矿渣集料制备的桥面铺装混凝土及其生产方法

摘要

矿渣集料制备的桥面铺装混凝土及生产方法，以有效消纳利用废渣，并使桥面铺装层混凝土具有良好的低收缩性、抗裂性和耐磨性。本发明矿渣集料制备的桥面铺装混凝土由如下重量份的组分制备而成：水140～175份、胶凝材料440～540份、细集料600～800份、粗集料1000～1200份、减缩增韧剂7～13份和纤维2.4～2.9份。其中，所述的胶凝材料包括水泥和矿物掺合料；所述的减缩增韧剂由混凝土减缩剂、增韧剂和减水剂混合制备而成，其中，按重量份减水剂为5～10份，其余为减缩剂和增韧剂，减缩剂和增韧剂的用量比为1:2；所述的纤维为钢纤维或聚丙烯纤维。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土及其生产方法，属于建筑材料领域。

背景技术

混凝土，简称为“砼”，其是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称，混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大；同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使其使用范围出十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

随着混凝土组成材料的不断发展，人们对材料复合技术认识不断提高。对混凝土的性能要求不仅仅局限于抗压强度，而是在立足强度的基础上，更加注重混凝上的耐久性、变形性能等综合指标的平衡和协调。

现有技术中控制混凝土开裂的主要措施是掺加粉煤灰、矿粉等矿物掺合料和外加剂，矿物掺合料虽然提高了混凝土的密实性，进而提高抗侵蚀介质的渗透能力。但是大量的工程实践表明，掺加矿粉在改善混凝土工作性能和抗氯离子渗透性能的同时，增大混凝土的自收缩，当约束较大或养护不当的时候，混凝土易产生裂缝，给侵蚀性离子和二氧化碳提供了通道，加快了有害离子侵蚀速率，造成混凝土劣化，缩短混凝土的结构使用寿命。

然而，高钛重矿渣是高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融矿渣冷却形成的一种由钛辉石、钙钛矿等矿物为主的石质材料，其具有多孔、高强、化学稳定性和耐磨好等特点。其来源比较广泛，若采用高钛重矿渣作为集料配制混凝土，既可以发挥其“吸水-释水”的内养护作用，又大量的消纳了废渣，有利于社会经济的可持续发展，对节约自然资源，降低工程成本，保护长江上游生态环境等均具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种矿渣集料制备的桥面铺装混凝土及其生产方法，以有效消纳利用废渣，并使桥面铺装层混凝土具有良好的低收缩性、抗裂性和耐磨性。

本发明矿渣集料制备的桥面铺装混凝土，由如下重量份的组分制备而成：水140～175份、胶凝材料440～540份、细集料600～800份、粗集料1000～1200份、减缩增韧剂7～13份和纤维2.4～2.9份；

其中，所述的胶凝材料由水泥和矿物掺合料组成，矿物掺合料包括粉煤灰、硅灰或粒化高炉矿渣粉，按重量份水泥380～430份、矿物掺合料60～110份；所述的减缩增韧剂由混凝土减缩剂、增韧剂和减水剂制备而成，其中，按重量份减水剂为5～10份，其余为减缩剂和增韧剂，减缩剂和增韧剂的用量比为1:2；所述的纤维为钢纤维或聚丙烯纤维。

进一步地，作为优选的技术方案，由如下重量份的组分制备而成：水140～170份、胶凝材料440～540份、细集料600～800份、粗集料1150～1200份、减缩增韧剂8～10.5份和纤维2.4～2.9份；

其中，按重量份减水剂6～7.6份。

上述粗集料是指粒径大于4.75mm的碎石砾石和破碎砾石。

上述细集料是指粒径小于4.75mm的天然砂和人工砂。其中，优选细度模数为2.5～3.5，优选细集料堆积密度为1500～1800kg/m³。

上述胶凝材料中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，矿物掺合料优选为粉煤灰，优选粉煤灰密度为0.8g/cm³～1.1g/cm³。

上述细集料优选高钛重矿渣砂，优选细度模数为2.5～3.0的中砂。

上述粗集料优选高钛重矿渣石。

上述的减水剂优选聚羧酸系减水剂。

上述的减缩剂为碳链长度为2～4的醇类的环氧化合物与烷基聚氧乙烯醚按重量比为1:1混合而成；上述的增韧剂为一种具有10³～10⁵数量级结构单元的硅氧烷基团和聚醚基团合成的聚醚基聚氧硅烷。

