一種高阻尼自密實混凝土的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高阻尼自密實混凝土，由P.O42.5普通硅酸鹽水泥、復(fù)合增強(qiáng)粉體、乳化瀝青、聚羧酸類高效減水劑、拌合水、復(fù)合變形組份、細(xì)度模數(shù)在2.6～3.0之間的II區(qū)級配河砂、粒徑在5～20mm之間石灰石碎石組成，每立方混凝土中以質(zhì)量比計，水泥：復(fù)合增強(qiáng)粉體：乳化瀝青：拌合水：減水劑：復(fù)合變形組份：河砂：石灰石碎石＝16：7.8：0.8～1.0：7.5:0.22～0.27:1.6～1.7:29～30:36～37。本發(fā)明的高阻尼自密實混凝土具有優(yōu)異的阻尼功能和抗沖擊性能、較高的力學(xué)強(qiáng)度與低的彈性模量，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)顯著，尤其可有效提升遭受沖擊、振動等動載重復(fù)作用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等工程結(jié)構(gòu)服役行為及服役壽命。
【專利說明】—種高阻尼自密實混凝土【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種混凝土，具體涉及一種具有吸能減振作用的高阻尼自密實混凝土?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]混凝土因其價廉、易得及耐久等優(yōu)點而一直成為最廣泛使用的建筑材料之一，為人類文明的進(jìn)步起到了重要作用。然而，伴隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的巨大需求和現(xiàn)代建筑技術(shù)的快速進(jìn)步，各種大跨、復(fù)雜土木工程結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，對混凝土材料性能提出了更高的要求，傳統(tǒng)的混凝土難以適應(yīng)這些新型工程結(jié)構(gòu)發(fā)展的需要；尤其是進(jìn)入現(xiàn)代社會以來，人類自身社會活動日益頻繁，各種自然災(zāi)害頻發(fā)，如振動、噪聲污染乃至破壞失效的事故不斷增多，工程結(jié)構(gòu)的安全性、舒適性越來越受到挑戰(zhàn)，迫切需要進(jìn)一步提升工程結(jié)構(gòu)材料(如混凝土)包括阻尼在內(nèi)的動力學(xué)性能[I]。[0003]阻尼是材料動力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一，反映材料的吸能、減振能力。阻尼越大， 系統(tǒng)耗能能力就越強(qiáng)，系統(tǒng)從受激狀態(tài)恢復(fù)到受激勵之前的狀態(tài)所需時間也就越短，系統(tǒng)越穩(wěn)定。因此，阻尼技術(shù)成為控制結(jié)構(gòu)振動、消除噪音、減輕地震等災(zāi)害的一種有效方法，其中提高混凝土材料自身包括阻尼在內(nèi)的物理特性是改善相應(yīng)結(jié)構(gòu)耗能能力的一種重要途徑[2]。高阻尼混凝土材料已成為工程結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的重要方向之一。普通混凝土的阻尼來自于混凝土的初始缺陷(如微孔、裂紋)以及動力變形過程中微裂紋的擴(kuò)展和界面的內(nèi)摩擦[3]。由于普通混凝土屬準(zhǔn)脆性材料，變形能力小，阻尼性能差，在沖擊荷載作用下，自身吸收能量很少，不可避免地以結(jié)構(gòu)損傷和發(fā)生塑性變形而喪失部分結(jié)構(gòu)功能為代價。因此， 如何改善混凝土材料的阻尼性能受到了廣泛的關(guān)注。[0004]目前，已有一些學(xué)者對混凝土材料的阻尼性能進(jìn)行了較多研究，也取得了一些具有積極意義的成果[4~9]，如胡佳山等人[7]研究了環(huán)氧樹脂混凝土的阻尼性能， M.Rahman等人[8]比較研究了普通混凝土、多孔混凝土、聚合物浸潰混凝土以及聚合物浸潰多孔混凝土的阻尼性能，歐進(jìn)萍等人[9]研究了采用硅灰和苯丙乳液改善水泥砂漿的阻尼性能。另外，一些科研人員采用納米顆粒、改性纖維、輕骨料以及廢舊橡膠輪胎顆粒等途徑來改善水泥基材料的阻尼性能[10~14]。盡管國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對如何提升混凝土的阻尼功能進(jìn)行了上述諸方面的研究，但阻尼混凝土材料還有很大的發(fā)展空間，如混凝土的阻尼功能有待進(jìn)一步提升，在混凝土阻尼功能改善的同時避免其他力學(xué)性能如強(qiáng)度的下降等， 特別是新型高阻尼自密實混凝土材料還亟需進(jìn)一步探索。[0005]綜上，本申請擬在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，基于整體論思想，通過運用混凝土材料科學(xué)與能量耗散原理，引入不同特性組分與“自密實”成型工藝技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計集料體系、漿體體系與漿集界面體系，研發(fā)一種新型高阻尼自密實混凝土。