專利名稱：柔性增強型水泥混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及的是柔性增強型水泥混凝土。
背景技術(shù)：
水泥混凝土作為路、橋等結(jié)構(gòu)的建筑材料，擁有悠久的歷史，因其強度高、剛度大、選材簡單，從而早已為工程界廣泛認(rèn)可。在我國，水泥混凝土路、橋是目前最為主要的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)交通部統(tǒng)計年報顯示，截至2005年年底，我國已修建高速公路4.1萬公里，農(nóng)村公路總里程發(fā)展到63萬公里，“十五”期間我國共修建十五萬座橋公路及鐵路橋梁座，其大部分是采用水泥混凝土進行鋪筑和建造的。有數(shù)據(jù)顯示，近年來的水泥混凝土年生產(chǎn)量為13億立方米，且隨著“五縱七橫”國道主干線的逐步完善以及“7918”高速公路網(wǎng)的建設(shè)，未來對水泥混凝土的需求將會是巨大的。
水泥混凝土是由水泥水化產(chǎn)物、骨料以及游離于混凝土中的水所組成的多相復(fù)合材料，其基本組成原理是利用水泥中具有活性的成份，例如硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等成份與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成具有一定強度的膠凝體，即水泥石，水泥石與骨料緊密結(jié)合，形成水泥混凝土結(jié)構(gòu)。以水泥混凝土鋪筑和建造的路橋結(jié)構(gòu)，存在以下的問題第一，傳統(tǒng)水泥混凝土由于剛度大、變形小而造成行車舒適性不好。第二，由于表面磨耗，傳統(tǒng)水泥混凝土與輪胎之間的摩擦系數(shù)會因長時間使用而減小，行車安全性降低。第三，傳統(tǒng)混凝土路面上所設(shè)置的伸縮縫往往會導(dǎo)致多種路面病害。
傳統(tǒng)水泥混凝土路面層由于剛度大、變形小以及伸縮縫的設(shè)置而造成行車舒適性不好，在保證強度的前提下，采用柔性增強型水泥混凝土，可大大提高混凝土變形、降低脆性、增加舒適度。在道路的設(shè)計使用年限內(nèi)水泥混凝土面層往往會經(jīng)歷上百萬次標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用，抗疲勞能力低的水泥混凝土?xí)^早破壞，從而大大增加了維修成本，采用柔性增強型水泥混凝土可以改善抗疲勞性能。路面抗?jié)B性不好，會導(dǎo)致錯臺、嘰泥等病害，柔性增強型水泥混凝土可以提高抗?jié)B性。由于溫度作用，水泥混凝土路面往往需要設(shè)置較密的縮縫，同時設(shè)置脹縫，但有時還會產(chǎn)生反拱等病害，采用柔性增強型水泥混凝土能夠限制自身的熱脹冷縮，因此可適當(dāng)放寬甚至取消伸縮縫。此外，水泥混凝土路面施工時需要進行表面處理，一般采用刻槽或拉毛的方法，目的是為提高與輪胎的表面摩擦力，提高行車安全性，而采用柔性增強型水泥混凝土?xí)r，路面層的摩擦系數(shù)會有較大提高，這樣可以省去表面處理過程，方便施工。
對于各種結(jié)構(gòu)類型的橋梁，其鋪裝層的破壞都是影響其正常使用的重要問題，主要包括①在車輛荷載的作用下，水泥混凝土面層會產(chǎn)生較大的剪切變形，易產(chǎn)生鋪裝層與梁頂面之間的粘結(jié)破壞。②抗?jié)B性不好會導(dǎo)致面層水下滲后不能及時排出或蒸發(fā)，在車載作用下，動水壓力會使面層與其下結(jié)構(gòu)層分離。③傳統(tǒng)橋面鋪裝層中往往設(shè)置較密的鋼筋網(wǎng)，目的是分散車輛荷載，而施工中鋼筋凈距的不滿足往往會加速面層破壞。此外，還包括凍融、收縮等因素的影響。為改善混凝土的性能，現(xiàn)在普遍采用向混凝土中加入粉煤灰等摻和料和外加劑的方法增強混凝土耐久性。同時，一些新型水泥混凝土，如鋼纖維水泥混凝土、聚合物水泥混凝土作為橋面材料可以提高抗裂性和抗疲勞性。但其成本相對較高、施工工藝復(fù)雜，因此，多用于車載重、施工條件完備的工程中。而柔性增強型水泥混凝土能夠很好的改善混凝土的性能，少用或不用鋼筋，且成本較低，對原材料、設(shè)計及施工的要求也相對簡單。
