CN112521173A - 一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料及其制备方法，由低热水泥、粉煤灰、石灰石粉、聚合物乳液、10‑20mm碎石、水和减水剂组成，本发明采用石灰石粉多孔水泥混凝土材料作为坞室底板垫层，其孔隙率大，不仅便于积蓄和排出船只进出船坞带来的水，减小墙体及路面结构所承受的水压力与冲刷侵害，同时石灰石粉多孔水泥混凝土材料制备过程中增加初步润湿骨料步骤，有利于浆体充分包裹于骨料表面，拌合物自身工作性能好，便于施工和养护，适量的石灰石粉搭配低热水泥使得多孔混凝土力学性能提高，耐久适用，石灰石粉自身生产易得，价格低廉，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于混凝土制备技术领域，具体涉及一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料及其制备方法。
背景技术
在港口工程需封闭坞门的船坞中，常常由于船只进出带来较大水位变化，使得坞室两侧墙体及路面结构承受较大水压力，受冲刷影响较大，导致使用寿命较短，且维护成本较高。因此，将多孔水泥混凝土作为排水垫层，来减小水压力带来的不良影响。多孔水泥混凝土是一种由特殊级配组成、少砂或无砂同时内部孔隙多且大的水泥混凝土材料，这种水泥混凝土材料在环保方面极有优势，它能够在满足强度等路用性能要求的同时，又满足工程设计所需求的排水性能，能够有效的缓解并降低传统水泥混凝土路面对环境所造成的一系列不利影响。
石灰石粉是以一定纯度的石灰石为原料，经粉磨加工至规定细度的粉状材料。在我国，石灰石具有分布广泛、价格低廉、易于粉磨等优点。石灰石粉用于多孔水泥混凝土中不仅可以降低成本，提高资源利用率，而且其微集料效应可以解决多孔混凝土中胶凝材料水泥用量比例高，浆体流动性差，导致骨料表面浆体包裹不充分，骨料颗粒间粘结力降低，且易堵塞有效透水孔隙的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料及其制备方法，本发明所得石灰石粉多孔水泥混凝土28d抗压强度最高可达29MPa，抗折强度最高3.4MPa，孔隙率范围18%-26%，渗透系数1.4-2.5mm/s，具备一定强度，透水性能高，适用于海港工程路面排水垫层结构。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料，原材料由低热水泥、粉煤灰、石灰石粉、聚合物乳液、10-20mm碎石、水和减水剂组成，低热水泥:粉煤灰:石灰石粉：聚合物乳液:10-20mm碎石:水:减水剂的重量比为：(200~250):(50~70):(60~80):(30~40):(1000~1500): (90~110):(5~8)。
本发明中，所述低热水泥为强度42.5的P·LH低热硅酸盐水泥。
本发明中，所述粉煤灰为符合GBT1596-2017《用于水泥和混凝土的粉煤灰》的F II类粉煤灰。
本发明中，所述石灰石粉为符合GBT351 6 4-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉》的石灰石粉，碳酸钙含量不小于75%，45μm方孔筛筛余不大于45%，石灰石粉7d、28d抗压强度比不小于60%，石灰石粉用量占粉体材料（粉体材料由低热水泥、粉煤灰和石灰石粉组成）总重量的15%-25%。
本发明中，所述聚合物乳液为聚乙烯-乙烯乙酸酯与丙烯酸乳液共混复合交联技术制备的一种乳白色状液体，固体含量44%-50%，密度1.05-1.10g/cm3，pH值为5。
本发明中，所述碎石为符合GBT14685-2011《建设用卵石、碎石》的II类碎石，粒径为10~20mm连续级配。
本发明中，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为23%。
本发明中，所述水为普通混凝土拌合用水。
本发明所述的一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）首先按重量份分别称取低热水泥、粉煤灰、石灰石粉、聚合物乳液、10-20mm碎石、减水剂和水；
