專利名稱：硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的配制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及一種硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的配制方法。
背景技術(shù)：
城市交通是道路交通運輸中的重要組成，道路暢通對城市建設(shè)和市民的健康出行至關(guān)重要。然而，由于上世紀七八十年代對結(jié)構(gòu)耐久性的認識和重視不夠，再加上交通負荷壓力的日益增大，修建的城市道路橋梁隨著服務(wù)年限的增長，路面出現(xiàn)了嚴重的斷裂和破碎，如不及時修復，將影響車輛正常行駛，甚至危及行車安全。就北京城區(qū)而言，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前就有100多座立交橋急需維修。但是現(xiàn)代城市交通壓力很大，尤其是對于城市主干道樞紐部位，對于道路橋梁的維修要求更高。既要完成維修任務(wù)，又不能對城市交通造成較大影響，一般情況下只能在夜間施工或者在很短的時間內(nèi)完成維修工作。這就要求在施工過程中混凝土材料的澆注、養(yǎng)護和強度增長時間盡可能縮短，盡可能在幾個小時時間內(nèi)就要求達到通車條件。因此，研制一種快速有效的修補工程材料和相應(yīng)的施工工藝將具有重要的社會意義和實用價值。長期以來，我國公路部門習慣于采用浙青混凝土對損壞的水泥混凝土路面進行修補。盡管其方法簡便，但隱患較多，主要表現(xiàn)為(1)道路強度不均勻，傳荷不一致；(2)使用壽命短；(3)路面平整度差，表面使用功能低；(4)顏色不一致，不美觀。改性浙青雖然性能好，但價格較高。另一種傳統(tǒng)的修補方法是，將破損的混凝土除掉，新鋪上與原設(shè)計標號相同或高標號的普通混凝土，但這會帶來以下問題(1)收縮大，易導致新老混凝土拉開；(2) 水泥混凝土本身粘度低，與老混凝土結(jié)合差；(3)新老混凝土間的界面缺陷易使混凝土開裂；(4)養(yǎng)生期長(一般需要14天)。這給繁忙的交通運輸帶來極大的不便，經(jīng)常造成交通堵塞現(xiàn)象。因此，研發(fā)一種既能保證路面修補質(zhì)量，又能縮短修補時間的高效新型水泥混凝土路面修補材料已成了一個刻不容緩的問題。早在20世紀80年代初期，一些發(fā)達國家就開始進行水泥混凝土路面快速開放交通方面的研究，主要通過采用在混凝土中摻加早強型外加劑的辦法，以加快混凝土早期強度的發(fā)展。一些國家還研制出適用于水泥混凝土道面修補的快硬高早強水泥，如日本的 “一日水泥”、英國的Swiftcrete水泥、德國的Draifach水泥及意大利的Supercement水泥。對破損面的罩面修補，常用材料是浙青混凝土，也有些國家采用鋼纖維混凝土或薄層連續(xù)鋼筋混凝土加鋪層。1987年，美國的Lone Star Industries Research Center研制出一種Py rament的復合水泥，4h抗壓強度可達18MPa以上，抗彎強度約為3. 4MPa, 28d抗壓強度可到82. SMPa0用其灌注機場跑道6h后，飛機可安全降落，灌注路面4h可承擔繁忙交通。美國航空公司曾在1991年海灣戰(zhàn)爭期間，用Py rament水泥以驚人的速度在沙特修建了一個臨時軍用機場。另外一條技術(shù)路線是采用早強劑、膨脹劑及聚合物乳液配制復合型水泥混凝土或砂漿。國外這方面的研究和應(yīng)用早，比較先進的國家是美國、日本、俄羅斯，其中日本發(fā)展速度最快。采用聚合物改性的摻有復合外加劑的水泥砂漿配成路面快速修補材料，可做到當天修補當天通車且耐久性好。我國北京市政部門曾采用高效復合早強劑(CNL4)、聚合物膠粘劑(J-6或YJ-9)，共同摻入水泥混凝土和砂漿中配制新型水泥混凝土路面修補材料，作為嚴重裸石的水泥混凝土路面罩面材料，在北京西二環(huán)路上進行了試驗性修補，效果較好。 此類復合材料用于水泥混凝土路面搶修工程在我國正處于試驗階段，具有較好發(fā)展前景。