一种用于路面稳固层的混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料的技术领域，尤其是涉及一种用于路面稳固层的混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，广泛应用于建筑领域的方方面面。但是，在诸多混凝土结构的建设和使用过程中，裂缝问题作为混凝土耐久性问题的一个重要课题一直困扰着工程技术人员，由于混凝土(尤其大体积混凝土及高强混凝土等)普遍存在收缩现象，导致混凝土开裂和强度等性能降低，从而降低混凝土结构的承载能力，缩短使用寿命，成为各种灾难事故的隐患。
参考公告号为CN103979850B的发明专利，该发明公开了一种玻璃纤维混合混凝土，其特征在于，由下列重量份的原料制成：水泥100-120、硫代硫酸钠2-5、粗石英砂45-70、玻璃纤维7-11、氧化镁2-5、氧化钾3-6、石棉绒15-18、羟乙基纤维素10-13、生石灰60-80、膨胀珍珠岩70-90、废旧衣服35-50、助剂3-6、适量水；所述的助剂由下列重量份原料制成：高岭土8-13、氧化镁6-9、亚麻油1-3、硅酸钠0.2-0.5、聚苯醚0.02-0.04、小麦秸秆9-12、木槿皮8-10、沥青7-9、铝粉0.01-0.03、阿拉伯树胶2-4、氢氧化钠1.3-2.5，其制备方法是将各物料粉碎混匀，加适量水搅拌30-40分钟，造粒，成球粒径在2-5mm，烘干即得。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：该发明采用玻璃纤维来预防混凝土裂缝的问题，但是，采用玻璃纤维混凝土主要使用玻璃纤维增强水泥制品，且水泥石液相中的Ca(OH)2会使玻璃纤维的硅氧键发生断裂，SiO2与Ca(OH)2发生反应生成低钙的水化硅酸钙，此种反应可以进行至玻璃中的SiO2完全消耗为止，因而玻璃纤维的抗压强度大大降低，使混凝土的抗裂性能劣化，因此不能大规模应用于混凝土建筑构筑物中。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种用于路面稳固层的混凝土，具有抗裂性能高的优点。同时，本发明的又一发明目的在于提供一种路面稳固层的混凝土的制备方法。
为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于路面稳固层的混凝土，所述路面稳固层的混凝土由包含以下重量份的原料制成：
硅酸盐水泥：70-110份，
石屑：750-950份，
石子：900-1300份，
水：65-90份，
抗裂添加剂，
所述抗裂添加剂包括：褐煤蜡5-9份，硬脂酸2.5-5份，SBS颗粒2-5份，硅灰石粉20-85份，稀释剂3-10份，抗氧剂0.5-1.5份。
通过采用上述技术方案，硅酸盐水泥、石屑、石子、水和抗裂添加剂这种级配拌合物的强度较高，与水泥的粘结性好，SBS具有优良的耐热老化、耐臭氧、耐紫外线、耐磨、耐屈挠及耐低温性能，透气性良好的同时也有优良的防滑性能，也具有较好的生胶强度和弹性，增强用于路面稳固层的混凝土的抗拉强度、硬度和耐磨性，使得本发明的用于路面稳固层的混凝土具有优异的抗裂性能，有效防止混凝土开裂，提高混凝土抗折强度和韧性，限制裂缝宽度，抵抗混凝土表面龟裂，本发明材料利于大批量施工，可以广泛应用于土木和市政交通等领域的混凝土结构，使用褐煤蜡颗粒时，褐煤蜡颗粒在与各组分形成充分混合后，水与水泥反应，放出热量，会使褐煤蜡颗粒变软甚至熔化，进一步提高混凝土的流动性，并减小粗细骨料之间的间隙，在混合过程中，全程可降低各组分的混合难度，硅灰石粉既可进一步减小粗细骨料之间的间隙，又能进一步提高本发明的用于路面稳固层的混凝土的力学性能，从而减少本发明的用于路面稳固层的混凝土的裂缝，硬脂酸具有很好的光、热稳定性，增加BSS使用过程中的光、热稳定性，抗氧剂用作延缓或抑制SBS颗粒氧化过程的进行，延长SBS颗粒的使用寿命，从而延长用于理论稳固层的混凝土的使用寿命，通过抗裂添加剂的添加，增强了本申请中路面稳固层的混凝土的抗压强度、抗裂性能以及抗渗性能等方面的力学性能。
