专利名称：柔性增强型水泥混凝土的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及的是柔性增强型水泥混凝土。
背景技术：
水泥混凝土作为路、桥等结构的建筑材料，拥有悠久的历史，因其强度高、刚度大、选材简单，从而早已为工程界广泛认可。在我国，水泥混凝土路、桥是目前最为主要的结构形式，根据交通部统计年报显示，截至2005年年底，我国已修建高速公路4.1万公里，农村公路总里程发展到63万公里，“十五”期间我国共修建十五万座桥公路及铁路桥梁座，其大部分是采用水泥混凝土进行铺筑和建造的。有数据显示，近年来的水泥混凝土年生产量为13亿立方米，且随着“五纵七横”国道主干线的逐步完善以及“7918”高速公路网的建设，未来对水泥混凝土的需求将会是巨大的。
水泥混凝土是由水泥水化产物、骨料以及游离于混凝土中的水所组成的多相复合材料，其基本组成原理是利用水泥中具有活性的成份，例如硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等成份与水发生化学反应，从而形成具有一定强度的胶凝体，即水泥石，水泥石与骨料紧密结合，形成水泥混凝土结构。以水泥混凝土铺筑和建造的路桥结构，存在以下的问题第一，传统水泥混凝土由于刚度大、变形小而造成行车舒适性不好。第二，由于表面磨耗，传统水泥混凝土与轮胎之间的摩擦系数会因长时间使用而减小，行车安全性降低。第三，传统混凝土路面上所设置的伸缩缝往往会导致多种路面病害。
传统水泥混凝土路面层由于刚度大、变形小以及伸缩缝的设置而造成行车舒适性不好，在保证强度的前提下，采用柔性增强型水泥混凝土，可大大提高混凝土变形、降低脆性、增加舒适度。在道路的设计使用年限内水泥混凝土面层往往会经历上百万次标准轴载的作用，抗疲劳能力低的水泥混凝土会过早破坏，从而大大增加了维修成本，采用柔性增强型水泥混凝土可以改善抗疲劳性能。路面抗渗性不好，会导致错台、叽泥等病害，柔性增强型水泥混凝土可以提高抗渗性。由于温度作用，水泥混凝土路面往往需要设置较密的缩缝，同时设置胀缝，但有时还会产生反拱等病害，采用柔性增强型水泥混凝土能够限制自身的热胀冷缩，因此可适当放宽甚至取消伸缩缝。此外，水泥混凝土路面施工时需要进行表面处理，一般采用刻槽或拉毛的方法，目的是为提高与轮胎的表面摩擦力，提高行车安全性，而采用柔性增强型水泥混凝土时，路面层的摩擦系数会有较大提高，这样可以省去表面处理过程，方便施工。
对于各种结构类型的桥梁，其铺装层的破坏都是影响其正常使用的重要问题，主要包括①在车辆荷载的作用下，水泥混凝土面层会产生较大的剪切变形，易产生铺装层与梁顶面之间的粘结破坏。②抗渗性不好会导致面层水下渗后不能及时排出或蒸发，在车载作用下，动水压力会使面层与其下结构层分离。③传统桥面铺装层中往往设置较密的钢筋网，目的是分散车辆荷载，而施工中钢筋净距的不满足往往会加速面层破坏。此外，还包括冻融、收缩等因素的影响。为改善混凝土的性能，现在普遍采用向混凝土中加入粉煤灰等掺和料和外加剂的方法增强混凝土耐久性。同时，一些新型水泥混凝土，如钢纤维水泥混凝土、聚合物水泥混凝土作为桥面材料可以提高抗裂性和抗疲劳性。但其成本相对较高、施工工艺复杂，因此，多用于车载重、施工条件完备的工程中。而柔性增强型水泥混凝土能够很好的改善混凝土的性能，少用或不用钢筋，且成本较低，对原材料、设计及施工的要求也相对简单。
因此，柔性混凝土的研发是势在必行的趋势。
发明内容
