CN106927864A - 一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，利用本发明所制备的泡沫混凝土质量轻，强度比普通回填材料高，施工时是流动的可塑性体，便于施工，同时大量利用了钢渣、矿渣、粉煤灰等工业固废和植物秸秆纤维，经济、环保、社会效益显著。本发明是通过下述方案予以实现：将地聚物水泥、矿物掺合料、外加剂、改性植物秸秆纤维混合搅拌均匀，然后加入适量的水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入发泡剂，搅拌均匀，搅拌时间为5～10min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。

Description

一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于工程材料领域，具体涉及一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
在需高填方的桥梁建设中，在路桥结合部的桥台背、主桥与引桥间搭板下软连接等部位，常规采用低压缩比的土(如碎石土或石渣土)来进行填筑。施工时，每填筑一定量的土需进行碾压、夯实，密实度达到设计要求后，再进行下一层填筑、碾压、夯实，填筑达到设计标高后，需经过较长时间的工后沉降期(几个月、半年或一年以上)才能进行路面结构层铺设。由于工后沉降期较长，这与桥梁建设的时效性、工程的经济性矛盾。在桥台背或主桥与引桥软连接或桥头等过渡段，路面结构层铺设完成投入使用后，因填料荷载过大、雨水渗入，地基的承载力不够等原因，容易产生不均匀沉降，造成跳车现象，被称为桥头跳车。桥梁70％的维修费用是花费在桥头跳车的修补上。传统的处理方法是提高地基的承载力，不但很难从根本上解决问题，还存在工期过长、经济性不强等问题。
研究发现，泡沫混凝土是可代替土进行桥台背填筑的新型轻质混凝土材料。泡沫混凝土是用物理方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到由水泥基胶凝材料、集料、外加剂和水制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、自然养护而成的一种多孔轻质现浇混凝土。具有轻质、环保、可现浇、成本低等独特的性能特点。泡沫混凝土材料应用于路桥桥台背填充，是一项改变常规常规桥台背填筑工艺方法的革新型技术。泡沫混凝土材料具有有密度小、质量轻、强度大于常规回填土、填筑后形成一个整体、抗冲击性能好、无侧向压力、对地基荷载小等优势。使用泡沫混凝土填筑后，桥台背处于超固结状态，由此减少沉降和不均匀沉降、彻底消除台背路堤填料本身的工后沉降、避免桥头跳车病害，具有明显的技术优势。采用泡沫混凝土填筑，可大幅减少工后台背维修费用，且通过优化设计可减少桥梁桩基用量，综合成本低，具有较高性价比的经济优势。同时泡沫混凝土还可应用于软基路段公路路基、道路加宽扩建、山区公路陡峭路段、跨线桥锥坡许放坡回填、地下隧道减荷、空洞填充等领域。因此，发明一种成本低、性能好的轻质泡沫混凝土用于路桥填筑是一项重要而紧迫的工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土，包括以下原材料制成，包括地聚物水泥、泡沫、矿物掺合料、外加剂、改性植物秸秆纤维。
具体的，本发明泡沫混凝土以重量份数计，包括下述原料：
进一步，所述的地聚物水泥是由下列步骤制备而成：将钢渣预粉磨至粒度为100～150m2/kg，向其加入缓凝剂和矿化剂，再进一步粉磨至粒度为310～560m2/kg，得到地聚物水泥产品。
更进一步，所述的缓凝剂的重量为所述钢渣重量的0.1～0.5％，所述矿化剂的重量为所述钢渣重量的3.5～10.5％。所述的缓凝剂为磷石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或几种的组合。所述的矿化剂是由高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种与碱性物质在850～1100℃下自然煅烧25～95min形成的矿化混合物，其中，高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种组合物与碱性物质的重量比为0.2～4.5∶1。所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾中的一种或几种。
更进一步，所述的矿物掺合料为高炉粒化矿渣粉、赤泥、粉煤灰中的一种或几种组合。
更进一步，所述高炉粒化矿渣粉为细度(0.045mm方孔筛筛余)应小于20％，活性指数(28d)应大于95％。所述赤泥为拜耳法电解氧化铝所产生的尾泥，其含附液应小于30％。所述粉煤灰为火电厂产生的一级和/或二级粉煤灰，其主要含有30～65wt％的SiO2和14.6～41wt％的Al2O3。优选地，所述粉煤灰的烧失量为1～5wt％，更优选为1～4wt％。
