專利名稱：低等級公路用混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建設(shè)建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混凝土材料及其制備方 法，特別適用于用于低等級公路路面面層。
背景技術(shù)：
低等級公路(二級以下公路)是全國公路的重要組成部分，數(shù)量大、分布 廣、占區(qū)域路網(wǎng)里程的絕大部分。路面結(jié)構(gòu)型式主要是瀝青表面處治、貫入式、 瀝青混凝土等半剛性基層瀝青路面以及少量的柔性基層瀝青路面和水泥混凝土 路面。低等級公路采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)型式，傳統(tǒng)的水泥混凝土路面，是 以水泥作為膠結(jié)料的，造價較高。因此，降低工程造價、節(jié)省投資成為低等級 公路建設(shè)中一個帶有普遍性的問題。充分利用地方材料修筑公路，特別是工業(yè) 固體廢棄物，是減少建設(shè)成本的一種重要措施。由于具有技術(shù)簡單、利用量大 的特點(diǎn)，目前已有一些在公路工程建設(shè)中綜合利用工業(yè)固體廢棄物的嘗試，但 運(yùn)用領(lǐng)域基本局限于用做各等級公路底的基層，或用于二級和二級以下較低等級公路的路面基層，例如，申請?zhí)枮?3117804.5的中國專利申請公開的《堿渣 粉煤灰制回填土的方法》，又如申請?zhí)枮?00510072103.X的中國專利公開的 《廢堿渣代替生石灰配制公路路面結(jié)構(gòu)層綜合穩(wěn)定土的方法》。然而現(xiàn)有技術(shù)中 的這些利用工業(yè)固體廢棄物制備的混凝土由于存在強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，不能滿足作 為路面面層材料的要求，難以將其應(yīng)用為路面主體材料。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種成本低、強(qiáng)度高的低 等級公路用混凝土，可以將其作為低等級公路的路面主體材料。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的低等級公路用混凝土，由膠凝材料、砂石材料、水和硫酸鈉制成；其中膠凝材料由水泥、電石渣和粉煤灰組成，水泥的 質(zhì)量百分比為所述膠凝材料的35-45%,其余為電石渣和粉煤灰，電石渣與 粉煤灰質(zhì)量比為1: 2.7-3.3;各組分配比如下膠凝材料9-10重量份、砂石 材料35-37重量份、水3.2-4重量份、硫酸鈉的用量為電石渣和粉煤灰質(zhì)量 之和的3.25-3.75%。進(jìn)一步，所述電石渣中氧化鈣含量為50%以上；進(jìn)一步，所述電石渣與粉煤灰的質(zhì)量比為1: 3;進(jìn)一步，所述粉煤灰為II和III級粉煤灰；進(jìn)一步，硫酸鈉的用量為電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.5%。砂石材料中砂和石子的比例根據(jù)其規(guī)格的不同，按現(xiàn)有公路混凝土技術(shù) 中的配比即可，最佳的，其中砂的質(zhì)量百分比為25-45%,其余為石子。本發(fā)明還提供了一種低等級公路用混凝土的制備方法，包括如下步驟1)按前述低等級公路用混凝土的配比稱取原料；2 )將電石渣與石子攪拌0.5-1分鐘；3) 向步驟2)所得混合物中加入砂，攪拌0.5-1分鐘；4) 向步驟3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸鈉，攪拌1-1,5分鐘；5) 向步驟4)所得混合物中加入水，拌和2-4分鐘，制得混凝土拌和物。 進(jìn)一步，還包括對混凝土拌和物碾壓成型的步驟；進(jìn)一步，還包括對碾壓成型后的混凝土保養(yǎng)的步驟。本發(fā)明的機(jī)理在氫氧化鈣(Ca (OH) 2)和硫酸鹽的共同作用下，粉煤 灰顆粒表面的活性二氧化硅(Si02)產(chǎn)生水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣(CSH)凝 膠，活性氧化鋁(A1203)產(chǎn)生水化反應(yīng)生成4丐磯石。NaS04在系統(tǒng)中具有三個 方面的重要作用，第一，硫酸根離子(SO,)在Ca"的共同作用下與夾雜在粉 煤灰顆粒表面的偏鋁酸根離子(A1CV)生成鈣肌石。 