我國復合外加劑的研究與應(yīng)用還停留在20世紀90年代以前的水平，在水泥混凝土路面工程中聚合物應(yīng)用較少。所以應(yīng)該把重點放在滿足路面使用性能要求的水泥混凝土材料上，從提高耐久性出發(fā)，而復合外加劑及某些聚合物的摻入，可以改善水泥混凝土或砂漿的抗?jié)B性、抗裂性及抗磨性。因此，我國水泥混凝土路面修補材料的發(fā)展趨勢，應(yīng)使用復合外加劑以及聚 合物乳液與水泥砂漿相結(jié)合，即走復合材料發(fā)展的道路。綜上所述，配制修補材料的技術(shù)途徑目前主要有兩種(1)采用快硬早強型特種水泥；(2)使用早強劑及多種外加劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的配制方法，一方面，確定采取的混凝土配制技術(shù)是利用硫鋁酸鹽水泥來配制快硬混凝土，另一方面，由以往的單一控制技術(shù)提出一種分段控制技術(shù)，即采用分段添加緩凝劑和早強劑的方式，精確控制混凝土的凝結(jié)時間，這樣既能保證商品混凝土生產(chǎn)運輸?shù)男枰帜鼙ＷC施工現(xiàn)場施工操作時間以及最終快速通車的需要。本發(fā)明所述的硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的配制方法，包括以下步驟(1)選擇超高強硫鋁酸鹽水泥；(2)設(shè)計配合比并試配混凝土 硫鋁酸鹽水泥混凝土的質(zhì)量配合比為，水水泥砂石=1 2. 9 3. 2 3. 1 3. 4 6 6. 7 ；在攪拌站內(nèi)，按照所述配合比試配硫鋁酸鹽水泥混凝土；(3)添加減水劑在攪拌站內(nèi)，向上述步驟(2)所獲得的混凝土中添加減水劑，并混合攪拌均勻；所述減水劑的組分包括萘系高濃減水劑、羧乙基纖維素和引氣劑；其中，萘系高濃減水劑的摻量是水泥質(zhì)量的0. 6-1. 0%，羧乙基纖維素的摻量是水泥質(zhì)量的2. 0/ 萬，引氣劑的摻量是水泥質(zhì)量的1. 5-2. 0/萬；(4)添加緩凝劑在攪拌站內(nèi)，向上述步驟(3)所獲得的混凝土中人工手動添加緩凝劑，并混合攪拌均勻；所述緩凝劑的組分為硼酸，硼酸隨環(huán)境溫度匹配的摻量范圍為水泥質(zhì)量的0. 3-0.6% ；(5)添加早強劑將上述步驟⑷所獲得的混凝土運到現(xiàn)場后，向該混凝土中再添加早強劑，并混合攪拌均勻，配制完成；所述早強劑的組分包括碳酸鋰、羧乙基纖維素和偏鋁酸鹽速凝劑；其中，碳酸鋰的摻量是水泥質(zhì)量的0. 08-0. 12%，羧乙基纖維素的摻量是水泥質(zhì)量的2. 0/萬，偏鋁酸鹽速凝劑的摻量是水泥質(zhì)量的0. 2-0. 4%。進一步地，所述硼酸隨環(huán)境溫度匹配的摻量范圍為當環(huán)境溫度分別為5_15°C、 15-25°C和彡25°C時，硼酸的摻量分別為水泥質(zhì)量的0. 3-0. 4%,0. 4-0. 5%和0. 55-0. 6%0進一步地，所述硼酸隨環(huán)境溫度匹配的摻量范圍為當環(huán)境溫度分別為5_15°C、 15-25°C和彡25°C時，硼酸的摻量分別為水泥質(zhì)量的0. 35%,0. 45%和0. 55%。進一步地，當環(huán)境溫度為15_25°C，所述緩凝劑的摻量為水泥質(zhì)量的0. 5%時，所述早強劑的摻量為水泥質(zhì)量的0. 06% -0. 08%。
進一步地，所述超高強硫鋁酸鹽水泥是采用高品位鋁礬土、石灰石、石膏配料，用低灰分和高發(fā)熱量的煙煤燒制的熟料，再加入15%左右的石膏磨細制成的。進一步地，所述超高強硫鋁酸鹽水泥熟料中，無水硫鋁酸鈣的質(zhì)量百分比為 70-75%，硅酸二鈣的質(zhì)量百分比為20-25%，鐵相的質(zhì)量百分比為5_8%。進一步地，在步驟(4)中添加緩凝劑后，所述混凝土應(yīng)該保持至少1. 5小時的良好流動性。進一步地，在步驟(5)中添加早強劑后，所述混凝土應(yīng)該保持至少30分鐘的施工操作性。
