CN1199027A - 具有改进弹性和渗透性的混凝土组合物 - Google Patents

具有改进弹性和渗透性的混凝土组合物 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有提高弹性和渗透性的混凝土组合物,其韧性和耐久性都很好。本发明的混凝土组合物含有碎成预定大小的骨料;与骨料混合的水泥浆,以提供骨料间粘合力;防止水泥浆与骨料分离的增塑剂;与水泥浆混合的弹性材料,以使水泥浆在骨料周围固化后使混凝土具有所需的弹性。此外,本发明的混凝土组合物还包括使混凝土着色的着色材料以使混凝土与周围协调一致。

Description

具有改进弹性和渗透性 的混凝土组合物
本发明涉及一种混凝土组合物,特别是一种具有改进弹性和渗透性的混凝土组合物,其韧性和耐久性都很好。
一般说来,具有渗透性的路面材料分为渗透性混凝土和渗透性沥青混凝土。通常,在渗透性混凝土中仅使用粗骨料和水泥浆20,而不用细骨料作为路面材料,以在混凝土组合物中形成砂眼30。也就是说,渗透性混凝土由于其中有砂眼形成而具有渗透性。
然而,在上述的根据传统技术制备的渗透性混凝土中,由于不用细骨料而仅用粗骨料来制造混凝土会形成许多不希望有的和分散的砂眼,所以存在的缺点是没有足够高的抗压强度和因较低抗弯刚度引起的抗折强度下降。而且,因为它们不可能抑制由于温度应力和干燥收缩而在混凝土中引起的开裂,结果是在用于铺路的混凝土中容易产生开裂。
在根据传统工艺制备渗透性混凝土的情况下,混凝土常与水接触,由于深深渗入到混凝土中的水不能排出而仍留在混凝土的内部,结果在环境温度降到0℃以下时由于冷冻和解冻作用而导致混凝土耐用性降低。
在根据传统工艺制备的渗透性混凝土中,由于混凝土中粗骨料10的彼此结合仅取决于水泥浆20,混凝土的造价升高并且动态性能不好,致使混凝土的耐用性大大降低。此外,由于混凝土是非弹性的,当这种混凝土用于铺筑人行道或广场时不但行人感觉不方便而且自行车通过也不方便。
另一方面,在根据传统工艺制备的用于路面的渗透性沥青混凝土中,沥青混凝土的耐用性很差。另外,由于沥青混凝土耐高温性能差,在沥青混凝土中加入不规则物质或道路表面温度升高的情况下,沥青混凝土流动性增大致使填入渗透性的砂眼中。这样,问题是用沥青混凝土铺设道路之后不久沥青混凝土的渗透性就大大下降。
本发明能克服现有技术中存在的上述问题。本发明的一个目的是提供一种具有新型组合物的有弹性和渗透性的混凝土,它能提供弹性以增加抗弯刚度和抗冻融能力,为了提高其渗透性和抗压强度,增加连续砂眼而不是分散砂眼,并且象用过的汽车轮胎这样的废工业原料可以再使用,这样减少了环境污染,并降低了其造价。
为了达到本发明的上述目的,提供具有弹性和渗透性的混凝土组合物包括:
破碎成预定尺寸的骨料;
与骨料混合的水泥浆,以提供骨料间的粘合力;
一种防止水泥浆与骨料分离的增塑剂;和
与水泥浆混合的弹性材料,以使混凝土在水泥浆在骨料周围固化后具有所需的弹性。
混凝土组合物还包括一种用于提供混凝土颜色的着色材料以使混凝土与周围一致。
这些着色材料包括无机颜料,如二氧化钛,三氧化二铁(红色),三氧化二铁(黄色),三氧化二铬,群青和普鲁士蓝,以及有机颜料,如酞青,偶氮颜料和甲苯胺红。
水泥浆通过混合水泥和水而形成,其中水量为约水泥重量的28-32%。
碎石用作骨料以保持所需的孔隙率和渗透系数,大小约为2.5-8.0mm。
骨料以水泥重量的3-5倍的比例与水泥混合。
弹性材料包括用过的汽车轮胎和用过的橡胶。
将弹性材料切割成长约2-4mm、直径约0.5-0.8mm的大小。
将弹性材料与骨料和水泥浆混合,弹性材料的用量约为水泥重量的5-20%。
增塑剂包括萘磺酸甲醛聚合物(naphthalene sulfonate fonmalin polymers)以增加混凝土的强度并防止弹性材料的凝聚。
将增塑剂以约水泥重量的0.5-1.2%的量与骨料和水泥浆混合。
向混凝土中加入增塑剂,目的是使混凝土的塌落度保持在约2.5-5.0cm。
如上述所设想的那样,在本发明的混凝土组合物中,用细骨料生产混凝土以增加连续砂眼而不是分散砂眼。结果提高了混凝土的渗透率。而且,在混凝土中加入如汽车废轮胎和橡胶这样的弹性材料增加了混凝土的弹性。这样,混凝土具有提高的抗弯刚度和抗冻融作用,延长了混凝土结构的使用寿命,并使行人更加方便,提高了驾驶性能。
本发明的上述目的和其它优点通过对优选实施方案的详细描述和参考附图更加清楚。
图1表示根据传统工艺制备的具有渗透性的混凝土的横截面图。
图2表示根据本发明制备的具有弹性和渗透性的混凝土的横截面图,其中混凝土是由包括骨料,弹性材料和水泥浆的组合物组成;和
图3表示根据本发明的混凝土组合物路面的横截面图。
下面,将参考附图详细描述根据本发明优选实施方案制备的具有弹性和渗透性的混凝土组合物。
