CN109776053A - 一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，由以下重量份数的原料制成：水泥30～48份，矿物辅料4～18份，细集料60～85份，粗集料100～130份，橡胶集料3～14份，活性氧化镁0.3～1.5份，减水剂0.5～1.5份，水12～20份；本发明提供的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，对比现有普通机场道面混凝土，本发明所述橡胶集料特种混凝土具有高抗冲击，抵抗收缩和变形能力强，耐久性优异等特征，不仅显著提升机场道面安全性和舒适性，且服役寿命大大延长，后期维修养护等综合成本显著下降，具有突出的技术优势和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土。
背景技术
机场道面，包括跑道、滑行道和停机坪等，承担着飞机起降、滑行和停放等重要任务,是机场航空运输功能得以发挥的重要基础设施。相比于沥青道面，水泥混凝土材料道面具有高强度，良好的稳定性以及耐久性，故我国的水泥混凝土机场道面占到总量的90％以上。根据机场道面的设计要求，水泥混凝土道面的设计使用寿命一般为20～30年，但调查发现，由于材料设计，施工以及后期养护等多方面原因，实际使用3～5年即开始出现各种病害，之后将加速破坏损伤，严重影响机场的正常运营。研究表明，裂缝断板类(纵、横、斜向裂缝，破碎板或交叉裂缝，角隅断裂)，接缝类(嵌缝料失效，接缝破碎，板角剥落，胀裂)，竖向位移类(唧泥，板底脱空、沉陷或错台)和表层类(起皮和龟裂，漏石和剥落，麻面和磨光)是机场道面病害的四种主要表现形式。
机场水泥混凝土道面长期承受频繁的冲击荷载，磨损以及疲劳破坏，这与普通结构混凝土所承的受静力荷载完全不同，高频次的动态和冲击荷载将对脆性混凝土材料产生更严重的破坏效应。另一方面，我国幅员辽阔，气候条件复杂多变，机场道面长期暴露在室外环境下，特别是叠加高频次动态冲击作用后，对水泥混凝土材料的长期耐久性提出了严格的要求。《民用机场水泥混凝土道面设计规范》(MHT5004-2010)中要求，水泥混凝土材料的设计强度按照28d龄期弯拉强度不低于4.5MPa为依据，年最低月平均气温小于-10℃的地区，道面混凝土的抗冻标号为不低于F300。依据此标准要求设计的混凝土，其抗压强度等级一般为C30，该等级普通混凝土很难满足动态冲击荷载和严酷环境的耦合叠加作用工况下的使用要求，这是现有机场水泥混凝土道面病害多发且复杂，修复难度大的主要原因。
高原高寒地区机场水泥混凝土道面破坏的原因随着我国民航领域的飞速发展，大型飞机数量和航班起降次数的急速增加，新建机场的核心材料—机场道面用混凝土，必须能适应现代民航这一新要求，故根据机场道面的受力特点和服役环境，特别是高原高寒地区的气候特点，有针对性的提出适用于该严酷条件下的水泥混凝土道面材料，是解决上述问题的最终途径。
发明内容
针对上述现有技术中，本发明提供一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，对比现有普通机场道面混凝土，本发明所述橡胶集料特种混凝土具有高抗冲击，抵抗收缩和变形能力强，耐久性优异等特征，不仅显著提升机场道面安全性和舒适性，且服役寿命大大延长，后期维修养护等综合成本显著下降，具有突出的技术优势和经济效益。
本发明所采用的技术方案为：
一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，由以下重量份数的原料制成：水泥30～48份，矿物辅料4～18份，细集料60～85份，粗集料100～130份，橡胶集料3～14份，活性氧化镁0.3～1.5份，减水剂0.5～1.5份，水12～20份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成：水泥10.5份，矿物辅料5份，细集料68份，粗集料121份，橡胶集料11份，活性氧化镁1.02份，减水剂0.87份，水16.3份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成：水泥38份，矿物辅料8份，细集料65份，粗集料121份，橡胶集料10份，活性氧化镁1.3份，减水剂0.78份，水18.5份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成：水泥32份，矿物辅料14.2份，细集料65份，粗集料121份，橡胶集料8份，活性氧化镁1.4份，减水剂1.05份，水15.2份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成：水泥40份，矿物辅料12.2份，细集料64份，粗集料121份，橡胶集料15份，活性氧化镁1.25份，减水剂1.26份，水14.9份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成：水泥30份，矿物辅料4份，细集料60份，粗集料100份，橡胶集料3份，活性氧化镁0.3份，减水剂0.5份，水12份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成：水泥48份，矿物辅料18份，细集料72.5份，粗集料115份，橡胶集料8.5份，活性氧化镁1.5份，减水剂1份，水16份。
