558000 24.8
对比例3 22500 596250 26.5
对比例4 22500 603000 26.8
对比例5 22500 648000 28.8
对比例6 22500 634500 28.2
从表1可以看出，在碾压混凝土中加入适量的石灰石粉，不会影响碾压混凝土的基本力学性能；在碾压混凝土中加入适量的引气剂、抗裂纤维和防水剂，可在一定程度上改善碾压混凝土的基本力学性能。
2、根据标准JC474-2008对实施例1～6和对比例1～5所制得的混凝土样品进行防水性能检测，检测项目及其结果如表2所示。
表2混凝土防水性能检测表
样品 泌水率/％ 渗透高度比/％ 吸水量比/％ 收缩率比/％
实施例1 41 30 64 113
实施例2 42 30 63 111
实施例3 42 30 63 111
实施例4 42 30 63 111
实施例5 49 29 61 119
实施例6 42 30 63 112
对比例1 55 35 68 125
对比例2 55 37 69 126
对比例3 54 35 68 126
对比例4 54 35 69 126
对比例5 35 44 78 141
从表2可以看出，在碾压混凝土中加入适量的石灰石粉、引气剂、抗裂纤维和防水剂，可改善碾压混凝土的防水性，特别是加入适量的防水剂硅酮锆后，很大程度上可改善碾压混凝土的防水性能。
表3混凝土抗折强度
样品 混凝土稠度(Vc)/S 抗折强度(7d)/MPa 抗折强度(28d)/MPa
实施例1 32 4.0 5.0
实施例2 32 4.0 5.0
实施例3 31 4.0 5.0
实施例4 32 4.0 5.0
实施例5 35 4.2 5.2
实施例6 32 4.0 5.0
对比例1 27 2.9 3.5
对比例2 30 3.0 3.7
对比例3 27 2.9 3.5
对比例4 27 2.7 3.2
对比例5 27 2.9 3.5
从表3可以看出，在碾压混凝土中加入适量的石灰石粉、引气剂、抗裂纤维和防水剂，各成分相互配合，共同作用，可改善碾压混凝土的抗折性能，从而使得碾压混凝土具有一定的耐久性。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种碾压混凝土，其特征在于，所述碾压混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥258～270份、粉煤灰40～48份、掺料34～42份、填料1650～1986份、引气剂0.5～3份、抗裂剂1～2.6份、防水剂0.47～3.27份和水175.2～189.4份；
所述掺料包括火山灰、炉渣粉、石英粉和石灰石粉中的任意一种或多种；
所述填料包括碎石和砂，所述碎石和砂别占碾压混凝土总量的940～1092份和710～894份；
所述引气剂包括松香皂、十二烷基苯磺酸钠、高级脂肪醇衍生物和木质素磺酸钙中的任意两种或多种；
所述抗裂剂包括氧化镁、抗裂纤维和K-11砂浆抗裂剂中的任意一种或多种；
所述防水剂包括中氯化铁、石蜡和硅酮锆中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种碾压混凝土，其特征在于，所述掺料为石灰石粉。
3.根据权利要求1所述的一种碾压混凝土，其特征在于，所述引气剂为松香皂和木质素磺酸钙，所述松香皂和木质素磺酸钙分别占碾压混凝土总量的0.1～0.5份和0.4～2.5份。
4.根据权利要求1所述的一种碾压混凝土，其特征在于，所述抗裂剂为抗裂纤维。
5.根据权利要求1所述的一种碾压混凝土，其特征在于，所述防水剂为硅酮锆。
6.根据权利要求1所述的一种碾压混凝土，其特征在于，所述砂的表干比重为2.2～2.8g/cm3，所述碎石的表干比重2.3～2.9g/cm3。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种碾压混凝土，其特征在于，所述碾压混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥258～270份、粉煤灰42～48份、石灰石粉38～424份、碎石940～1080份、砂710～832份、松香皂0.1～0.2份、木质素磺酸钙0.6～1.5份、抗裂纤维1～2份、硅酮锆2.28～3.27份和水175.2～189.4份。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种碾压混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
按设定的比例称取水泥、粉煤灰、掺料和填料，并将其混合均匀，得混合料一；
按设定比例称取引气剂、抗裂剂和防水剂，将称量好的引气剂、抗裂剂和防水剂混合均匀，得到混合料二；
将混合料一和混合料二搅拌均匀，并向里面加入设定比例的水，搅拌均匀，即可得到碾压混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种碾压混凝土的制备方法，其特征在于，称取所述填料前，对填料进行处理，其中碎石的粒径为5～20mm。
10.根据权利要求8所述的一种碾压混凝土的制备方法，其特征在于，称取所述填料前，对填料进行处理，其中粗砂与细沙的比例为3～4:1。
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