（2）将步骤（1）称取的10-20mm碎石、30%用水量投入到搅拌机中，搅拌1min，使其均匀混合，达到初步润湿骨料表面的效果；
（3）将步骤（1）称取的低热水泥、粉煤灰、石灰石粉投入步骤（2）所得产物中，继续搅拌1min，使其充分拌合；
（4）将步骤（1）称取的聚合物乳液、减水剂、70%用水量在搅拌过程中徐徐加入到步骤（3）所得产物中，继续搅拌1min，搅拌至均匀，得到石灰石粉多孔水泥混凝土材料；
（5）将石灰石粉多孔水泥混凝土材料运输至施工现场，采用机械或者人工摊铺的方法，将其摊铺在道路基层上，摊铺前清理基层表面并润湿，不得有积水；
（6）成型后的石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层采用薄膜或土工布封闭养护，养护期1～7d，在封闭养护期间无需补充水分。
本发明石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层的有益效果在于：
（1）石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层具有良好的排水性能：
作为多孔混凝土，其内部孔隙多且大，孔隙率范围在18%-26%，具备优良的排水性能，能够有效的将由于船只进入引起的水位上涨水量存储于垫层部位，减小坞室两侧墙体及路面面层所承受的水压力与海水冲刷侵蚀；
（2）石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层具有良好的工作性能：
石灰石粉部分取代水泥，使得水泥用量减少，延缓胶凝材料水化速度，降低了混凝土的坍落度经时损失。石灰石粉具有微集料效应，在胶凝体系中石灰石粉颗粒起到了分散和稀释作用，使得水泥颗粒解絮凝。水泥浆体流动性增强，可均匀有效包裹于骨料表面，易于摊铺施工及成型；
（3）石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层具有良好的力学性能：
适量石灰石粉的掺入为C-S-H凝胶提供了成核基体，降低了成核位垒，促进了水泥的水化，因此石灰石粉的使用可以增加硬化混凝土早期强度和抗折强度，降低混凝土脆性，改善混凝土的力学性能。同时采用低热水泥其后期水化效果好，硬化强度较高，对多孔混凝土骨料间胶结部位的力学性能起到增强作用；
（4）石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层变形性能强；
相比传统混凝土垫层，由于聚合物乳液的加入，使得多孔混凝土浆体易于拌和，粘度高，
粘聚性好，且可均匀包裹在粗骨料表面，混凝土成型后形成均匀的孔隙结构，显著提高其韧性，同时具备优良的水稳定性、温度稳定性及耐化学老化性；
（5）石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层经济性好：
采用石灰石粉多孔水泥混凝土材料可大量消耗石灰石粉，从而充分利用机制砂等生产所产生的石灰石粉。同时由于使用石灰石粉，其价格低廉，又减少水泥用量，极大节约了混凝土生产成本。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
水泥采用葛洲坝石门P•LH42.5低热水泥，28d抗压强度为46.1MPa；粉煤灰为海南东方电厂F II级粉煤灰，细度15%，需水量比97%，28d活性77%；石灰石粉采用海南陵水石灰石粉，45μm方孔筛筛余19%，碳酸钙含量82%，7d抗压强度比64%，28d抗压强度比70%；聚合物乳液为苏州建筑科学研究院有限公司生产的SJ型乳白色液体，固体含量50%，密度1.07g/cm3，pH值5；碎石为海南铁炉刚碎石，10～20mm连续级配，压碎值10.8%；减水剂为高性能聚羧酸减水剂，固含量为10%，减水率23%；水为自来水。
一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取各原材料，各原材料质量按单方用量计算分别为：水泥200kg，粉煤灰60kg，石灰石粉60kg，聚合物乳液32kg，10～20mm碎石1200kg，水96kg，外加剂6.4kg；
