專利名稱：一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及道路水泥混凝土路面材料制備領域，具體涉及一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料及其制備方法。
背景技術：
火力發電產生的粉煤灰排放已經成為中國工業固體廢物的最大單一污染源，每消耗4噸煤就會產生1噸粉煤灰。中國的火電裝機容量從2002年起呈現出爆炸式的增長，因此，粉煤灰排放也在過去8年內增長了 2. 5倍。2009年，中國粉煤灰產量達到了 3. 75億噸， 相當于當年中國城市生活垃圾總量的兩倍多，其體積可達到4. M億立方米，相當于每兩分半鐘就倒滿一個標準游泳池，或每天一個水立方。粉煤灰不僅占用了大量的土地，而且其中含有大量的有害物質已不可避免地污染了周圍的土壤、空氣和水，威脅到附近居民的身體健康。面對嚴峻的粉煤灰污染，我國的粉煤灰綜合利用水平還處于較低的階段，粉煤灰綜合回收利用率可能都不到30%。為此，我們必須探索粉煤灰綜合利用的新路，提高粉煤灰利用率。水泥混凝土路面作為粉煤灰綜合利用的一個重要領域，國內外的研究工作者進行了大量的探索。在我國，粉煤灰在水泥混凝土路面中的應用，大多是作為水泥的替代品， 用于改善混凝土的和易性。相應的我國《公路水泥混凝土路面施工技術規范》中規定粉煤灰混凝土的設計采用的是超量取代法，超量系數一般取1. 2，且代替水泥的粉煤灰摻量宜 <30%。這樣的設計方法是在不摻粉煤灰的混凝土的基礎上進行的，集中考慮的是混凝土中水泥與骨料的性質，它沒有考慮要用粉煤灰對混凝土的強度貢獻，往往得不到最為經濟的混凝土配比。隨著高摻量粉煤灰混凝土技術的發展，發現綜合使用高效減水劑、活性激發劑可以提高混凝土的粉煤灰利用率，節約水泥用量；有效減少混凝土泌水量，改善骨料、漿體間的界面粘結；減少混凝土的離析和泌水現象；促進粉煤灰的火山灰效應，對混凝土的強度持續增長做出貢獻；降低混凝土水化熱，減少混凝土的開裂；有效地激發粉煤灰的活性，提高混凝土的后期強度和耐久性。但是由于粉煤灰在水泥混凝土路面中的應用技術較為落后，且沒有形成成熟的高摻量粉煤灰混凝土配合比設計方法，缺乏技術經濟可行的高摻量粉煤灰混凝土路面材料技術方案，高摻量粉煤灰混凝土很少在路面工程中應用。

發明內容
本發明新型就是針對上述現有技術領域中存在的缺陷，在混凝土材料設計時，把粉煤灰作為混凝土的重要組成部分看待，考慮粉煤灰對混凝土強度的貢獻，提供了一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料技術方案及其制備方法，以解決高摻量粉煤灰混凝土在路面工程中的應用問題，提高路面使用性能和耐久性，降低全壽命周期成本。
1、技術方案
一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料，按下述重量配比的原料制成水泥192份，粉煤灰 192份，水139份，中砂587份，碎石1307份，復合外加劑6. 53份；其中水泥采用普通硅酸鹽42. 5級水泥，粉煤灰采用I級粉煤灰，粉煤灰摻量為50%，水膠比0. 36，砂率31% ；碎石采用石灰巖碎石，復合外加劑由高效減水劑和粉煤灰活性激發劑組成，高效減水劑與粉煤灰活性激發劑的質量比為72:28，復合外加劑中高效減水劑為萘磺酸鹽甲醛縮合物，硫酸鈉含量彡20%，含水率彡8. 0%，ΡΗ值疒9，減水率> 20% ；粉煤灰活性激發劑采用熟石灰和芒硝。活性激發采用堿激發和硫酸鹽激發的復合化學激發方法，促使粉煤灰玻璃體解聚， 腐蝕粉煤灰顆粒表面，促使Si-O和Al-O鍵斷裂以及顆粒表面的蜂窩化，從而提高粉煤灰與 Ca(OH)2的水化進程。一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料制備方法，包括如下步驟首先，稱取如權利要求1所述配料比例的水泥、粉煤灰、水、中砂、碎石、復合外加劑備用；再在常溫條件下，將水泥、粉煤灰、中砂、碎石干拌均勻；然后加水、復合外加劑充分攪拌，即制得高摻量粉煤灰混凝土路面材料。3、技術先進性
(I ]本發明新型混凝土材料采用I級粉煤灰，摻量由原先的209Γ30%增加到50%，。I I粗集料(碎石)應質地堅硬、耐久、潔凈，采用石灰巖碎石，最大公稱粒徑為 31. 5mm ο[31細集料(天然砂或石屑)質地堅硬、耐久、潔凈，細度模數宜在2. 5以上。丨41本發明通過綜合使用粉煤灰、高效減水劑以及活性激發劑，節約了水泥用量，減小了水膠比，僅為0. 36，有效解決了路面開裂問題，同時大大提高了混凝土的早期與后期強度增長、保證了體積穩定性及較好的耐久性。
具體實施例方式對照例
混合料級配類型最大公稱粒徑為31. 5mm，滿足規范級配范圍要求。水泥水中砂碎石=384:150:587:1307 (質量比)。其中，采用普通硅酸鹽42. 5
級水泥I級粉煤灰、石灰巖碎石。首先，按配料比例稱取水泥、水、砂、碎石備用；其次，在常溫條件下，先將水泥、砂、 碎石干拌均勻然后加水充分攪拌，即制得對照例中未摻粉煤灰的混凝土路面材料。
實例1
