CN110696184A - 一种高强透水水泥混凝土生产制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种透水水泥混凝土制备方法,采用体积构成理论,石料构成混凝土骨架,砂、水、水泥作为填充石料构成空隙,填充完成后形成的空隙作为混凝土排水通道,采用体积参数空隙率来控制混凝土透水性能。本方法掺入一定无机型增强剂激发水泥活性,提高胶结材料粘结石料后混凝土后强度,通过石料与砂比例的控制,增加石料表面之间接触面积,以此实现透水混凝土高强度与耐久性。本方法通过分次加水和加水泥搅拌,增加其均匀性和分散性,保证制备的高强透水水泥混凝土的均匀性和空隙连通性,以此,确保其强度和排水效果。本方法制备的透水混凝土强度达到C35以上,满足重载道路使用要求,对于重载道路品质提升和使用寿命有较大促进作用。
Description
技术领域
本发明属于高性能水泥混凝土材料技术领域,尤其涉及高强透水水泥混凝土生产制备方法。
技术背景
公路与城市道路一般采用硬质材料,与自然中地表降水循环体系相比,硬质路面隔绝水流入流出通道,破坏了水系的循环***,降水也未得到有效利用,带来一系列问题,据统计,在2010年以来,我国平均每年有超180座城市进水受淹或发生内涝,给人们带来了巨大的经济损失,造成了环境破坏。路面直接承受作为道路行车荷载作用,雨水对于路面影响,一方面,降雨在路面形成水膜和水雾,影响通行安全,另一方面,进入路面结构层的水,在荷载作用下,产生动水压力,冲刷路面,严重影响路面耐久性。
透水路面能够迅速排出降落至路表水,能够很好解决水对路面不利影响。常规的沥青、环氧类透水铺装材料,荷载、高温作用下,材料易老化,空隙被进一步压实,造成堵塞,雨水冲洗导致石子脱落,一般使用5年左右,其透水效果基本失效;无机类的透水水泥混凝土材料强度低,一般在C30以下,无法满足公路及城市道路路面对混凝土强度要求,常规的透水水泥混凝土,空隙较大,混凝土中使用的都是单一粒径的粗骨料,骨料之间接触点较少,粘结性依靠胶凝材料固结,其应用过程中耐久性较差。因此,急需制备一种高强耐久的透水水泥混凝土产品,满足重载交通下路面使用要求。
发明内容
针对透水水泥混凝土强度低和透水性能变异性的问题,本发明提供一种高强透水水泥混凝土,并且以透水性能关键指标空隙率作为体积设计控制标准,通过配比调整发挥材料性能优势,制备一种渗水性能可控、高强耐久的透水水泥混凝土。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种高强透水水泥混凝土生产制备方法,包括如下步骤:
(1)高强透水水泥混凝土中包括石料、砂、无机型增强剂、水泥和水五部分组成,石料为单一粒径石料;
(2)透水水泥混凝土是一种透水型的骨架结构,石料构成水泥混凝土骨架,砂、水以及水泥用来填充石料嵌挤状态下形成的空隙;结合混凝土体积参数确定石料、砂、水及水泥构成比例,混凝土中的石料与天然堆积石料处于相同的构成状态;
(3)通过砂和石料的质量比确定高强透水型混凝土中砂率;通过水泥和水的质量比确定高强透水型混凝土中水胶比;
(4)强制式拌合机拌制高强透水水泥混凝土,拌制工艺为:将配置好的石料、砂加入强制式拌合机,在将经配比设计50%的水与计量好的无机型增强剂勾兑形成水溶液,加入到拌合机中搅拌,分2次加入水泥搅拌,最后将剩余50%水,分2~3次加入拌合机中搅拌,制备成高强透水水泥混凝土。
其中,所述高强透水水泥混凝土制备过程中,1方混凝土中各组分掺量按照以下公式进行计算:
式中:
ms为每方混凝土中石料质量(kg);ρs为矿料表观密度(kg/m3);
mp为每方混凝土中砂质量(kg);ρp为砂表观密度(kg/m3);
mw为每方混凝土中水质量(kg);ρw为水的密度(kg/m3);