[0006]主要參考文獻(xiàn)[0007][I]余啟勇，馬玉璞，郭萬濤等.結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料及其研究進(jìn)展.材料工程， 2007， (SI):253-258.[0008][2]歐進(jìn)萍.結(jié)構(gòu)振動控制一主動、半主動和智能控制.北京:科學(xué)出版社，2003:3-6.[0009][3]柯國軍，陳俊杰，石建軍，等.混凝土阻尼試驗研究及其機(jī)理分析.噪聲與振動控制，2005，(5):60-63.[0010][4]Fu Xulij Chung D D L.Vibration damping admixture for cement.Cement and Concrete Research, 1996，26(1):69-75.[0011][5]田耀剛.高強(qiáng)混凝土阻尼功能設(shè)計及其性能研究[博士學(xué)位論文].武漢:[0012]武漢理工大學(xué)，2008.4.[0013][ 6 ] Chin K.Leung and Zachary C.Gras ley.Poromechanical damping of cement itious materials.Journal of Materials in Civil Engineering, 2012，24(2): 232-238[0014][7]胡佳山，李仕群，宋方臻等.環(huán)氧樹脂混凝土阻尼性能的研究.中國建材科技， 1994,3(1):8-11.[0015][8] Rahman M., Mansur M.A., Lee L.K., et al.Development of a polymer impregnated concrete damping carriage for linear guide-way for machine tools.1nternational Journal of Machine Tools&Manufacture，2001，41:431-441.[0016][9]Ou Jinpingj Liu Tiejunj Li Jilong.Dynamic and Seismic Property Experiments of High Damping Concrete and Its Frame Models.Journal of Wuhan University of Technology-Mater Sc1.Ed.2008，23(I):1—6.[0017][10]羅健林，段忠東.納米碳管/水泥基復(fù)合材料的阻尼及力學(xué)性能.北京化工大學(xué)學(xué)報，2008，35 (6):63-66.[0018][11]鄒篤建，劉鐵軍，滕軍.表面改性技術(shù)對纖維混凝土阻尼性能影響的試驗研究.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，42 (2): 186-190.[0019][12]Zheng L.,Huo X.Sharon,Yuan Y.Experimental investigation on dynamic properties of rubberized concrete.Construction and Building Materials, 2008，22:939 - 947.[0020][13]Chen How-Ji，Huang Chung-Hoj Tang Chao-We1.Dynamic Properties of Lightweight Concrete Beams Made by Sedimentary Lightweight Aggregate.Journal of Materials in Civil Engineering，2010，22(6):599-606.[0021][14]Giner V.T., Baeza F.J., Ivorra S., et al.Effect of steel and carbon fiber additions on the dynamic properties of concrete containing silica fume.Materials and Design，2012，34:332 - 339.
【發(fā)明內(nèi)容】