而在本发明中，对所述发泡剂没有特别的限定，可以为本领域常规用于物理发泡的各种发泡剂。作为这样的发泡剂可以举出动物蛋白发泡剂、松香发泡剂、植物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种或多种。
作为优选，为满足施工要求，上述技术方案中还可以添加0-2.5份外加剂。外加剂与常规泡沫混凝土外加剂相同，如减水剂、防水剂、缓凝剂、促凝剂中的至少一种，外加剂具体添加的种类和添加量视施工要求进行确定。
作为优选，一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土，包括以下原材料制成。
具体的，本发明泡沫混凝土以重量份数计，包括下述原料：
进一步优选，添加外加剂的泡沫混凝土以重量份数计，包括下述原料：
上述技术方案中，所述泡沫为泡沫剂水溶液制备得到，泡沫密度为20kg/m3～50kg/m3。
进一步优选，上述技术方案中还可以添加0.5-2.5份改性植物秸秆纤维。所述改性植物秸秆纤维是由下列步骤制得：将植物秸秆粉碎至5-15mm，调整植物秸秆原料含水率25～％，pH为7～8，加入3％～5％碳酸盐类(Na2CO3，NaHCO3等)助膨化剂，将物料混合均匀后放入到加热膨化机中，进料温度控制在80～110℃，出料温度为250～300℃，膨化改性15～25min后，分级过筛即得改性植物秸秆纤维。
本发明的另一个目的是一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土，包括以下步骤：
1)将钢渣预粉磨至粒度为100～150m2/kg，向其加入缓凝剂和矿化剂，再进一步粉磨至粒度为310～560m2/kg，得到地聚物水泥产品。
2)将植物秸秆粉碎至5-15mm，调整植物秸秆原料含水率25～％，pH为7～8，加入3％～5％碳酸盐类(Na2CO3，NaHCO3等)助膨化剂，将物料混合均匀后放入到加热膨化机中，进料温度控制在80～110℃，出料温度为250～300℃，膨化改性15～25min后，分级过筛即得改性植物秸秆纤维。
3)将地聚物水泥、矿物掺合料、外加剂、改性植物秸秆纤维混合搅拌均匀，然后加入适量的水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入发泡剂，搅拌均匀，搅拌时间为5～10min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本发明的有益效果如下：
1、由于地聚物水泥、矿物外加剂、泡沫和水形成的浆体中含有大量的微小气泡，阻止了部分浆体向矿物掺合料中的孔隙渗透，从而使得矿物掺合料发挥出轻骨料的作用。
2、本发明技术方案中大量使用钢渣制备地聚物水泥，节约了普通水泥的使用，也增加了泡沫混凝土的强度等性能。
3、改性植物秸秆纤维的使用，使得泡沫混凝土强度等级得到提高，提高了泡沫混凝土的工作性能。
4、大量钢渣、粉煤灰、粒化高炉矿渣的使用，减少了工业固废对环境的污染。特别是生物秸秆的使用，减少了生物秸秆大面积无组织燃烧，改善了大气环境，也提高了生物秸秆的综合利用附加值。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。
下述实施例中的原材料通过下述方法制备：
所述地聚物水泥的制备方法是：将钢渣预粉磨至粒度为100～150m2/kg，向其加入缓凝剂和矿化剂，再进一步粉磨至粒度为310～560m2/kg，得到地聚物水泥产品。所述的缓凝剂的重量为所述钢渣重量的0.1～0.5％，所述矿化剂的重量为所述钢渣重量的3.5～10.5％。所述的缓凝剂为磷石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或几种的组合。所述的矿化剂是由高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种与碱性物质在850～1100℃下自然煅烧25～95min形成的矿化混合物，其中，高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种组合物与碱性物质的重量比为0.2～4.5∶1。所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾中的一种或几种。
所述改性植物秸秆纤维的制备方法是：将植物秸秆粉碎至5-15mm，调整植物秸秆原料含水率25～％，pH为7～8，加入3％～5％碳酸盐类(Na2CO3，NaHCO3等)助膨化剂，将物料混合均匀后放入到加热膨化机中，选料温度控制在80～110℃，出料温度为250～300℃，膨化改性15～25min后，分级过筛即得改性植物秸秆纤维。
