CN112390590A - 一种高粘结性胶凝材料及高强透水水泥混凝土材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高粘结性胶凝材料及高强透水水泥混凝土材料，高粘结性胶凝材料包括以下组分及重量份含量：水泥100份、微硅粉5‑8份、水28‑32份、玄武岩纤维0.9‑1.1份及增强剂3.3‑3.6份；水泥混凝土材料包括以下组分及重量份含量：集料4‑5份、高粘结性胶凝材料1份。与现有技术相比，本发明基于物理填充‑化学改性的复合方法，在保证改性透水水泥混凝土不产生水泥胶浆离析的前提下，提高了水泥用量；同时利用未参加水化反应的水泥颗粒、未参加二次水化反应的硅灰颗粒的二级填充效应，消除大孔并均匀化水泥胶浆内部及水泥‑集料界面的毛细孔分布，明显提高透水混凝土的力学性能；同时利用玄武岩纤维进一步改善其力学和透水性能。

Description

一种高粘结性胶凝材料及高强透水水泥混凝土材料
技术领域
本发明属于交通工程建筑材料技术领域，涉及一种物理填充-化学改性高粘结性胶凝材料及基于该胶凝材料制备的高强透水水泥混凝土材料。
背景技术
透水水泥混凝土材料的多孔结构在赋予其优良生态功能性(透水、水净化、降温等)的同时也带来了结构方面的缺陷。此类材料一般为骨架-空隙型混合料，其内部多为石-石点接触，点接触处主要由胶凝材料提供粘附力，并且接触面较小，造成其强度偏低，通常并不具有与传统混凝土相同的强度和耐久性，这极大地阻碍了其推广及应用。
目前，除集料级配设计外，添加各类外加剂制备力学性能优良的改性凝胶胶凝也是提高透水水泥混凝土材料性能的主要途径。此外，各类纤维的加入，不仅能提高透水水泥混凝土材料的力学性能，对其透水性能也有着良好的改善作用。一些研究表明，纳米材料和相关纳米改性技术应用于透水混凝土时可以有效提高混凝土的强度，但此类纳米技术成本较高。出于环境保护及资源可持续的目的，各种粉末化的固体废弃物已应用于路面施工，硅灰、粉煤灰也已被证实具有对混凝土的力学性能和耐久性方面的提升作用，但是提升效果有限，无法使其应用于重载交通区域。
发明内容
本发明的目的是提供一种高粘结性胶凝材料及高强透水水泥混凝土材料，通过物理填充-化学改性，能够提高胶凝材料集料的粘结性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高粘结性胶凝材料，该高粘结性胶凝材料包括以下组分及重量份含量：水泥100份、微硅粉5-8份、水28-32份、玄武岩纤维0.9-1.1份及增强剂3.3-3.6份。上述配方中，水泥用量略大于水泥水化反应的最佳掺量，微硅粉用量略大于二次水化反应最佳掺量。
进一步地，所述的水泥为含有富余惰性水泥颗粒的硅酸盐水泥，所述的富余惰性水泥颗粒为具有物理填充效应的未参加水化反应的富余惰性水泥颗粒；可选为普通硅酸盐水泥42.5。
进一步地，所述的微硅粉的粒径为2800-3200目，并且所述的微硅粉中含有富余硅灰颗粒，所述的富余硅灰颗粒为具有二级物理填充效应的未参加二次水化反应的富余硅灰颗粒；微硅粉优选为3000目的超细粉。
进一步地，所述的玄武岩纤维的长度为5-7mm，直径为10-20μm，经揉搓呈现棉绒状态；长度优选为6mm，直径优选为16μm。
进一步地，所述的增强剂为疏水性增强剂。疏水性增强剂可选自引气剂、缓凝剂和纤维素醚等组成的混合物。
一种高粘结性胶凝材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将增强剂与水混合后搅拌均匀，得到增强剂水溶液，并将该增强剂水溶液分成两部分；
2)将微硅粉与水泥混合后搅拌均匀，并加入一部分增强剂水溶液，之后进行拌和(低速拌和1分钟)，得到改性水泥胶浆；
3)将玄武岩纤维加入至改性水泥胶浆中，拌和(低速拌和3分钟)后加入剩余的增强剂水溶液，拌和(高速拌和5分钟)后即得到所述的高粘结性胶凝材料。