上述的钢纤维优选多锚点纤维，更优选多锚点纤维长度为30±0.1mm，直径为0.55±0.05mm，抗拉强度≥600MPa，断裂伸长率≤30%。

上述减缩增韧剂的制备方法，包括如下步骤：取减缩剂、增韧剂和减水剂混匀，减缩剂、增韧剂和减水剂复合制得减缩增韧剂。

本发明矿渣集料制备的桥面铺装混凝土的生产方法，包括如下步骤：选取原料；将胶凝材料、粗集料、细集料和钢纤维倒入混凝土搅拌机中干拌；再加入水和减缩增韧剂，继续拌合，即得产品。

进一步地，为了的更好性能的混凝土，在干拌后加入部分水进行搅拌，一段时间后，再加入剩余的部分水和减缩增韧剂拌合。

进一步地，为了得到能够泵送施工的高钛重矿渣砂混凝土，上述方法还包括如下步骤：选料后将细集料进行饱水处理；具体方式是将细集料置于水中，静置，将水放净，混料前用铲水将其混合均匀，进行混料。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明矿渣集料制备的桥面铺装混凝土，坍落度180～220mm，抗氯离子渗透系数：C40<1.5×10^-12，28d自收缩率＜1×10^-4，360d徐变系数<2.0；抗冻等级：C40>F300；抗硫酸盐侵蚀系数：C40>0.9，28d单位面积磨蚀量＜3.0kg/m²。

2、本发明加入特殊工艺制备及表面处理后具有断裂强度高、握裹力强等优点的钢纤维，使纤维与基材的界面粘结力大为提高，克服了混凝土抗拉强度低，极限延伸率小，性脆等缺点，使混凝土具有较强的抗拉、抗剪、阻裂、耐疲劳等性能。

3、本发明加入具有遥爪结构的减缩剂和增韧剂，减缩剂与增韧剂重量比为1：2，然后通过与高效减水剂复合，可以制成使用效果显著的减缩增韧剂（增韧材料分子规整性调节如图1所示），其有效改善混凝土的力学性能，掺量为复合减水剂用量的30%～45%。使混凝土有较强的减缩增韧能力，在减少混凝土的自收缩的同时也有效的提高了混凝土的韧性及抗断裂性能。

4、本发明中采用的高钛重矿渣砂自身是多孔材料，具有一定的“吸水-释水”作用，对混凝土有一定的内养护作用，进一步减少了混凝土的收缩。利用钛矿渣耐磨性好的特点，以其替代天然砂石集料制备混凝土，从而混凝土的耐磨性提升，另外，由于高钛重矿渣砂是机械砂，其自身有较高的强度与耐磨性，采用细度模数2.5～3.0级配良好的中砂配制混凝土，通过适当的参数调整和指标控制，利用机制砂的特性对混凝土的孔结构和界面结构的改善可以保证机制砂混凝土的耐磨性。采用较低的砂率和较大细度模数的机制砂有利于混凝土耐磨性的改善，从而达到将高钛重矿渣砂配制低收缩抗裂耐磨桥面铺装层混凝土的目的。

附图说明

图1是增韧材料分子规整性调节图。

具体实施方式

通过以下具体实施例，可以进一步了解本发明，但以下实施例并不是对发明的限定，而是由本发明的权利要求书和说明书限定。

实施例1：

矿渣集料制备的桥面铺装混凝土各原料按重量份的配比如表1：

表1  各原料按重量份的配比

表1中所述的水泥为普通硅酸盐水泥P.O.42.5级，细集料为高钛重矿渣砂，细度模数为2.5～3.0，粗集料为高钛重矿渣石，减缩剂为碳链长度为3的醇类的环氧化合物与烷基聚氧乙烯醚按重量比为1:1混合而成，增韧剂为一种具有103数量级结构单元的硅氧烷基团和聚醚基团合成的聚醚基聚氧硅烷，聚羧酸系减水剂；钢纤维为多锚点纤维，多锚点纤维长度为30±0.1mm，直径为0.55±0.05mm，抗拉强度≥600MPa，断裂伸长率≤30%。

按照表1中的量取减缩剂、增韧剂和减水剂混匀，减缩剂、增韧剂和减水剂复合制得减缩增韧剂。

按照表1中的原料配比选取原料，将高钛重矿渣砂、高钛重矿渣石，多锚点纤维与胶凝材料干拌30s，让高钛重矿渣砂与胶凝材料充分的混合均匀，再加入部分水搅拌30s，使浆体充分的与高钛重矿渣集料接触，最后将剩余的部分水和减缩增韧剂加入搅拌机拌合60s～90s，即得基于低收缩抗裂耐磨桥面铺装层混凝土。

