CN115806420A - 一种高原地区机场道面混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种高原地区机场道面混凝土及其制备方法。高原地区机场道面混凝土由如下重量份数的原料制成：水泥330‑450份；粗骨料1000‑1200份；细骨料550‑650份；粉煤灰60‑90份；减水剂2.1‑3份；早强剂15‑20份；引气剂0.03‑0.05份；高吸水性树脂0.6‑0.8份；复合纤维4‑6份；水137‑190份。本发明设计并制备一种克服高原干燥环境引起开裂问题的混凝土，并将其应用于高原地区机场道面。
Description
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种高原地区机场道面混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是土木工程中最广泛使用的建筑材料，混凝土材料是由胶凝材料、骨料及其他填充料组成的一种具有一定强度特性的人工建筑材料，由于它本身就是由几种物质组合在一起形成的一种混合物材料，其强度和变形特性与各组成材料的性质及所占比例有很大的关系，因此这也就给混凝土材料的应用提供了一个广阔的空间。
机场跑道的路面多为混凝土铺装层，因其具有抗折强度高、使用寿命长的特点，而混凝土的服役能力和时间会受到各种环境条件的限制，继而使得在服役期间发生劣化、有的甚至达不到预期寿命而破坏；尤其对于机场道面混凝土来讲，其在力学性能上要高于常规混凝土。
而在高寒高海拔的高原地区，具有海拔高、空气稀薄、气压低、温差大等特点，风力强且气候干燥，严酷的环境使得工程技术人员和研究人员对建筑物的使用寿命，尤其对混凝土工程的耐久性要求更加关注，必须要考虑工程所处的环境影响因素，道面混凝土极易在环境温度和湿度作用下发生变形；于高原环境下混凝土中水分易于挥发，致使表面失水严重带来塑性开裂的问题，可见混凝土失水过快是导致混凝土质量强度下降的原因之一，继而影响混凝土的耐久性和使用寿命，因此高原地区混凝土不仅其成分很重要，而且养护也非常重要。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供了一种高原地区机场道面混凝土及其制备方法，本发明设计并制备一种克服高原干燥气候引起的混凝土力学性能问题，并将其应用于高原地区机场道面。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高原地区机场道面混凝土，由如下重量份数的原料制成：水泥330-450份；粗骨料1000-1200份；细骨料550-650份；粉煤灰60-90份；早强剂15-20份；引气剂0.03-0.05份；高吸水性树脂0.6-0.8份；减水剂2.1-3份；复合纤维4-6份；水137-190份。
优选的，所述水泥为强度不低于42.5级的道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
优选的，所述粗骨料由粒径分别为(5-10)mm、(10-20)mm、(20-35)mm的三种不同粒径的集料组成，且三种集料的质量比为3.5-4：7-8.5：9-10.5。
优选的，所述细骨料的颗粒级配为II区中砂，细度模数为2.4-2.8。
优选的，所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸树脂、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物中的一种或两种，其粒径为50-250μm。
优选的，减水剂采用高性能聚羧酸类高效减水剂，减水率要求20％以上。
优选的，所述复合纤维由聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维制成，具体按照如下步骤制备：将聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维混合后，加入至饱和氢氧化钙溶液中煮沸，8-9h后采用溶液纺丝法，得到复合纤维，所述复合纤维的长度为20-80mm，直径为100-500μm；
其中，聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为1-2：2-3：1-1.5。
本发明还保护了高原地区机场道面混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照如下重量份数称取原料：水泥330-450份；粗骨料1000-1200份；细骨料550-650份；粉煤灰60-90份；早强剂15-20份；引气剂0.03-0.05份；高吸水性树脂0.6-0.8份；减水剂2.1-3份；复合纤维4-6份；水137-190份，备用；
(2)将高吸水性树脂进行预吸水操作，直至达到饱和；
(3)将粗骨料、细骨料、水泥及水拌合均匀后，向其中加入粉煤灰、引气剂、高吸水性树脂、减水剂和纤维，拌合95-600s后，得到高原地区机场道面混凝土。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明的高原地区机场道面混凝土由水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰、早强剂、引气剂、高吸水性树脂、减水剂和复合纤维制成；粉煤灰具有良好的球状外形，起到良好的润滑作用，提高混凝土的流变性；早强剂与水泥共混后，达到水泥硬化速度快、早期强度高、水泥混凝土的粘结力强、可在潮湿、低温的条件下施工的目的，实现高原施工；引气剂在砂浆搅拌过程中引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡，改善混凝土的坍落度、和易性、流动性和可塑性差的技术缺陷，提高混凝土的抗折强度、抗渗能力和抗冻性。
2、高吸水性树脂是一种交联的高分子化合物，能够吸收自重几十倍至几千倍的水，在接触水或水溶液后开始肿胀形成水凝胶，具有良好的保水性，将高吸水性树脂应用于高原地区机场道面混凝土中，不仅可以减少甚至可以完全避免自干燥以及由此产生的自收缩，还可以提高其抗冻、抗渗等耐久性能。
