CN110698153B - 一种路面抗裂混凝土及其在园林建设中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种路面抗裂混凝土及其在园林建设中的应用，属于混凝土制备的技术领域，其技术方案要点是一种路面抗裂混凝土，按重量份计，包括有以下组分：凝胶材料300‑420份，人工砂700‑800份，碎石1000‑1300份，外加剂8‑18份，纤维5‑15份和水150‑170份；所述凝胶材料包括水泥、钒铁渣和粉煤灰，使路面抗裂混凝土具有抗压强度高、致密度高和抗裂性能强等优点；本发明还公开了上述路面抗裂混凝土在园林建设中的应用。

Description

一种路面抗裂混凝土及其在园林建设中的应用
技术领域
本发明涉及混凝土制备的技术领域，特别涉及一种路面抗裂混凝土及其在园林建设中的应用。
背景技术
园林是人们在生活中经常光顾的休闲场所，园林建设中的风景园林路是园林的重要组成部分，起着组织空间、引导游览、交通联系并提供散步休息场所的作用，它像脉络一样，把园林的各个景区联成整体。混凝土是一种常见的建筑材料，它是一种由水泥，砂石骨料，水以及其他外添加剂拌合形成的非均质脆性材料，由于混凝土易于成型，施工方便，受力性能良好等优点，而广泛应于风景园林路面中。
但混凝土路面在使用过程中，由于混凝土的抗拉强度低和易开裂等性能会使混凝土路面出现开裂的现象，严重影响园林路面的美观和正常使用。因此研发一种抗裂性能良好的混凝土用于园林建设中是十分有必要的。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种路面抗裂混凝土，以达到提高路面抗裂混凝土的抗压强度、致密度和抗裂性能的效果。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：一种路面抗裂混凝土，按重量份计，包括有以下组分：凝胶材料300-420份，人工砂700-800份，碎石1000-1300份，外加剂8-18份，纤维5-15份和水150-170份；所述凝胶材料包括水泥、钒铁渣和粉煤灰。
混凝土产生裂缝主要有两方面的原因，一种是由于外力荷载引起的裂缝，另一种是非荷载因素引起的裂缝。混凝土由非荷载因素引起的的裂缝类型主要有塑形收缩裂缝、自收缩裂缝、温度裂缝和硬化后期裂缝四种，混凝土的实际收缩是上述几种收缩的集合，裂缝形成与混凝土的原料种类、原料配比等关系密切。
混凝土中骨料与水泥浆体之间的界面过渡区相对薄弱，水泥水化后可以骨料粘结在一起，但其粘结强度仍相对较低，混凝土的裂缝主要沿界面过渡区发生。凝胶材料选用水泥、钒铁渣和粉煤灰配合使用，在混凝土原材料中掺入的膨胀掺合料钒铁渣和粉煤灰，并通过钒铁渣和粉煤灰的水化活性，减少过渡区界面的厚度和孔隙率，显著改善界面过渡区的微结构，提高混凝土的抗裂性。
胶凝材料在混凝土硬化前、后分别起润滑和胶结作用。骨料中人工砂为细骨料，碎石为粗骨料，粗骨料和细骨料配合使用起到混凝土骨架和抑制收缩作用。纤维的掺入可以在混凝土中乱向分布形成不连续的三维网状支撑体系，减小骨料颗粒在外荷载作用下的位移，并将应力传递到相连的其他颗粒上，使得应力分布更加均勾，降低混凝土裂缝的发生概率。
通过采用上述方案，以特定重量份配比的凝胶材料和骨料为混凝土的基材，加入适量配比的拌合水，可以有效控制混凝土的水胶比和砂率，提高混凝土的抗压强度和减少裂缝；配合使用外加剂，如膨胀剂和减水剂等，可以调节改善混凝土的结构性能，增加混凝土的抗裂性能；再配合使用纤维，能有效地提高水泥基材料的抗裂性、抗冲击性和韧性，增大混凝土的抗压强度和减少裂缝的产生。各特定配合比的原料组分配合使用下，使本发明提供的路面抗裂混凝土具有抗压强度高、致密度高和抗裂性能强等优点。
此处对上述路面抗裂混凝土的制备方法不作限定，可采用本领域常规的制备方法进行制备。
本发明进一步设置为：所述凝胶材料中水泥、钒铁渣和粉煤灰的质量比为15-20:8-15:65-80。
钒铁渣和粉煤灰掺合料与富集在过渡区界面的水泥水化产物Ca(OH)2反应，生成C-S-H胶凝，使Ca(OH)2晶体和界面处的孔隙率大量减少，使界面过渡区的裂缝大大减少，骨料与凝胶材料的粘结力得到增强，改善了界面过渡区结构；钒铁渣和粉煤灰有一定的微膨胀作用，在混凝土水化凝结过程中受到约束的条件下，可以使混凝土结构更加密实，使混凝土的抗裂能力性能明显提高。
