CN114804768A

CN114804768A - 一种高抗裂场道混凝土及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN114804768A
Application number: CN202210464993.2A
Authority: CN
Inventors: 潘玉珀; 房海波; 杨扬; 高建华; 王聪; 李来波
Original assignee: Beijing Jingang Changdao Engineering Construction Co ltd; University of Jinan; Second Construction Co Ltd of China Construction Eighth Engineering Division Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingang Changdao Engineering Construction Co ltd; University of Jinan; Second Construction Co Ltd of China Construction Eighth Engineering Division Co Ltd
Priority date: 2022-04-29
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2042-04-29
Also published as: CN114804768B

Abstract

本发明公开了一种高抗裂场道混凝土及其制备方法与应用，涉及混凝土技术领域，所述场道混凝土由以下重量份原料组成：水泥280～330份、粉煤灰0～100份、硫酸铝2～8份、硫酸铁0.5～5份、纳米二氧化硅5～20份、缓凝剂0.1～0.5份、减水剂2.8～3.3份、机制砂700～800份、粗骨料1200～1350份、拌合水110～130份；该场道混凝土抗拉强度高、收缩率低、制备方法简单，完全能够满足场道混凝土的使用要求；同时利用硫酸铝、硫酸铁、纳米二氧化硅的反应特性，诱导其在混凝土水化硬化早期原位反应生成钙矾石与C‑S‑H凝胶，优化混凝土，极大地提升混凝土抗裂性，不存在任何使用风险。

Description

一种高抗裂场道混凝土及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及场道混凝土技术领域，尤其是涉及一种高抗裂场道混凝土及其制备方法与应用。

背景技术

机场道面混凝土（简称为场道混凝土）是一类用于机场飞行区道路面层的特殊混凝土；场道混凝土的质量有非常高的要求。但是，由于化学收缩和干燥收缩导致水泥混凝土体积收缩是其本质属性，难以避免，因此水泥混凝土的收缩开裂趋势与生俱来。提高混凝土抗拉强度可以有效增大混凝土开裂抵抗力，降低混凝土收缩可以有效减小混凝土开裂驱动力，因此提高抗拉强度和降低收缩是提高混凝土抗裂性的关键。一般情况下，对于普通道路、桥梁或民用建筑用常规混凝土，通常采用降低水泥用量、提高矿物掺合料用量降低混凝土化学收缩或采用固体膨胀剂补偿混凝土收缩，上述方法在改善混凝土收缩开裂方面均取得了一定的应用效果。

但是，由于场道混凝土铺设后，需要表面“拉毛”，以增大混凝土表面粗糙度，提高飞机轮胎与道面的摩擦力。矿物掺合料的大量引入以及水泥使用量的减少会降低混凝土表面刚度，在混凝土服役过程中容易出现表面扬尘，严重威胁飞机飞行安全。因此，无法通过降低水泥用量、提高矿物掺合料的方式解决道面混凝土收缩开裂的问题。此外，常用的混凝土膨胀剂包括硫铝酸钙型、氧化钙型和氧化镁型膨胀剂。其中，氧化镁膨胀剂具有水化产物稳定、膨胀性能可调节、可补偿混凝土后期收缩等优势，逐渐受到越来越多的研究者和施工技术人员的关注。但现有的研究表明在水胶比相同的条件下，氧化镁膨胀剂的引入会增大混凝土的总孔隙率，进而导致混凝土吸水率增大，耐久性降低。更为关键的是固体膨胀剂膨胀速率、膨胀量、膨胀稳定性和时效性与混凝土水化硬化进程的匹配性难以精准调控，特别是当其掺量不稳定、混合不均匀、施工环境条件变化大、施工操作不规范等条件下，固体膨胀剂可发生“延时膨胀”，反而会导致硬化混凝土开裂。因此，目前场道混凝土收缩开裂的问题依然难以有效解决，严重制约了场道混凝土的质量提升与工程应用。

发明内容

为了解决现有场道混凝土存在的问题，本发明提供了一种高抗裂场道混凝土及其制备方法与应用。本发明的高抗裂场道混凝土抗拉强度高、收缩率低，完全满足场道混凝土的服役要求。

本发明的目的之一是提供高抗裂场道混凝土。

本发明的目的之二是提供高抗裂场道混凝土的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种高抗裂场道混凝土，所述场道混凝土由以下重量份原料组成：水泥280～330份、粉煤灰0～100份、硫酸铝2～8份、硫酸铁0.5～5份、纳米二氧化硅5～20份、缓凝剂0.1～0.5份、减水剂2.8～3.3份、机制砂700～800份、粗骨料1200～1350份、拌合水110～130份。