具體實施例方式首先，本發(fā)明結(jié)合實際搶修工程的基本要求，針對采取分段控制技術(shù)手段的硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土，確定其性能指標的具體要求為1)快硬混凝土從出機到現(xiàn)場，考慮運距、交通堵塞以及現(xiàn)場等待等因素，要求混凝土至少在1.5h內(nèi)具備良好的流動性(本文中，“h”指“小時”，下同)；2)混凝土到現(xiàn)場，添加早強劑后，要求混凝土保持至少30min的施工操作性，理想的施工操作時間是30-50min(本文中，“min”指“分鐘”，下同)；3)混凝土到現(xiàn)場，添加早強劑后，要求混凝土的初、終凝時間在60-90min ；4)混凝土到現(xiàn)場，添加早強劑后，要求混凝土 2h抗壓強度不低于20MPa，2h抗折強度不低于3MPa，3h抗壓強度不低于25MPa，3h抗折強度不低于4MPa，滿足快速通車、開放交通的要求；5)混凝土 28d抗壓強度達到C40混凝土驗收標準(本文中，“d”指“天”，下同)；6)混凝土具備良好的耐久性能。針對硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土應(yīng)用于應(yīng)急搶修工程所要求的特殊性能，對于原材料的選擇顯得尤其重要。硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土配制的關(guān)鍵材料主要是水泥膠凝材料和外加劑。本發(fā)明在優(yōu)選水泥膠凝材料的基礎(chǔ)上，進一步確定適合硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的緩凝劑和早強劑，在以往研究的基礎(chǔ)上，針對不同緩凝劑和早強劑的選擇和復配，篩選出一種硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的專用復配型緩凝劑和專用復配型早強劑。(1)確定配合比根據(jù)前期技術(shù)積累，通過深入分析，申請人認為，硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的控制要點主要為三個點，分別為凝結(jié)時間、早期強度和后期強度。其中，凝結(jié)時間控制是保證安全生產(chǎn)、安全運輸以及具備施工可操作時間的先決條件，早期強度控制是實現(xiàn)快速開放交通的必要條件，而后期強度是滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計性能要求。上述三點的控制互為關(guān)聯(lián)，互相影響，配比設(shè)計必須統(tǒng)籌兼顧。應(yīng)急搶修工程的生產(chǎn)實際要求混凝土必須具有快硬早強的特點，而且對于早期強度要求較高，因此本發(fā)明優(yōu)選超高強硫鋁酸鹽水泥?？煊擦蜾X酸鹽水泥的生產(chǎn)執(zhí)行《中華人民共和國國家標準硫鋁酸鹽水泥GB20472-2006》(中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會2006-8-25批準并發(fā)布2007-02-01實施)。超高強硫鋁酸鹽水泥是采用高品位鋁礬土、石灰石、石膏配料，用低灰分和高發(fā)熱量的煙煤燒制的熟料，再加入15%左右的石膏磨細制成的。其熟料中的早強快硬礦物無水硫鋁酸鈣含量在 70%左右。在未加石膏之前，熟料本身的3天抗壓強度在SOMPa以上，加入15%石膏以后， 3天抗壓強度可達60MPa以上。與普通硫鋁酸鹽水泥相比，從熟料礦物組成來看，超高強硫鋁酸鹽水泥熟料中，無水硫鋁酸鈣70-75%，硅酸二鈣20-25%，鐵相5% -8% ；普通硫鋁酸鹽水泥熟料中，無水硫鋁酸鈣50% -55%,硅酸二鈣30% -35%,鐵相5% -10%。從水泥強度來看，超高強硫鋁酸鹽水泥熟料的1天抗壓強度高于55MPa，3天抗壓強度為80_100MPa， 而普通硫鋁酸鹽水泥熟料的1天抗壓強度只有30-40MPa，3天抗壓強度只有50_60MPa。根據(jù)硫鋁酸鹽水泥的配合比設(shè)計原則，我們設(shè)計了不同水泥用量下的配合比，分別觀察了混凝土的早期和后期強度，緩凝劑和早強劑摻量相同，環(huán)境溫度為20°C。試配混凝土配方如表1所示，試配結(jié)果如表2所示。表1硫鋁酸鹽水泥混凝土試配配合比(單位kg/m3)