图2表示根据本发明制备的具有弹性和渗透性的混凝土的横截面图,这种混凝土是由包含骨料,弹性材料和水泥浆的组合物组成。参见图2,本发明具有弹性和渗透性的混凝土组合物50包括破碎成预定尺寸的骨料80,与骨料80混合的水泥浆70,以提供骨料80之间的粘合力,为阻止水泥浆70和骨料80分离的增塑剂,和与水泥浆70混合的弹性材料60,以在水泥浆70在骨料80周围固化之后使混凝土具有所要求的弹性。
大小约2.5-8.0mm的碎石被用作混凝土组合物的骨料80以保持所需的空隙率和弹性系数。它们不能含有尘土,粘土和有机物。以骨料与水泥混合比3-5∶1(以水泥重量为基准)的比率向混凝土中加入骨料80。
含有汽车废轮胎和废橡胶的弹性材料60被切割成长度为2-4mm和直径为0.5-0.8mm的大小。加入到混凝土50中的弹性材料的量为5-20%(以水泥重量为基准)。弹性材料60使混凝土具有弹性以防止由于混凝土的冻融所引起的混凝土开裂,这样就改进了混凝土的耐用年限。结果,这种混凝土的使用寿命在相同环境下要比传统工艺的渗透性混凝土更长。
在混凝土中优选使用水泥,它能提高混凝土的抗折强度,并具有较小的收缩和较低的热值。
普通波特兰水泥常用于本发明具有弹性和渗透性的混凝土组合物中。
用于混合骨料80,弹性材料60和水泥的水必定含有油,酸,碱和有机物质,在调节下它们对混凝土的质量有影响。因此,水优选使用干净条件下的饮用水。生产混凝土时,以28-32%(以水泥重量为基准)的水量与骨料80和水泥混合。
增塑剂包括萘磺酸甲醛聚合物,用于在混凝土中保持2.5-5.0cm的塌落度以提高混凝土的强度和防止弹性材料结块。由南韩Masterbuilders公司销售的Rheobuild716用作增塑剂。
为了制造具有弹性和渗透性的混凝土,预定重量的水泥和诸如在5-20%(重量)(以水泥重量为基准)内的轮胎或橡胶弹性材料60的碎屑装入一混合器中且在干燥条件下混合30秒钟。然后将28-32%(重量)(以水泥重量为基准)的水和预定量的增塑剂注入混合器中并混合30秒钟以制得水泥浆。最后,将水泥重量3-5倍(以水泥重量为基准)的骨料和预定量的脱水剂注入混合器中并混合1.5分钟。
此外,本发明的混凝土组合物还可以含有着色材料,使混凝土呈现不同的颜色以便与周围一致。
这些着色材料包括无机颜料,如二氧化钛,三氧化二铁(红色),三氧化二铁(黄色),三氧化二铬,群青和普鲁士蓝,以及有机颜料如酞青,偶氮颜料和甲苯胺红。因此,着色材料可从颜料中适当地选择以使与周围相协调。
图3表示采用本发明的混凝土组合物50铺筑路面的横截面图。参见图3,铺筑地面是这样完成的:将机碎的C-30和C-40铺在道基100上,然后通过滚压机滚压碎石以形成厚度为100-150mm的碎石层,最后将本发明的混凝土组合物铺在碎石层的表面上,厚度为50-100mm。
实施例1
如下述表1所示,混凝土组合物由350Kg水泥,1625Kg大小约2.5-5mm的骨料,约28%(重量)(以水泥重量为基准)的98Kg的水,约0.68%(重量)(以水泥重量为基准)的超增塑剂组成。用混凝土组合物制成各种样品。水泥是比重为3.12的普通波特兰水泥。骨料是比重为2.64的碎石。Rheobuild716用作增塑剂,它是基于萘磺酸甲醛聚合物,在室温下的比重为约1.19-1.21和酸度为约pH8-10。Rheobuild716是由南韩Masterbuilders公司销售。
                表1.弹性和渗透性混凝土的组合物
  实施例    骨料的最大测量值(mm)  塌落度(cm)   水灰比(%)  纤维的混合比(CX%)  空隙率(%)           单位(Kg/m3)   高效增塑剂
 水  水泥  骨料   弹性材料
实施例1 2.5-5.0 2-4     28     0 14-16  98  350 1625    -   0.68
实施例2 2.5-5.0 2-4     28     5 14-16  98  350 1570   17.5   0.68
实施例3 2.5-5.0 2-4     28     10 14-16  98  350 1515   35   0.68
实施例4 2.5-5.0 2-4     28     15 14-16  98  350 1462   52.5   0.68
实施例5 2.5-5.0 2-4     28     20 14-16  98  350 1408   70   0.68
抗压强度的测试试验:混凝土组合物分三次分别注入直径为10cm、长度为20cm的圆柱形模中,用重量为2.5Kg的夯实棒以30cm的高度夯实50次以制得试样。将试样保持48小时后,将模从试样取下。然后,将试样置于18-22℃的室温下固化并将水洒在试样上。根据韩国工业标准(下文简称为KS)KS F2405测试抗压强度。
