CN119371157A - 适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料及其制备方法，属于混凝土材料制备技术领域。该混凝土材料，按重量份计，包括煅烧黏土200‑300份，石灰石100‑200份，水泥熟料220‑350份，再生微粉100‑300份，纤维5‑15份，水150‑250份，聚丙烯酰胺5‑15份，5‑15份CaO。有益效果如下：通过添加石灰石与煅烧黏土，取代传统硅酸盐水泥熟料，从而显著减少传统水泥生产过程中二氧化碳排放和能耗；而本发明采取再生微粉来作为细骨料，不仅解决了成本上的问题，同时对于碳化后形成的文石团聚在再生微粉周围，相对于石英砂，棱角分明，更有利于提高材料的耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于混凝土材料制备技术领域，具体涉及一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料及其制备方法。
背景技术
目前，公路需要养护的里程占公路总里程的99％以上。传统的养护形式噪声大、灰尘大，扰民，因此需要快速、绿色养护。装配式混凝土路面板在工厂预制，现场安装，是实现快速、绿色养护的方式之一。装配式混凝土路面板需要吊装和运输，普通混凝土自重大，容易在吊装及运输过程中产生裂缝，影响混凝土耐久性，因此，为了提高混凝土的耐久性，通常会加入细骨料、石英砂、大量的水泥等，这又会导致混凝土耐磨性较差，且水泥用量较大，碳排放较高，而且使用石英砂，成本较高。
因此，亟需一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料及其制备方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料及其制备方法，其通过掺入石灰石、煅烧粘土减少水泥用量，降低碳排放量；在LC3水泥中加入再生微粉，将碳化形成后的颗粒，作为骨料来制备，所得的材料具备较好的韧性、较高的抗压强度和耐久性，较低的碳排放等优点，从而可以解决背景技术中涉及的至少一个技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
本发明实施例提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料，按重量份计，包括煅烧黏土200-300份，石灰石100-200份，水泥熟料220-350份，再生微粉100-300份，纤维5-15份，水150-250份，聚丙烯酰胺5-15份，5-15份CaO。
可选的，所述水泥为P.O.42.5R普通硅酸盐水泥、水泥密度340g/cm3。
可选的，所述煅烧粘土包括占所述煅烧粘土质量百分之96％以上的Al2O3、SiO2、Fe2O3。
可选的，所述石灰石的密度为2930kg/m3，烧失量43.50％，含水率为0.2％。
可选的，所述纤维为PVA纤维，直径3-12mm。
可选的，所述聚丙烯酰胺的浓度为0.2×10–7-1.0×10-7mol/L。
本发明还提供了一种所述的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，按重量份计，提供煅烧黏土200-300份，石灰石100-200份，水泥熟料220-350份，再生微粉100-300份，纤维5-15份，水150-250份，聚丙烯酰胺5-15份，5-15份CaO；
步骤二，将再生微粉放入水中，用聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃的蒸馏水，制成有机底物；
步骤三，然后将5-15份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料；
步骤四，将CO2和N2的混合气体以1-5l/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，在80℃下，由培养基pH值控制反应，当pH值达到7时，停止反应，诱导生成文石，再生微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
步骤五，将煅烧粘土、石灰石、水泥熟料放入搅拌机搅拌一定时间，然后再加入水继续搅拌一定时间；
步骤六，将骨料和纤维加入搅拌机搅拌一定时间，得到混凝土浆体，倒入模具中；
步骤七，将模具在常温下静置一定时间，待浆体成型后，脱模得到试块，将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
可选的，步骤四中，CO2浓度为10％-30％，N2的浓度为。
可选的，步骤五中，水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入水继续搅拌2分钟。
可选的，步骤六中，骨料和纤维加入搅拌机搅拌10分钟。
本发明相较于现有技术具有如下有益效果：
(1)选用石灰石煅烧粘土水泥(LC3)为主，与普通水泥相比，通过在原有波特兰水泥体系中添加石灰石与煅烧黏土，取代传统硅酸盐水泥熟料，从而显著减少传统水泥生产过程中二氧化碳排放和能耗；
(2)相较于传统高韧的混凝土材料一般采用石英砂作为细骨料，但由于石英砂的成本以及资源较为匮乏而造成生产成本较高；而本发明采取再生微粉来作为细骨料，不仅解决了成本上的问题，同时对于碳化后形成的文石团聚在再生微粉周围，相对于石英砂，棱角分明，更有利于提高材料的耐磨性；同时，制备过程中需要利用二氧化碳，可以进一步降低碳排放，因此，本发明所采用的细骨料对保护环境，减少资源浪费有较为重要的意义。
具体实施方式
下面将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作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。
本发明实施例提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料，按重量份计，包括煅烧黏土200-300份，石灰石100-200份，水泥熟料220-350份，再生微粉100-300份，纤维5-15份，水150-250份，聚丙烯酰胺5-15份，5-15份CaO。
所述水泥为P.O.42.5R普通硅酸盐水泥、水泥密度340g/cm3。
所述煅烧粘土包括占所述煅烧粘土质量百分之96％以上的Al2O3、SiO2、Fe2O3。具体的，Al2O3、SiO2、Fe2O3占所述煅烧粘土质量百分之96.18％，其他化学成分仅占3.82％。
所述石灰石的密度为2930kg/m3，烧失量43.50％，含水率为0.2％。
所述纤维为PVA纤维，直径3-12mm。
所述聚丙烯酰胺的浓度为0.2×10–7-1.0×10-7mol/L。
所述水选用高纯度蒸馏水。
本发明还提供了一种所述的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，按重量份计，提供煅烧黏土200-300份，石灰石100-200份，水泥熟料220-350份，再生微粉100-300份，纤维5-15份，水150-250份，聚丙烯酰胺5-15份，5-15份CaO；
步骤二，将再生微粉放入水中，用聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃的蒸馏水，制成有机底物；
步骤三，然后将5-15份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料；
步骤四，将CO2和N2的混合气体以1-5L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，在80℃下，由培养基pH值控制碳化反应，当pH值达到7时，停止反应，诱导生成文石，再生微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
步骤五，将煅烧粘土、石灰石、水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，然后再加入水继续搅拌2分钟；
步骤六，将骨料和纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具中；
步骤七，将模具在常温下静置24h，待浆体成型后，脱模得到试块，将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