[0022]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能顯著提升混凝土材料阻尼功能、能更好地滿足現(xiàn)代混凝土工程結(jié)構(gòu)的減震、抗沖擊、防災(zāi)功能的迫切要求的高阻尼自密實混凝土。[0023]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的高阻尼自密實混凝土，由P.042.5普通硅酸鹽水泥、復(fù)合增強(qiáng)粉體、乳化瀝青、聚羧酸類高效減水劑、拌合水、復(fù)合變形組 份、細(xì)度模數(shù)在2.6~3.0之間的II區(qū)級配河砂、粒徑在5~20mm之間石灰石碎石組成，每立方混凝土中以質(zhì)量比計，水泥:復(fù)合增強(qiáng)粉體:乳化浙青:拌合水:減水劑:復(fù)合變形組份:河砂: 石灰石碎石=16:7.8:0.8 ~1.0 -J.5:0.22 ~0.27:1.6 ~1.7:29 ~30:36 ~37。[0024]所述的復(fù)合增強(qiáng)粉體由4.2份納米粘土、0.2份木質(zhì)纖維素、12.6份細(xì)度為1600 目超細(xì)高活性偏高嶺土和83份I級粉煤灰組成。[0025]所述的復(fù)合變形組份由1.7份聚丙烯纖維、1.8份EPS顆粒、96.5份8~10目橡膠顆粒組成。[0026]所述的乳化浙青為25°C恩格粘度為6、含固量為60~61%的陰離子型乳化浙青聚合物。[0027]采用上述技術(shù)方案的高阻尼自密實混凝土，運用整體論方法，從材料組成合理配伍與微細(xì)觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化等角度，引入特性組分與“自密實”成型工藝技術(shù)，設(shè)計混凝土的集料相、漿體相以及集料-漿體界面過渡區(qū)相，從而實現(xiàn)混凝土阻尼功能的大幅提升，并使其具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，由此發(fā)明本高阻尼自密實混凝土。[0028]本發(fā)明的高阻尼自密實混凝土由漿體體系和集料體系組成，單方混凝土中漿體與集料體積比為(0.38~0.40): (0.62~0.60),漿體體系由50份P.042.5普通硅酸鹽水泥、24份復(fù)合增強(qiáng)粉體、2.5份25°C恩格粘度為6、含固量60-61%的陰離子型乳化浙青聚合物組成、(0.5~0.6)份聚羧酸類高效減水劑和23.0份拌合水(質(zhì)量比，以下同);集料體系由2.5份復(fù)合變形組份、42.5份細(xì)度模數(shù)在2.6~3.0之間的II區(qū)級配河砂、55份粒徑在 5~20mm之間石灰石碎石等組成。復(fù)合增強(qiáng)粉體由4.2份納米粘土、0.2份木質(zhì)纖維素、 12.6份細(xì)度為1600目超細(xì)高活性偏高嶺土和83份I級粉煤灰組成；復(fù)合變形組份由1.7 份聚丙烯纖維、1.8份EPS顆粒、96.5份8-10目橡膠顆粒組成。[0029]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將高阻尼自密實混凝土的各原材料按照配比稱量好，將砂、 石、復(fù)合變形組份等集料投入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中，預(yù)拌15~20秒，再投入水泥、復(fù)合增強(qiáng)粉體等材料投入攪拌機(jī)內(nèi)拌合20秒，然后加入乳化浙青聚合物、高效減水劑等組份，繼續(xù)攪拌約120秒，拌合物出機(jī)，檢驗拌合物的“自密實性”(包括坍落度擴(kuò)展度、T50時間、J環(huán)高差等)，將滿足自密實性的拌合物成型150mm X 150mm X 150mm立方體(用于測試抗壓強(qiáng)度)、 IOOmmX 100mmX300mm棱柱體試件(用于測試動態(tài)彈性模量、阻尼比等)和Φ 100mmX63.5mm 圓柱試件(用于測試抗沖擊性能等)，覆蓋成型面，將試件置于(17-20) °C室內(nèi)靜停養(yǎng)護(hù) 24-36小時，然后拆模，再置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28d齡期，測試相應(yīng)性能。[0030]本發(fā)明是基于對材料能量耗散機(jī)制的深刻認(rèn)識，以及對混凝土材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能相互關(guān)系原理的剖析，通過優(yōu)化混凝土的骨架體系和水泥石基體體系，并采用“自密實成型工藝”而不通過傳統(tǒng)機(jī)械振搗密實工藝，使得各組分在系統(tǒng)中均勻分布，形成石灰石、砂組成的骨架支撐體系、高吸能變形的EPS顆粒與橡膠顆粒組成的骨架填充體系，以及納米粘土、高活性超細(xì)偏高嶺土、浙青聚合物、聚丙烯纖維等組成的高韌性粘結(jié)基體體系， 從荷載傳遞 和能量耗散機(jī)制上優(yōu)化了混凝土的組成和微細(xì)觀結(jié)構(gòu)，從而獲得具有優(yōu)異施工工作性、良好阻尼功能以及較高力學(xué)強(qiáng)度的混凝土，形成本發(fā)明。因而本發(fā)明的科學(xué)依據(jù)充分。[0031]在研發(fā)該高阻尼自密實混凝土的過程中，進(jìn)行了大量的試驗研究工作，并結(jié)合對相關(guān)研究成果和基礎(chǔ)理論知識的分析，獲得了影響混凝土阻尼功能的關(guān)鍵因素。結(jié)合如表 I所示的典型試驗配比，比較研究了普通混凝土、自密實混凝土和本發(fā)明高阻尼自密實混凝土的工作性、抗壓強(qiáng)度、動態(tài)彈性模量、阻尼比、沖擊破壞功(表2);在此基礎(chǔ)上獲得本發(fā)明高阻尼自密實混凝土的最佳原材料組成。