（2）将步骤（1）称取的10-20mm碎石、30%用水量投入搅拌机中，搅拌1min，使其均匀混合；
（3）将步骤（1）称取的低热水泥、粉煤灰、石灰石粉投入步骤（2）所得产物中，继续搅拌1min，使其充分拌合；
（4）将步骤（1）称取的聚合物乳液、减水剂、70%用水量在搅拌过程中徐徐加入到步骤（3）所得产物中，继续搅拌1min，搅拌至均匀，得到石灰石粉多孔水泥混凝土材料；
（5）将石灰石粉多孔水泥混凝土材料运输至施工现场，采用机械或者人工摊铺的方法，将其摊铺在道路基层上，摊铺前清理基层表面并润湿，不得有积水；
（6）成型后的石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层采用薄膜或土工布封闭养护，养护期1～7d，在封闭养护期间无需补充水分。
实施例2
水泥采用葛洲坝石门P•LH42.5低热水泥，28d抗压强度为46.1MPa；粉煤灰为海南东方电厂F II级粉煤灰，细度15%，需水量比97%，28d活性77%；石灰石粉采用海南陵水石灰石粉，45μm方孔筛筛余19%，碳酸钙含量82%，7d抗压强度比64%，28d抗压强度比70%；聚合物乳液为苏州建筑科学研究院有限公司生产的SJ型乳白色液体，固体含量50%，密度1.07g/cm3，pH值5；碎石为海南铁炉刚碎石，10～20mm连续级配，压碎值10.8%；减水剂为高性能聚羧酸减水剂，固含量为10%，减水率23%；水为自来水。
一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取各原材料，各原材料质量按单方用量计算分别为：水泥200kg，粉煤灰60kg，石灰石粉70kg，聚合物乳液33kg，10～20mm碎石1200kg，水99kg，外加剂6.6kg；
（2）将步骤（1）称取的10-20mm碎石、30%用水量投入搅拌机中，搅拌1min，使其均匀混合；
（3）将步骤（1）称取的低热水泥、粉煤灰、石灰石粉投入步骤（2）所得产物中，继续搅拌1min，使其充分拌合；
（4）将步骤（1）称取的聚合物乳液、减水剂、70%用水量在搅拌过程中徐徐加入到步骤（3）所得产物中，继续搅拌1min，搅拌至均匀，得到石灰石粉多孔水泥混凝土材料；
（5）将石灰石粉多孔水泥混凝土材料运输至施工现场，采用机械或者人工摊铺的方法，将其摊铺在道路基层上，摊铺前清理基层表面并润湿，不得有积水；
（6）成型后的石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层采用薄膜或土工布封闭养护，养护期1～7d，在封闭养护期间无需补充水分。
实施例3
水泥采用葛洲坝石门P•LH42.5低热水泥，28d抗压强度为46.1MPa；粉煤灰为海南东方电厂F II级粉煤灰，细度15%，需水量比97%，28d活性77%；石灰石粉采用海南陵水石灰石粉，45μm方孔筛筛余19%，碳酸钙含量82%，7d抗压强度比64%，28d抗压强度比70%；聚合物乳液为苏州建筑科学研究院有限公司生产的SJ型乳白色液体，固体含量50%，密度1.07g/cm3，pH值5；碎石为海南铁炉刚碎石，10～20mm连续级配，压碎值10.8%；减水剂为高性能聚羧酸减水剂，固含量为10%，减水率23%；水为自来水。
一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取各原材料，各原材料质量按单方用量计算分别为：水泥200kg，粉煤灰60kg，石灰石粉80kg，聚合物乳液34kg，10～20mm碎石1200kg，水102kg，外加剂6.8kg；
（2）将步骤（1）称取的10-20mm碎石、30%用水量投入搅拌机中，搅拌1min，使其均匀混合；
（3）将步骤（1）称取的低热水泥、粉煤灰、石灰石粉投入步骤（2）所得产物中，继续搅拌1min，使其充分拌合；
（4）将步骤（1）称取的聚合物乳液、减水剂、70%用水量在搅拌过程中徐徐加入到步骤（3）所得产物中，继续搅拌1min，搅拌至均匀，得到石灰石粉多孔水泥混凝土材料；
（5）将石灰石粉多孔水泥混凝土材料运输至施工现场，采用机械或者人工摊铺的方法，将其摊铺在道路基层上，摊铺前清理基层表面并润湿，不得有积水；
