CN111675523A - 一种特种混凝土材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特种混凝土材料及其制备方法和用途，属于混凝土材料领域，该特种混凝土材料采用特种水泥、水泥、粉煤灰、矿粉、石膏、粗骨料、细骨料、聚合物外加剂以及功能助剂混合均质加工而成，用作桥梁伸缩缝混凝土、断面加厚混凝土或在空间狭小、动载条件下混凝土，具有超早强、无收缩、高耐磨、高粘结、高韧性、高耐冲击性、高耐久和高和易性的特点，有效地填补了混凝土原材料行业的空白。

Description

一种特种混凝土材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种特种混凝土材料及其制备方法和用途。
背景技术
随着我国城市化进程的进一步加快,高速公路、城市高架路、城市道路、机场建设施工技术的不断提高，在高速公路路面、城市高架路伸缩缝部位；城市道路、机场跑道等交通繁忙，使用频率高的部位的快速抢修铺设已经成为一个重要的技术结点,由于快速抢修部位直接承受车辆荷载的反复作用，又暴露于地面上，受到各种自然因素的影响，因此，对于以上部位的快速修补材料的选择则显得非常重要。
目前用于高速公路、城市高架路伸缩缝、路面；机场跑道等方面修补的材料主要是自密实混凝土和快速修复砂浆。两种材料都存在在明显的不足和缺陷。自密实混凝土表现为强度发展慢，通车慢，易收缩，粘结强度差，抗冲击韧性和抗疲劳强度差；快速修复砂浆属于砂浆类产品，没有该工况所需要的抗折、抗冲击、抗劈裂、弹性模量、耐久性等混凝土的力学性能，不适合做结构性材料；用自密实混凝土和快速修复砂浆修好的部位，往往修好后很短时间又会破损，反复维修。
因此急需一种具有超早强、无收缩、高耐磨、高粘结、高韧性、高耐冲击性、高耐久、和易性好、施工性好的特种混凝土材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特种混凝土材料及其制备方法和用途，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种特种混凝土材料，所述混凝土按重量计，每立方米包括如下组分：
Figure BDA0002549348540000021
优选的，所述混凝土达到30MPa强度的时间为2～5h。
优选的，所述石粉包括矿粉或粉煤灰中的任意一种。
优选的，所述粗骨料的粒径为3～16mm，所述细骨料的粒径小于5mm。
优选的，所述聚合物外加剂包括聚羧酸类混凝土减水剂和可溶性聚合物中的任意一种或几种。
优选的，所述功能助剂包括缓凝剂、丙烯酸水溶性可再分散乳胶粉和保水增稠剂等添加剂中的任意一种或几种。
优选的，所述特种水泥、水泥、石粉、石膏、粗骨料、细骨料、聚合物外加剂以及功能助剂的含水率均小于1.0％。
优选的，所述粗骨料包括经过整形的玄武岩、辉绿岩、天然碎石和天然软石中的任意一种。
优选的，所述细骨料包括天然砂、人工砂和工业渣中的任意一种或几种。
此外，本发明还提供一种特种混凝土材料的制备方法，所述方法包括制备上述的特种混凝土材料，所述方法包括如下步骤：
S1、按照每立方米混凝土配置选取400～550kg的特种水泥、100～200kg的水泥、50～100kg的石粉、100～200kg的石膏、750～1000kg的粗骨料、700～1000kg的细骨料、1～25kg的聚合物外加剂以及0～5kg的功能助剂；
S2、将选取的原料置于干粉砂浆混料系统内搅拌3～6min，形成均质的混凝土成品；
S3、将混凝土成品通过包装机进行袋装完成包装。
该特种混凝土材料用作路面(包括桥梁、城市高架、高速公路、机场跑道的伸缩缝和路面)快速抢修。
该特种混凝土材料具有超早强、无收缩、高耐磨、高粘结、高韧性、高耐冲击性、高耐久和高和易性的特点，有效地填补了混凝土原材料行业的空白。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。