抗折强度的测试试验:抗折强度是这样测试的:用混凝土组合物制成高15cm、宽55cm的试样,然后根据KSF2407向试样的中央集中施加负荷。
弹性模量的测试试验:弹性模量是根据由混凝土组合物制成的圆柱形试样的静态弹性模量的方法测试的,并根据KSF2438计算泊松比。
渗透性的测试试验:渗透性是通过KSF2322规定的土壤通用标准的渗透试验测试的。
空隙率:是在测试混凝土组合物单位体积的重量和比重后通过计算固体体积百分率获得的。
连续空隙率:在密封样品侧面和底面的条件下用水浸透试样、然后测量样品的重量。也可以测量其表面被干燥过的样品的重量。连续空隙率是用浸透条件下试样的重量和干燥条件下试样重量的差值与试样体积的百分比来表示。
各抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透率,空隙率,连续空隙率的测试结果示于表2。
                表2.混凝土物理性能的测量
 实施例   空隙率(%)  连续空隙率(%)     渗透系数(cm/秒)  抗压强度(kg/m2)  抗折强度(kg/m2)    弹性模量
实施例1   15.2     9.8 1.7×10-1   306     54  1.92×105
实施例2   15.2     11.2 1.9×10-1   284     54  1.24×105
实施例3   15.2     12.4 2.4×10-1   257     54  0.92×105
实施例4   15.2     13.6 2.9×10-1   244     54  0.63×105
实施例5   15.2     15.3 3.7×10-1   223     54  0.42×105
另外,参照韩国混凝土协会(KCI)和日本混凝土协会(JCI)的规定,按如下方法测定试样的抗化学性和抗冻融性。
抗化学性实验:在试样(按抗压强度试验中所用试样的相同方法制备试样)对5%硫酸溶液蒸煮28天后,按KSF2405测定其抗压强度。将试样蒸煮后的抗压强度与蒸煮前的抗压强度的比率用百分比来表示。
抗冻融实验:试样(按抗压强度试验中所用试样的相同方法制备试样)冻融之后,在一个用于冻融实验的装置中进行300次,冻融之后试样的抗压强度与冻融之前试样的抗压强度的比率用百分比来表示。
抗化学性和抗冻融的测量结果示于表3。
                 表3.弹性和渗透性混凝土的耐久性实验
  实施例        抗酸性溶液性(相对抗压强度的比率,%)          抗冻融性(相对抗压强度的比率,%)
实施例1     35(84/239)     47(114/239)
实施例2     44(105/241)     59(143/241)
实施例3     48(118/246)     69(170/246)
实施例4     52(122/236)     72(172/236)
实施例5     56(137/244)     77(188/244)
@括弧中的值:实验后的抗压强度/实验前的抗压强度。
实施例2
除了骨料比第一个实施例混凝土组合物中的骨料少一些例如1570Kg外,混凝土组合物的其它成分和其每一种成分的含量与第一个实施例相同,加入混凝土组合物中的废轮胎屑为17.5Kg(相当于水泥重量的5%)。废轮胎屑的平均直径约为0.8mm、长度约为2mm。本发明混凝土的成分和混合比示于表1。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验都按第一个实施例的相同方法进行。每一种测量结果示于表2和3。
实施例3
除用于混凝土组合物中的骨料为1515Kg和加入混凝土组合物中的废轮胎屑为35Kg(相当于水泥重量的10%)以外,混凝土组合物的其它成分和其每一种成分的含量与第一个实施例相同。废轮胎屑的平均直径和长度和实施例2的相同。本发明混凝土组合物的成分和混合比示于表1。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验按第一个实施例的相同方法进行。每一种测量结果示于表2和3。
实施例4
除用于混凝土组合物中的骨料为1462Kg和加入混凝土组合物中的废轮胎屑为52.5Kg(相当于水泥重量的15%)以外,混凝土组合物的其它成分和其每一种成分的含量与第一个实施例相同。废轮胎屑的平均直径和长度和实施例1的相同。本发明混凝土组合物的成分和混合比示于表1。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验按第一个实施例的相同方法进行。每一种测量结果示于表2和3。
实施例5