一開始粉煤灰顆粒的鈣礬 石晶體是針狀的，隨著水化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，這些晶體將長大成棒狀鈣諷石晶 體，在粉煤灰顆粒表面形成空洞或縫隙，Ca^就會通過這些空洞和縫隙吸附到 粉煤灰顆粒表面，使粉煤灰水化繼續(xù)進(jìn)行。第二， SOf能置換CSH凝膠中的部分硅酸根離子(sio/-),這種置換主要發(fā)生在粉煤灰顆粒表面凝膠包裹層的外 圍，被置換出的SiCV-游離出來，與包裹層外Ca"又生成CSH。第三，NaS(Xt可 提高活性氧化鋁的溶解度，促進(jìn)活性氧化鋁的水化。由于粉煤灰的活性激發(fā)屬 二次水化反應(yīng)，早期強(qiáng)度發(fā)展較慢，因此復(fù)合部分水泥將提高膠凝材料體系的 早期強(qiáng)度，改善早期性能。如上所述，本發(fā)明的混凝土材料具有比普通混凝土更好的長期性能，其強(qiáng) 度增長在180d后仍然顯著；由于本發(fā)明混凝土的膠凝體系釆用硫酸鹽作為激發(fā) 劑，因此配制的混凝土對外界環(huán)境條件S(V-離子含量變化不敏感，比普通混凝 土具有更好的抗^ii酸鹽侵蝕性能；此外，本發(fā)明采用工業(yè)固體廢棄物電石渣和 粉煤灰替代55-65%的水泥作為低等級公路筑路混凝土原料，避免了環(huán)境污染， 節(jié)約土地資源，降低路面材料成本25-35%,現(xiàn)有的C3。混凝土路面，通常造價 在每立方米230元以上，但本發(fā)明的少水泥混凝土其成本僅在每立方米160元 左右。
具體實(shí)施方式
以下將對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。低等級公路用混凝土，由膠凝材料、砂石材料、水和硫酸鈉制成；其中 膠凝材料由水泥、電石渣和粉煤灰組成，水泥的質(zhì)量百分比為所述膠凝材料 的35-45%，其余為電石渣和粉煤灰，電石渣與粉煤灰質(zhì)量比為1: 2.7-3.3; 各組分配比如下膠凝材fl" 9-10重量份、砂石材料35-37重量份、水3.2-4 重量份、硫酸鈉的用量為電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.25-3.75%。砂石材料 中砂和石子的比例根據(jù)其規(guī)格的不同，按現(xiàn)有公路混凝土技術(shù)中的配比即 可，最佳的，其中砂的質(zhì)量百分比為25-45%,其余為石子。最佳的，所述水泥為普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，等級為32.5或42.5。 最佳的，所述電石渣為新生產(chǎn)的電石渣，堆放時間不超過7天，其中氧 化鉤含量為50%以上。最佳的，所述粉煤灰為n和in級粉煤灰。最佳的，所述砂、的粒徑分布在0-5mm之間。最佳的，所述石子的粒徑分布在5-20mm之間，粒徑分布在5-10mm之間 的石子為石子總重量的30-40%。以下給出本發(fā)明低等級公路用混凝土的幾個實(shí)施例 實(shí)施例1本實(shí)施例的低等級公路用混凝土由如下原料制成 膠凝材料500kg，其中42.5水泥175kg、其余為電石渣和III級粉煤灰， 電石渣與粉煤灰質(zhì)量比為1: 3;砂石材料1750kg，其中砂的質(zhì)量百分比為25%,其余為石子； 水200kg;電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.25%的硫酸鈉。 本實(shí)施例采用的方法如下1) 按上述比例稱取原料。2) 將電石渣與石子攪拌0.5分鐘；3 )向步驟2 )所得混合物中加入砂，攪拌1分鐘；4) 向步驟3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸鈉，攪拌1.5分鐘；5) 向步驟4)所得混合物中加入水，拌和4分鐘，制得混凝土拌和物；6) 在修筑混凝土路面的施工工藝中，采用碾壓工藝；采用碾壓工藝能有效 降低用水量，提高混凝土強(qiáng)度，減少路面收縮開裂，盡早開放路面交通；7) 混凝土初凝后立即進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生方法可以選擇薄膜、稻草或細(xì)砂覆蓋， 如采用稻草養(yǎng)護(hù)，成型后的混凝土表面應(yīng)在上面均勻鋪一層稻草，若為干稻草， 其松鋪厚度大約為10~15cm。