（6）成型后的石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层采用薄膜或土工布封闭养护，养护期1～7d，在封闭养护期间无需补充水分。
实施例4
水泥采用葛洲坝石门P•LH42.5低热水泥，28d抗压强度为46.1MPa；粉煤灰为海南东方电厂F II级粉煤灰，细度15%，需水量比97%，28d活性77%；石灰石粉采用海南陵水石灰石粉，45μm方孔筛筛余19%，碳酸钙含量82%，7d抗压强度比64%，28d抗压强度比70%；聚合物乳液为苏州建筑科学研究院有限公司生产的SJ型乳白色液体，固体含量50%，密度1.07g/cm3，pH值5；碎石为海南铁炉刚碎石，10～20mm连续级配，压碎值10.8%；减水剂为高性能聚羧酸减水剂，固含量为10%，减水率23%；水为自来水。
一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取各原材料，各原材料质量按单方用量计算分别为：水泥220kg，粉煤灰60kg，石灰石粉80kg，聚合物乳液36kg，10～20mm碎石1200kg，水108kg，外加剂7.2kg；
（2）将步骤（1）称取的10-20mm碎石、30%用水量投入搅拌机中，搅拌1min，使其均匀混合；
（3）将步骤（1）称取的低热水泥、粉煤灰、石灰石粉投入步骤（2）所得产物中，继续搅拌1min，使其充分拌合；
（4）将步骤（1）称取的聚合物乳液、减水剂、70%用水量在搅拌过程中徐徐加入到步骤（3）所得产物中，继续搅拌1min，搅拌至均匀，得到石灰石粉多孔水泥混凝土材料；
（5）将石灰石粉多孔水泥混凝土材料运输至施工现场，采用机械或者人工摊铺的方法，将其摊铺在道路基层上，摊铺前清理基层表面并润湿，不得有积水；
（6）成型后的石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层采用薄膜或土工布封闭养护，养护期1～7d，在封闭养护期间无需补充水分。
实施例5
水泥采用葛洲坝石门P•LH42.5低热水泥，28d抗压强度为46.1MPa；粉煤灰为海南东方电厂F II级粉煤灰，细度15%，需水量比97%，28d活性77%；石灰石粉采用海南陵水石灰石粉，45μm方孔筛筛余19%，碳酸钙含量82%，7d抗压强度比64%，28d抗压强度比70%；聚合物乳液为苏州建筑科学研究院有限公司生产的SJ型乳白色液体，固体含量50%，密度1.07g/cm3，pH值5；碎石为海南铁炉刚碎石，10～20mm连续级配，压碎值10.8%；减水剂为高性能聚羧酸减水剂，固含量为10%，减水率23%；水为自来水。
一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取各原材料，各原材料质量按单方用量计算分别为：水泥240kg，粉煤灰60kg，石灰石粉80kg，聚合物乳液38kg，10～20mm碎石1200kg，水114kg，外加剂7.6kg；
（2）将步骤（1）称取的10-20mm碎石、30%用水量投入搅拌机中，搅拌1min，使其均匀混合；
（3）将步骤（1）称取的低热水泥、粉煤灰、石灰石粉投入步骤（2）所得产物中，继续搅拌1min，使其充分拌合；
（4）将步骤（1）称取的聚合物乳液、减水剂、70%用水量在搅拌过程中徐徐加入到步骤（3）所得产物中，继续搅拌1min，搅拌至均匀，得到石灰石粉多孔水泥混凝土材料；
（5）将石灰石粉多孔水泥混凝土材料运输至施工现场，采用机械或者人工摊铺的方法，将其摊铺在道路基层上，摊铺前清理基层表面并润湿，不得有积水；
（6）成型后的石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层采用薄膜或土工布封闭养护，养护期1～7d，在封闭养护期间无需补充水分。
对实施例混凝土性能进行检测，试验参照GB/T50081《混凝土物理力学性能试验方法标准》和CJJ 134《透水混凝土路面技术规程》进行结果如表1：
表1性能检测结果
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 孔隙率（%） | 26 | 22 | 22 | 19 | 18 |