因此，柔性混凝土的研發(fā)是勢在必行的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種柔性增強型水泥混凝土。解決了目前水泥混凝土所面臨的問題本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明的柔性增強型水泥混凝土，其組份和含量如下柔性骨料5～25份、砂19～46份、石57～131份、水泥25～51份、粉煤灰0～17份、礦粉0～8份、水10～24份、高效減水劑0～2份。
本發(fā)明的柔性增強型水泥混凝土，其組份和含量優(yōu)選如下柔性骨料8～12份、砂31～37份、石94～109份、水泥29～40份、粉煤灰10～13份、礦粉5～7份、水15～18份、高效減水劑0.8～1.5份。
用于配制柔性增強型水泥混凝土所用的原材料主要有柔性骨料、水泥、砂料、石料、水以及礦物摻合料和外加劑所組成。其中柔性骨料的選用是關(guān)鍵，正是由于它的存在才使水泥混凝土具有一定的柔性和韌性，同時也起到抗疲勞等功效。
柔性骨料中主要的一種是橡膠微粒，橡膠微粒是指由包括廢棄乘用車輪胎、卡車輪胎、重型卡車輪胎、拖拉機輪胎及人力車胎等廢輪胎，以及非輪胎的橡膠制品，如膠帶、廢橡膠膠管、膠鞋、電線電纜、工業(yè)橡膠部件、膠板等廢橡膠制品經(jīng)加工而得到的顆粒狀柔性骨料，制作橡膠微粒所使用的廢橡膠制品，其含膠率應(yīng)大于30％。目前，橡膠微粒的加工方法主要分為常溫粉碎法以及低溫冷凍粉碎法兩種，而生產(chǎn)用于配制柔性增強型水泥混凝土的橡膠微粒主要以常溫粉碎法為主。加工過程具體可分為粉碎、除鐵、除纖維、除塵、篩分六個步驟。配制柔性增強型水泥混凝土的橡膠微粒，粒徑范圍在5～20目(0.83～3.96mm)，水分小于1.0％，灰分小于5.0％，丙酮抽提物小于15.0％，金屬含量小于0.1％。
另一種柔性骨料是由廢舊塑料盒、盆、桶、塑料椅、凳、編織袋、大棚膜等廢舊塑料材料進行造粒加工而產(chǎn)生的塑料顆粒，粒徑0.5～5.0mm。
配制柔性增強型水泥混凝土的砂料應(yīng)選用級配良好的河砂，要求含泥量小于5.0％，并用篩篩除大于5mm的顆粒。石料應(yīng)過篩，篩除大于25mm的顆粒。其它材料，包括水泥和摻和料應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范以及具體工程實際選用。
柔性增強型水泥混凝土的配合比設(shè)計是基于單位體積法進行的，也就是確定每立方米柔性增強型水泥混凝土中各個組份的用量。其關(guān)鍵就是確定出柔性骨料的摻入量，每立方米水泥混凝土摻入量范圍在5～25％之間。柔性增強型水泥混凝土中的砂率選用0.2～0.4，水灰比則在0.2～0.5之間變動。
采用柔性增強型水泥混凝土作為路橋結(jié)構(gòu)材料，其產(chǎn)生的效益主要體現(xiàn)在經(jīng)濟技術(shù)效益以及社會效益兩方面，它們分別是經(jīng)濟技術(shù)效益1.與傳統(tǒng)水泥混凝土相比，柔性增強型水泥混凝土的強度等級可達(dá)C40以上，完全能夠滿足工程需要；同時，其變形能力強，彎拉極限應(yīng)變可達(dá)500×10-6以上；彈性模量低于2×105MPa，同等級傳統(tǒng)水泥混凝土一般高于3×105MPa；彎曲韌性、抗疲勞、抗裂性有大幅度增加。因此，柔性增強型水泥混凝土不易破壞且使用年限更長，從而將低了維修費用。
2.柔性增強型水泥混凝土屬于低滲透性混凝土，有很好的抵抗氯離子滲透性和耐水性，能夠更好的保護下臥層和混凝土中的鋼筋不受侵蝕；同時，與傳統(tǒng)水泥混凝土相比，它有更好的耐凍融、耐硫酸鹽侵蝕的效果，適用于各種氣候條件。
3.與傳統(tǒng)水泥混凝土相比，柔性增強型水泥混凝土路面及橋面結(jié)構(gòu)可以減少鋼筋用量，同時鋪設(shè)厚度也可折減，這一點已在實際工程取得成功運用。