所述高炉粒化矿渣粉为细度(0.045mm方孔筛筛余)应小于20％，活性指数(28d)应大于95％。
所述赤泥为拜耳法电解氧化铝所产生的尾泥，其含附液应小于30％。
所述粉煤灰为火电厂产生的一级和/或二级粉煤灰，其主要含有30～65wt％的SiO2和14.6～41wt％的Al2O3。优选地，所述粉煤灰的烧失量为1～5wt％，更优选为1～4wt％。
所述物理泡沫为泡沫剂水溶液制备得到，泡沫密度为20kg/m3～50kg/m3。
所述外加剂与常规泡沫混凝土外加剂相同，如减水剂、防水剂、缓凝剂、促凝剂中的至少一种，外加剂具体添加的种类和添加量视施工要求进行确定。
下面是生产用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土的实施例，通过实施例可以了解不同原材料配比所配制的轻质泡沫混凝土的性能。
实施例一
将地聚物水泥58份、粉煤灰42份混合搅拌均匀，然后加入23份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫5份，搅拌均匀，搅拌时间为10min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为1046kg/m3，28天抗压强度为9.2MPa，导热系数为0.19W/(m·K)。
实施例二
将地聚物水泥64份、高炉粒化矿渣粉36份混合搅拌均匀，然后加入32份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫4份，搅拌均匀，搅拌时间为5min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为871kg/m3，28天抗压强度为6.7MPa，导热系数为0.16W/(m·K)。
实施例三
将地聚物水泥75份、粉煤灰22.5份、减水剂2.5份混合搅拌均匀，然后加入23份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫3份，搅拌均匀，搅拌时间为5min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为784kg/m3，28天抗压强度为4.8MPa，导热系数为0.17W/(m·K)。
实施例四
将地聚物水泥90份、高炉粒化矿渣粉5份、赤泥5份、减水剂0.5份混合搅拌均匀，然后加入28份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫3份，搅拌均匀，搅拌时间为5min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为815kg/m3，28天抗压强度为4.9MPa，导热系数为0.18W/(m·K)。
实施例五
将地聚物水泥75份、高炉粒化矿渣粉15份、减水剂1.5份混合搅拌均匀，然后加入23份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫3.2份，搅拌均匀，搅拌时间为10min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为676kg/m3，28天抗压强度为3.7MPa，导热系数为0.18W/(m·K)。
实施例六
将地聚物水泥90份、粉煤灰6份、赤泥5份、缓凝剂1.2份混合搅拌均匀，然后加入25份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫3.5份，搅拌均匀，搅拌时间为8min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为587kg/m3，28天抗压强度为3.4MPa，导热系数为0.21W/(m·K)。
实施例七
将地聚物水泥75份、高炉粒化矿渣粉10份、赤泥5份、改性植物秸秆纤维0.5份、缓凝剂1.0份混合搅拌均匀，然后加入23份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫3份，搅拌均匀，搅拌时间为10min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为478kg/m3，28天抗压强度为1.9MPa，导热系数为0.11W/(m·K)。
实施例八
将地聚物水泥82份、高炉粒化矿渣粉10份、粉煤灰2份、改性植物秸秆纤维2.0份、促凝剂1.2份混合搅拌均匀，然后加入24份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫3.2份，搅拌均匀，搅拌时间为6min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为512kg/m3，28天抗压强度为2.1MPa，导热系数为0.11W/(m·K)。