进一步地，步骤2)中加入的增强剂水溶液与步骤3)中加入的增强剂水溶液的质量比为(7.5-8.5):(1.5-2.5)，优选为8:2。
一种高粘结性胶凝材料在混凝土中的应用。
一种高强透水水泥混凝土材料，该水泥混凝土材料含有所述的高粘结性胶凝材料，所述的水泥混凝土材料包括以下组分及重量份含量：集料4-5份、高粘结性胶凝材料1份。集料可选自玄武岩。
优选地，集料为级配集料。
一种高强透水水泥混凝土材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1)将集料(可预先搅拌1分钟)与一部分水混合后搅拌均匀(搅拌1分钟左右)，得到湿润集料；
S2)将微硅粉与水泥混合后搅拌均匀，之后加入湿润集料并进行拌和(拌和3分钟)，得到干燥水泥混凝土；
S3)将增强剂与剩余的水混合后搅拌均匀，之后加入干燥水泥混凝土，并在搅拌下加入(均匀撒入)玄武岩纤维，拌和(拌和2分钟)后即得到所述的高强透水水泥混凝土材料。
优选地，步骤S3)中加入的水与步骤S1)中加入的水的质量比为1:(0.8-1.2)，优选为1:1。
本发明基于水泥基胶凝材料的多尺度填充密实效应与粘结强度生成机理，通过未水化/部分水化水泥颗粒和超掺量超细外加剂对水泥水化产物的惰性填充特性，增强水泥水化反应的化学改性效果，进而提升其与集料的粘结性能。同时，依据透水水泥混凝土干硬性拌和、流动压实特性，结合集料级配的高骨架强度，以及纤维对其混合料力学和透水性能改善特性，制备一种高强改性透水水泥混凝土材料。基于该胶凝材料制备的高强透水水泥混凝土材料的抗折强度达到4.5MPa，并具有良好的透水性能，对透水混凝土在交通重载区域的应用有重要的理论指导意义和实用价值。
与现有技术相比，本发明基于物理填充-化学改性的复合方法，在保证改性透水水泥混凝土不产生水泥胶浆离析的前提下，提高了水泥用量；同时利用未参加水化反应的水泥颗粒、未参加二次水化反应的硅灰颗粒的二级填充效应，消除大孔并均匀化水泥胶浆内部及水泥-集料界面的毛细孔分布，明显提高透水混凝土的力学性能；同时利用玄武岩纤维进一步改善其力学和透水性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种物理填充-化学改性的高粘结性胶凝材料，原料的重量配比为：水泥100份、微硅粉6.5份、水30份、玄武岩纤维1份及增强剂3.4份。其中，水泥为硅酸盐水泥；微硅粉的粒径为3000目；玄武岩纤维的长度为6mm，直径为15μm；增强剂为疏水性增强剂。
该高粘结性胶凝材料的制备方法包括如下步骤：1)将增强剂和水均匀搅拌，制备成增强剂水溶液，分成8成和2成两部分；2)将微硅粉和水泥均匀搅拌，得到改性水泥；3)8成增强剂水溶液和步骤2)中的改性水泥混合并进行低速拌和1分钟，得到改性水泥胶浆；4)将玄武岩纤维和步骤3)中的改性水泥胶浆混合并进行低速拌和3分钟；5)将剩余2成增强剂水溶液和步骤4)中加入了玄武岩纤维的改性水泥胶浆混合并进行高速拌和5分钟，即得到物理填充-化学改性的高粘结性胶凝材料。
结合《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)中的制样和测试方法，常温养护下该胶凝材料的28天龄期抗压强度高达85MPa，抗折强度高达15MPa。
其中，过高的水泥含量及各种改性剂掺量，会导致水泥胶浆过低的流动性，而过低的流动性会影响透水水泥混凝土的压实效果，进而影响其力学和透水性能。根据《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T 2419-2005)的制样和测试方法，本实施例胶凝材料的流动性为200mm。