某高速公路設計基準期內標準軸載累計作用次數為100萬次，則混凝土面層可以采用本發明新型的高摻量粉煤灰混凝土材料。設計指標要求為抗折強度5.0MPa， 抗壓強度:35MPa以上，含氣量5士 1%，水膠比0. 32、. 4 ；坍落度3(T50mm。為此，提出高摻量粉煤灰混凝土材料配比方案為水泥粉煤灰水中砂碎石復合外加劑 =192:192:139:587:1307:6. 53 (質量比)。配合比設計參數分別為，粉煤灰摻量為50%，水膠
比0. 36，砂率31%。其中，采用的是普通硅酸鹽42. 5級水泥、I級粉煤灰、文水中砂、文水石灰巖碎石、復合外加劑。
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實例2
某高速公路設計基準期內標準軸載累計作用次數為300萬次，則混凝土面層可以采用本發明新型的高摻量粉煤灰混凝土材料。設計指標要求為抗折強度5.0MPa， 抗壓強度:35MPa以上，含氣量5士 1%，水膠比0. 32、. 4 ；坍落度3(T50mm。為此，提出高摻量粉煤灰混凝土材料配比方案為水泥粉煤灰水中砂碎石復合外加劑 =192:192:139:587:1307:6. 53 (質量比)。配合比設計參數分別為，粉煤灰摻量為50%，水膠
比0. 36，砂率31%。其中，采用的是普通硅酸鹽42. 5級水泥、I級粉煤灰、文水中砂、文水石
灰巖碎石、復合外加劑。實例3
某高速公路設計基準期內標準軸載累計作用次數為600萬次，則混凝土面層可以采用本發明新型的高摻量粉煤灰混凝土材料。設計指標要求為抗折強度5.0MPa， 抗壓強度:35MPa以上，含氣量5士 1%，水膠比0. 32、. 4 ；坍落度3(T50mm。為此，提出高摻量粉煤灰混凝土材料配比方案為水泥粉煤灰水中砂碎石復合外加劑 =192:192:139:587:1307:6. 53 (質量比)。配合比設計參數分別為，粉煤灰摻量為50%，水膠
比0. 36，砂率31%。其中，采用的是普通硅酸鹽42. 5級水泥、I級粉煤灰、文水中砂、文水石灰巖碎石、復合外加劑。實施實例廣3的高摻量粉煤灰混凝土路面材料的制備方法中，首先，按照配料比例稱取水泥、粉煤灰、水、中砂、碎石、復合添加劑備用。其中，復合外加劑由高效減水劑和粉煤灰活性激發劑組成。其中高效減水劑為 β-萘磺酸鹽甲醛縮合物，是一種棕黃色粉末。硫酸鈉含量彡20%，含水率彡8. 0%，ΡΗ值疒9， 減水率彡20%。活性激發采用熟石灰Ca(OH)2 (堿激發)和芒硝(Na2S04· IOH2O)(硫酸鹽激發)的復合化學激發方法。復合外加劑中高效減水劑與活性激發劑的質量比為72:觀。其次，在常溫條件下，采用強制式攪拌機先將水泥、粉煤灰、砂、碎石干拌均勻，然后加水、復合添加劑充分攪拌，拌和時間不少于^s。即制得高摻量粉煤灰混凝土路面材料。下面為本發明的實施例樣品的性能測試結果
本發明新型的高摻量粉煤灰混凝土路面材料的坍落度為3(T50mm。抗折強度見表1。表1高摻量粉煤灰混凝土抗折強度
權利要求
1.一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料，其特征是按下述重量配比的原料制成水泥192份，粉煤灰192份，水139份，中砂587份，碎石1307份， 復合外加劑6. 53份；其中水泥采用普通硅酸鹽42. 5級水泥，粉煤灰采用 I級粉煤灰，粉煤灰摻量為50%，水膠比0. 36，砂率31% ；碎石采用石灰巖碎石，復合外加劑由高效減水劑和粉煤灰活性激發劑組成，高效減水劑與粉煤灰活性激發劑的質量比為 72:28。
2.據權利要求1所述的一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料，其特征是復合外加劑中高效減水劑為β -萘磺酸鹽甲醛縮合物，硫酸鈉含量彡20%，含水率彡8. 0%，PH值疒9，減水率> 20% ；粉煤灰活性激發劑采用熟石灰和芒硝。
3.一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料制備方法，其特征是包括如下步驟首先，稱取如權利要求1所述配料比例的水泥、粉煤灰、水、中砂、碎石、復合外加劑備用；再在常溫條件下，將水泥、粉煤灰、中砂、碎石干拌均勻；然后加水、復合外加劑充分攪拌，即制得高摻量粉煤灰混凝土路面材料。
全文摘要
一種高摻量粉煤灰混凝土路面材料，按下述重量配比的原料制成水泥192份，粉煤灰192份，水139份，中砂587份，碎石1307份，復合外加劑6.53份；其中水泥采用普通硅酸鹽42.5級水泥，粉煤灰采用級粉煤灰，碎石采用石灰巖碎石，復合外加劑由高效減水劑和粉煤灰活性激發劑組成。制備方法括如下步驟首先，稱取上述配料比例的水泥、粉煤灰、水、中砂、碎石、復合外加劑備用；再在常溫條件下，將水泥、粉煤灰、中砂、碎石干拌均勻；然后加水、復合外加劑充分攪拌，即制得高摻量粉煤灰混凝土路面材料。本發明節約了水泥用量，減小了水膠比，有效解決了路面開裂問題，同時大大提高了混凝土的早期與后期強度增長、保證了體積穩定性及較好的耐久性。
文檔編號C04B18/08GK102531501SQ20121000322
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者劉海, 沈佳, 王慧, 申俊敏, 馬鋼 申請人:山西省交通科學研究院