实施例九
将地聚物水泥90份、高炉粒化矿渣粉10份、改性植物秸秆纤维2.5份、减水剂1.5份混合搅拌均匀，然后加入25份水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫3.5份，搅拌均匀，搅拌时间为10min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
本实施例所得泡沫混凝土干密度为382kg/m3，28天抗压强度为1.2MPa，导热系数为0.09W/(m·K)。
由上述实施例数据发现，本发明所制备的泡沫混凝土质量轻，强度比普通回填材料高，施工时是流动的可塑性体，便于施工。更为重要的是，本发明所制备的路桥填筑用泡沫混凝土由于大量使用了钢渣、矿渣、粉煤灰等工业固废，成本低，植物秸秆纤维的加入，强度更高。
上述实施例仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何等同替代、修改和变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于：原料配方按质量计如下：
2.根据权利要求1所述的一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)将钢渣预粉磨至粒度为100～150m2/kg，向其加入缓凝剂和矿化剂，再进一步粉磨至粒度为310～560m2/kg，得到地聚物水泥产品。
2)将地聚物水泥、矿物掺合料混合搅拌均匀，然后加入适量的水，搅拌成均匀稳定的料浆；再向料浆中继续加入物理泡沫，搅拌均匀，搅拌时间为5～10min；搅拌均匀后进行填筑施工作业。
3.根据权利要求2所述的一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于，所述的缓凝剂的重量为所述钢渣重量的0.1～0.5％，所述矿化剂的重量为所述钢渣重量的3.5～10.5％。所述的缓凝剂为磷石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或几种的组合。所述的矿化剂是由高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种与碱性物质在850～1100℃下自然煅烧25～95min形成的矿化混合物，其中，高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种组合物与碱性物质的重量比为0.2～4.5∶1。所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾中的一种或几种。所述物理泡沫为泡沫剂水溶液制备得到，泡沫密度为20kg/m3～50kg/m3。
4.根据权利要求1所述的一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于，所述的矿物掺合料为高炉粒化矿渣粉、赤泥、粉煤灰中的一种或几种组合。所述高炉粒化矿渣粉为细度(0.045mm方孔筛筛余)应小于20％，活性指数(28d)应大于95％。所述赤泥为拜耳法电解氧化铝所产生的尾泥，其含附液应小于30％。所述粉煤灰为火电厂产生的一级和/或二级粉煤灰，其主要含有30～65wt％的SiO2和14.6～41wt％的Al2O3。所述粉煤灰的烧失量为1～5wt％。
5.一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于：原料配方按质量计如下：
6.根据权利要求5所述的一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于，外加剂与常规泡沫混凝土外加剂相同，如减水剂、防水剂、缓凝剂、促凝剂中的至少一种，外加剂具体添加的种类和添加量视施工要求进行确定。
7.一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于：原料配方按质量计如下：
8.根据权利要求1、权利要求5和权利要求7所述的一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于，还可以添加0.5-2.5份改性植物秸秆纤维。
9.根据权利要求8所述的一种用于路桥填筑的轻质泡沫混凝土及其制备方法，其特征在于，所述改性植物秸秆纤维是由下列步骤制得：将植物秸秆粉碎至5-15mm，调整植物秸秆原料含水率25～％，pH为7～8，加入3％～5％碳酸盐类(Na2CO3，NaHCO3等)助膨化剂，将物料混合均匀后放入到加热膨化机中，进料温度控制在80～110℃，出料温度为250～300℃，膨化改性15～25min后，分级过筛即得改性植物秸秆纤维。
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