通过采用上述方案，优选凝胶材料中，水泥和掺合料的比例以及两种掺合料的比例，可以进一步优化凝胶材料与骨料结合的界面过渡区的结构性能，进而增强混凝土的密实度和抗裂性能。
本发明进一步设置为：所述外加剂包括膨胀剂和减水剂，膨胀剂和减水剂的质量比为5-10:3-8。
膨胀剂抑制混凝土收缩主要是利用膨胀剂自身的水化或与水泥水化产物之间反应而产生的微膨胀，来补偿混凝土的硬化过程的干缩和冷缩，提高混凝土的防裂性能。目前常用的混凝土的膨胀剂有硫铝酸钙类、氧化钙类和氧化镁类等。
减水剂能够降低再生混凝土的用水量，降低孔隙水的表面张力，减少失水时产生的毛细收缩压力，降低混凝土的干缩率，减少混凝土出现裂缝的可能性。减水剂选用聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂或木质素磺酸盐减水剂等。
通过采用上述方案，采用膨胀剂和减水剂配合使用以及优选两种外加剂的配合比例，可以进一步增加膨胀剂和减水剂配合使用的综合作用效果，进而降低混凝土的收缩性能，提高混凝土的抗裂性能。
本发明进一步设置为：所述纤维的长度为20-25mm，纤维的直径为0.2-0.6mm。
纤维会在混凝土基体内相互搭接形成网络，与混凝土基体共同受力，在混凝土受冲击荷载作用时，纤维可以有效地阻碍混凝土中裂缝的迅速扩展，吸收由于冲击荷载所产生的动能，从而提高混凝土的抗冲击性能。
通过采用上述方案，优选纤维的直径和长度可以优化纤维在混凝土基体内搭成的网络，最大程度上与混凝土基体共同受力，进而进一步增加纤维的作用，提高混凝土的抗压强度和抗裂性能。
本发明进一步设置为：所述纤维包括钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维，钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维的质量比为0.8-1.2:0.2-0.3:0.2-0.3。
根据弹性模量的高低可将纤维分为低弹性模量纤维(聚丙烯纤维)和高弹性模量纤维(玄武岩纤维和钢纤维)。低弹模量的纤维受力后变形较大，会对混凝土的延性和韧性有较大程度的提高；高弹性模量的纤维在掺入混凝土基体中时，可以对混凝土基体起到拉结作用，提高混凝土的抗裂性能、抗渗性能和耐磨性能等。
通过采用上述方案，采用低弹性模量纤维和高弹性模量纤维配合使用，充分发挥低弹性模量纤维和高弹性模量纤维两者的优势，以及优选三种纤维的使用配合比例，可以增强纤维的功能，进一步改善混凝土的抗裂性、抗冲击性和韧性。
本发明进一步设置为：所述路面抗裂混凝土的水胶比为0.4-0.5。
混凝土的水胶比是指每立方米混凝土用水量与所用胶凝材料用量的比值。水胶比是决定混凝土结构与性能的主要因素，对混凝土结构方面的影响主要体现在三个方面，一是决定了水泥混凝土水化产物中的组成和结构；二是决定了凝胶孔、毛细孔、气孔等水泥混凝土微观孔结构；三是水泥石和骨料之间的粘结界面，水胶比在很大程度上决定着混凝土材料的强度大小。
通过采用上述方案，优选混凝土的水胶比可以优化水泥混凝土水化产物中的组成和结构，进而增强混凝土的强度，抗裂性和耐久性。
本发明进一步设置为：所述路面抗裂混凝土的砂率为0.4-0.45。
砂率是指混凝土中砂的质量与砂和石总质量之比。此处，路面抗裂混凝土中的砂率指的是人工砂的质量与人工砂和碎石两者总质量的比例。
在骨料总量一定的前提下，当砂率较低时，即粗骨料用量较高时，相对较低的细骨料不足以填充较高的粗骨料孔隙，混凝土拌合物的工作性较差，易产生离析泌水，混凝土表面的水分蒸发速度较快，蒸发量亦较高，混凝土内部相对湿度快速降低，毛细管负压增大，超过混凝土抗拉强度时，便会产生开裂。随着砂率的增加，混凝土粘聚性保水性均有所改善，混凝土的抗裂性也增强。但当砂率过大时，骨料总表面积增大，浆体量不足以满足和易性要求，对混凝土的抗裂性产生不利影响。
通过采用上述方案，优选砂率可以减少混凝土内部的孔隙，提高混凝土内部结构的密实度，进而增强混凝土的抗裂性。
本发明进一步设置为：所述人工砂的细度模数为2.2-2.8，含泥量1-1.5％，表观密度2650-2750kg/m3。
人工砂为混凝土制备过程中常用的细骨料，主要作用是填充碎石的孔隙，使混凝土的更加密实，同时和水泥浆组成水泥砂浆，提高混凝土的和易性和流动性，增强骨料与凝胶材料之间的界面结合强度。细度模数是表征天然砂粒径的粗细程度及类别的指标，选择合适细度模数的细骨料可以增加细骨料的表观密度，增强混凝土整体的密实度。细骨料中含泥量过大时，过多的细泥会吸附在砂粒表面，影响砂粒与水泥浆体的粘结，导致混凝土的粘聚性变差。