3、本发明的天然粗骨料选用坚固、密实的集料，有利于提高混凝土的整体抗冻性，以及提升混凝土的强度，使得混凝土的结构为耐久的细粒式宏观结构。
附图说明
图1为本发明实施例2的高原地区机场道面混凝土时间与蒸发率的关系图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
高原地区机场道面混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照如下重量份数称取原料：水泥330份；粗骨料1000份；细骨料550份；粉煤灰60份；早强剂15份；引气剂0.03份；高吸水性树脂0.6份；减水剂2.1份；复合纤维4份；水137份，备用；
所述水泥为强度不低于42.5级的道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
所述细骨料的颗粒级配为II区中砂，细度模数为2.4；
所述粗骨料由粒径分别为(5-10)mm、(10-20)mm、(20-35)mm的三种不同粒径的集料组成，且三种集料的质量比为3.8:8.0:9.5；
所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸树脂、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物中的一种或两种，其粒径为150μm；
减水剂采用高性能聚羧酸类高效减水剂，减水率要求20％以上；
所述复合纤维由聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维制成，具体按照如下步骤制备：将聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维混合后，加入至饱和氢氧化钙溶液中煮沸，8.5h后采用溶液纺丝法，得到复合纤维，所述复合纤维的长度为60mm，直径为200μm；
其中，聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为1.5:2.5:1.3；
(2)将高吸水性树脂进行预吸水操作，直至达到饱和；
(3)将粗骨料、细骨料、水泥与水拌合均匀后，向其中加入粉煤灰、早强剂、引气剂、高吸水性树脂、减水剂和复合纤维，拌合95s，得到高原地区机场道面混凝土。
实施例2
高原地区机场道面混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照如下重量份数称取原料：水泥400份；粗骨料1100份；细骨料600份；粉煤灰80份；早强剂18份；引气剂0.04份；高吸水性树脂0.7份；减水剂2.5份；复合纤维5份；水150份，备用；
所述水泥为强度不低于42.5级的道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
所述细骨料的颗粒级配为II区中砂，细度模数为2.6；
所述粗骨料由粒径分别为(5-10)mm、(10-20)mm、(20-35)mm的三种不同粒径的集料组成，且三种集料的质量比为3.5:8.5:9；
所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸树脂、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物中的一种或两种，其粒径为50μm；
减水剂采用高性能聚羧酸类高效减水剂，减水率要求20％以上；
所述复合纤维由聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维制成，具体按照如下步骤制备：将聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维混合后，加入至饱和氢氧化钙溶液中煮沸，8h后采用溶液纺丝法，得到复合纤维，所述复合纤维的长度为80mm，直径为500μm；
其中，聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为2:2:1；
(2)将高吸水性树脂进行预吸水操作，直至达到饱和；
(3)将粗骨料、细骨料、水泥与水拌合均匀后，向其中加入粉煤灰、早强剂、引气剂、高吸水性树脂、减水剂和复合纤维，拌合360s，得到高原地区机场道面混凝土。
实施例3
高原地区机场道面混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照如下重量份数称取原料：水泥450份；粗骨料1200份；细骨料650份；粉煤灰90份；早强剂20份；引气剂0.05份；高吸水性树脂0.8份；减水剂3份；复合纤维6份；水190份，备用；
所述水泥为强度不低于42.5级的道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
所述细骨料的颗粒级配为II区中砂，细度模数为2.8；
所述粗骨料由粒径分别为(5-10)mm、(10-20)mm、(20-35)mm的三种不同粒径的集料组成，且三种集料的质量比为4:7:10.5；
所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸树脂、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物中的一种或两种，其粒径为250μm；
减水剂采用高性能聚羧酸类高效减水剂，减水率要求20％以上；
所述复合纤维由聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维制成，具体按照如下步骤制备：将聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维混合后，加入至饱和氢氧化钙溶液中煮沸，9h后采用溶液纺丝法，得到复合纤维，所述复合纤维的长度为20mm，直径为100μm；
其中，聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为1:3:1.5；
(2)将高吸水性树脂进行预吸水操作，直至达到饱和；