进一步地，所述水泥优选为强度等级为42.5的道路硅酸盐水泥。

进一步地，所述纳米二氧化硅为亲水性气相纳米二氧化硅。

进一步地，所述的缓凝剂为硼酸或酒石酸的其中一种或二者混合。

进一步地，所述减水剂优选为引气型聚羧酸减水剂。

进一步地，所述粗骨料优选为尺寸为4.75～31.5mm连续级配的破碎卵石。

进一步地，所述拌合水为普通自来水。

本发明还提供一种用于制备上述高抗裂场道混凝土的方法，包括如下步骤：

（1）将硫酸铝、硫酸铁、缓凝剂与重量占比25%的拌合水混合，机械搅拌至硫酸铝、硫酸铁、缓凝剂完全溶解，得水溶液备用；

（2）将纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂与重量占比75%的拌合水混合，超声分散得混合液；

（3）将步骤（2）获得的混合液与水泥、粉煤灰、机制砂、粗骨料加入混凝土搅拌机中搅拌2分钟；

（4）将步骤（1）得到的水溶液加入上述混凝土搅拌机，继续搅拌3分钟，即得高抗裂场道混凝土。

进一步地，步骤（2）中所述混合液的超声分散时间为3～8分钟。

本发明公开的高抗裂场道混凝土在建筑、桥梁、公路或者隧道工程领域中均有应用。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

1.与普通场道混凝土相比，本发明高抗裂场道混凝土引入的硫酸铝、硫酸铁可以和混凝土中大量存在的钙离子反应形成高强度膨胀型纤维状水化产物钙矾石，纳米二氧化硅可以与混凝土中大量的氢氧化钙反应生成高强度长链型C-S-H凝胶，可有效提高混凝土抗拉强度以及降低混凝土收缩。其作用机理在于钙矾石与 C-S-H 凝胶均为高含水化合物，其形成过程中会消耗混凝土体系中的部分自由水，即相当于降低了混凝土的水灰比，可以有效降低混凝土泌水率、孔隙率和毛细孔收缩应力；钙矾石除本身结构中含大量水分子外，还可持留约自身重量两倍的自由水，因此在消耗体系自由水的同时，还可以降低由于水分蒸发导致的混凝土内部孔隙的形成；钙矾石为膨胀型水化产物，可以有效补偿混凝土收缩，提高混凝土体积稳定性；此外，针棒状钙矾石在混凝土空间内交错穿插形成具有连续结构的三维空间网络，为高强度长链型水化产物C-S-H 凝胶的附着提供连续骨架，钙矾石与 C-S-H 凝胶协同作用，有效提高混凝土抗拉强度。混凝土抗拉强度的提高，可以提高混凝土抵抗变形的能力，增大混凝土开裂的约束力，“限制”混凝土体积收缩，提高混凝土抗裂性；混凝土孔隙率的降低与孔结构的优化，可以降低混凝土毛细孔收缩应力，降低混凝土开裂驱动力，“抑制”混凝土体积收缩，提高混凝土抗裂性能。此外，本发明高抗裂场道混凝土引入的缓凝剂可以有效抑制混凝土温升，防止出现温度裂缝。

2.本发明基于现有的场道混凝土领域存在的问题，提出了一种高抗裂场道混凝土及其制备方法，该场道混凝土抗拉强度高、收缩率低、制备方法简单，完全能够满足场道混凝土的使用要求。

3.本发明利用硫酸铝、硫酸铁、纳米二氧化硅的反应特性，诱导其在混凝土水化硬化早期原位反应生成钙矾石与C-S-H凝胶，优化混凝土，极大地提升混凝土抗裂性，不存在任何使用风险。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍，现有的场道混凝土抗拉强度较低、收缩率较大，极易开裂，严重限制了场道混凝土行业的发展。因此，本发明提出一种高抗裂场道混凝土及其半干法制备工艺；现结合具体实施方式对本发明进一步进行说明。

需要说明的是，下列实施例中，所述水泥购自山东水泥厂有限公司，型号为42.5道路硅酸盐水泥。所述硫酸铝、硫酸铁和缓凝剂购自国药集团化学试剂有限公司。所述纳米二氧化硅购自上海麦克林生化科技有限公司。所述粉煤灰购自聊城电力公司。所述聚羧酸减水剂购自江苏苏博特新材料股份有限公司。所述机制砂和粗骨料购自青岛伟力商品混凝土有限公司。

实施例1：

本实施例公开了一种高抗裂场道混凝土，它是由以下重量份原料组成：水泥280份、粉煤灰100份、硫酸铝2份、硫酸铁5份、纳米二氧化硅20份、缓凝剂0.1份、减水剂2.8份、机制砂800份、粗骨料1200份、拌合水110份。

进一步地，所述的缓凝剂为硼酸。

制备本实施例高抗裂场道混凝土的方法，包括如下步骤：

（2）将纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂与重量占比75%的拌合水混合，超声分散8分钟，得混合液；