步骤四中，CO2浓度为10％-30％，N2为纯氮，另外，在该步骤中，碳化反应的原理是：
CO2和Ca(OH)2会生成碳酸钙，碳酸钙有三种晶体形态，分别是方形的方解石，球形的球霰石和纤维状的文石。一般CO2和Ca(OH)2反应生成方形的方解石。然后由于本发明提前加入了聚丙烯酰胺，同时又是在高温80度条件下反应，会影响碳化反应，形成的碳酸钙是纤维状的文石，从而可以提高耐磨性。
步骤五中，水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入水继续搅拌2分钟。
步骤六中，骨料和纤维加入搅拌机搅拌10分钟。
下面以具体实施例1-7和对比例1对本发明提供的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法进行详细说明。
实施例1
实施例1提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将200份再生微粉放入水中，用10份聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃蒸馏水制成有机底物，其中，聚丙烯酰胺浓度0.25×10-7mol/L；
(2)将10份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料，将CO2和N2的混合气体以1L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，CO2浓度为20％；在80℃下，由培养基pH值控制反应，当pH值达到7左右时，停止反应，诱导生成文石，微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
(3)将260份煅烧粘土、195份石灰石、300份水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入190份水继续搅拌2分钟；
(4)将180份骨料和10份纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具；
(5)将模具在常温下静置24h，等待浆体成型，24h之后，对已经成型的试块进行脱模处理，随后将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
实施例2
实施例2提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将200份再生微粉放入水中，用10份聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃蒸馏水制成有机底物，其中，聚丙烯酰胺浓度0.25×10-7mol/L；
(2)将10份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料，将CO2和N2的混合气体以2L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，CO2浓度为20％；在80℃下，由培养基pH值控制反应，当pH值达到7左右时，停止反应，可诱导生成文石，微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
(3)将260份煅烧粘土、195份石灰石、300份水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入190份水继续搅拌2分钟；
(4)将180份骨料和10份纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具；
(5)将模具在常温下静置24h，等待浆体成型，24h之后，对已经成型的试块进行脱模处理，随后将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
实施例3
实施例3提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将200份再生微粉放入水中，用10份聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃蒸馏水制成有机底物，其中，聚丙烯酰胺浓度0.25×10-7mol/L；
(2)将10份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料，将CO2和N2的混合气体以3L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，CO2浓度为20％；在80℃下，由培养基pH值控制反应，当pH值达到7左右时，停止反应，可诱导生成文石，微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
(3)将260份煅烧粘土、195份石灰石、300份水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入190份水继续搅拌2分钟；
(4)将180份骨料和10份纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具；
(5)将模具在常温下静置24h，等待浆体成型，24h之后，对已经成型的试块进行脱模处理，随后将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
实施例4
实施例4提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将200份再生微粉放入水中，用10份聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃蒸馏水制成有机底物，其中，聚丙烯酰胺浓度0.25×10-7mol/L；
(2)将10份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料，将CO2和N2的混合气体以2L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，CO2浓度为10％；在80℃下，由培养基pH值控制反应，当pH值达到7左右时，停止反应，可诱导生成文石，微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
(3)将260份煅烧粘土、195份石灰石、300份水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入190份水继续搅拌2分钟；
(4)将180份骨料和10份纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具；
(5)将模具在常温下静置24h，等待浆体成型，24h之后，对已经成型的试块进行脱模处理，随后将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
实施例5
实施例5提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将200份再生微粉放入水中，用10份聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃蒸馏水制成有机底物，其中，聚丙烯酰胺浓度0.25×10-7mol/L；
(2)将10份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料，将CO2和N2的混合气体以2L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，CO2浓度为30％；在80℃下，由培养基pH值控制反应，当pH值达到7左右时，停止反应，可诱导生成文石，微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
(3)将260份煅烧粘土、195份石灰石、300份水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入190份水继续搅拌2分钟；
(4)将180份骨料和10份纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具；