除用于混凝土组合物中的骨料为1408Kg和加入混凝土组合物中的废轮胎屑为70Kg(相当于水泥重量的20%)以外,混凝土组合物的其它成分和其每一种成分的含量与第一个实施例相同。废轮胎屑的平均直径和长度和实施例1的相同。本发明混凝土组合物的成分和混合比示于表1。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验按第一个实施例的相同方法进行。每一种测量结果示于表2和3。
实施例6
除用于混凝土组合物中的1610Kg骨料比实施例1的大些,例如5.0-8.0mm以外,混凝土组合物的其它成分和每一种成分的含量与第一个实施例相同。本发明混凝土组合物的成分和混合比示于表4。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验按第一个实施例的相同方法进行。每一种测验结果示于表5和6。
                表4.弹性和渗透性混凝土的组成
  实施例    骨料的最大测量值(mm)  塌落度(cm)  水灰比(%)  纤维的混合比(CX%)   空隙率(%)           单位(Kg/m3)   高效增塑剂
 水  水泥  骨料   弹性材料
实施例6 5.0-8.0  2.7  28     0     18  98  350  1610    -  0.68
实施例7 5.0-8.0  2.7  28     5     18  98  350  1555   17.5  0.68
实施例8 5.0-8.0  2.5  28     10     18  98  350  1500   35  0.68
实施例9 5.0-8.0  2.3  28     15     18  98  350  1447   52.5  0.68
实施例10 5.0-8.0  2.0  28     20     18  98  350  1393   70  0.68
                表5.混凝土的物理性能测量
  实施例  空隙率(%)  连续空隙率(%)      渗透系数(cm/秒)  抗压强度(kg/m2)  抗折强度(kg/m2)    弹性模量
实施例6     17     12 2.8×10-1   251   42 1.6×105
实施例7     16     13 3.5×10-1   243   48 0.96×105
实施例8     17     13 2.6×10-1   238   58 0.53×105
实施例9     18     14 4.1×10-1   221   62 0.31×105
实施例10     18     16 5.3×10-1   196   53 0.24×105
                表6.弹性和渗透性混凝土的耐久性实验
   实施例        抗酸性溶液(相对抗压强度的比率,%)          抗冻融性(相对抗压强度的比率,%)
  实施例6     27(68/251)     47(90/251)
  实施例7     38(92/243)     50(122/243)
  实施例8     43(102/223)     69(164/238)
  实施例9     52(115/221)     77(170/221)
  实施例10     66(129/196)     86(169/196)
括弧中的值:实验后的抗压强度/实验前的抗压强度。
实施例7
除用于混凝土组合物中的骨料为1555Kg和加入混凝土组合物中的废轮胎屑为17.5Kg(相当于水泥重量的5%)以外,混凝土组合物的其它成分和其每一种成分的含量与第一个实施例相同。废轮胎屑的平均直径和长度和实施例1的相同。本发明混凝土的成分和混合比示于表4。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验按第一个实施例的相同方法进行。每一种测量结果示于表5和6。
实施例8
除用于混凝土组合物中的骨料为1500Kg和加入混凝土组合物中的废轮胎屑为35Kg(相当于水泥重量的10%)以外,混凝土组合物的其它成分和其每一种成分的含量与第一个实施例相同。废轮胎屑的平均直径和长度和实施例1的相同。本发明混凝土的成分和混合比示于表4。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验按第一个实施例的相同方法进行。每一种测量结果示于表5和6。
实施例9
除用于混凝土组合物中的骨料为1447Kg和加入混凝土组合物中的废轮胎屑为52.5Kg(相当于水泥重量的15%)以外,混凝土组合物的其它成分和每一种成分的含量与第一个实施例相同。废轮胎屑的平均直径和长度和实施例1的相同。本发明混凝土的成分和混合比示于表4。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验按第一个实施例的相同方法进行。每一种测量结果示于表5和6。
