CN108218472B

CN108218472B - 一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法

Info

Publication number: CN108218472B
Application number: CN201711368612.6A
Authority: CN
Inventors: 陈锡麟; 陈忠平; 李鹏; 潘敏尧; 何威; 冯波宇; 伍航宇; 黄小波; 黄威龙; 张善硕; 赵泽民
Original assignee: Guangdong Tongchuang Kexin Environmental Protection Co ltd
Current assignee: GUANGDONG TONGCHUANG KEXIN ENVIRONMENTAL PROTECTION Co.,Ltd.
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: CN108218472A

Abstract

本发明公开了一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法。这种施工方法包括以下步骤：1)制备硅灰水泥料浆：先将硅灰、水泥、矿粉、粉煤灰、石膏和铝矾土混合，再与水混合，得到硅灰水泥料浆；2)制备泡沫：催生发泡剂溶液发泡，得到泡沫；3)制备泡沫硅灰混凝土：将硅灰水泥料浆和泡沫混合，得到泡沫硅灰混凝土；4)泡沫硅灰混凝土浇注：将泡沫硅灰混凝土通过管道送至公路施工区域，自流浇注；5)泡沫硅灰混凝土养护：待泡沫硅灰混凝土终凝后，洒水养护。本发明提出将一种抗蚀硅灰胶凝材料应用于泡沫混凝土的公路高填方中，该施工工艺简便高效，可以实现连续浇注，并且其浇注质量符合现场施工的要求。

Description

一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法

技术领域

本发明涉及一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法。

背景技术

在山区修建高速公路，受到地形、地貌、水文地质条件的限制，不可避免的需要对原有路基进行高填方扩建施工；同时为了满足国家整体的规划要求，及更好的利用好开挖的土方资源，在进行高速公路改扩建时会越来越多的采用高填方路基的形式。在山区高等级公路中，填方和挖方路基占到80％，其中超过20m的高填方路堤不在少数。而随着国家政策的推动，交通建设发展迅速，在今后的高速公路改扩建中高路堤的结构形式无论是在数量上还是高度上，都将进一步提高，高路堤也将成为路基结构的主要形式。

在高填方路基区域，由于土体竖直压力较大，对其底部基槽承载力要求较高，而且往往由于工期较紧，无法给与其充足的自然沉降时间，致使新修道路容易在使用过程中出现不均匀沉降现象。而轻质泡沫混凝土重量比同体积的混凝土轻，约占30％～50％，可以大大减少相应压力及后期沉降，故采用轻质泡沫混凝土进行公路的高填方应用，可以大规模节省后期的维护成本和保证交通安全。

在海水中的SO₄ ^2-离子的含量达2500～2700mg/L，会对沿海地区的建筑物产生很大的腐蚀，而沿海地区都是经济发达的地区，有很多大型的建筑例如高楼大厦、公路桥涵和一些跨海大桥，海水腐蚀会对经济和生活造成很大的损失；在我国西部地区有很多盐碱地、盐湖区以及地下水中普遍存在着硫酸盐，它会对水泥混凝土的公路桥涵及构造物产生明显的腐蚀作用，并对建筑物地基和地下设施构成一种严酷的腐蚀环境，影响其耐久性和安全性。许多文献表明：绝大多数的硫酸盐对于硬化的水泥浆体都有显著的侵蚀作用。

硫酸盐对水泥材料的腐蚀包括物理和化学腐蚀两种形式，一般腐蚀过程都是物理和化学腐蚀的综合同时进行的。腐蚀机理也较为复杂，迄今尚未完全明确具体的腐蚀过程。物理腐蚀被称为“一种特殊的腐蚀类型”，主要是由Na₂SO₄向Na₂SO₄·10H₂O转变引起，其过程产生结晶压力造成混凝土材料的开裂和剥落。化学腐蚀主要是腐蚀介质通过的微裂纹进入水泥石的内部，硫酸根离子与水泥水化产物Ca(OH)₂反应形成石膏，再和水化铝酸钙反应生成钙矾石，从而使固相体积增加了分别为124％和94％，体积膨胀，产生内应力，使混凝土材料开裂和剥落，因此水化铝酸钙和Ca(OH)₂的存在是造成化学腐蚀的首要因素。

为了解决上述硫酸盐对水泥材料腐蚀的问题，需要研发一种适用于公路高填方用的抗蚀胶凝材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法，包括以下步骤：