本发明根据现有技术的不足，提供了一种柔性增强型水泥混凝土。解决了目前水泥混凝土所面临的问题本发明的技术方案如下本发明的柔性增强型水泥混凝土，其组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、矿粉0～8份、水10～24份、高效减水剂0～2份。
本发明的柔性增强型水泥混凝土，其组份和含量优选如下柔性骨料8～12份、砂31～37份、石94～109份、水泥29～40份、粉煤灰10～13份、矿粉5～7份、水15～18份、高效减水剂0.8～1.5份。
用于配制柔性增强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、水以及矿物掺合料和外加剂所组成。其中柔性骨料的选用是关键，正是由于它的存在才使水泥混凝土具有一定的柔性和韧性，同时也起到抗疲劳等功效。
柔性骨料中主要的一种是橡胶微粒，橡胶微粒是指由包括废弃乘用车轮胎、卡车轮胎、重型卡车轮胎、拖拉机轮胎及人力车胎等废轮胎，以及非轮胎的橡胶制品，如胶带、废橡胶胶管、胶鞋、电线电缆、工业橡胶部件、胶板等废橡胶制品经加工而得到的颗粒状柔性骨料，制作橡胶微粒所使用的废橡胶制品，其含胶率应大于30％。目前，橡胶微粒的加工方法主要分为常温粉碎法以及低温冷冻粉碎法两种，而生产用于配制柔性增强型水泥混凝土的橡胶微粒主要以常温粉碎法为主。加工过程具体可分为粉碎、除铁、除纤维、除尘、筛分六个步骤。配制柔性增强型水泥混凝土的橡胶微粒，粒径范围在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％，金属含量小于0.1％。
另一种柔性骨料是由废旧塑料盒、盆、桶、塑料椅、凳、编织袋、大棚膜等废旧塑料材料进行造粒加工而产生的塑料颗粒，粒径0.5～5.0mm。
配制柔性增强型水泥混凝土的砂料应选用级配良好的河砂，要求含泥量小于5.0％，并用筛筛除大于5mm的颗粒。石料应过筛，筛除大于25mm的颗粒。其它材料，包括水泥和掺和料应根据现行规范以及具体工程实际选用。
柔性增强型水泥混凝土的配合比设计是基于单位体积法进行的，也就是确定每立方米柔性增强型水泥混凝土中各个组份的用量。其关键就是确定出柔性骨料的掺入量，每立方米水泥混凝土掺入量范围在5～25％之间。柔性增强型水泥混凝土中的砂率选用0.2～0.4，水灰比则在0.2～0.5之间变动。
采用柔性增强型水泥混凝土作为路桥结构材料，其产生的效益主要体现在经济技术效益以及社会效益两方面，它们分别是经济技术效益1.与传统水泥混凝土相比，柔性增强型水泥混凝土的强度等级可达C40以上，完全能够满足工程需要；同时，其变形能力强，弯拉极限应变可达500×10-6以上；弹性模量低于2×105MPa，同等级传统水泥混凝土一般高于3×105MPa；弯曲韧性、抗疲劳、抗裂性有大幅度增加。因此，柔性增强型水泥混凝土不易破坏且使用年限更长，从而将低了维修费用。
2.柔性增强型水泥混凝土属于低渗透性混凝土，有很好的抵抗氯离子渗透性和耐水性，能够更好的保护下卧层和混凝土中的钢筋不受侵蚀；同时，与传统水泥混凝土相比，它有更好的耐冻融、耐硫酸盐侵蚀的效果，适用于各种气候条件。
3.与传统水泥混凝土相比，柔性增强型水泥混凝土路面及桥面结构可以减少钢筋用量，同时铺设厚度也可折减，这一点已在实际工程取得成功运用。
4.与钢纤维、聚合物相比，颗粒状的柔性骨料，来源为废旧材料，价格便宜、加工简单、运输方便。当水泥混凝土搅拌时可视为与砂料等同，因而无需添加其他工序。
