CN112811860A - 一种组合结构路缘石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合结构路缘石及其制备方法，组合结构路缘石包括外结构层和内填充层，所述外结构层为C60～C80的超高性能混凝土，通过将黑米石按比例40%～100%替代部分粗骨料得到仿天然石材纹理外表面；所述内填充层为C20～C30、空气中28d自由膨胀率0.010%～0.015%的微膨胀混凝土，利用建筑固废再生粗骨料按比例20%～60%替代天然粗骨料制得。本发明方法所制得的一种组合结构路缘石可替代传统天然石材路缘石，利用建筑固废再生粗骨料替代传统的天然粗骨料，绿色环保，在实现外表面仿天然石材纹理效果的同时还具备良好的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及路缘石制备方法技术领域，具体是一种组合结构路缘石及其制备方法。
背景技术
路缘石是设在道路路面与其他构造物之间的界石，其主要作用有三个：一是交通导向，为车辆行驶提供方向引导；二是连接作用，可以将路面与路肩连接起来；三是便于排水，可将路面积水快速引导至排水系统，减少对路面结构的破坏。路缘石的发展变化过程可简单总结为3个阶段：第一阶段是采用砖砌抹面的方法，也就是采用红砖和砂浆来砌筑路缘石；第二阶段为了简化工序，采用模具直接浇筑混凝土制作混凝土路缘石，或者为了美观，而直接用天然石材经切割加工来制作路缘石；在第三阶段，随着人们资源回收利用意识逐渐提高以及可持续发展理念的不断深化，慢慢开始研究和制作再生混凝土路缘石及各类多功能路缘石。
传统路缘石在长期使用过程中往往会受到大气、雨水及生物侵蚀，导致表面风化剥落破坏，而采用天然石材路缘石不经济且不符合资源节约及环境保护的理念。为了改进路缘石的性能，现有主要采用优化路缘石原材料配方，例如中国已公开专利《一种道路用路缘石及其制备方法》申请号：(202010157208.X)中路缘石原材料由水泥、建筑固体废料、矿物掺合料、氧化石墨烯、水及外加剂制成，通过氧化石墨烯表面官能团的成核效应促进水泥水化，提高基体的密实度，获得性能较高的再生骨料路缘石，但外观单一缺乏特色；也可采用涂覆涂层的方法，例如中国已公开专利《一种路缘石》申请号：(201921427178.9)中路缘石包括砖块式实心结构的内核体及聚氯乙烯树脂材料外皮层，在受外力作用下依然可以保持结构性能的稳定，但涂层厚度仅为0.1～0.14mm使得对制作工艺要求较高。
综上所述，针对天然石材路缘石自然资源消耗大、造价高及混凝土路缘石强度低、耐久性差等问题，开发一种经济环保且性能良好的仿天然石材路缘石具有重要的实践意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种组合结构路缘石及其制备方法，以解决现有的混凝土路缘石功能、结构相对单一，且力学性能较为一般等问题；达到兼顾外表面仿天然石材且高强的目的，同时也能够降低路缘石的制备成本。
一种组合结构路缘石，包括外结构层和内填充层，所述外结构层是C60～C80的超高性能混凝土；所述内填充层是C20～C30、空气中28d自由膨胀率0.010％～0.015％的微膨胀混凝土。
进一步地，本发明一种组合结构路缘石，外结构层由强度等级≥42.5MPa的水泥、矿物掺合料、粒径0.15～4.75mm且细度模数为2.3～3.0的砂、粒径3～10mm的石子、粒径4～6mm的黑米石、长度为3～14mm的聚丙烯纤维、水和减水率20％～40％的聚羧酸减水剂制备而成；其中水泥、粉煤灰、硅粉、砂、石子、黑米石、聚丙烯纤维、水、聚羧酸减水剂的质量份数比为(30～50)：(6～10)：(2～5)：(40～60)：(10～40)：(20～50)：(0.05～0.15)：(10～20)：(0.15～0.45)，水胶比为0.2～0.3。
