CN109734363A - 一种经济型高性能水泥混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种经济型高性能的水泥混凝土及其制备方法。每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210～216份，胶凝材料774～796份，粗骨料1521～1614份，细骨料820～867份，复合添加剂34～45份，减水剂22.44～25.08份。本发明所述混凝土通过复合添加剂与其他组分共同发挥作用，不仅节约了混凝土制备的成本，而且制备的混凝土具有早强性能、收缩性小，其在性能测试实验中，冲击韧性和抗疲劳的性能取得较好成绩，其作为原料制备的水泥路面强度高、行车舒适性好，可替代沥青路面，不仅降低了成本，同时还对环境友好。

Description

一种经济型高性能水泥混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程建筑技术领域，更具体地，涉及一种经济型高性能水泥混凝土及其制备方法。

背景技术

我国路面类型几乎单一为沥青路面，但是由于国产沥青含蜡量高，不适用于建筑高等路面，因此需要大量进口国外沥青来铺筑沥青路面，这样就导致了成本的上升。而我国水泥资源较为充足，水泥生产总量已经连续多居世界榜首，以水泥作为原材料，替代沥青，用于铺筑水泥路面，不仅能够大大的节约成本，而且对环境友好，从资源节约和环境保护角度考虑，无疑应大力发展水泥混凝土路面。

但是由于水泥路面行车舒适性差，在使用过程中，由于荷载、环境、设计、施工等因素的影响，水泥混凝土路面极易产生早期断板、破碎、错台等病害。针对这种现象，一方面，若不及时进行维修，往往会造成水泥混凝土路面使用性能的下降，影响汽车行驶舒适性，以及交通安全；另一方面，维修困难，现有混凝土修补材料价格昂贵，性价比低，粘合性低，在修建、改建、扩建水泥混凝土道路交通路面时，使用普通混凝土进行施工的养护时间长，通车效率低，强度低，耐久性差。这严重阻碍我国水泥混凝土发展，导致我国和国外水泥混凝土路面应用的差距越来越大。造成这一现状的主要原因是我国现有方法制备的水泥混凝土强度较低，且无法在短时间内达到较高的强度，使养护时间变长，通车效率低。因此，我国亟需一种强度高，粘合性高，耐久性好的水泥混凝土。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷和不足，提供一种经济型高性能水泥混凝土。本发明提供的水泥混凝土成本低廉，能够在短时间内达到较高的强度，尤其是12小时，即可达到26MPa设计强度的早强性能、而且收缩性小，满足及早开放交通要求，具有较高强度和良好的耐久性，适用于铺筑行车舒适性较好的水泥路面，从而替代沥青路面。

本发明的目的是提供一种经济型高性能水泥混凝土制备方法。

本发明另一目的是提供由上述方法制备得到的经济型高性能水泥混凝土。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种经济型高性能的水泥混凝土，每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210～216份，胶凝材料774～796份，粗骨料1521～1614份，细骨料820～867份，复合添加剂34～45份，减水剂 22.44～25.08份。

本发明通过长时间的大量实验，得出硅酸盐混凝土的最佳水胶比及最佳外掺剂的掺量，使得在确保经济性的前提下，制备的混凝土具有早强、耐磨等高性能。

优选地，每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210份，胶凝材料750份，粗骨料1537.14份，细骨料825份，复合添加剂37.62份，减水剂 22.44～25.08份。

优选地，所述胶凝材料为水泥和硅灰的混合物，其中水泥的用量份数为689～736份，硅灰的用量分数为54～60份。

优选地，所述硅灰中二氧化硅的质量含量为98%～100%；其比表面积为20000～28000m²/kg，平均粒径为 0.1～0.3μm。

优选地，所述复合添加剂为甲酸钙和硫酸铁的混合物，其中甲酸钙17～22.5份，硫酸铁17～22.5份；所述粗骨料为石子，其粒径为5～10mm；所述细骨料为天然河砂，细度模数为2.6左右；所述减水剂为减水率为8%的聚羧酸减水剂。

优选地，每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210～216份，水泥689～736份，硅灰54～60份，石子1521～1614份，天然河沙820～867份，甲酸钙17～22.5份，硫酸铁17～22.5份，聚羧酸减水剂 22.44～25.08份。

优选地，每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210份，水泥694～695份，硅灰56～57份，石子1537份，天然河沙825份，甲酸钙18.8份，硫酸铁18.8份，聚羧酸减水剂22.44～25.08份。