通过采用上述方案，人工砂为混凝土中常用的细骨料，优选人工砂的细度模数、含泥量和表观密度可以增强细骨料在混凝土中的作用，进而提高混凝土的密实度，增强混凝土的和易性和流动性。
本发明进一步设置为：所述碎石的平均粒径为5-8mm，含泥量1-1.5％，表观密度2600-2700kg/m3，针片状含量3-5％。
针片状反应了骨料的整体形状，针片状骨料倾向于一个方向的排列，增加了新拌混凝土在流动过程中的摩擦力，并不易振捣密实，受力易折，使混凝土强度降低，容易开裂。
通过采用上述方案，优选碎石的平均粒径和表观密度，优选低针片状率的碎石，以增加混凝土的表观密度，还能提高混凝土内部结构的密实度，增强混凝土的抗裂性能。
本发明的目的二在于：提供上述路面抗裂混凝土在园林建设中的应用。
将抗裂性能良好的上述路面抗裂混凝土应用于园林建设中，如铺设园林中的路面和墙体，可以明显降低路面和墙体出现裂缝的现象，进而提高园林的美观性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明中路面抗裂混凝土，以特定重量份配比的凝胶材料和骨料为混凝土的基材，有效控制混凝土的水胶比和砂率，提高混凝土的抗压强度和减少裂缝；配合使用外加剂和纤维，能有效地提高水泥基材料的抗裂性和韧性，增大混凝土的抗压强度和减少裂缝的产生；各特定配合比的原料组分配合使用下，使路面抗裂混凝土具有抗压强度高、致密度高和抗裂性能强等优点。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
下述实施例和对比例提供的混凝土均采用本领域常规的制备方法制备得到。
实施例1
一种路面抗裂混凝土，按重量份计，包括有以下组分：凝胶材料300份，人工砂800份，碎石1000份，硫铝酸钙类膨胀剂10份、聚羧酸减水剂8份，纤维5份和水170份；
凝胶材料包括硅酸盐水泥、钒铁渣和粉煤灰，三种组份的质量比为15：15：65；
纤维包括钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维，三种组份的质量比为0.8：0.3：0.2；纤维的长度约为25mm，直径约为0.2mm；
人工砂的细度模数为2.2，含泥量1％，表观密度2750kg/m3；碎石的平均粒径为5mm，含泥量1％，表观密度2700kg/m3，针片状含量3％；水胶比：0.56，砂率：0.45。
实施例2
一种路面抗裂混凝土，按重量份计，包括有以下组分：凝胶材料420份，人工砂700份，碎石1300份，硫铝酸钙类膨胀剂5份、聚羧酸减水剂3份，纤维15份和水150份；
凝胶材料包括硅酸盐水泥、钒铁渣和粉煤灰，三种组份的质量比为20：8：80；
纤维包括钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维，三种组份的质量比为1.2：0.2：0.3；纤维的长度约为20mm，直径约为0.6mm；
人工砂的细度模数为2.8，含泥量1.5％，表观密度2650kg/m3；碎石的平均粒径为8mm，含泥量1.5％，表观密度2600kg/m3，针片状含量5％；水胶比：0.36，砂率：0.35。
实施例3
一种路面抗裂混凝土，按重量份计，包括有以下组分：凝胶材料350份，人工砂750份，碎石1200份，硫铝酸钙类膨胀剂8份、聚羧酸减水剂5份，纤维10份和水160份；
凝胶材料包括硅酸盐水泥、钒铁渣和粉煤灰，三种组份的质量比为20：10：70；
纤维包括钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维，三种组份的质量比为1：0.2：0.3；纤维的长度约为22mm，直径约为0.5mm；
人工砂的细度模数为2.5，含泥量1.2％，表观密度2700kg/m3；碎石的平均粒径为6mm，含泥量1.2％，表观密度2650kg/m3，针片状含量3％；水胶比：0.46，砂率：0.38。
实施例4
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，凝胶材料中硅酸盐水泥、钒铁渣和粉煤灰的质量比为80：2：28。
实施例5
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，凝胶材料中硅酸盐水泥、钒铁渣和粉煤灰的质量比为5：20：75。