因此，本發(fā)明具有充足的試驗研究基礎(chǔ)和依據(jù)，有效性和可行性好，有力地保證了高阻尼自密實混凝土的阻尼功能的顯著提升。[0032]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果:[0033]1、本發(fā)明提供的高阻尼自密實混凝土不僅具有優(yōu)異的阻尼功能，而且具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和良好的抗沖擊性能，很好地滿足了現(xiàn)代功能結(jié)構(gòu)的抗沖擊、防震/振、減災(zāi)功能的需求，提升了工程結(jié)構(gòu)的舒適性，有效延長現(xiàn)代混凝土工程結(jié)構(gòu)的服役壽命。[0034]2、本發(fā)明提供的高阻尼混凝土采用自密實成型工藝、施工工藝簡單、操作方便，可靠性高，具有綠色和經(jīng)濟(jì)的特點，綜合效益佳。[0035]3、本發(fā)明提供的高阻尼自密實混凝土由于具有高的阻尼功能和良好的力學(xué)性能， 因而其適用范圍廣，特別是在遭受頻繁動載的工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用潛力巨大。[0036]綜上所述，本發(fā)明是一種能顯著提升混凝土材料阻尼功能、能更好地滿足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的抗沖擊與振動等動載重復(fù)作用的性能、防震減災(zāi)功能的迫切要求的高阻尼自密實混凝土，應(yīng)用范圍廣，具有巨大的社會經(jīng)濟(jì)綜合效應(yīng)。[0037]附表/圖說明[0038]圖1為高阻尼自密實混凝土拌合物坍落擴(kuò)展照片。[0039]圖2為普通混凝土一A試樣阻尼測試得到的加速度隨時間的衰減曲線。[0040]圖3為高阻尼自密實混凝土一C試樣阻尼測試得到的加速度隨時間的衰減曲線。【具體實施方式】[0041]以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進(jìn)一步的限定。[0042]一種高阻尼自密實混凝土，由P.042.5普通硅酸鹽水泥、復(fù)合增強(qiáng)粉體、陰離子型乳化浙青聚合物、聚羧酸類高效減水劑、拌合水、復(fù)合變形組份、細(xì)度模數(shù)在2.6~3.0之間的II區(qū)級配河砂、粒徑在5~20_之間石灰石碎石等組成，陰離子型乳化浙青聚合物為 250C恩格粘度為6、含固量為60~61%的陰離子型乳化浙青聚合物，復(fù)合增強(qiáng)粉體由4.2 份納米粘土、0.2份木質(zhì)纖維素、12.6份細(xì)度為1600目超細(xì)高活性偏高嶺土和83份I級粉煤灰組成；復(fù)合變形組份由1.7份聚丙烯纖維、1.8份EPS顆粒、96.5份8~10目橡膠顆粒組成，每立方混凝土中以質(zhì)量比計，水泥:復(fù)合增強(qiáng)粉體:乳化浙青: 拌合水:減水劑:復(fù)合變形組份:河砂:石灰石碎石=16:7.8:(λ 8~L O -J.5:0.22~0.27:1.6~L 7:29~ 30:36 ~37。[0043]下面出示不同組成的四種混凝土(普通混凝土 Α、自密實混凝土 B、高阻尼自密實混凝土 C、高阻尼自密實混凝土 D)的配合比示例，見表1: [0044]表1不同混凝土的配合比示例[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種高阻尼自密實混凝土，其特征是:由P.042.5普通硅酸鹽水泥、復(fù)合增強(qiáng)粉體、 乳化浙青、聚羧酸類高效減水劑、拌合水、復(fù)合變形組份、細(xì)度模數(shù)在2.6~3.0之間的II 區(qū)級配河砂、粒徑在5~20mm之間石灰石碎石組成，每立方混凝土中以質(zhì)量比計，水泥: 復(fù)合增強(qiáng)粉體:乳化浙青:拌合水:減水劑:復(fù)合變形組份:河砂:石灰石碎石=16:7.8:..0.8 ~1.0:7.5:0.22 ~0.27:1.6 ~1.7:29 ~30:36 ~37。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻尼自密實混凝土，其特征是:所述的復(fù)合增強(qiáng)粉體由4.2 份納米粘土、0.2份木質(zhì)纖維素、12.6份細(xì)度為1600目超細(xì)高活性偏高嶺土和83份I級粉煤灰組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高阻尼自密實混凝土，其特征是:所述的復(fù)合變形組份由1.7份聚丙烯纖維、1.8份EPS顆粒、96.5份8~10目橡膠顆粒組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高阻尼自密實混凝土，其特征是:所述的乳化浙青為 25°C恩格粘度為6、含固量為60~61%的陰離子型乳化浙青聚合物。
【文檔編號】C04B28/04GK103553496SQ201310519662
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】龍廣成, 李寧, 馬昆林, 謝友均 申請人:中南大學(xué)