实施例10
除用于混凝土组合物中的骨料为1393Kg和加入混凝土组合物中的废轮胎屑为70Kg(相当于水泥重量的20%)以外,混凝土组合物的其它成分和其每一种成分的含量与第一个实施例相同。废轮胎屑的平均直径和长度和实施例1的相同。本发明混凝土的成分和混合比示于表4。
本实施例试样的抗压强度,抗折强度,弹性模量,渗透性,空隙率,连续空隙率,抗化学性和抗冻融性的测试实验按第一个实施例的相同方法进行。每一种测量结果示于表5和6。
参见表2和5,如上所述,可以看出实施例中混凝土组合物的空隙率彼此间略有差异,其差值在15-18%的范围内波动,这取决于与本发明混凝土组合物所混合的骨料和诸如废轮胎和橡胶这样的弹性材料的用量,而有关混凝土组合物的渗透率的连续空隙率在9.8-16%范围内,与加入到混凝土组合物中的弹性材料量的增加成正比。也表明随着加入到混凝土组合物中弹性材料的量增加,混凝土组合物的渗透系数也增大。
因此,应该清楚连续空隙率随着均匀分散在混凝土组合物中的弹性材料而增加,以提高水泥浆的粘合强度。
在本发明实施例的混凝土组合物所制成的试样中,每个试样的抗压强度随着加入到混凝土组合物中的弹性材料的增加而降低,而每个样品的抗折强度与弹性材料的量成正比地增大。
此外,在本发明实施例的混凝土组合物制成的样品中,弹性模量随着加入到混凝土组合物中的弹性材料的量的增加而减小。这可以使路面材料吸收撞击波,结果使在混凝土路上的行人和骑自行车的人感到更加舒服。
参见表3和6,本发明的混凝土组合物中表明:随着加入到混凝土组合物中的弹性材料的量,混凝土组合物的抗化学性增强、混凝土组合物的抗冻融性与弹性材料的弹力成正比地增加。
尽管参考本发明的特定的实施例能更好地表明和描述本发明,但是应该明白本领域的技术人员在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围内可在形式和细节方面进行各种改变。

Claims (12)

1.具有弹性和渗透性的混凝土组合物,包括:
一种碎成预定大小的骨料;
为提供骨料间粘合力与骨料混合的水泥浆;
一种防止水泥浆从骨料中分离的增塑剂;和
与水泥浆混合的弹性材料,以使水泥浆在骨料周围固化后使混凝土具有所要求的弹性。
2.根据权利要求1的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,还包括使混凝土具有颜色的着色材料,以使混凝土与周围协调一致。
3.根据权利要求2的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,着色材料包括无机颜料,如二氧化钛,三氧化二铁(红色),三氧化二铁(黄色),三氧化二铬,群青和普鲁士蓝,以及有机颜料,如酞青,偶氮颜料和甲苯胺红。
4.根据权利要求1的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,水泥浆是通过水泥与约28-32%(以水泥重量为基准)的水混合而形成的。
5.根据权利要求3的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,碎石被用作骨料以保持所要求的空隙率和渗透系数,其大小约为2.5-8.0mm。
6.根据权利要求5的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,骨料与水泥的混合比率为3-5∶1(以水泥重量为基准)。
7.根据权利要求1的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,弹性材料包括废汽车轮胎和废橡胶。
8.根据权利要求7的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,弹性材料被切割成长度约为2-4mm、直径约为0.5-0.8mm。
9.根据权利要求8的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,与骨料和水泥浆混合的弹性材料约为水泥重量的5-20%。
10.根据权利要求1的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,增塑剂包括萘磺酸甲醛聚合物以提高混凝土的强度和阻止弹性材料的凝聚。
11.根据权利要求10的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,与骨料和水泥浆混合的增塑剂约为0.5-1.2%(以水泥重量为基准)。
12.根据权利要求11的具有弹性和渗透性的混凝土组合物,其中,向混凝土中加入增塑剂以使混凝土的塌落度保持在约2.5-5.0cm。
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