| 渗透系数（mm/s） | 2.5 | 2.2 | 2.1 | 1.6 | 1.4 |
| 28d抗折强度（MPa） | 2.6 | 2.8 | 2.9 | 3.4 | 3.4 |
| 28d抗压强度（MPa） | 20 | 24 | 24 | 26 | 29 |
根据检测结果说明，根据本发明制备的实施例可以保证28d抗折强度2.6～3.4MPa，28d抗压强度20～29MPa，孔隙率18～26%，渗透系数1.4～2.5mm/s，且工作性能良好，浇筑实体排水垫层强度及排水性能符合规范要求。
Claims (8)
1.一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料，其特征在于：原料由低热水泥、粉煤灰、石灰石粉、聚合物乳液、10-20mm碎石、水和减水剂组成，其中：水泥:粉煤灰:石灰石粉：聚合物乳液:10-20mm碎石:水:减水剂的重量比为：(200~250):(50~70):(60~80):(30~40):(1000~1500): (90~110):(5~8)。
2.根据权利要求1所述的一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料，其特征在于：所述低热水泥为强度42.5的P·LH低热硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料，其特征在于：所述粉煤灰为符合GBT 1596-2017《用于水泥和混凝土的粉煤灰》的F II类粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料，其特征在于：所述石灰石粉为符合GBT351 6 4-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉》的石灰石粉，碳酸钙含量不小于75%，45μm方孔筛筛余不大于45%，石灰石粉7d、28d抗压强度比不小于60%。
5.根据权利要求1所述的一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料，其特征在于：所述聚合物乳液为聚乙烯-乙烯乙酸酯与丙烯酸乳液共混复合交联技术制备的一种乳白色状液体，固体含量44%-50%，密度1.05-1.10g/cm3，pH值为5。
6.根据权利要求1所述的一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料，其特征在于：所述碎石为符合GBT14685-2011《建设用卵石、碎石》的II类碎石，粒径为10~20mm连续级配。
7.根据权利要求1所述的一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为23%，所述水为普通混凝土拌合用水。
8.一种如权利要求1所述的一种用于船坞坞室底板排水垫层的石灰石粉多孔水泥混凝土材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）首先按重量份称取低热水泥、粉煤灰、石灰石粉、聚合物乳液、10-20mm碎石、减水剂和水；
（2）将步骤（1）称取的10-20mm碎石、30%用水量投入搅拌机中，搅拌1min，使其均匀混合，达到初步润湿骨料表面的效果；
（3）将步骤（1）称取的低热水泥、粉煤灰、石灰石粉投入步骤（2）所得产物中，继续搅拌1min，使其充分拌合；
（4）将步骤（1）称取的聚合物乳液、减水剂、70%用水量在搅拌过程中徐徐加入到步骤（3）所得产物中，继续搅拌1min，搅拌至均匀，得到石灰石粉多孔水泥混凝土材料；
（5）将石灰石粉多孔水泥混凝土材料运输至施工现场，采用机械或者人工摊铺的方法，将其摊铺在道路基层上，摊铺前清理基层表面并润湿，不得有积水；
（6）成型后的石灰石粉多孔水泥混凝土材料排水垫层采用薄膜或土工布封闭养护，养护期1～7d，在封闭养护期间无需补充水分。
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