然后立即灑水保濕養(yǎng)生，保濕養(yǎng)生時間不能低于 兩周。另外，路段還應(yīng)限制開放交通時間， 一周內(nèi)限制車輛通行，并且還需要 限制重型貨車等有可能使混凝土板破壞的車輛28天內(nèi)禁止通過。實(shí)施例2本實(shí)施例的低等級公路用混凝土由如下原料制成膠凝材料450kg，其中42.5水泥157.5kg，其余為電石渣和III級粉煤灰，為1: 2.7;砂石材料1850kg，其中砂的質(zhì)量百分比為45%，其余為石子； 水160kg;電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.55%的硫酸鈉。 本實(shí)施例釆用的方法如下1) 按上述比例稱取原料。2) 將電石渣與石子攪拌1分鐘；3) 向步驟2)所得混合物中加入砂，攪拌0.5分鐘；4) 向步驟3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和^f危酸鈉，攪拌l分鐘；5) 向步驟4)所得混合物中加入水，拌和2分鐘，制得混凝土拌和物；6) 在修筑混凝土路面的施工工藝中，采用碾壓工藝；采用碾壓工藝能有效 降低用水量，提高混凝土強(qiáng)度，減少路面收縮開裂，盡早開放路面交通；7) 混凝土初凝后立即進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生方法可以選擇薄膜、稻草或細(xì)砂覆蓋， 如采用稻草養(yǎng)護(hù)，成型后的混凝土表面應(yīng)在上面均勻鋪一層稻草，若為干稻草，其松鋪厚度大約為10~15cm。然后立即灑水保濕養(yǎng)生，保濕養(yǎng)生時間不能低于 兩周。另外，路段還應(yīng)限制開放交通時間， 一周內(nèi)限制車輛通行，并且還需要 限制重型貨車等有可能使混凝土板破壞的車輛28天內(nèi)禁止通過。 實(shí)施例3本實(shí)施例的低等級公路用混凝土由如下原料制成膠凝材料480kg，其中32.5水泥168kg,其余為電石渣和III級粉煤灰， 電石渣與粉煤灰質(zhì)量比為1: 3.3;砂石材料1800kg，其中砂的質(zhì)量百分比為35%，其余為石子； 水180kg;電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.75%的硫酸鈉。 本實(shí)施例采用的方法如下1) 按上述比例稱取原料。2) 將電石渣與石子攪拌0.8分鐘；73 )向步驟2)所得混合物中加入砂，攪拌0.8分鐘；4) 向步驟3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸鈉，攪拌L2分鐘；5) 向步驟4)所得混合物中加入水，拌和3分鐘，制得混凝土拌和物；6) 在修筑混凝土路面的施工工藝中，采用碾壓工藝；采用碾壓工藝能有效 降低用水量，提高混凝土強(qiáng)度，減少路面收縮開裂，盡早開放路面交通；7) 混凝土初凝后立即進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生方法可以選擇薄膜、稻草或細(xì)砂覆蓋， 如采用稻草養(yǎng)護(hù)，成型后的混凝土表面應(yīng)在上面均勻鋪一層稻草，若為干稻草， 其松鋪厚度大約為10~15cm。然后立即灑水保濕養(yǎng)生，保濕養(yǎng)生時間不能低于 兩周。另外，路段還應(yīng)限制開放交通時間， 一周內(nèi)限制車輛通行，并且還需要 限制重型貨車等有可能使混凝土板破壞的車輛28天內(nèi)禁止通過。實(shí)施例4本實(shí)施例的低等級公路用混凝土由如下原料制成 膠凝材料500kg，其中32.5水泥225kg，其余為電石渣和II級粉煤灰， 電石渣與粉煤灰質(zhì)量比為1: 3.1;砂石材料1750kg,其中砂的質(zhì)量百分比為30%,其余為石子； 水170kg;電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.5%的硫酸鈉。 本實(shí)施例采用的方法如下1) 按上述比例稱取原料。