(5)将模具在常温下静置24h，等待浆体成型，24h之后，对已经成型的试块进行脱模处理，随后将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
实施例6
实施例6提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将200份再生微粉放入水中，用10份聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃蒸馏水制成有机底物，其中，聚丙烯酰胺浓度0.5×10-7mol/L；
(2)将10份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料，将CO2和N2的混合气体以2L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，CO2浓度为30％；在80℃下，由培养基pH值控制反应，当pH值达到7左右时，停止反应，可诱导生成文石，微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
(3)将260份煅烧粘土、195份石灰石、300份水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入190份水继续搅拌2分钟；
(4)将180份骨料和10份纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具；
(5)将模具在常温下静置24h，等待浆体成型，24h之后，对已经成型的试块进行脱模处理，随后将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
实施例7
实施例7提供了一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将200份再生微粉放入水中，用10份聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃蒸馏水制成有机底物，其中，聚丙烯酰胺浓度0.75×10-7mol/L；
(2)将10份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料，将CO2和N2的混合气体以2L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，CO2浓度为30％；在80℃下，由培养基pH值控制反应，当pH值达到7左右时，停止反应，可诱导生成文石，微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
(3)将260份煅烧粘土、195份石灰石、300份水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入190份水继续搅拌2分钟；
(4)将180份骨料和10份纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具；
(5)将模具在常温下静置24h，等待浆体成型，24h之后，对已经成型的试块进行脱模处理，随后将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
对比例1
对比例1提供了一种混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将260份煅烧粘土、195份石灰石、300份水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入190份水继续搅拌2分钟；
(2)180份石英砂和10份纤维加入搅拌机搅拌10分钟，得到混凝土浆体，倒入模具；
(3)将模具在常温下静置24h，等待浆体成型，24h之后，对已经成型的试块进行脱模处理，随后将试块放入标准养护箱中进行养护，得到混凝土材料。
对实施例1～7制备的骨料平均粒径进行测试。将所得适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料倒入模具中，在室温下养护1天后脱模，放入高湿度常温环境中进行27天养护，之后测试抗压强度、耐磨度，用单位面积的磨耗量表征耐磨度，测试结果如表1所示。
表1抗压强度、耐磨度测试结果
由表1可知，对比例1中的骨料粒径较小，耐磨度较低。采用碳化再生微粉制备的人造骨料，混凝土耐磨度有了明显提高。随气体流量、二氧化碳浓度、聚丙烯酰胺浓度的提高，人造骨料的粒径逐渐增大，混凝土耐磨性逐渐提高。由上所述，适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备完成，可广泛应用于公路工程建设中。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
此外，需要指出的是，本发明实施方式中的方法和系统的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料，其特征在于，按重量份计，包括煅烧黏土200-300份，石灰石100-200份，水泥熟料220-350份，再生微粉100-300份，纤维5-15份，水150-250份，聚丙烯酰胺5-15份，5-15份CaO。
2.根据权利要求1所述的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料，其特征在于，所述水泥为P.O.42.5R普通硅酸盐水泥、水泥密度340g/cm3。
3.根据权利要求1所述的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料，其特征在于，所述煅烧粘土包括占所述煅烧粘土质量百分之96％以上的Al2O3、SiO2、Fe2O3。
4.根据权利要求1所述的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料，其特征在于，所述石灰石的密度为2930kg/m3，烧失量43.50％，含水率为0.2％。
5.根据权利要求1所述的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料，其特征在于，所述纤维为PVA纤维，直径3-12mm。
6.根据权利要求1所述的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的浓度为0.2×10–7-1.0×10-7mol/L。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，按重量份计，提供煅烧黏土200-300份，石灰石100-200份，水泥熟料220-350份，再生微粉100-300份，纤维5-15份，水150-250份，聚丙烯酰胺5-15份，5-15份CaO；
步骤二，将再生微粉放入水中，用聚丙烯酰胺溶于100ml温度80℃的蒸馏水，制成有机底物；
步骤三，然后将5-15份CaO溶于100ml 80℃蒸馏水中消化，形成Ca(OH)2浆料；
步骤四，将CO2和N2的混合气体以1-5L/min的流速吹入Ca(OH)2料浆中，在80℃下，由培养基pH值控制碳化反应，当pH值达到7时，停止反应，诱导生成文石，再生微粉的碳化产物发生团聚，形成骨料；
步骤五，将煅烧粘土、石灰石、水泥熟料放入搅拌机搅拌一定时间，然后再加入水继续搅拌一定时间；
步骤六，将骨料和纤维加入搅拌机搅拌一定时间，得到混凝土浆体，倒入模具中；
步骤七，将模具在常温下静置一定时间，待浆体成型后，脱模得到试块，将试块放入标准养护箱中进行养护，得到适用于装配式路面板的耐磨高韧混凝土材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，CO2浓度为10％-30％，N2的浓度为。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤五中，水泥熟料放入搅拌机搅拌2分钟，加入水继续搅拌2分钟。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤六中，骨料和纤维加入搅拌机搅拌10分钟。
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