进一步地，本发明一种组合结构路缘石，内填充层由强度等级≥42.5MPa的水泥、粉煤灰、粒径0.15～4.75mm且细度模数为2.3～3.0的砂、粒径5～25mm的天然粗骨料、粒径5～25mm的建筑固废再生粗骨料、减水率20％～40％的聚羧酸减水剂、限制膨胀率(水中7d≥0.025,空气中21d≥0.015)的MgO高性能膨胀剂制备而成；其中水泥、粉煤灰、砂、石子、水、减水剂、膨胀剂的质量份数比为(20～30)：(5～15)：(65～85)：(40～70)：(20～50)：(10～20)：(0.05～0.10)：(3～5)，水胶比为0.4～0.5。
进一步地，本发明一种组合结构路缘石，外结构层：内填充层的厚度比为1：4～1：16:，外结构层厚度为10～30mm，内填充层厚度为100～180mm。
一种组合结构路缘石的制备方法，包括以下制备外结构层、内填充层及外结构层表面抛光打磨三个工艺步骤：
S1.制备外结构层
S11.将水泥、矿物掺合料、砂和石子搅拌均匀；
S12.将水、减水率20％～40％的聚羧酸减水剂加入步骤S11所得的混合物中搅拌均匀；
S13.将聚丙烯纤维加入步骤S12所得的混合物中，搅拌均匀后使其坍落度为160～200mm，将其浇注入模，养护至规定龄期脱模，制备出外结构层；
S2.制备内填充层
S21.将水泥、矿物掺合料、砂和粗骨料搅拌均匀；
S22.将水、减水率20％～40％的聚羧酸减水剂加入步骤S11所得的混合物中，搅拌均匀后使其坍落度为160～200mm，将其浇注入外结构层中养护至规定龄期，制备出内填充层；
S3.外结构层表面抛光打磨
待内外层混凝土浇注完成并养护至规定龄期后，对路缘石外立面及顶面进行抛光打磨处理，制得外表面仿天然石材纹理的组合结构路缘石。
本发明的有益效果为：
1)本发明在结构设计中借鉴梯度结构设计理念设置外结构层和内填充层，其中外结构层是仿天然石材纹理的超高性能混凝土，提高了结构抗破坏和抗侵蚀的功能，有效延长了路缘石的使用寿命；内填充层起到满足整体刚度的作用，提高组合结构的整体性，两层结构间紧密结合，共同起到满足路缘石功能要求的作用；
2)相对于传统混凝土路缘石，本发明的组合结构路缘石外结构层混凝土具有较高的抗压强度，可达60～80MPa，远大于Cc40抗压强度等级，符合建筑行业标准JC/T 899-2016《混凝土路缘石》的要求；
3)相对于天然石材路缘石，本发明的组合结构路缘石外表面仿天然石材纹理，减少对天然石材开采，同时内填充层采用建筑固废再生粗骨料替代传统的天然粗骨料，更加经济环保，符合可持续发展的要求。
附图说明
图1为本发明实施例1中组合结构路缘石的结构示意图；
图2为本发明实施例1中组合结构路缘石的截面尺寸示意图；
图3为本发明组合结构路缘石表面效果图；
图中：1-1、内填充层；1-2、外结构层。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例：参见图1-3
如图1所示，一种组合结构路缘石，包括外结构层和内填充层。其中两层各原材料分别如下所示:
外结构层：按质量份数计，包括水泥30～50份、粉煤灰6～10份、硅粉2～5份、砂40～60份、石子10～40份、黑米石20～50份、聚丙烯纤维0.05～0.15份、水10～20份、聚羧酸减水剂0.15～0.45份，水胶比为0.2～0.3。
内填充层：按质量份数计，包括水泥20～30份、粉煤灰5～15份、砂65～85份、天然粗骨料40～70份、建筑固废再生粗骨料20～50份、水10～20份、减水剂0.05～0.10份、膨胀剂3～5份，水胶比为0.4～0.5。
如图2所示，外结构层：内填充层的厚度比为1：4～1：16，外结构层厚度为10～30mm,内填充层厚度为100～180mm。
一种组合结构路缘石的制备方法，步骤如下：
S1.制备外结构层
S11.将水泥、矿物掺合料、砂和石子搅拌均匀；
S12.将水、减水率20％～40％的聚羧酸减水剂加入步骤S11所得的混合物中搅拌均匀；