进一步的，由以下重量份数的原料制成：水泥39份，矿物辅料11份，细集料85份，粗集料130份，橡胶集料14份，活性氧化镁0.9份，减水剂1.5份，水20份。
进一步的，所述水泥为强度等级不低于42.5硅酸盐水泥；所述矿物辅料为偏高岭土、火山灰、粒化高炉矿渣、粉煤灰或/和硅灰中的一种或几种的混合物。
进一步的，所述细集料为天然砂、机制砂、混合砂或级配砂，所述细集料的细度模数为2.0～3.1，其中，天然砂含泥量不超过2％，机制砂石粉含量不超过8％；
所述粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，所述粗集料包括大石和小石，所述大石的粒径为20mm～37.5mm，所述大石占所述粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，所述小石的粒径为5mm～20mm；
所述橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
所述减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，所述减水剂采用萘系、磺酸盐系和聚羧酸系减水剂中的一种。
本发明的有益效果为：通过橡胶集料等体积部分代替细集料，赋予了混凝土材料高抗冲击，高抗变形能力以及优异的耐久性性能，得到了一种适用于高原高寒地区机场道面的特种混凝土材料，可抵抗飞机起降，滑行过程中产生的高频动态冲击荷载以及反复剪切作用，并提升舒适性和安全性；高抗渗，高抗侵蚀(氯离子和硫酸盐)，高抗冻融以及突出的耐磨性能和抗疲劳能力，为橡胶集料特种混凝土在严酷环境条件下长期高效服役提供了坚实的基础。同时，本发明结合力化学裂解废旧橡胶工艺特点，实现了橡胶粉的增重与亲水改性处理，得到的橡胶集料与水泥混凝土材料相容性大幅度改善，一次性解决了橡胶集料混凝土拌合物和易性差、分层上浮、混凝土力学性能下降等技术难题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1：
本实施例提供一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其原料配比及具体参数为：水泥405kg/m3，矿物辅料50kg/m3，细集料680kg/m3，粗集料1210kg/m3，橡胶集料110kg/m3，活性氧化镁10.2kg/m3，减水剂8.7kg/m3，水163kg/m3。
具体的，水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥；
矿物辅料为I级粉煤灰；
细集料为机制砂，机制砂的细度模数为2.0～3.1，机制砂石粉含量不超过8％；
粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，粗集料包括大石和小石，大石的粒径为20mm～37.5mm，大石占粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，小石的粒径为5mm～20mm；
橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，减水剂采用萘系减水剂。
实施例2：
本实施例提供一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其原料配比及具体参数为：水泥380kg/m3，矿物辅料80kg/m3，细集料650kg/m3，粗集料1210kg/m3，橡胶集料100kg/m3，活性氧化镁13kg/m3，减水剂7.8kg/m3，水185kg/m3。
具体的，水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥；
矿物辅料为矿渣；
细集料为河沙，河沙的细度模数为2.0～3.1，且河沙含泥量不超过2％；
粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，粗集料包括大石和小石，大石的粒径为20mm～37.5mm，大石占粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，小石的粒径为5mm～20mm；
橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，减水剂采用磺酸盐系减水剂。
实施例3：
本实施例提供一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其原料配比及具体参数为：水泥320kg/m3，矿物辅料142kg/m3，细集料650kg/m3，粗集料1210kg/m3，橡胶集料80kg/m3，活性氧化镁14kg/m3，减水剂10.5kg/m3，水152kg/m3。
具体的，水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥；
矿物辅料为硅灰和粉煤灰的混合物，其中硅灰42kg/m3、粉煤灰100kg/m3；
细集料为天然砂和机制砂混合的混合砂，其中混合砂细度模数2.8，其中天然砂含泥量不高于2％，机制砂石粉含量不大于8％；
粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，粗集料包括大石和小石，大石的粒径为20mm～37.5mm，大石占粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，小石的粒径为5mm～20mm；
橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
实施例4：
本实施例提供一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其原料配比及具体参数为：水泥400kg/m3，矿物辅料122kg/m3，细集料640kg/m3，粗集料1210kg/m3，橡胶集料150kg/m3，活性氧化镁12.5kg/m3，减水剂12.6kg/m3，水149kg/m3。
具体的，水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥；
矿物辅料为偏高岭土和矿渣的混合物，其中偏高岭土42kg/m3、矿渣80kg/m3；
细集料为天然砂和机制砂混合的级配砂，其中混合砂细度模数2.5，其中天然砂含泥量不高于2％，机制砂石粉含量不大于8％；
粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，粗集料包括大石和小石，大石的粒径为20mm～37.5mm，大石占粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，小石的粒径为5mm～20mm；
橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
实施例5：
本实施例提供一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其原料配比及具体参数为：水泥300kg/m3，矿物辅料40kg/m3，细集料600kg/m3，粗集料1000kg/m3，橡胶集料30kg/m3，活性氧化镁3kg/m3，减水剂5kg/m3，水120kg/m3。
具体的，水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥；
矿物辅料为矿渣；
细集料为机制砂，机制砂的细度模数为2.0～3.1，机制砂石粉含量不超过8％；
粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，粗集料包括大石和小石，大石的粒径为20mm～37.5mm，大石占粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，小石的粒径为5mm～20mm；
橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，减水剂采用萘系减水剂。
实施例6：
本实施例提供一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其原料配比及具体参数为：水泥480kg/m3，矿物辅料180kg/m3，细集料725kg/m3，粗集料1150kg/m3，橡胶集料85kg/m3，活性氧化镁15kg/m3，减水剂10kg/m3，水160kg/m3。
具体的，水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥；
矿物辅料为I级粉煤灰；
细集料为河沙，河沙的细度模数为2.0～3.1，且河沙含泥量不超过2％；
粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，粗集料包括大石和小石，大石的粒径为20mm～37.5mm，大石占粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，小石的粒径为5mm～20mm；
橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，减水剂采用磺酸盐系减水剂。
实施例7：
本实施例提供一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其原料配比及具体参数为：水泥390kg/m3，矿物辅料110kg/m3，细集料850kg/m3，粗集料1300kg/m3，橡胶集料140kg/m3，活性氧化镁9kg/m3，减水剂15kg/m3，水200kg/m3。
具体的，水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥；
矿物辅料为矿渣；
细集料为天然砂和机制砂混合的混合砂，其中混合砂细度模数3.2，其中天然砂含泥量不高于2％，机制砂石粉含量不大于8％；
粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，粗集料包括大石和小石，大石的粒径为20mm～37.5mm，大石占粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，小石的粒径为5mm～20mm；
橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
实施例1的橡胶集料特种混凝土配合比如表1中所示，
设计制备普通机场道面水泥混凝土(C30)为对比样品，具体配合比为：水泥：河沙：大石：小石：水：外加剂＝350:647:735:687:137:7.8；
依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)要求进行测试，实测28d抗压和抗折强度为46.5MPa和6.6MPa。