基于该胶凝材料制成的高强透水水泥性混凝土材料，其制备方法包括如下步骤：1)集料搅拌1分钟，并倒入5成的水，继续搅拌1分钟湿润集料，得到；2)将微硅粉和水泥混合并均匀搅拌后，与步骤1)中的湿润集料拌和3分钟，得到干燥水泥混凝土；3)将增强剂倒入剩余5成水中均匀搅拌后，与步骤2)中的干燥水泥混凝土混合并继续搅拌2分钟，拌和期间，均匀撒入玄武岩纤维。其中，集料与胶凝材料的重量比为4.5:1。
结合《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)的制样和测试方法，常温养护下该混凝土材料的28天龄期抗压强度高达45MPa，抗折强度高达4.5MPa。
实施例2：
一种高粘结性胶凝材料，该高粘结性胶凝材料包括以下组分及重量份含量：水泥100份、微硅粉5份、水32份、玄武岩纤维0.9份及增强剂3.6份。
其中，水泥为含有富余惰性水泥颗粒的硅酸盐水泥，富余惰性水泥颗粒为具有物理填充效应的未参加水化反应的富余惰性水泥颗粒；微硅粉的粒径为2800目，微硅粉中含有富余硅灰颗粒，富余硅灰颗粒为具有二级物理填充效应的未参加二次水化反应的富余硅灰颗粒；玄武岩纤维的长度为7mm，直径为10μm；增强剂为疏水性增强剂。
高粘结性胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
1)将增强剂与水混合后搅拌均匀，得到增强剂水溶液，并将该增强剂水溶液分成两部分；
2)将微硅粉与水泥混合后搅拌均匀，并加入一部分增强剂水溶液，之后进行拌和，得到改性水泥胶浆；
3)将玄武岩纤维加入至改性水泥胶浆中，拌和后加入剩余的增强剂水溶液，拌和后即得到高粘结性胶凝材料。
其中，步骤2)中加入的增强剂水溶液与步骤3)中加入的增强剂水溶液的质量比为8.5:1.5。
一种高强透水水泥混凝土材料，该水泥混凝土材料含有上述高粘结性胶凝材料，水泥混凝土材料包括以下组分及重量份含量：集料5份、高粘结性胶凝材料1份。
该高强透水水泥混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
S1)将集料与一部分水混合后搅拌均匀，得到湿润集料；
S2)将微硅粉与水泥混合后搅拌均匀，之后加入湿润集料并进行拌和，得到干燥水泥混凝土；
S3)将增强剂与剩余的水混合后搅拌均匀，之后加入干燥水泥混凝土，并在搅拌下加入玄武岩纤维，拌和后即得到高强透水水泥混凝土材料。
按照实施例1中的试验方法，结果表明，本实施例中胶凝材料的流动性为210mm，胶凝材料的28天龄期抗压强度为75MPa，抗折强度为16MPa；常温养护下该混凝土材料的28天龄期抗压强度为47MPa，抗折强度为4.6MPa。
实施例3：
一种高粘结性胶凝材料，该高粘结性胶凝材料包括以下组分及重量份含量：水泥100份、微硅粉8份、水28份、玄武岩纤维1.1份及增强剂3.3份。
其中，水泥为含有富余惰性水泥颗粒的硅酸盐水泥，富余惰性水泥颗粒为具有物理填充效应的未参加水化反应的富余惰性水泥颗粒；微硅粉的粒径为3200目，微硅粉中含有富余硅灰颗粒，富余硅灰颗粒为具有二级物理填充效应的未参加二次水化反应的富余硅灰颗粒；玄武岩纤维的长度为5mm，直径为20μm；增强剂为疏水性增强剂。
高粘结性胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
1)将增强剂与水混合后搅拌均匀，得到增强剂水溶液，并将该增强剂水溶液分成两部分；
2)将微硅粉与水泥混合后搅拌均匀，并加入一部分增强剂水溶液，之后进行拌和，得到改性水泥胶浆；
3)将玄武岩纤维加入至改性水泥胶浆中，拌和后加入剩余的增强剂水溶液，拌和后即得到高粘结性胶凝材料。
其中，步骤2)中加入的增强剂水溶液与步骤3)中加入的增强剂水溶液的质量比为7.5:2.5。
一种高强透水水泥混凝土材料，该水泥混凝土材料含有上述高粘结性胶凝材料，水泥混凝土材料包括以下组分及重量份含量：集料4份、高粘结性胶凝材料1份。