2) 將電石渣與石子攪拌0.6分鐘；3 )向步驟2 )所得混合物中加入砂，攪拌1分鐘；4) 向步驟3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸鈉，攪拌1.5分鐘；5) 向步驟4)所得混合物中加入水，拌和4分鐘，制得混凝土拌和物；6) 在修筑混凝土路面的施工工藝中，采用碾壓工藝；采用碾壓工藝能有效 降低用水量，提高混凝土強(qiáng)度，減少路面收縮開裂，盡早開放路面交通；7) 混凝土初凝后立即進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生方法可以選擇薄膜、稻草或細(xì)砂覆蓋， 如采用稻草養(yǎng)護(hù)，成型后的混凝土表面應(yīng)在上面均勻鋪一層稻草，若為干稻草，其+〉鋪厚度大約為10~15cm。然后立即灑水保濕養(yǎng)生，保濕養(yǎng)生時間不能低于 兩周。另外，路段還應(yīng)限制開放交通時間， 一周內(nèi)限制車輛通行，并且還需要 限制重型貨車等有可能^(吏混凝土板^C壞的車輛28天內(nèi)禁止通過。 實(shí)施例5本實(shí)施例的低等級公路用混凝土由如下原料制成 膠凝材料460kg，其中32.5水泥207kg,其余為電石渣和III級粉煤灰， 電石渣與粉煤灰質(zhì)量比為1: 3.2;砂石材料1800kg，其中砂的質(zhì)量百分比為40%，其余為石子； 水l嫩g;電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.4%的硫酸鈉。 本實(shí)施例釆用的方法如下1) 按上述比例稱取原料。2) 將電石渣與石子攪拌1分鐘；3) 向步驟2)所得混合物中加入砂，攪拌0.7分鐘；4) 向步驟3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸鈉，攪拌l分鐘；5) 向步驟4)所得混合物中加入水，拌和3分鐘，制得混凝土拌和物；6) 在修筑混凝土路面的施工工藝中，采用碾壓工藝；采用碾壓工藝能有效 降低用水量，提高混凝土強(qiáng)度，減少路面收縮開裂，盡早開放路面交通；7) 混凝土初凝后立即進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生方法可以選擇薄膜、稻草或細(xì)砂覆蓋， 如采用稻草養(yǎng)護(hù)，成型后的混凝土表面應(yīng)在上面均勻鋪一層稻草，若為干稻草，其松鋪厚度大約為10~15cm。然后立即灑水保濕養(yǎng)生，保濕養(yǎng)生時間不能低于 兩周。另外，路段還應(yīng)限制開放交通時間， 一周內(nèi)限制車輛通行，并且還需要 限制重型貨車等有可能使混凝土板破壞的車輛28天內(nèi)禁止通過。 實(shí)施例6本實(shí)施例的低等級公路用混凝土由如下原料制成 膠凝材料450kg，其中42.5水泥180kg,其余為電石渣和II級粉煤灰， 電石渣與粉煤灰質(zhì)量比為1: 2.8;砂石材料1850kg,其中砂的質(zhì)量百分比為35%,其余為石子； 水180kg;電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.3%的硫酸鈉。 本實(shí)施例采用的方法如下1) 按上述比例稱取原料。2) 將電石渣與石子攪拌0.5分鐘；3) 向步驟2)所得混合物中加入砂，攪拌l分鐘；4) 向步驟3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸鈉，攪拌1.5分鐘；5) 向步驟4)所得混合物中加入水，拌和4分鐘，制得混凝土拌和物；6) 在修筑混凝土路面的施工工藝中，采用碾壓工藝；采用碾壓工藝能有效 降低用水量，提高混凝土強(qiáng)度，減少路面收縮開裂，盡早開放路面交通；7) 混凝土初凝后立即進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生方法可以選擇薄膜、稻草或細(xì)砂覆蓋， 如采用稻草養(yǎng)護(hù)，成型后的混凝土表面應(yīng)在上面均勻鋪一層稻草，若為干稻草，其松鋪厚度大約為10~15cm。然后立即灑水保濕養(yǎng)生，保濕養(yǎng)生時間不能低于 兩周。另外，路段還應(yīng)限制開放交通時間， 一周內(nèi)限制車輛通行，并且還需要 限制重型貨車等有可能使混凝土板破壞的車輛28天內(nèi)禁止通過。 分別按上述實(shí)施例中制得的混凝土分別具有如下強(qiáng)度參數(shù) 實(shí)施例17d抗折強(qiáng)度2. 42MPa、抗壓強(qiáng)度14. 50MPa; 28d抗折強(qiáng)度3. 61MPa、抗壓 強(qiáng)度21. 42MPa; l謝抗折強(qiáng)度4. 57MPa、抗壓強(qiáng)度32. 