4.與鋼纖維、聚合物相比，顆粒狀的柔性骨料，來源為廢舊材料，價格便宜、加工簡單、運輸方便。當(dāng)水泥混凝土攪拌時可視為與砂料等同，因而無需添加其他工序。
社會效益用于配制柔性增強型水泥混凝土的柔性骨料主要來源于廢輪胎、工業(yè)廢橡膠以及廢塑料等廢舊物，據(jù)統(tǒng)計，中國每年僅廢輪胎就會產(chǎn)生5000～6500萬條，每年產(chǎn)生廢棄塑料240萬～480萬噸，若不能研發(fā)出若干大量利用廢舊物的產(chǎn)品，則會面臨廢棄、堆積、污染和浪費等難題。例如一條舊汽車輪胎可產(chǎn)生5公斤1～2毫米尺寸的橡膠粉。按照年報廢6500萬條廢輪胎計算，可產(chǎn)生3.25億公斤橡膠粉。理論上講，只要在每立方米混凝土里加入0.25公斤橡膠微?；蛩芰项w粒，所有的問題就能得到解決。因此，采用柔性增強型水泥混凝土可實現(xiàn)變廢為寶，不僅產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益，而且具有很大的社會效益。
具體實施例方式
以下結(jié)合兩具體實施例來對本發(fā)明做進一步的說明，下述實施例僅用于說明本發(fā)明而非對本發(fā)明的限制，對本實施例而言，一份表示其重量為10kg。
實施例1.現(xiàn)有某高速公路及其收費站水泥混凝土面層，采用柔性增強型水泥混凝土鋪筑，設(shè)計使用年限為100年。面層下為二灰碎石基層，要求面層混凝土強度等級達(dá)到C40，抗凍等級F200。若采用柔性增強型水泥混凝土則可將原鋪設(shè)厚度30cm降為26cm，使用的配合比為柔性骨料10份；砂35份；石105份；水泥34份；粉煤灰11份；礦粉6份；水17份；高效減水劑1份。柔性骨料可采用包括廢棄乘用車輪胎、卡車輪胎、重型卡車輪胎、拖拉機輪胎或人力車胎的廢輪胎經(jīng)加工而得到的橡膠微粒，以及膠帶、廢橡膠膠管、膠鞋、電線電纜、工業(yè)橡膠部件或膠板的廢橡膠制品經(jīng)加工而得到的橡膠微粒。橡膠微粒含膠率應(yīng)大于30％，粒徑范圍在5～20目，水分小于1.0％，灰分小于5.0％，丙酮抽提物小于15.0％，金屬含量小于0.1％。柔性骨料還可采用由廢舊塑料盒、盆、桶、塑料椅、凳、編織袋或大棚膜進行造粒加工而產(chǎn)生的塑料顆粒，塑料顆粒粒徑0.5～5.0mm。水泥采用P·042.5普通硅酸鹽水泥；砂料為含泥量小于5.0％，并用篩篩除大于5mm顆粒的中砂；石料為碎石，篩除大于25mm的顆粒；粉煤灰為干排II級灰；減水劑采用SICA-3301聚羧酸高效減水劑。拌合時先將柔性骨料、砂料投入攪拌機中預(yù)拌1.5分鐘，然后再投入水泥、粉煤灰及礦粉，最后投入石料并加水拌合4分鐘，而后出機并運至現(xiàn)場鋪筑。
實施例2.現(xiàn)有某四跨梁式橋橋面鋪裝層，橋每跨8m，設(shè)計使用年限100年，設(shè)計載荷為汽車-20級，掛車-100級。要求鋪裝層水泥混凝土強度等級達(dá)到C40。采用柔性增強型水泥混凝土鋪筑，則鋪設(shè)厚度由原設(shè)計15cm降至10cm，鋪裝層厚度中部設(shè)置的鋼筋網(wǎng)規(guī)格可由原10×10cm放寬至15×15cm。采用配合比柔性骨料9份；砂36份；石107份；水泥48份；粉煤灰7份；礦粉4份；水16份；高效減水劑0.6份。材料選用同實施例1，其中粉煤灰為干排I級灰；減水劑采用UNF5奈系高效減水劑。拌合時先將柔性骨料、砂料投入攪拌機中預(yù)拌2分鐘，然后再投入水泥、粉煤灰及礦粉，最后投入石料并加水拌合5分鐘，而后出機并運至現(xiàn)場鋪筑。
實施例3.現(xiàn)有一級或二級公路(國道)水泥混凝土面層，采用柔性增強型水泥混凝土鋪筑，設(shè)計使用年限為100年，要求面層混凝土強度等級達(dá)到C30。若采用柔性增強型水泥混凝土，采用配合比柔性骨料25份、砂46份、石100份、水泥40份、粉煤灰17份、礦粉6份、水10份、高效減水劑2份。材料選用及拌合過程同實施例1。
柔性骨料5～25份、砂19～46份、石57～131份、水泥25～51份、粉煤灰0～17份、礦粉0～8份、水10～24份、高效減水劑0～2份。