该高强透水水泥混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
S1)将集料与一部分水混合后搅拌均匀，得到湿润集料；
S2)将微硅粉与水泥混合后搅拌均匀，之后加入湿润集料并进行拌和，得到干燥水泥混凝土；
S3)将增强剂与剩余的水混合后搅拌均匀，之后加入干燥水泥混凝土，并在搅拌下加入玄武岩纤维，拌和后即得到高强透水水泥混凝土材料。
按照实施例1中的试验方法，结果表明，本实施例中胶凝材料的流动性为190mm，胶凝材料的28天龄期抗压强度为78MPa，抗折强度为15.8MPa；常温养护下该混凝土材料的28天龄期抗压强度为46MPa，抗折强度为4.6MPa。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高粘结性胶凝材料，其特征在于，该高粘结性胶凝材料包括以下组分及重量份含量：水泥100份、微硅粉5-8份、水28-32份、玄武岩纤维0.9-1.1份及增强剂3.3-3.6份。
2.根据权利要求1所述的一种高粘结性胶凝材料，其特征在于，所述的水泥为含有富余惰性水泥颗粒的硅酸盐水泥，所述的富余惰性水泥颗粒为具有物理填充效应的未参加水化反应的富余惰性水泥颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种高粘结性胶凝材料，其特征在于，所述的微硅粉的粒径为2800-3200目，并且所述的微硅粉中含有富余硅灰颗粒，所述的富余硅灰颗粒为具有二级物理填充效应的未参加二次水化反应的富余硅灰颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种高粘结性胶凝材料，其特征在于，所述的玄武岩纤维的长度为5-7mm，直径为10-20μm，经揉搓呈现棉绒状态。
5.根据权利要求1所述的一种高粘结性胶凝材料，其特征在于，所述的增强剂为疏水性增强剂。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的高粘结性胶凝材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将增强剂与水混合后搅拌均匀，得到增强剂水溶液，并将该增强剂水溶液分成两部分；
2)将微硅粉与水泥混合后搅拌均匀，并加入一部分增强剂水溶液，之后进行拌和，得到改性水泥胶浆；
3)将玄武岩纤维加入至改性水泥胶浆中，拌和后加入剩余的增强剂水溶液，拌和后即得到所述的高粘结性胶凝材料。
7.根据权利要求6所述的一种高粘结性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中加入的增强剂水溶液与步骤3)中加入的增强剂水溶液的质量比为(7.5-8.5):(1.5-2.5)。
8.一种如权利要求1至5任一项所述的高粘结性胶凝材料在混凝土中的应用。
9.一种高强透水水泥混凝土材料，该水泥混凝土材料含有如权利要求1至5任一项所述的高粘结性胶凝材料，其特征在于，所述的水泥混凝土材料包括以下组分及重量份含量：集料4-5份、高粘结性胶凝材料1份。
10.一种如权利要求9所述的高强透水水泥混凝土材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1)将集料与一部分水混合后搅拌均匀，得到湿润集料；
S2)将微硅粉与水泥混合后搅拌均匀，之后加入湿润集料并进行拌和，得到干燥水泥混凝土；
S3)将增强剂与剩余的水混合后搅拌均匀，之后加入干燥水泥混凝土，并在搅拌下加入玄武岩纤维，拌和后即得到所述的高强透水水泥混凝土材料。
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