35MPa。 實(shí)施例228d抗折強(qiáng)度3. 68MPa、抗壓強(qiáng)度21. 67MPa; 180d抗折強(qiáng)度4. 63MPa、抗 壓強(qiáng)度32. 50MPa。 實(shí)施例328d抗折強(qiáng)度3. 72MPa、抗壓強(qiáng)度19. 80MPa; 180d抗折強(qiáng)度4. 71MPa、抗 壓強(qiáng)度32.權(quán)pa 實(shí)施例428d抗折強(qiáng)度3. 98MPa、抗壓強(qiáng)度24. 80MPa; 180d抗4斤強(qiáng)度4. 75MPa、抗壓強(qiáng) 度35. l匿a。 實(shí)施例528d抗折強(qiáng)度3. 37MPa、抗壓強(qiáng)度20. 57MPa; 180d抗折強(qiáng)度4. 25MPa、抗壓強(qiáng)度3L 6替a。 實(shí)施例628d抗折強(qiáng)度3. 87MPa、抗壓強(qiáng)度22. lOMPa; 180d抗折強(qiáng)度4. 35MPa、抗壓強(qiáng) 度31. 95MPa。
權(quán)利要求
1.低等級公路用混凝土，其特征在于由膠凝材料、砂石材料、水和硫酸鈉制成；其中膠凝材料由水泥、電石渣和粉煤灰組成，水泥的質(zhì)量百分比為所述膠凝材料的35-45％，其余為電石渣和粉煤灰，電石渣與粉煤灰質(zhì)量比為1∶2.7-3.3；各組分配比如下膠凝材料9-10重量份、砂石材料35-37重量份、水3.2-4重量份、硫酸鈉的用量為電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.25-3.75％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低等級公路用混凝土，其特征在于所述電石 渣中氧化鈣含量為50%以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低等級公路用混凝土，其特征在于所述粉煤 灰為II或III級粉煤灰。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低等級公路用混凝土，其特征在于所述電石 渣與粉煤灰的質(zhì)量比為1: 3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的低等級公路用混凝土，其特征在 于硫酸鈉的用量為電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.5%。
6. 如權(quán)利要求1所述低等級公路用混凝土的制備方法，其特征在于包括如 下步驟1) 按權(quán)利要求1所述配比稱取原料；2) 將電石渣與石子攪拌0.5-1分鐘；3) 向步驟2)所得混合物中加入砂，攪拌0.5-1分鐘；4) 向步驟3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸鈉，攪拌1-1.5分鐘；5) 向步驟4)所得混合物中加入水，拌和2-4分鐘，制得混凝土拌和物。 根據(jù)權(quán)利要求5所述的所述低等級公路用混凝土制備方法，其特征在 于還包括對混凝土拌和物碾壓成型的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的所述低等級公路用混凝土制備方法，其特征在 于還包括對碾壓成型后的混凝土保養(yǎng)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低等級公路用混凝土，由膠凝材料、砂石材料、水和硫酸鈉制成；其中膠凝材料由水泥、電石渣和粉煤灰組成，水泥的質(zhì)量百分比為所述膠凝材料的35-45％，其余為電石渣和粉煤灰，電石渣與粉煤灰質(zhì)量比為1∶2.7-3.3；各組分配比如下膠凝材料9-10重量份、砂石材料35-37重量份、水3.2-4重量份、硫酸鈉的用量為電石渣和粉煤灰質(zhì)量之和的3.25-3.75％；本發(fā)明還公開了這種混凝土的制備方法，包括制備混凝土拌和物的步驟、采用碾壓工藝施工的步驟和養(yǎng)護(hù)的步驟。
文檔編號C04B7/26GK101328045SQ20081007001
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者墩 喬, 黨玉棟, 智 王, 王慶珍, 錢覺時, 黃煜鑌 申請人:重慶大學(xué)