mb为每方混凝土中水泥质量(kg);ρb为水泥表观密度(kg/m3);
VV为每方混凝土空隙(m3);VCA为每方混凝土矿料填充后空隙(m3);
ρsc为矿料的堆积密度(kg/m3)。
所述的高强透水水泥混凝土强度在C35以上,抗弯拉弹性模量在8000~12000MPa,石料为粒径3~5mm的玄武岩,砂为细度模数2.3~2.6的中砂,水泥强度等级不低于42.5。
无机型增强剂为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化铵、硫酸钠混合成的无机盐溶液,无机型增强剂为10~12kg/m3。
所述的高强水泥混凝土强度,主要来源于胶结材料粘结以及骨料直接嵌挤接触,其中水泥和水形成胶结材料起到粘结石料作用,水泥与水的质量比与混凝土强度与水泥强度有关,掺入一定的砂,增加混凝土中石料之间接触面积,以此增加混凝土强度,砂质量与石料质量有关,所述高强透水水泥混凝土砂率、水胶比关系式如下:
式中:
Rh为混凝土强度等级;Rc为水泥强度等级;
ms为每方混凝土中石料质量(kg);ρs为矿料表观密度(kg/m3);
mp为每方混凝土中砂质量(kg);ρp为砂表观密度(kg/m3);
mw为每方混凝土中水质量(kg);ρw为水的密度(kg/m3);
mb为每方混凝土中水泥质量(kg);
σ为混凝土强度标准差,一般取5~6;P为砂率,一般取7~10%。
其拌制工艺具体为,将配好的石料和砂投入试验搅拌机中,将50%计量好的水和计量好的增强剂勾兑形成的拌合水缓慢加入搅拌机,先进行搅拌40~50S润湿,再将50%的水泥投入搅拌机搅拌40~50S,再将剩余的50%水泥倒入继续搅拌25~35S后,将剩余的50%水分2~3次加入搅拌机中进行充分搅拌,搅拌时间宜控制在120S。
本发明的有益技术效果是:
(1)本发明一种高强水泥混凝土生产制备方法,根据混凝土体积构成原理,石料构成混凝土骨架,砂、水、水泥作为填充石料构成空隙,填充完成后形成透水混凝土空隙,空隙作为混凝土排水通道,混凝土在制备过程中,通过空隙率控制每方混凝土各组成材料用量,实现透水性能可控。
(2)本发明一种高强水泥混凝土生产制备方法,掺入一定无机型增强剂激发水泥活性,提高胶结材料粘结石料后混凝土后强度,通过石料与砂比例的控制,增加石料表面之间接触面积,综合以上两种手段,增加混凝土强度与耐久性。
(3)本发明一种高强水泥混凝土生产制备方法,将无机型增加剂与水勾兑加入,增加其均匀性,水泥分两次加入搅拌,增加其分散性,水分为多次加入搅拌,提高胶结材料强度与石料、砂的裹附均匀,保证制备的高强透水水泥均匀性和空隙连通,以此,确保其强度和排水效果。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐明本发明。
本发明中所有的原料,对其来源没有特别限定,在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明中所有的原料,对其纯度没有特别限定,本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
实施例1
以下选用石料、无机型增强剂、水泥、砂制备强度为C40的一立方透水水泥混凝土,石料为粒径为3~5mm单一粒径料源,砂为细度模数2.5的中砂,水泥采用的是强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。原材料的表观密度如表1所示。
表1:原材料表观密度
材料 | 表观密度(kg/m<sup>3</sup>) |
碎石(矿料) | 3000 |
水泥 | 3000 |
砂 | 2650 |