權(quán)利要求
1.一種硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的配制方法，包括以下步驟(1)選擇超高強硫鋁酸鹽水泥；(2)設(shè)計配合比并試配混凝土在攪拌站內(nèi)，按照如下質(zhì)量配合比試配硫鋁酸鹽水泥混凝土,水水泥砂石=1 2. 9 3. 2 3. 1 3. 4 6 6. 7 ；(3)添加減水劑在攪拌站內(nèi)，向上述步驟(2)所獲得的混凝土中添加減水劑，并混合攪拌均勻；所述減水劑的組分包括萘系高濃減水劑、羧乙基纖維素和引氣劑；其中，萘系高濃減水劑的摻量是水泥質(zhì)量的0. 6-1. 0%，羧乙基纖維素的摻量是水泥質(zhì)量的2. 0/萬，引氣劑的摻量是水泥質(zhì)量的1. 5-2. 0/萬；(4)添加緩凝劑在攪拌站內(nèi)，向上述步驟(3)所獲得的混凝土中人工手動添加緩凝齊U，并混合攪拌均勻；所述緩凝劑的組分為硼酸，硼酸隨環(huán)境溫度匹配的摻量范圍為水泥質(zhì)量的 0. 3-0. 6% ；(5)添加早強劑將上述步驟(4)所獲得的混凝土運到現(xiàn)場后，向其中再添加早強劑， 并混合攪拌均勻，配制完成；所述早強劑的組分包括碳酸鋰、羧乙基纖維素和偏鋁酸鹽速凝劑；其中，碳酸鋰的摻量是水泥質(zhì)量的0. 08-0. 12%，羧乙基纖維素的摻量是水泥質(zhì)量的 2. 0/萬，偏鋁酸鹽速凝劑的摻量是水泥質(zhì)量的0. 2-0. 4%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硼酸隨環(huán)境溫度匹配的摻量范圍為當環(huán)境溫度分別為5-151、15-251和> 25°C時，硼酸的摻量分別為水泥質(zhì)量的 0. 3-0. 4%,0. 4-0. 5%和 0. 55-0. 6%0
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述硼酸隨環(huán)境溫度匹配的摻量范圍為 當環(huán)境溫度分別為5-15°C、15-25°C和彡25°C時，硼酸的摻量分別為水泥質(zhì)量的0. 35%、 0. 45%和 0. 55%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于當環(huán)境溫度為15-25°C，所述緩凝劑的摻量為水泥質(zhì)量的0. 5%時，所述早強劑的摻量為水泥質(zhì)量的0. 06-0. 08%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于所述超高強硫鋁酸鹽水泥是采用高品位鋁礬土、石灰石、石膏配料，用低灰分和高發(fā)熱量的煙煤燒制的熟料，再加入15% 左右的石膏磨細制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述超高強硫鋁酸鹽水泥熟料中，無水硫鋁酸鈣的質(zhì)量百分比為70-75%，硅酸二鈣的質(zhì)量百分比為20-25%，鐵相的質(zhì)量百分比為 5-8%。
全文摘要
一種硫鋁酸鹽水泥快硬混凝土的配制方法，包括選擇超高強硫鋁酸鹽水泥；設(shè)計配合比并試配混凝土；在攪拌站，按照與水泥的質(zhì)量比向混凝土中分別添加減水劑和緩凝劑；當混凝土運到施工現(xiàn)場后，按照與水泥的一定質(zhì)量比再向混凝土中添加早強劑。本方法由現(xiàn)有的單一控制技術(shù)提出一種分段控制技術(shù)，即采用分段添加緩凝劑和早強劑的方式，精確控制混凝土的凝結(jié)時間，這樣既能保證商品混凝土生產(chǎn)運輸?shù)男枰?，又能保證施工現(xiàn)場施工操作時間以及最終快速通車的需要。
文檔編號C04B28/36GK102351502SQ20111018658
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者張春林, 張杰君, 曾波, 李彥昌, 李永生, 楊榮俊, 田景松, 石效民, 鄔長森, 鄭旭, 陳智豐 申請人:北京市政路橋建材集團有限公司, 北京市高強混凝土有限責任公司, 北京正達坤順技術(shù)檢測有限公司