1)制备硅灰水泥料浆：在搅拌机中，先将硅灰、水泥、矿粉、粉煤灰、石膏和铝矾土混合，再与水混合，得到硅灰水泥料浆；

2)制备泡沫：在发泡机中，将混凝土发泡剂和水混合配制发泡剂溶液，催生发泡剂溶液发泡，得到泡沫；

3)制备泡沫硅灰混凝土：将硅灰水泥料浆和泡沫混合，得到泡沫硅灰混凝土；

4)泡沫硅灰混凝土浇注：将泡沫硅灰混凝土通过管道送至公路施工区域，自流浇注；

5)泡沫硅灰混凝土养护：待泡沫硅灰混凝土终凝后，洒水养护。

步骤1)中，硅灰、水泥、矿粉、粉煤灰、石膏和铝矾土的质量比为1：(1.2～1.6)：(2.2～2.6)：(2.6～3)：(0.8～1.2)：(0.15～0.25)：(0.15～0.25)。

步骤1)中，硅灰的比表面积为18m²/g～25m²/g，硅灰的SiO₂含量>92wt％。

步骤1)中，硅灰水泥料浆的固含量为55wt％～65wt％。

步骤2)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：(18～20)；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.7MPa～0.9MPa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的18～22倍。

步骤3)中，泡沫占泡沫硅灰混凝土总体积的60％～70％。

步骤3)中，泡沫硅灰混凝土的湿密度控制在500kg/m³～600kg/m³。

步骤4)中，公路施工区域是将施工场地用模板分隔成若干块的施工区域，模板的高度≤1m，每块施工区域的面积≤400m²。

步骤4)中，管道的出口与泡沫硅灰混凝土的浇注面平齐。

步骤5)中，养护的时间不少于10天。

本发明的有益效果是：

本发明提出将一种抗蚀硅灰胶凝材料应用于泡沫混凝土的公路高填方中，该施工工艺简便高效，可以实现连续浇注，并且其浇注质量符合现场施工的要求。

具体实施方式

优选的，步骤1)中，硅灰、水泥、矿粉、粉煤灰、石膏和铝矾土的质量比为1：(1.2～1.6)：(2.2～2.6)：(2.6～3)：(0.8～1.2)：(0.15～0.25)：(0.15～0.25)；进一步优选的，步骤1)中，硅灰、水泥、矿粉、粉煤灰、石膏和铝矾土的质量比为1：(1.3～1.5)：(2.3～2.5)：(2.7～2.9)：(0.9～1.1)：(0.18～0.22)：(0.18～0.22)。

优选的，步骤1)中，硅灰的比表面积为18m²/g～25m²/g，硅灰的SiO₂含量>92wt％。

优选的，步骤1)中，水泥为普通硅酸盐水泥，矿粉为高炉矿渣粉，粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰。

优选的，步骤1)中，硅灰水泥料浆的固含量为55wt％～65wt％；进一步优选的，步骤1)中，硅灰水泥料浆的固含量为60wt％。

优选的，步骤2)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：(18～20)；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.7MPa～0.9MPa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的18～22倍；进一步优选的，步骤2)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：19；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.8MPa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的20倍。

进一步的，步骤2)中，混凝土发泡剂为泡沫轻质土制备使用的常规发泡剂，如松香酸皂类发泡剂、金属铝粉发泡剂、植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂等。

优选的，步骤3)中，泡沫占泡沫硅灰混凝土总体积的60％～70％。

优选的，步骤3)中，泡沫硅灰混凝土的湿密度控制在500kg/m³～600kg/m³。

优选的，步骤4)中，公路施工区域是将施工场地用模板分隔成若干块的施工区域，模板的高度≤1m，每块施工区域的面积≤400m²。

优选的，步骤4)中，管道的出口与泡沫硅灰混凝土的浇注面平齐。

优选的，步骤5)中，养护的时间不少于10天；进一步优选的，步骤5)中，养护的时间为10～14天。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。

实施例：

1、施工场地准备

场地准备包括：场地平整，清扫场地垃圾及浮尘，清理场地中的浮土，以免影响浇注过后泡沫混凝土与基层的结合力，保持待处理场地干净、平整、坚固和干燥；天气干燥时对场地进行洒水预处理，润湿场地，至少洒两遍，以增加浇注层与基层的结合力，但基层表面不得有明显的积水，以防止基层因吸水过大而造成泡沫混凝土中的泡沫破裂；将施工场地用模板分隔成面积不大于400m²的区域，并用模板支架固定模板，防止施工过程中泡沫混凝土的侧压力致使模板倒塌；模板高度根据每次施工需要调整，每次施工高度不超过1m。