社会效益用于配制柔性增强型水泥混凝土的柔性骨料主要来源于废轮胎、工业废橡胶以及废塑料等废旧物，据统计，中国每年仅废轮胎就会产生5000～6500万条，每年产生废弃塑料240万～480万吨，若不能研发出若干大量利用废旧物的产品，则会面临废弃、堆积、污染和浪费等难题。例如一条旧汽车轮胎可产生5公斤1～2毫米尺寸的橡胶粉。按照年报废6500万条废轮胎计算，可产生3.25亿公斤橡胶粉。理论上讲，只要在每立方米混凝土里加入0.25公斤橡胶微粒或塑料颗粒，所有的问题就能得到解决。因此，采用柔性增强型水泥混凝土可实现变废为宝，不仅产生巨大经济效益，而且具有很大的社会效益。
具体实施例方式
以下结合两具体实施例来对本发明做进一步的说明，下述实施例仅用于说明本发明而非对本发明的限制，对本实施例而言，一份表示其重量为10kg。
实施例1.现有某高速公路及其收费站水泥混凝土面层，采用柔性增强型水泥混凝土铺筑，设计使用年限为100年。面层下为二灰碎石基层，要求面层混凝土强度等级达到C40，抗冻等级F200。若采用柔性增强型水泥混凝土则可将原铺设厚度30cm降为26cm，使用的配合比为柔性骨料10份；砂35份；石105份；水泥34份；粉煤灰11份；矿粉6份；水17份；高效减水剂1份。柔性骨料可采用包括废弃乘用车轮胎、卡车轮胎、重型卡车轮胎、拖拉机轮胎或人力车胎的废轮胎经加工而得到的橡胶微粒，以及胶带、废橡胶胶管、胶鞋、电线电缆、工业橡胶部件或胶板的废橡胶制品经加工而得到的橡胶微粒。橡胶微粒含胶率应大于30％，粒径范围在5～20目，水分小于1.0％，灰分小于5.0％，丙酮抽提物小于15.0％，金属含量小于0.1％。柔性骨料还可采用由废旧塑料盒、盆、桶、塑料椅、凳、编织袋或大棚膜进行造粒加工而产生的塑料颗粒，塑料颗粒粒径0.5～5.0mm。水泥采用P·042.5普通硅酸盐水泥；砂料为含泥量小于5.0％，并用筛筛除大于5mm颗粒的中砂；石料为碎石，筛除大于25mm的颗粒；粉煤灰为干排II级灰；减水剂采用SICA-3301聚羧酸高效减水剂。拌合时先将柔性骨料、砂料投入搅拌机中预拌1.5分钟，然后再投入水泥、粉煤灰及矿粉，最后投入石料并加水拌合4分钟，而后出机并运至现场铺筑。
实施例2.现有某四跨梁式桥桥面铺装层，桥每跨8m，设计使用年限100年，设计载荷为汽车-20级，挂车-100级。要求铺装层水泥混凝土强度等级达到C40。采用柔性增强型水泥混凝土铺筑，则铺设厚度由原设计15cm降至10cm，铺装层厚度中部设置的钢筋网规格可由原10×10cm放宽至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；矿粉4份；水16份；高效减水剂0.6份。材料选用同实施例1，其中粉煤灰为干排I级灰；减水剂采用UNF5奈系高效减水剂。拌合时先将柔性骨料、砂料投入搅拌机中预拌2分钟，然后再投入水泥、粉煤灰及矿粉，最后投入石料并加水拌合5分钟，而后出机并运至现场铺筑。
实施例3.现有一级或二级公路(国道)水泥混凝土面层，采用柔性增强型水泥混凝土铺筑，设计使用年限为100年，要求面层混凝土强度等级达到C30。若采用柔性增强型水泥混凝土，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、矿粉6份、水10份、高效减水剂2份。材料选用及拌合过程同实施例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、矿粉0～8份、水10～24份、高效减水剂0～2份。
实施例4.现有某预应力混凝土梁，混凝土强度等级要求C40，采用柔性增强型水泥混凝土浇注，选用配合比柔性骨料12份、砂19份、石57份、水泥51份、粉煤灰10份、矿粉8份、水17份、高效减水剂1.5份。材料选用及拌合过程同实施例2。