抗冻融，抗氯离子渗透，抗硫酸盐侵蚀，抗碳化等试验按照《普通水泥混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准(GB/T50082-2009)进行；抗渗和耐磨试验按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)进行。
一、各实施例配合比如表1所示：
表1各实施例配合比(kg/m3)
续表1：
二、普通机场道面混凝土与各实施例混凝土的部分耐久性性能对比如表2所示：
表2部分耐久性性能对比
三、普通机场道面混凝土与各实施例混凝土的抗冲击与变形能力对比如表3所示：
表3抗冲击与变形能力对比
本技术方案通过橡胶集料等体积部分代替细集料，赋予了混凝土材料高抗冲击，高抗变形能力以及优异的耐久性性能，得到了一种适用于高原高寒地区机场道面的特种混凝土材料，可抵抗飞机起降，滑行过程中产生的高频动态冲击荷载以及反复剪切作用，并提升舒适性和安全性，且服役寿命大大延长，后期维修养护等综合成本显著下降，具有突出的技术优势和经济效益；高抗渗，高抗侵蚀(氯离子和硫酸盐)，高抗冻融以及突出的耐磨性能和抗疲劳能力，为橡胶集料特种混凝土在严酷环境条件下长期高效服役提供了坚实的基础。同时，本发明结合力化学裂解废旧橡胶工艺特点，实现了橡胶粉的增重与亲水改性处理，得到的橡胶集料与水泥混凝土材料相容性大幅度改善，一次性解决了橡胶集料混凝土拌合物和易性差、分层上浮、混凝土力学性能下降等技术难题。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥30～48份，矿物辅料4～18份，细集料60～85份，粗集料100～130份，橡胶集料3～14份，活性氧化镁0.3～1.5份，减水剂0.5～1.5份，水12～20份。
2.根据权利要求1所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥40.5份，矿物辅料5份，细集料68份，粗集料121份，橡胶集料11份，活性氧化镁1.02份，减水剂0.87份，水16.3份。
3.根据权利要求1所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥38份，矿物辅料8份，细集料65份，粗集料121份，橡胶集料10份，活性氧化镁1.3份，减水剂0.78份，水18.5份。
4.根据权利要求1所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥32份，矿物辅料14.2份，细集料65份，粗集料121份，橡胶集料8份，活性氧化镁1.4份，减水剂1.05份，水15.2份。
5.根据权利要求1所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥40份，矿物辅料12.2份，细集料64份，粗集料121份，橡胶集料15份，活性氧化镁1.25份，减水剂1.26份，水14.9份。
6.根据权利要求1所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥30份，矿物辅料4份，细集料60份，粗集料100份，橡胶集料3份，活性氧化镁0.3份，减水剂0.5份，水12份。
7.根据权利要求1所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥48份，矿物辅料18份，细集料72.5份，粗集料115份，橡胶集料8.5份，活性氧化镁1.5份，减水剂1份，水16份。
8.根据权利要求1所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥39份，矿物辅料11份，细集料85份，粗集料130份，橡胶集料14份，活性氧化镁0.9份，减水剂1.5份，水20份。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于：所述水泥为强度等级不低于42.5硅酸盐水泥；所述矿物辅料为偏高岭土、火山灰、粒化高炉矿渣、粉煤灰或/和硅灰中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求9所述的一种高原高寒地区机场道面橡胶集料特种混凝土，其特征在于：
所述细集料为天然砂、机制砂、混合砂或级配砂，所述细集料的细度模数为2.0～3.1，其中，天然砂含泥量不超过2％，机制砂石粉含量不超过8％；
所述粗集料为粒径范围为5mm～37.5mm碎石，其中，所述粗集料包括大石和小石，所述大石的粒径为20mm～37.5mm，所述大石占所述粗集料用量的质量百分比为40％～60％，其余为小石，所述小石的粒径为5mm～20mm；
所述橡胶集料的细度为40目～80目，表观密度为1.1kg/m3～1.9kg/m3，与水的接触角θ＝0°，Zeta电位小于0mv；
所述减水剂为具有引气作用的复合减水剂，减水率不低于25％，所述减水剂采用萘系、磺酸盐系和聚羧酸系减水剂中的一种。
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- 2019-03-27 CN CN201910238574.5A patent/CN109776053A/zh active Pending
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