2、制备硅灰水泥料浆

将175份质量份的水泥，300份质量份的矿粉，350份质量份的粉煤灰，125份质量份的硅灰，25份质量份的石膏和25份质量份的铝钒土加入搅拌机中搅拌10-15分钟，搅拌转速控制在20～40r/min，以防止粉体搅拌时扬尘；在初步混合均匀的搅拌桶内加入667份质量的水，然后开启搅拌机继续搅拌10min，混合成浓度为60％的硅灰水泥料浆。

所用的水泥为华润牌普通P·O42.5水泥；矿粉为高炉矿渣经粉碎、筛选所得，其化学成份及各种成分的比例为：SiO₂含量为39.25wt％，CaO含量为39.36wt％，MgO含量为7.43wt％，Al₂O₃含量为12.22wt％，S的氧化物含量为1.32wt％，其它氧化物占0.42wt％；高炉矿渣粉的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占9wt％，粒径小于5.3μm的颗粒占35wt％，粒径小于7.55μm的颗粒占53wt％，粒径小于10.71μm的颗粒占65wt％，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt％；粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰；硅灰为成都东蓝星科技发展有限公司生产的EBS-S型硅灰，氮吸附法测定的比表面积为20m²/g，密度2.26g/cm³；硅灰的成份为SiO₂含量为93.6％，Al₂O₃含量为0.51％，Fe₂O₃含量为1.02％，CaO含量0.63％，MgO含量0.97％，其余为烧失量；石膏的CaSO₄含量≥99.8％，粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.35μm的颗粒占40wt％，粒径小于6.83μm的颗粒占40wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt％，粒径小于36.38μm的颗粒占90wt％；铝矾土各化学成份比例为：SiO₂含量为8.17％，Al₂O₃含量为85.07％，Fe₂O₃含量为1.18％，TiO₂含量为3.76％，CaO含量为0.24％，MgO含量为0.21％，K₂O含量为0.44％；铝矾土通过200目粒径的比例占99.5wt％。

选取华润牌普通P·O42.5水泥作为胶凝剂进行对比，同样方法将P·O42.5水泥和水混合成60％的对比例水泥料浆。将制备得到的实施例硅灰水泥料浆与对比例的料浆分别进行腐蚀性能测试，其测试方法为：①浆体灌注在70.7*70.7*70.7mm标准三联试模中，每组样品浇注两组，试件在湿气常温养护1天、水中标准养28天，然后分别浸入自来水和5％的Na₂SO₄溶液中养护15周，测定其压强的平均值；②浆体灌注在40*40*160mm标准三联试模中，每组样品浇注两组，试件在湿气常温养护1天、水中标准养28天，然后分别浸入自来水和5％的Na₂SO₄溶液中养护15周，测定其膨胀率。结果证明，测试①中，对比例的试件在自来水养护以及5％的Na₂SO₄溶液中养护中的强度结果分别为29.5MPa和22.6MPa，而本实施例的试件分别为30.8MPa和27.4MPa；测试②中，对比例的试件在自来水养护以及5％的Na₂SO₄溶液中养护中的膨胀率结果分别为1.42×10^-4和2.56×10^-4，而本实施例的试件分别为0.51×10^-4和0.92×10^-4。由此可见，本实施例的硅灰胶凝材料比普通水泥有更好的耐蚀性。

3、制备泡沫

将发泡机的发泡剂进料管接到混凝土发泡剂中，同时接好发泡机的进水管，设定好稀释倍率为20，即发泡剂和水的质量比为1：19，配成发泡剂溶液。然后联接好空气压缩机，设定好空气压缩机的压强为0.8MPa，开始发泡，最终的发泡倍率为20倍，即按体积发泡剂溶液：泡沫＝1：20，泡沫直径为0.5～3mm。

4、制备泡沫硅灰混凝土

将步制备好的硅灰水泥料浆通过泵送管道匀速输送进发泡机的水泥料浆进料口，同时将制备好的泡沫输送进发泡机的搅拌仓进行搅拌，待两者混合均匀后，取混合好的硅灰泡沫混凝土测量湿密度，控制湿密度在500kg/m³～600kg/m³之间，此时泡沫量占总泡沫混凝土体积的60％～70％。经检测，制备得到的泡沫硅灰混凝土其流动度为342～348，可以实现自流输送。