一种特种混凝土材料，该混凝土材料包括特种水泥、水泥、粉煤灰、矿粉、石膏、粗骨料、细骨料、聚合物外加剂以及功能助剂。各组分按照每立方混凝土用量分别为：特种水泥400～550kg、水泥100～200kg、石粉(包括矿粉或粉煤灰)50～100kg、石膏100～200kg、粗骨料750～1000kg、细骨料700～1000kg，聚合物外加剂1～25kg以及功能助剂(包含缓凝剂、水溶性可再分散乳胶粉、保水增稠剂等)0～5kg；其中水泥为42.5级普通硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥；特种水泥包括硫铝酸盐水泥或高铝水泥。根据当地的资源状况，粗骨料可单独使用碎石或天然卵石，也可以同时使用玄武岩或辉绿岩碎石和天然卵石。粗骨料的粒径为3～16mm。根据当地的资源状况，细骨料可单独使用天然砂、人工砂或工业渣，也可以同时使用天然砂、人工砂和工业渣。其中工业渣可以是水淬粒化高炉矿渣、磷渣等。细骨料的粒径小于5mm。
根据当地的资源状况，所述补偿收缩主要通过调整水泥、石膏、特种水泥的配比达到最佳的补偿收缩性能。总体而言，水泥的水化过程中主要有溶解机理和固相反应机理。在溶解机理阶段：随着水化过程的进行，越来越多的水化产物产生，并且彼此相互交错形成网状结构，使得水泥最终凝结形成强度，在固相反应机理阶段，水化产物也会形成，这些水化产物会不断填充网状结构中的孔隙，使得孔隙率减少，密实度增加。根据当地资源状况，聚合物外加剂可以单独使用聚羧酸类混凝土减水剂或可溶性聚合物，也可以同时使用聚羧酸类混凝土减水剂和可溶性聚合物。其中可溶性聚合物可以是乳胶粉等。聚合物外加剂的作用是增强混凝土材料的流动性及与原混凝土和钢筋的粘结力。
实施例1
一种特种混凝土材料，其制备方法如下：
表1、原材料配比(单位：kg/m3)
Figure BDA0002549348540000041
按照表1选择配方原料组分，其中，水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，特种水泥为高强特种水泥，石膏为无水石膏，粉煤灰，矿粉为II级，细骨料模数为2.7mm，粗骨料粒径为3～16mm，聚羧酸高效减水剂，功能助剂包含缓凝剂、增稠保水剂、可在分散乳胶粉等。先按上述组成和用量根据配合比选取原料，然后用干粉砂浆混粉系统搅拌3～6min，形成匀质的成品，再通过包装机形成袋装的最终产品。使用时加干物料的5～15％水，通过专用搅拌机把水和干物料搅拌均匀，形成成品混凝土，把成品混凝土通过自重法或泵送法浇捣到需要的场合场景，完成该场景对特种高性能混凝土所需要的功能和性能。
该混凝土的强度等级为C60。
实施例2
表2、原材料配比(单位：kg/m3)
Figure BDA0002549348540000051
按照表2选择配方原料组分，其中，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，特种水泥为高强特种水泥，石膏为无水石膏，粉煤灰，矿粉为II级，细骨料模数为2.7mm，粗骨料粒径为3～16mm，聚羧酸盐为上海三瑞聚羧酸高效减水剂，功能助剂包含缓凝剂，增稠保水剂，可在分散乳胶粉等.先按上述组成和用量根据配合比选取原料，然后用干粉砂浆混粉系统搅拌3～6min，形成匀质的成品，再通过包装机形成袋装的最终产品。使用时加干物料的5～15％水，通过专用搅拌机把水和干物料搅拌均匀，形成成品混凝土，把成品混凝土通过自重法或泵送法浇捣到需要的场合场景，完成该场景对特种高性能混凝土所需要的功能和性能。
该混凝土的强度为C50。
实施例3
表3、原材料配比(单位：kg/m3)
Figure BDA0002549348540000052
按照表3选择配方原料组分，其中，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，特种水泥为42.5特种水泥，石膏为无水石膏，粉煤灰，矿粉为II级，细骨料模数为2.8mm，粗骨料粒径为3～16mm，聚羧酸高效减水剂，功能助剂包含缓凝剂，增稠保水剂，可在分散乳胶粉等。先按上述组成和用量根据配合比选取原料，然后用干粉砂浆混粉系统搅拌3～6min，形成匀质的成品，再通过包装机形成袋装的最终产品。使用时加干物料的5～15％水，通过专用搅拌机把水和干物料搅拌均匀，形成成品混凝土，把成品混凝土通过自重法或泵送法浇捣到需要的场合场景，完成该场景对特种高性能混凝土所需要的功能和性能。