实施例2：

矿渣集料制备的桥面铺装混凝土各原料按重量份的配比如表2：

表2  各原料按重量份的配比

表2中所述的水泥为普通硅酸盐水泥P.O.42.5级，细集料为高钛重矿渣砂，细度模数为2.5～3.0，粗集料为高钛重矿渣石，减缩剂为碳链长度为2的醇类的环氧化合物与烷基聚氧乙烯醚按重量比为1:1混合而成；增韧剂为一种具有104数量级结构单元的硅氧烷基团和聚醚基团合成的聚醚基聚氧硅烷；减水剂为聚羧酸系减水剂。

按照表2中的量取减缩剂、增韧剂和减水剂混匀，减缩剂、增韧剂和减水剂复合制得减缩增韧剂。

按照表2中的原料配比选取原料，将高钛重矿渣砂、高钛重矿渣石、聚丙烯纤维与胶凝材料干拌30s，让高钛重矿渣砂与胶凝材料充分的混合均匀，再加入部分水搅拌30s，使浆体充分的与高钛重矿渣集料接触，最后将剩余的部分水和减缩增韧剂加入搅拌机拌合60s～90s，即得基于低收缩抗裂耐磨桥面铺装层混凝土。

实施例3：

矿渣集料制备的桥面铺装混凝土各原料按重量份的配比如表3：

表3  各原料按重量份的配比

表3中所述的水泥为普通硅酸盐水泥P.O.42.5级，细集料为高钛重矿渣砂，细度模数为2.5～3.0，粗集料为高钛重矿渣石，减缩剂为碳链长度为4的醇类的环氧化合物与烷基聚氧乙烯醚按重量比为1:1混合而成；增韧剂为一种具有105数量级结构单元的硅氧烷基团和聚醚基团合成的聚醚基聚氧硅烷，减水剂为聚羧酸系减水剂。

按照表3中的量取减缩剂、增韧剂和减水剂混匀，减缩剂、增韧剂和减水剂复合制得减缩增韧剂。

按照表3中的原料配比选取原料，将高钛重矿渣砂、高钛重矿渣石、聚丙烯纤维与胶凝材料干拌30s，让高钛重矿渣砂与胶凝材料充分的混合均匀，再加入部分水搅拌30s，使浆体充分的与高钛重矿渣集料接触，最后将剩余的部分水和减缩增韧剂加入搅拌机拌合60s～90s，即得基于低收缩抗裂耐磨桥面铺装层混凝土。

实施例4：

矿渣集料制备的桥面铺装混凝土各原料按重量份的配比如表4：

表4  各原料按重量份的配比

表4中所述的水泥为普通硅酸盐水泥P.O.42.5级，细集料为高钛重矿渣砂，细度模数为2.5～3.0，粗集料为高钛重矿渣石，减缩剂为碳链长度为3的醇类的环氧化合物与烷基聚氧乙烯醚按重量比为1:1混合而成；增韧剂为一种具有103数量级结构单元的硅氧烷基团和聚醚基团合成的聚醚基聚氧硅烷；减水剂为聚羧酸系减水剂；钢纤维为多锚点纤维，多锚点纤维长度为30±0.1mm，直径为0.55±0.05mm，抗拉强度≥600MPa，断裂伸长率≤30%。

按照表4中的量取减缩剂、增韧剂和减水剂混匀，减缩剂、增韧剂和减水剂复合制得减缩增韧剂。

按照表4中的原料配比选取原料，将高钛重矿渣砂、高钛重矿渣石、多锚点纤维与胶凝材料干拌30s，让高钛重矿渣砂与胶凝材料充分的混合均匀，再加入部分水搅拌30s，使浆体充分的与高钛重矿渣集料接触，最后将剩余的部分水和减缩增韧剂加入搅拌机拌合60s～90s，即得基于低收缩抗裂耐磨桥面铺装层混凝土。

表5和表6为实施例1～4所生产矿渣集料制备的桥面铺装混凝土的各项技术指标：

表5  矿渣集料制备的桥面铺装混凝土的技术指标

上表说明，本发明矿渣集料制备的桥面铺装混凝土的各项物理性能良好，匀质性高，具有优异的工作性能。

表6  矿渣集料制备的桥面铺装混凝土的耐久性能技术指标

上表说明，本发明矿渣集料制备的桥面铺装混凝土具有良好的耐久性能。