实施例2：

本实施例公开了一种高抗裂场道混凝土，所述场道混凝土由以下重量份原料组成：水泥330份、粉煤灰0份、硫酸铝8份、硫酸铁0.5份、纳米二氧化硅5份、缓凝剂0.5份、减水剂3.3份、机制砂700份、粗骨料1350份、拌合水130份。

进一步地，所述的缓凝剂为酒石酸。

制备本实施例高抗裂场道混凝土的方法，包括如下步骤：

（2）将纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂与重量占比75%的拌合水混合，超声分散3分钟，得混合液；

实施例3：

本实施例公开了一种高抗裂场道混凝土，所述场道混凝土由以下重量份原料组成：水泥300份、粉煤灰60份、硫酸铝5份、硫酸铁3份、纳米二氧化硅15份、缓凝剂0.3份、减水剂3份、机制砂750份、粗骨料1280份、拌合水120份。

进一步地，所述的缓凝剂为硼酸与酒石酸1:1混合。

制备本实施例高抗裂场道混凝土的方法，包括如下步骤：

（2）将纳米二氧化硅、聚羧酸减水剂与重量占比75%的拌合水混合，超声分散6分钟，得混合液；

实验例1：

本实验例公开了一种高抗裂场道混凝土，它是由以下重量份原料组成：水泥300份、粉煤灰60份、纳米二氧化硅15份、缓凝剂0.3份、减水剂3份、机制砂750份、粗骨料1280份、拌合水120份。

进一步地，所述的缓凝剂为硼酸与酒石酸1:1混合。

制备本实验例场道混凝土的方法，包括如下步骤：

（1）将缓凝剂与重量占比25%的拌合水混合，机械搅拌至缓凝剂完全溶解，得水溶液备用；

实验例2：

本实验例公开了一种高抗裂场道混凝土，所述场道混凝土由以下重量份原料组成：水泥300份、粉煤灰60份、硫酸铝5份、硫酸铁3份、缓凝剂0.3份、减水剂3份、机制砂750份、粗骨料1280份、拌合水120份。

进一步地，所述的缓凝剂为硼酸与酒石酸1:1混合。

制备本实验例场道混凝土的方法，包括如下步骤：

（2）将聚羧酸减水剂与重量占比75%的拌合水混合，超声分散6分钟，得混合液；

实验例3：

本实验例公开了一种高抗裂场道混凝土，所述场道混凝土由以下重量份原料组成：水泥300份、粉煤灰60份、硫酸铝5份、硫酸铁3份、纳米二氧化硅15份、缓凝剂0.3份、减水剂3份、机制砂750份、粗骨料1280份、拌合水120份。

进一步地，所述的缓凝剂为硼酸与酒石酸1:1混合。

制备本实施例场道混凝土的方法，包括如下步骤：

将上述原材料加入混凝土搅拌机中搅拌5分钟即得场道混凝土。

性能检测：

将实施例1-3与实验例1-3得到的混凝土按照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能实验方法》进行抗拉强度与抗压强度测定，按照GB/T29417《水泥砂浆和混凝土干燥收缩开裂性能实验方法》进行收缩值测定，利用吸水法对混凝土孔隙率进行测定。

表1

由表1可以看出，硫酸铝、硫酸铁与纳米二氧化硅协同作用可以有效提高混凝土抗拉强度，增大混凝土开裂抵抗力，降低混凝土收缩值，减小混凝土开裂驱动力，并且混凝土的制备工艺也对混凝土性能有重要影响。本发明提供的高抗裂场道混凝土及其制备方法与应用可以显著提高场道混凝土抗裂性，且制备方法简单易行。

Claims

1.一种高抗裂场道混凝土，其特征在于：由以下重量份原料组成：水泥280～330份、粉煤灰0～100份、硫酸铝2～8份、硫酸铁0.5～5份、纳米二氧化硅5～20份、缓凝剂0.1～0.5份、减水剂2.8～3.3份、机制砂700～800份、粗骨料1200～1350份、拌合水110～130份。

2.根据权利要求1所述的一种高抗裂场道混凝土，其特征在于：所述水泥优选为强度等级为42.5的道路硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种高抗裂场道混凝土，其特征在于：所述纳米二氧化硅为亲水性气相纳米二氧化硅。

4.根据权利要求1所述的一种高抗裂场道混凝土，其特征在于：所述的缓凝剂为硼酸或酒石酸的其中一种或二者混合。

5.根据权利要求1所述的一种高抗裂场道混凝土，其特征在于：所述减水剂优选为引气型聚羧酸减水剂。

6.根据权利要求1所述的一种高抗裂场道混凝土，其特征在于：所述粗骨料优选为尺寸为4.75～31.5mm连续级配的破碎卵石。

7.根据权利要求1所述的一种高抗裂场道混凝土，其特征在于：所述拌合水为普通自来水。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的高抗裂场道混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的高抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述混合液的超声分散时间为3～8分钟。

10.权利要求1中所述高抗裂场道混凝土在建筑、桥梁、公路或者隧道工程领域中的应用。