S13.将聚丙烯纤维加入步骤S12所得的混合物中，搅拌均匀后使其坍落度为160～200mm，将其浇注入模，养护至规定龄期脱模，制备出外结构层；
S2.制备内填充层
S21.将水泥、矿物掺合料、砂和粗骨料搅拌均匀；
S22.将水、减水率20％～40％的聚羧酸减水剂加入步骤S11所得的混合物中，搅拌均匀后使其坍落度为160～200mm，将其浇注入外结构层中养护至规定龄期，制备出内填充层；
S3.外结构层表面抛光打磨
待内外层混凝土浇注完成并养护至规定龄期后，对路缘石外立面及顶面进行抛光打磨处理，制得外表面仿天然石材纹理的组合结构路缘石。
实施例1：
将570g河砂、372g石子及248g黑米石投入搅拌设备中干拌30s，加入430g水泥、80g粉煤灰、50g硅粉再干拌30s混合均匀。称取170g水和2.5g聚羧酸减水剂并将其溶解在水中，将水加入到事先混合均匀的原料混合物中先搅拌60s，加入称量好的1.4g聚丙烯纤维继续搅拌60s制得外结构层超高性能混凝土；
将690g河砂与574g天然粗骨料及246g建筑固废再生粗骨料投入搅拌设备中干拌30s，加入284g水泥、110g粉煤灰、34g MgO微膨胀剂再干拌30s混合均匀。称取180g水和0.84g聚羧酸减水剂并将其溶解在水中，将水加入到混合均匀的原料混合物中搅拌120s制得内填充层微膨胀混凝土。
实施例2：
将570g河砂、248g石子及372g黑米石投入搅拌设备中干拌30s，加入430g水泥、80g粉煤灰、50g硅粉再干拌30s混合均匀。称取160g水和3.4g聚羧酸减水剂并将其溶解在水中，将水加入到混合均匀的原料混合物中先搅拌60s，加入称量好的1.4g聚丙烯纤维继续搅拌60s制得外结构层超高性能混凝土；
将690g河砂与492g天然粗骨料及328g建筑固废再生粗骨料投入搅拌设备中干拌30s，加入284g水泥、110g粉煤灰、34gMgO微膨胀剂再干拌30s混合均匀。称取180g水和0.84g聚羧酸减水剂并将其溶解在水中，将水加入到混合均匀的原料混合物中搅拌120s制得内填充层微膨胀混凝土。
实施例3：
将570g河砂、124g石子及496g黑米石投入搅拌设备中干拌30s，加入450g水泥、80g粉煤灰、50g硅粉再干拌30s混合均匀。称取150g水和3.8g聚羧酸减水剂并将其溶解在水中，将水加入到混合均匀的原料混合物中先搅拌60s，加入称量好的1.4g聚丙烯纤维继续搅拌60s制得外结构层超高性能混凝土；
将690g河砂、410g天然粗骨料及410g建筑固废再生粗骨料投入搅拌设备中干拌30s，加入284g水泥、110g粉煤灰、34gMgO微膨胀剂再干拌30s混合均匀。称取180g水和0.84g聚羧酸减水剂并将其溶解在水中，将水加入到混合均匀的原料混合物中搅拌120s制得内填充层微膨胀混凝土。
上述实施例外结构层与内填充层的原料配比如下表1所示，利用各实施例中外结构层与内填充层所制得的组合结构路缘石抗压强度测试结果如下表2所示；由表中数据可知，本发明方法制得的组合结构路缘石外结构层混凝土具有较高的抗压强度，可达60～80MPa，远大于Cc40抗压强度等级，符合建筑行业标准JC/T 899-2016《混凝土路缘石》中的要求。
表1外结构层&内镇充层原料配比
表2组合结构路缘石指标评价结果
如图3所示，本发明的组合结构路缘石外表面与天然石材纹理相仿，可作为其替代材料，减少对天然石材开采，同时内填充层采用建筑固废再生粗骨料替代传统的天然粗骨料，更加经济环保，符合可持续发展的要求。