配制混合料使用水泥为42.5普通硅酸盐水泥,砂筒装满碎石,测量其质量,石料的天然堆积密度为1.5kg/m3。石料堆积空隙率VCA为:
1m3透水混凝土所需石料质量为:
ms=(1-VCA)×ρs=0.50×3.0kg=1500kg
透水混凝土砂率取8%,则1m3所需砂的质量为
mp=ms×0.08=120kg
根据混凝土强度为C40、水泥等级42.5,则透水混凝土水泥与水质量比为:
根据体积构成比例关系式,取空隙率为20%,带入方程得:
上述方程联立,可得水和水泥质量为:
mb=384kg
mw=127kg
无机型增强剂每方混凝土的用量为11kg。
最终制备C40透水水泥混凝土配方如下表2所示。
表3一立方C40透水混凝土所需各组分质量
材料 | 每方混凝土消耗质量(Kg) |
石料(3~5mm) | 1500 |
砂(细度模数2.5) | 120 |
42.5普通硅酸盐水泥 | 384 |
水 | 127 |
无机型增强剂 | 11 |
按照上述配比设计结果,将配好的石料和砂投入试验搅拌机中(强制式),将50%计量好的水和增强剂勾兑形成的拌合水缓慢加入搅拌机,先进行搅拌45S润湿,再将50%的水泥投入搅拌机搅拌45S,再将剩余的50%水泥倒入继续搅拌30S后,将剩余的50%水分2次加入搅拌机中进行充分搅拌,搅拌时间控制在110S左右。最终制备成透水型水泥混凝土,对其性能检测,试验结果如下:
表4透水混凝土性能试验结果
项目 | 单位 | 检测结果 |
28d抗压强度 | MPa | 43.1 |
抗拉强度 | MPa | 6.2 |
弹性模量 | MPa | 10500 |
结合上述测试数据可以看出:
本发明提供的透水混凝土,采用石料构成骨架结构,水泥、水、砂填充空隙,通过空隙率控制透水性,通过无机型增强剂增加混凝土活性,采用分次加水、加水泥的方式,将混凝土拌和均匀,既能形成排水通道,又能增加混凝土强度,提高透水混凝土在使用过程中耐久性,满足重载交通下使用要求,具备较好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种高强透水水泥混凝土生产制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)高强透水水泥混凝土中包括石料、砂、无机型增强剂、水泥和水五部分组成,石料为单一粒径石料;
(2)透水水泥混凝土是一种透水型的骨架结构,石料构成水泥混凝土骨架,砂、水以及水泥用来填充石料嵌挤状态下形成的空隙;结合混凝土体积参数确定石料、砂、水及水泥构成比例,混凝土中的石料与天然堆积石料处于相同的构成状态;
(3)通过砂和石料的质量比确定高强透水型混凝土中砂率;通过水泥和水的质量比确定高强透水型混凝土中水胶比;
(4)强制式拌合机拌制高强透水水泥混凝土,拌制工艺为:将配置好的石料、砂加入强制式拌合机,在将经配比设计50%的水与计量好的无机型增强剂勾兑形成水溶液,加入到拌合机中搅拌,分2次加入水泥搅拌,最后将剩余50%水,分2~3次加入拌合机中搅拌,制备成高强透水水泥混凝土。
3.根据权利要求1所述的一种高强透水水泥混凝土生产制备方法,其特征在于:无机型增强剂为10~12kg/m3。
5.根据权利要求1所述的一种高强透水混凝土生产制备方法,其特征在于:其拌制工艺具体为,将配好的石料和砂投入试验搅拌机中,将50%计量好的水和计量好的增强剂勾兑形成的拌合水缓慢加入搅拌机,先进行搅拌40~50S润湿,再将50%的水泥投入搅拌机搅拌40~50S,再将剩余的50%水泥倒入继续搅拌25~35S后,将剩余的50%水分2~3次加入搅拌机中进行充分搅拌,搅拌时间宜控制在120S。
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