实施例6
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，凝胶材料中硅酸盐水泥、钒铁渣和粉煤灰的质量比为20：60：20。
实施例7
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，硫铝酸钙类膨胀剂2份、聚羧酸减水剂11份。
实施例8
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，硫铝酸钙类膨胀剂12份、聚羧酸减水剂1份。
实施例9
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，硫铝酸钙类膨胀剂8份，不添加减水剂。
实施例10
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，聚羧酸减水剂5份，不添加硫铝酸钙类膨胀剂。
实施例11
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维的质量比为2：1：0.1。
实施例12
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维的质量比为0.2：0.1：2。
实施例13
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，钢纤维、玄武岩纤维质量比为1：0.2，不添加聚丙烯纤维。
实施例14
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，等量的聚丙烯纤维替代全部的钢纤维和玄武岩纤维。
实施例15
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，调整凝胶材料为300份，水为170份，使混凝土的水胶比为0.56。
实施例16
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，调整凝胶材料为420份，水为150份，使混凝土的水胶比为0.36。
实施例17
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，人工砂的细度模数为3，表观密度2500kg/m3。
实施例18
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，人工砂的含泥量2％，
实施例19
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，碎石的平均粒径为10mm，表观密度2500kg/m3，
实施例20
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，碎石的含泥量2％，针片状含量6％。
对比例1
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，凝胶材料中不添加钒铁渣。
对比例2
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，凝胶材料中不添加钒铁渣和粉煤灰。
对比例3
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，不加入膨胀剂和减水剂。
对比例4
一种路面抗裂混凝土，与实施例3的区别在于，不加入纤维。
对比例5
一种路面抗裂混凝土，按重量份计，包括有以下组分：凝胶材料200份，人工砂900份，碎石800份，硫铝酸钙类膨胀剂2份、聚羧酸减水剂2份，纤维3份和水140份；水胶比：0.7，砂率：0.52；其余与实施例3均相同。
实验例
参照《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002》对实施例1-20和对比例1-5提供的混凝土的采用圆环试验和限制收缩率试验检测抗裂性能，抗压性能进行测试，检测结果如下。
表1
Figure BDA0002214014230000081
由表1的结果可以看出，实施例3提供的混凝土的测试的抗裂性能和抗压性能的实验结果数据比实施例1-2和实施例4-20提供的混凝土的测试结果更好。对比例1-5提供的混凝土的测试的抗裂性能和抗压性能的实验结果数据明显都不如实施例3的好。