优选地，当所述混凝土用于抢修路段时，可在上述配方的基础上，添加生石灰进行碱性激活，进一步提高水泥混凝土的早期强度。

更优选地，每立方米的混凝土中，生石灰的用量为54.5～57.7份。

本发明同时还保护所述经济型高性能的水泥混凝土的制备方法，包括以下步骤：按重量分数的比例将胶凝材料、粗骨料、细骨料和复合添加剂混合均匀，再将水和减水剂混合后再加入上述混合物料中，混合均匀后即得所述经济型高性能的水泥混凝土。

当采用搅拌机进行制备本发明所述经济型高性能的水泥混凝土时，其具体的过程如下：

S1：清洗搅拌机，确保机箱内无明显杂质和其他任何影响水泥水胶比的液体；

S2：清理模具内外，组装模具，涂上脱模剂；

S3：向搅拌机内从粗到细依次加入石子、砂、水泥、硅灰、甲酸钙和硫酸铁，开动搅拌机至干拌均匀，再将水和聚羧酸减水剂混合后再徐徐加入，再启动搅拌机，搅拌1min后即得混凝土。

在工程实际应用过程中，所述混凝土的制备应根据当地环境和混凝土总量，结合GBl4902-2003《预拌混凝土》、GB50666-2011 《混凝土结构工程施工规范》得出最佳搅拌时间。经济型高性能混凝土相对普通混凝土需要更短的搅拌时间，结合规范得出各体积的参考搅拌时间：当搅拌物总体积为30L以下时建议搅拌总时长为 2～5min；总体积为30L～50L时5～8min ；搅拌物体积为51L～75L时8～10min。

一种由所述制备方法制备得到的经济型高性能的水泥混凝土也在本发明的保护范围内。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述混凝土通过合理的添加一定量的复合添加剂，即甲酸钙和硫酸铁，其与其他组分共同发挥作用，不仅可以节约了混凝土制备的成本，而且制备的混凝土具有早强性能、收缩性小，即其在12小时的强度即可达到26MPa，在分离式霍普金森杆冲击试验和落锤试验机的反复荷载作用下，本发明所述经济型高性能混凝土的冲击韧性和抗疲劳的性能取得较好成绩，其作为原料制备的水泥路面强度高、行车舒适性好，可替代沥青路面，不仅降低了成本，同时还对环境友好。

同时，本发明制备的混凝土也可作为道路修补剂进行使用，可以很好的修复存在病害的水泥路面，且由于其早期强度高，修复的水泥路面可快速的投入使用。

此外，本发明所述混凝土的制备方法简单，容易操作，在推广应用中不存在制备的难度。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

以下实施例中混凝土的制备参考GBl4902～2003《预拌混凝土》和GB50666-2011《混凝土结构工程施工规范》。

实施例1 一种经济型高性能水泥混凝土

一种经济型高性能水泥混凝土，制备成为标准抗压试件，即边长为100cm的立方体，具体配方如表1所示：

表1 经济型高性能水泥混凝土配方

表1中的石子的粒径为5～10mm，砂为天然河砂，中砂，细度模数为2.6左右；硅灰种二氧化硅的质量含量为98%～100%；其比表面积为20000～28000m²/kg，平均粒径为 0.1～0.3μm。其中，配方1、4、6因为添加了生石灰，在原有加水量的基础上，需要多加300g水。

具体的制备过程如下：

S1：清洗搅拌机，确保机箱内无明显杂质和其他任何影响水泥水胶比的液体；

S2：清理模具内外，组装模具，涂上脱模剂；

S3：向搅拌机内从粗到细依次加入石子、砂、水泥、硅灰、甲酸钙和硫酸铁，开动搅拌机至干拌均匀，再将水和聚羧酸减水剂混合后再徐徐加入，再启动搅拌机，搅拌1min后即得混凝土。

本实施例提供的经济型高性能混凝土相对普通混凝土需要更短的搅拌时间，结合规范得出各体积的参考搅拌时间：当搅拌物总体积为30L以下时建议搅拌总时长为 2～5min；总体积为30L～50L时5～8min ；搅拌物体积为51L～75L时8～10min。

制备的混凝土进行强度测试，测试结果如表2所示。

表2 表1配方制备的标准式样的抗压强度测试结果

从表2中可知，配方2、3、5经济型高性能混凝土在12h的抗压强度能达到26MPa-30MPa,添加了生石灰和水的配方1、4、6高性能混凝土在12h的抗压强度能提高10MPa，达到36MPa-39MPa。

实施例2 探究甲酸钙对水泥混凝土抗压强度的影响

1、实验步骤

为探讨甲酸钙对水泥混凝土抗压强度的影响，以添加甲酸钙，未添加硫酸铁为对照组1组，以未添加甲酸钙，未添加硫酸铁为对照组2，测定12小时后的强度，其具体步骤参照实施例1的制备过程，各组分添加量如表3所示。