综上所述，本发明在结构设计中借鉴梯度结构设计理念设置外结构层和内填充层，其中外结构层是仿天然石材纹理的超高性能混凝土，提高了结构抗破坏和抗侵蚀的功能，有效延长了路缘石的使用寿命；内填充层起到满足整体刚度的作用，提高组合结构的整体性，两层结构间紧密结合，共同起到满足路缘石功能要求的作用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变化，均为本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种组合结构路缘石，包括外结构层和内填充层，其特征在于：所述外结构层是C60～C80、外表面仿天然石材纹理的超高性能混凝土，所述内填充层是C20～C30、空气中28d自由膨胀率0.010%～0.015% 的微膨胀混凝土。
2.根据权利要求1所述的组合结构路缘石，其特征在于：所述外结构层其组成按质量份数比表示为：
30～50份水泥；
8～15份矿物掺和料；
40～60份砂；
50～70份骨料；
0.05～0.15份聚丙烯纤维；
10～20份水；
0.15～0.45份聚羧酸减水剂；
其中，水泥强度等级≥42.5MPa；砂的粒径为0.15～4.75mm，细度模数为2.3～3.0；骨料的平均粒径为3.4～8.4mm；聚丙烯纤维的长度为3～14mm；聚羧酸减水剂的减水率为20%～40%；水胶比0.2～0.3。
3.根据权利要求1所述的组合结构路缘石，其特征在于：所述内填充层其组成按质量份数比表示为：
20～30份水泥；
5～15份矿物掺和料；
65～85份砂；
80～100份粗骨料；
10～20份水；
0.05～0.10份聚羧酸减水剂；
3～5份MgO膨胀剂；
其中，水泥强度等级≥42.5MPa；砂的粒径为0.15～4.75mm，细度模数为2.3～3.0；粗骨料的粒径为5～25mm；聚羧酸减水剂的减水率为20%～40%；MgO膨胀剂的限制膨胀率为水中7d≥0.025,空气中21d≥0.015；水胶比为0.4～0.5。
4.根据权利要求2所述的组合结构路缘石，其特征在于：所述骨料由粒径为4～6mm的黑米石和粒径为3～10mm的石子混合而成，所述黑米石占比为40%～100%，在混合前经抛光打磨。
5.根据权利要求3所述的组合结构路缘石，其特征在于：所述粗骨料由粒径为5～25mm的建筑固废再生粗骨料和粒径为5～25mm的天然粗骨料混合而成，所述建筑固废再生粗骨料占比为20%～60%。
6.根据权利要求1所述的组合结构路缘石，其特征在于：所述矿物掺合料为粉煤灰、硅粉、矿粉中的一种或多种混合。
7.根据权利要求1所述的组合结构路缘石，其特征在于：所述外结构层：内填充层的厚度比为1：4～1：16，外结构层厚度为10～30mm,内填充层厚度为100～180 mm。
8.一种组合结构路缘石的制备方法，其特征在于，包括制备外结构层、内填充层及外结构层表面抛光打磨三个工艺步骤：
S1.制备外结构层
S11.将水泥、矿物掺合料、砂和石子搅拌均匀；
S12.将水、减水率20%～40%的聚羧酸减水剂加入步骤S11所得的混合物中搅拌均匀；
S13.将聚丙烯纤维加入步骤S12所得的混合物中，搅拌均匀后使其坍落度为160～200mm，将其浇注入模，养护至规定龄期7d脱模，制备出外结构层；
S2.制备内填充层
S21.将水泥、矿物掺合料、砂和粗骨料搅拌均匀；
S22.将水、减水率20%～40%的聚羧酸减水剂加入步骤S11所得的混合物中，搅拌均匀后使其坍落度为160～200mm，将其浇注入外结构层中养护至规定龄期28d，制备出内填充层；
S3.外结构层表面抛光打磨
待内外层混凝土浇注完成并养护至规定龄期后，对路缘石外立面及顶面进行抛光打磨处理，制得外表面仿天然石材纹理的组合结构路缘石。
9.根据权利要求8所述的组合结构路缘石的制备方法，其特征在于，路缘石组合结构先浇筑外结构层混凝土，待外结构层混凝土养护至规定龄期抽出内模，再浇注内填充层混凝土。
10.根据权利要求8所述的组合结构路缘石的制备方法，其特征在于，步骤S13中所述养护至规定龄期脱模，养护龄期为7d；步骤S22中所述将其浇注入外结构层中养护至规定龄期，养护龄期为28d。
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