实施例4-6与实施例3对比，实施例4中硅酸盐水泥占主体，只掺杂了少部分的钒铁渣和粉煤灰，且钒铁渣掺杂量占比很少，三者的配比不在优选的范围内；实施例5中硅酸盐水泥加入量较少，主要是掺合料占据了凝胶材料的主体，硅酸盐水泥和钒铁渣的配比不在优选的范围内；实施例6中钒铁渣加入量较多，粉煤灰加入量少，钒铁渣和粉煤灰的配比不在优选的范围内。通过对比实施例4-6与实施例3的实验结果可知，凝胶材料中硅酸盐水泥、钒铁渣和粉煤灰的配合比例对混凝土抗裂性能和抗压性能均有影响。
实施例7-10与实施例3对比，实施例7和实施例8中膨胀剂和减水剂的配比不在优选的范围内；实施例9不加入减水剂，实施例10不加入膨胀剂。通过对比实施例7-10与实施例3的实验结果可知，混凝土中添加的膨胀剂和减水剂的配合比例以及添加的量对混凝土抗裂性能和抗压性能均有影响。
实施例11-14与实施例3对比，实施例11中钢纤维、玄武岩纤维加入量多，聚丙烯纤维加入量少，三者的配比不在优选的范围内；实施例12中钢纤维、玄武岩纤维加入量少，聚丙烯纤维加入量多，三者的配比不在优选的范围内；实施例13中不添加低弹性模量的聚丙烯纤维；实施例14中不添加高弹性模量的钢纤维和玄武岩纤维。通过对比实施例11-14与实施例3的实验结果可知，混凝土中高弹性模量纤维和低弹性模量纤维的配合使用，以及纤维中各种类纤维的配合比例对混凝土抗裂性能和抗压性能均有影响。
实施例15、实施例16分别与实施例3对比，实施例15中混凝土的水胶比略大，实施例16中混凝土的水胶比略小，二者的水胶比均不在优选的范围内。通过对比实施例15、16与实施例3的实验结果可知，混凝土中的水胶比对混凝土抗裂性能和抗压性能均有影响。
实施例17-20与实施例3对比，实施例17中人工砂的细度模数较大，表观密度较低，不在优选的范围内；实施例18中人工砂的含泥量较高，不在优选的范围内；实施例19中碎石的粒径较大，表观密度较低，不在优选的范围内；实施例20中的碎石的含泥量较高，针片状含量较高，不在优选的范围内。通过对比实施例17-20与实施例3的实验结果可知，混凝土中细骨料的性能参数和粗骨料的性能参数对混凝土抗裂性能和抗压性能均有影响。
对比例1-5与实施例3对比，对比例1中凝胶材料不添加掺合料钒铁渣；对比例2中凝胶材料不添加钒铁渣和粉煤灰；对比例3中不添加外加剂；对比例4中不添加纤维；对比例5中混凝土的各组分含量均不在保护范围内。通过对比对比例1-5与实施例3的实验结果可知，混凝土中凝胶材料中掺合料的添加量，掺合料的添加种类，外加剂的加入量和纤维的加入对混凝土抗裂性能和抗压性能均有影响。
上述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 (6)

1.一种路面抗裂混凝土，其特征在于：按重量份计，包括有以下组分：凝胶材料300-420份，人工砂700-800份，碎石1000-1300份，外加剂8-18份，纤维5-15份和水150-170份；所述凝胶材料包括水泥、钒铁渣和粉煤灰；
所述凝胶材料中水泥、钒铁渣和粉煤灰的质量比为15-20:8-15:65-80；
所述外加剂包括膨胀剂和减水剂，膨胀剂和减水剂的质量比为5-10:3-8；
所述纤维的长度为20-25mm，纤维的直径为0.2-0.6mm；
所述纤维包括钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维，钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维的质量比为0.8-1.2:0.2-0.3:0.2-0.3。
2.根据权利要求1所述的路面抗裂混凝土，其特征在于：所述路面抗裂混凝土的水胶比为0.4-0.5。
3.根据权利要求1所述的路面抗裂混凝土，其特征在于：所述路面抗裂混凝土的砂率为0.4-0.45。
4.根据权利要求1所述的路面抗裂混凝土，其特征在于：所述人工砂的细度模数为2.2-2.8，含泥量1-1.5%，表观密度2650-2750kg/m3。
5.根据权利要求1所述的路面抗裂混凝土，其特征在于：所述碎石的平均粒径为5-8mm，含泥量1-1.5%，表观密度2600-2700kg/m3，针片状含量3-5%。
6.权利要求1-5任一项所述的路面抗裂混凝土在园林建设中的应用。
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