(3)将粗骨料、细骨料、水泥与水拌合均匀后，向其中加入粉煤灰、早强剂、引气剂、高吸水性树脂、减水剂和复合纤维，拌合600s，得到高原地区机场道面混凝土。
对比例1
与实施例2的制备步骤相同，不同之处仅在于，不添加复合纤维。
本发明实施例1-3均制得克服高原干燥气候引起开裂问题的混凝土，并将其应用于高原地区的机场道面混凝土，且效果相近，下面以实施例2的道面混凝土为例，对实施例2的混凝土样品及纤维样品进行研究，研究方法和结果如下所示：
表1实施例2的纤维样品对照测试表
结果表明，在采用实施例2的纤维原料与实施例2的复合纤维对照后，复合纤维在力学性能上具有明显的提升，且优于任一原料，可见三者制备的复合纤维更加有利于提升混凝土的力学性能。
下面对混凝土中的复合纤维进行耐腐蚀性能研究，继而反映混凝土的耐受性，具体研究方法为：将1.5g复合纤维置于1mol/LNaOH溶液中，分别在20℃和80℃恒温水浴箱中浸泡1d、15d和30d后洗净、烘干，测量器质量损失，结果如表2所示：
表2复合纤维损失百分比
当混凝土中的复合纤维表面出现腐蚀时，纤维的粘结性大大降低，此时纤维不但不能有效阻止微裂缝的发展，而且还一定程度上引导裂缝的产生，在外界荷载的作用下，腐蚀后的纤维网络失去支撑作用，结果表明，本发明的复合纤维在常温20℃下腐蚀速度较慢，使得混凝土具有长期使用寿命。
按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)，对混凝土样品进行抗压强度及抗弯拉强度测试，测试龄期包括7d和28 d，结果如表3所示：
表3实施例2的混凝土力学强度测试表
结果表明，本申请的混凝土具有优异的抗压强度及抗折强度，且随着养护时间的延长，力学性能得到极大提升，说明养护对于混凝土的力学性能具有重要影响。本发明还对对比例2的样品进行了研究，结果表明，在未添加复合纤维情况下，其28d抗压强度仅为51.4MPa，抗折强度仅为5.6MPa，说明高弹性模量纤维的掺入在一定程度上改善混凝土内部结构，形成的纤维网络对混凝土起到支撑作用，提高了抗压强度及抗折强度。
下面对本申请的混凝土样品进行保水率的研究，具体研究方法和结果如下所示：
研究方法：利用加热灯模拟光照对混凝土表面进行烘烤，使得混凝土表面空气温度逐渐上升，并最终达到70℃，以达到70℃时的混凝土重量为初始重量，然后分别称量照射100h、200h、300h、400h、500h、600h的重量，并计算水分的蒸发率，
蒸发率(％)＝(原混凝土质量-不同时间下称量后重量)/原混凝土质量×100％；
结果如图1所示，图1结果表明，随加热时间的延长，水分的蒸发率先急速上升后趋于平稳，急速上升的原因在于高吸水性树脂表面、以及混凝土内部存在大量游离的自由水，自由水易于高温蒸发，所以随照射时间延长蒸发率急剧上升；而随着时间的延长自由水散失结束后，高吸水性树脂的保水作用使得高吸水性树脂缓慢向混凝土提供水分，加热灯仅能够蒸发高吸水性树脂中的水分，所以蒸发率趋于下降且逐渐平缓，可见高吸水性树脂实现了混凝土的保水作用，有效避免混凝土因水分散失过快而带来塑性开裂的问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：水泥330-450份；粗骨料1000-1200份；细骨料550-650份；粉煤灰60-90份；早强剂15-20份；引气剂0.03-0.05份；高吸水性树脂0.6-0.8份；减水剂2.1-3份；复合纤维4-6份；水137-190份。
2.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述水泥为强度不低于42.5级的道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述粗骨料由粒径分别为(5-10)mm、(10-20)mm、(20-35)mm的三种不同粒径的集料组成，且三种集料的质量比为3.5-4：7-8.5：9-10.5。
4.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述细骨料的颗粒级配为II区中砂，细度模数为2.4-2.8。
5.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸树脂、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物中的一种或两种，其粒径为50-250μm。
6.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，减水剂采用高性能聚羧酸类高效减水剂，减水率要求20％以上。
7.根据权利要求1所述的一种高原地区机场道面混凝土，其特征在于，所述复合纤维由聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维制成，具体按照如下步骤制备：将聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维混合后，加入至饱和氢氧化钙溶液中煮沸，8-9h后采用溶液纺丝法，得到复合纤维，所述复合纤维的长度为20-80mm，直径为100-500μm；
其中，聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维的质量比为1-2：2-3：1-1.5。
8.一种权利要求1-7任一项所述高原地区机场道面混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照如下重量份数称取原料：水泥330-400份；粗骨料1000-1200份；细骨料550-650份；粉煤灰10-90份；早强剂15-20份；引气剂0.3-0.5份；高吸水性树脂0.6-0.8份；减水剂3-6份；复合纤维4-6份；水137-190份，备用；
(2)将高吸水性树脂进行预吸水，直至达到饱和；
(3)将粗骨料、细骨料、水泥及水拌合均匀后，向其中加入粉煤灰、引气剂、高吸水性树脂、减水剂和纤维，拌合95-600s后，得到高原地区机场道面混凝土。
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