实施例5.现有三级或四级公路(乡村路)水泥混凝土面层，采用柔性增强型水泥混凝土铺筑，设计使用年限为50年。要求面层混凝土强度等级达到C25。若采用柔性增强型水泥混凝土，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、矿粉4份、水24份、高效减水剂0份。材料选用及拌合过程同实施例2。
实施例6.现有某10层框架剪力墙结构民用住宅，采用柔性增强型水泥混凝土浇注混凝土梁柱体系以及剪力墙，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、矿粉8份、水12份、高效减水剂2份。材料选用及拌合过程同实施例4。
实施例7.现有某混凝土简支梁桥的桥墩，采用柔性增强型水泥混凝土进行浇注，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、矿粉0份、水15份、高效减水剂1.8份。材料选用及拌合过程同实施例4。
以上两实施例中应成型同龄期的混凝土试件，进行强度、变形、疲劳、渗透等材料性能试验，同时，对已完成路面及桥面进行弯沉值、抗裂性、平整度、噪声以及行车舒适性的试验。
权利要求
1.一种柔性增强型水泥混凝土，其特征是组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、矿粉0～8份、水10～24份、高效减水剂0～2份。
2.如权利要求1所述的柔性增强型水泥混凝土，其特征是所述的组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、矿粉5～7份、水15～18份、高效减水剂0.8～1.5份。
3.如权利要求1所述的柔性增强型水泥混凝土，其特征是所述的组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、矿粉6份、水17份、高效减水剂1份。
4.如权利要求1所述的柔性增强型水泥混凝土，其特征是所述的柔性骨料是橡胶微粒或塑料颗粒。
5.如权利要求4所述的柔性增强型水泥混凝土，其特征是所述橡胶微粒是包括废弃乘用车轮胎、卡车轮胎、重型卡车轮胎、拖拉机轮胎或人力车胎的废轮胎经加工而得到的橡胶微粒；胶带、废橡胶胶管、胶鞋、电线电缆、工业橡胶部件或胶板的废橡胶制品经加工而得到的橡胶微粒。
6.如权利要求5所述的柔性增强型水泥混凝土，其特征是所述橡胶微粒含胶率应大于30％，粒径范围在5～20目，水分小于1.0％，灰分小于5.0％，丙酮抽提物小于15.0％，金属含量小于0.1％。
7.如权利要求4所述的柔性增强型水泥混凝土，其特征是所述塑料颗粒粒径0.5～5.0mm；是由废旧塑料盒、盆、桶、塑料椅、凳、编织袋或大棚膜进行造粒加工而产生的塑料颗粒。
8.如权利要求1所述的柔性增强型水泥混凝土，其特征是所述的砂是河砂，含泥量小于5.0％，并用筛筛除大于5mm的颗粒；石子应过筛，筛除大于25mm的颗粒。
全文摘要
本发明是柔性增强型水泥混凝土，其组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、矿粉0～8份、水10～24份、高效减水剂0～2份。柔性增强型水泥混凝土的强度等级可达C40以上，完全能够满足工程需要；同时，其变形能力强，弯拉极限应变可达500×10
文档编号C04B14/06GK1986481SQ20061012944
公开日2007年6月27日 申请日期2006年11月16日 优先权日2006年11月16日
发明者朱涵, 刘春生, 张永明, 李志国, 谭发茂 申请人:天津大学