表3 经济型高性能水泥混凝土的配方

2、实验结果

按照对照组1和对照组1的配方重复制备3个式样，每个式样分别测试两次，每个式样的测试值取平均值，然后3个式样的测试值取平均值。实验结果如表4所示，由表中可以看出，对照组2的抗压强度只有8.432 MPa，对照组1的抗压强度达到10.639 MPa，比对照组2提高了26.2%，表明甲酸钙对于抗压强度具有一定的提升效果。

表4 甲酸钙对水泥混凝土抗压强度的影响

实施例3 硫酸铁对水泥混凝土抗压强度的影响

1、实验步骤

为探讨硫酸铁对水泥混凝土抗压强度的影响，在实施例2的基础上，以添加甲酸钙和硫酸铁为实验组1，以添加甲酸钙、不添加硫酸铁为对照组1，具体步骤参见实施例2，测定12小时后的强度，其各组分添加量如表5所示。

表5 经济型高性能水泥混凝土的配方

2、实验结果

实验结果如表6所示，由表中可以看出，对照组1的抗压强度只有26.714 MPa，实验组1的抗压强度达到29.698 MPa，比对照组1提高了11.2%，表明甲酸钙与硫酸铁混合使用时，二者发挥协同增效作用，对于抗压强度的提升效果显著。

表6 甲酸钙对水泥混凝土抗压强度的影响

此外，结合规范得出各体积的搅拌时间：当搅拌物总体积为30 L以下时，搅拌总时长为2～5 min；总体积为30 L～50 L时，搅拌总时长为5～8 min ；搅拌物体积为51 L～75 L时，搅拌总时长为8～10 min。

实施例4 生石灰对水泥混凝土抗压强度的影响

1、实验步骤

对于需要快速修补的水泥混凝土路面，可通过添加一定量的生石灰（CaO），对水泥混凝土进行碱激活，提高产品的早强性能，在实施例3的基础上，以添加甲酸钙和硫酸铁，不添加生石灰为实验组1，以添加甲酸钙、硫酸铁和生石灰为实验组2，其他步骤参见实施例3，由于添加了生石灰，因此在原有的基础上还需要添加一定量的水，其添加量如表7所示。

表7 每标准立方体抗压试件所需的生石灰掺量

2、实验结果

实验结果如表8所示，由表中可以看出，对照组的抗压强度只有29.698 MPa，实验组的抗压强度达到39.642MPa，比对照组提高了33.5%，生石灰对于抗压强度的提升，效果显著。

表8 生石灰对水泥混凝土抗压强度的影响

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210～216份，胶凝材料774～796份，粗骨料1521～1614份，细骨料820～867份，复合添加剂34～45份，减水剂 22.44～25.08份。

2.根据权利要求1所述经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210份，胶凝材料750份，粗骨料1537.14份，细骨料825份，复合添加剂37.62份，减水剂 22.44～25.08份。

3.根据权利要求1所述经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，所述胶凝材料为水泥和硅灰的混合物，其中水泥的用量份数为689～736份，硅灰的用量分数为54～60份。

4.根据权利要求3所述经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，所述硅灰中二氧化硅的质量含量为98%～100%；其比表面积为20000～28000m²/kg，平均粒径为 0.1～0.3μm。

5.根据权利要求4所述经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，所述复合添加剂为甲酸钙和硫酸铁的混合物，其中甲酸钙17～22.5份，硫酸铁17～22.5份；所述粗骨料为石子，其粒径为5～10mm；所述细骨料为天然河砂，细度模数为2.6左右；所述减水剂为减水率为8%的聚羧酸减水剂。

6.根据权利要求5所述经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210～216份，水泥689～736份，硅灰54～60份，石子1521～1614份，天然河沙820～867份，甲酸钙17～22.5份，硫酸铁17～22.5份，聚羧酸减水剂 22.44～25.08份。

7.根据权利要求6所述经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，每立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水210份，水泥694～695份，硅灰56～57份，石子1537份，天然河沙825份，甲酸钙18.8份，硫酸铁18.8份，聚羧酸减水剂22.44～25.08份。

8.根据权利要求7所述经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，当所述混凝土用于抢修路段时，还可添加生石灰进行碱性激活，每立方米的混凝土中，生石灰的用量为54.5～57.7份。

9.权利要求1～7任一所述经济型高性能的水泥混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量分数的比例将胶凝材料、粗骨料、细骨料和复合添加剂混合均匀，再将水和减水剂混合后再加入上述混合物料中，混合均匀后即得所述经济型高性能的水泥混凝土。

10.一种经济型高性能的水泥混凝土，其特征在于，由权利要求8所述制备方法制备得到的混凝土。