表4、特种混凝土材料的技术指标
Figure BDA0002549348540000061
由表4可知，本发明比传统混凝土材料加早强剂及修补砂浆具有更优异的流动性，现场加水搅拌既可，免振捣，施工便捷，可用于桥梁伸缩缝快速抢修；高速公路、城市高架路伸缩缝、路面；机场跑道等方面快速修补。
本发明与其它传统材料相比较，其工艺简单、性能稳定、耐久性好、成本低廉。
超早强：通过调整水泥、特种水泥、石膏的比例，调整缓凝剂、速凝剂的添加量，调整产品的可施工时间及保证2-5h达到设计强度；
高耐磨：合理的水泥、特种水泥、石膏添、粉煤灰及添加可再分散乳胶粉改善了产品的致密性，同时采用沥青路面用石子进一步提高了产品的耐磨性能；
高耐久：合理的水泥、特种水泥、石膏、粉煤灰及添加可再分散乳胶粉改善了产品的致密性，从而最终提高了产品的耐水、耐冻融等长期性能；
高粘结：合理的水泥、特种水泥、石膏、粉煤灰使胶凝材料充分反应增强了胶凝材料与基层的粘结力；同时通过添加可再分散乳胶粉有机无机粘结料的复合使用，进一步的提高了产品与基层的粘结力和内聚力。
无收缩：最佳的水泥、特种水泥、石膏、粉煤灰配比即避免了产品在水泥反应的初期阶段出现的干缩，由保证了后期反应的微膨胀，从而避免了整个体系的后期收缩，从而避免开裂。
防初期开裂性能：纤维的添加改善了产品的抗初期开裂性能；
因此，本发明特别适用于桥梁伸缩缝快速抢修、高速公路、城市高架路、机场跑道的快速修补施工。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种特种混凝土材料，其特征在于，所述混凝土材料按重量计，每立方米包括如下组分：
Figure FDA0002549348530000011
2.根据权利要求1所述的特种混凝土材料，其特征在于，所述混凝土材料达到30MPa强度的时间为2～5h。
3.根据权利要求2所述的特种混凝土材料，其特征在于，所述石粉包括矿粉或粉煤灰中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的特种混凝土材料，其特征在于，所述粗骨料的粒径为3～16mm，所述细骨料的粒径小于5mm。
5.根据权利要求2所述的特种混凝土材料，其特征在于，所述聚合物外加剂包括聚羧酸类混凝土减水剂和可溶性聚合物中的任意一种或几种。
6.根据权利要求2所述的特种混凝土材料，其特征在于，所述功能助剂包括缓凝剂、丙烯酸水溶性可再分散乳胶粉和保水增稠剂等添加剂中的任意一种或几种。
7.根据权利要求2所述的特种混凝土材料，其特征在于，所述特种水泥、水泥、石粉、石膏、粗骨料、细骨料、聚合物外加剂以及功能助剂的含水率均小于1.0％。
8.根据权利要求4所述的特种混凝土材料，其特征在于，所述粗骨料包括经过整形的玄武岩、辉绿岩、天然碎石和天然软石中的任意一种。
9.根据权利要求4所述的特种混凝土材料，其特征在于，所述细骨料包括天然砂、人工砂和工业渣中的任意一种或几种。
10.一种特种混凝土材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括制备权利要求1～9任意一项所述的特征混凝土，所述方法包括如下步骤：
S1、按照每立方米混凝土配置选取400～550kg的特种水泥、100～200kg的水泥、50～100kg的石粉、100～200kg的石膏、750～1000kg的粗骨料、700～1000kg的细骨料、1～25kg的聚合物外加剂以及0～5kg的功能助剂；
S2、将选取的原料置于干粉砂浆混料系统内搅拌3～6min，形成均质的混凝土成品；
S3、将混凝土成品通过包装机进行袋装完成包装。
11.一种特种混凝土材料的用途，其特征在于，所述用途包括将权利要求1～9任意一项所述的特种混凝土材料用于路面快速抢修。
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