5、泡沫硅灰混凝土浇注

将混合好的泡沫混凝土通过管道泵送到准备好的公路高填方工作区，管道口与泡沫硅灰混凝土的液面平齐，尽量减少泡沫硅灰混凝土与空气的接触，防止消泡。待一个预定的工作区浇注高度达到设计高度后，可以提高管道口对泡沫硅灰混凝土进行整体扫平，然后停止供料，转移管道去下一个工作区，已浇注的工作区不用进行人工刮平。

6、泡沫硅灰混凝土养护

泡沫硅灰混凝土终凝后即开始洒水养护，防止泡沫混凝土表面失水干缩开裂。夏季时，每天洒水至少3次；冬季时，养护温度应控制在0～35℃。养护期限不得少于10天，可以适当延长到14天。经过养护后，其强度可达到1MPa以上，满足现场的施工要求。

通过本发明的施工方法，利用湿密度为500kg/m³～600kg/m³之间的泡沫硅灰混凝土，可以实现自流平，同时其强度还能达到工程的要求，不用像目前的施工方法，还需要人工去刮平，节省大量的人工，同时提高浇筑的效率，缩短施工的工期。在泡沫混凝土的制备过程中使用了硅灰这种材料，不但为公路高填方混凝土提供了新的材料来源，而且可以有效地提高胶凝材料的抗腐蚀性能。

Claims

1.一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）制备硅灰水泥料浆：在搅拌机中，先将硅灰、水泥、矿粉、粉煤灰、石膏和铝矾土混合，再与水混合，得到硅灰水泥料浆；

2）制备泡沫：在发泡机中，将混凝土发泡剂和水混合配制发泡剂溶液，催生发泡剂溶液发泡，得到泡沫；

3）制备泡沫硅灰混凝土：将硅灰水泥料浆和泡沫混合，得到泡沫硅灰混凝土；

4）泡沫硅灰混凝土浇注：将泡沫硅灰混凝土通过管道送至公路施工区域，自流浇注；

5）泡沫硅灰混凝土养护：待泡沫硅灰混凝土终凝后，洒水养护；

所述步骤1）中，将175份质量份的水泥，300份质量份的矿粉，350份质量份的粉煤灰，125份质量份的硅灰，25份质量份的石膏和25份质量份的铝钒土混合；

所述水泥为普通P·O42.5水泥；

所述矿粉为高炉矿渣经粉碎、筛选所得，其化学成份及各种成分的比例为：SiO₂含量为39.25wt%，CaO含量为39.36wt%，MgO含量为7.43wt%，Al₂O₃含量为12.22wt%，S的氧化物含量为1.32wt%，其它氧化物占0.42wt%；高炉矿渣粉的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占9wt%，粒径小于5.3μm的颗粒占35wt%，粒径小于7.55μm的颗粒占53wt%，粒径小于10.71μm的颗粒占65wt%，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt%；

所述粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰；

所述硅灰的比表面积为20m²/g，密度2.26g/cm³；硅灰的成份为SiO₂含量为93.6%，Al₂O₃含量为0.51%，Fe₂O₃含量为1.02%，CaO含量0.63%，MgO含量0.97%，其余为烧失量；

所述石膏的粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt%，粒径小于5.35μm的颗粒占40wt%，粒径小于6.83μm的颗粒占40wt%，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt%，粒径小于36.38μm的颗粒占90wt%；

所述铝矾土各化学成份比例为：SiO₂含量为8.17%，Al₂O₃含量为85.07%，Fe₂O₃含量为1.18%，TiO₂含量为3.76%，CaO含量为0.24%，MgO含量为0.21%，K₂O含量为0.44%；铝矾土通过200目粒径的比例占99.5wt%；

所述硅灰水泥料浆的固含量为55wt%~65wt%；

所述步骤3）中，泡沫占泡沫硅灰混凝土总体积的60%~70%；泡沫硅灰混凝土的湿密度控制在500kg/m³~600kg/m³；

所述步骤4）中，公路施工区域是将施工场地用模板分隔成若干块的施工区域，模板的高度≤1m，每块施工区域的面积≤400m²；管道的出口与泡沫硅灰混凝土的浇注面平齐。

2.根据权利要求1所述的一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法，其特征在于：步骤2）中，混凝土发泡剂与水的质量比1：（18~20）；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.7MPa~0.9MPa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的18~22倍。

3.根据权利要求1所述的一种抗蚀硅灰胶凝材料在公路中的施工方法，其特征在于：步骤5）中，养护的时间不少于10天。