實施例4.現(xiàn)有某預(yù)應(yīng)力混凝土梁，混凝土強度等級要求C40，采用柔性增強型水泥混凝土澆注，選用配合比柔性骨料12份、砂19份、石57份、水泥51份、粉煤灰10份、礦粉8份、水17份、高效減水劑1.5份。材料選用及拌合過程同實施例2。
實施例5.現(xiàn)有三級或四級公路(鄉(xiāng)村路)水泥混凝土面層，采用柔性增強型水泥混凝土鋪筑，設(shè)計使用年限為50年。要求面層混凝土強度等級達(dá)到C25。若采用柔性增強型水泥混凝土，采用配合比柔性骨料5份、砂40份、石131份、水泥25份、粉煤灰10份、礦粉4份、水24份、高效減水劑0份。材料選用及拌合過程同實施例2。
實施例6.現(xiàn)有某10層框架剪力墻結(jié)構(gòu)民用住宅，采用柔性增強型水泥混凝土澆注混凝土梁柱體系以及剪力墻，采用配合比柔性骨料10份、砂25份、石80份、水泥45份、粉煤灰0份、礦粉8份、水12份、高效減水劑2份。材料選用及拌合過程同實施例4。
實施例7.現(xiàn)有某混凝土簡支梁橋的橋墩，采用柔性增強型水泥混凝土進行澆注，采用配合比柔性骨料8份、砂36份、石105份、水泥45份、粉煤灰17份、礦粉0份、水15份、高效減水劑1.8份。材料選用及拌合過程同實施例4。
以上兩實施例中應(yīng)成型同齡期的混凝土試件，進行強度、變形、疲勞、滲透等材料性能試驗，同時，對已完成路面及橋面進行彎沉值、抗裂性、平整度、噪聲以及行車舒適性的試驗。
權(quán)利要求
1.一種柔性增強型水泥混凝土，其特征是組份和含量如下柔性骨料5～25份、砂19～46份、石57～131份、水泥25～51份、粉煤灰0～17份、礦粉0～8份、水10～24份、高效減水劑0～2份。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性增強型水泥混凝土，其特征是所述的組份和含量如下柔性骨料8～12份、砂31～37份、石94～109份、水泥29～40份、粉煤灰10～13份、礦粉5～7份、水15～18份、高效減水劑0.8～1.5份。
3.如權(quán)利要求1所述的柔性增強型水泥混凝土，其特征是所述的組份和含量如下柔性骨料10份、砂35份、石105份、水泥34份、粉煤灰11份、礦粉6份、水17份、高效減水劑1份。
4.如權(quán)利要求1所述的柔性增強型水泥混凝土，其特征是所述的柔性骨料是橡膠微?；蛩芰项w粒。
5.如權(quán)利要求4所述的柔性增強型水泥混凝土，其特征是所述橡膠微粒是包括廢棄乘用車輪胎、卡車輪胎、重型卡車輪胎、拖拉機輪胎或人力車胎的廢輪胎經(jīng)加工而得到的橡膠微粒；膠帶、廢橡膠膠管、膠鞋、電線電纜、工業(yè)橡膠部件或膠板的廢橡膠制品經(jīng)加工而得到的橡膠微粒。
6.如權(quán)利要求5所述的柔性增強型水泥混凝土，其特征是所述橡膠微粒含膠率應(yīng)大于30％，粒徑范圍在5～20目，水分小于1.0％，灰分小于5.0％，丙酮抽提物小于15.0％，金屬含量小于0.1％。
7.如權(quán)利要求4所述的柔性增強型水泥混凝土，其特征是所述塑料顆粒粒徑0.5～5.0mm；是由廢舊塑料盒、盆、桶、塑料椅、凳、編織袋或大棚膜進行造粒加工而產(chǎn)生的塑料顆粒。
8.如權(quán)利要求1所述的柔性增強型水泥混凝土，其特征是所述的砂是河砂，含泥量小于5.0％，并用篩篩除大于5mm的顆粒；石子應(yīng)過篩，篩除大于25mm的顆粒。
全文摘要
本發(fā)明是柔性增強型水泥混凝土，其組份和含量如下柔性骨料5～25份、砂19～46份、石57～131份、水泥25～51份、粉煤灰0～17份、礦粉0～8份、水10～24份、高效減水劑0～2份。柔性增強型水泥混凝土的強度等級可達(dá)C40以上，完全能夠滿足工程需要；同時，其變形能力強，彎拉極限應(yīng)變可達(dá)500×10
文檔編號C04B14/06GK1986481SQ20061012944
公開日2007年6月27日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者朱涵, 劉春生, 張永明, 李志國, 譚發(fā)茂 申請人:天津大學(xué)