本发明进一步设置为：所述石屑的含泥量≤0.4%，泥块含量≤0.1%。
本发明进一步设置为：所述石子包括细石子和粗石子，所述细石子的粒径为10-20mm，所述粗石子的粒径为25-31.5mm。
本发明进一步设置为：所述石子由细石子和粗石子按重量比(3.8-4.8)：(5.2-6.8)混合而成。
本发明进一步设置为：所述石子的针片状含量为6.2%，压碎指标为6.6%。
本发明进一步设置为：所述路面稳固层的混凝土的水胶比为0.85-0.91。
通过采用上述技术方案，水胶比过小或过大，混凝土表面出现裂缝所需的时间越短，混凝土出现的最大裂缝宽度越大，裂缝的数量、总长度都随水胶比的减少而增大，同时抗压强度均有所降低，以及84d氯离子扩散系数均有所增大，这是因为低水胶比的混凝土自身收缩较大，混凝土强度增长较快，弹性模量增长较快而降低了混凝土应力的释放空间，水胶比过大则混凝土内部水含量高，存在较大的空隙，由于在混凝土硬化过程中水泥水化继续进行，水泥石结构进一步致密化，这些打孔中的水分失去产生较大的毛细管张力，会影响混凝土的强度，还会影响混凝土硬化产生裂缝。
本发明进一步设置为：所述褐煤蜡为粗蜡。
通过采用上述技术方案，粗蜡含53-57%的蜡酯、约17%的游离脂肪酸及20%-23%的树脂，还含有少量酮类、沥青质及游离脂肪醇，易于增加水泥的粘结性和抗裂性。
本发明进一步设置为：所述稀释剂为苯和甲苯的一种或多种。
本发明进一步设置为：所述抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、亚磷酸三苯酯的一种或多种。
通过采用上述技术方案，抗氧剂用作延缓或抑制SBS颗粒氧化过程的进行，延长SBS颗粒的使用寿命，从而延长用于理论稳固层的混凝土的使用寿命。
为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种路面稳固层的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将10-20份的水倒入搅拌机，将搅拌机润湿；
步骤2：将石屑、石子倒入搅拌机，混合均匀，得到第一混合料；
步骤3：向第一混合料中加入剩余的水，搅拌均匀，得到第二混合料；
步骤4：向第二混合料中加入水泥、褐煤蜡、SBS颗粒、抗氧剂，搅拌混合均匀得到第三混合料
步骤5：向第三混合料中加入稀释剂和硬脂酸混合均匀，得到用于路面稳固层的混凝土。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过添加抗裂添加剂，使得本发明的用于路面稳固层的混凝土可以有效防止混凝土开裂，提高混凝土抗折强度和韧性，限制裂缝宽度，抵抗混凝土表面龟裂，增强了本申请中路面稳固层的混凝土的抗压强度、抗裂性能以及抗渗性能等方面的力学性能；
2.抗裂添加剂中的各个原材料价廉易得，从而利于大批量施工，可以广泛应用于土木和市政交通等领域的混凝土结构；
3.褐煤蜡的添加进一步提高混凝土的流动性，并减小粗细骨料之间的间隙，在混合过程中，全程可降低各组分的混合难度，提高了施工的进度和效率；
4.用于路面稳固层的混凝土的制备简单快捷，在保证各方面性能的同时还提高了施工的进度和效率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
硅酸盐水泥产地厂名牌号：海螺；品种：42.5级；强度等级：28天预测强度50.1Mpa。
石子产地：惠州。
石屑产地：惠州。
硅灰石粉，厂家为广州亿峰化工科技有限公司，1250目。
SBS颗粒购自深圳市粤旭阳塑胶进出口有限公司，牌号为411，类型为标准料。
实施例1
每立方米路面稳固层的混凝土原料：硅酸盐水泥84份，石屑874份，石子1067份，水75份，抗裂添加剂。抗裂添加剂包括：褐煤蜡6份，硅灰石粉45份，SBS颗粒3份，稀释剂3份，抗氧剂1份。
石子包括细石子和粗石子，其中，细石子412份，粗石子655份，细石子和粗石子的质量比为4.1:6.2，细石子的粒径为10-20mm，粗石子1的粒径为25-31.5mm，石子的针片状含量为6.2%，压碎指标为6.6%。
石屑的含泥量≤0.4%，泥块含量≤0.1%。
SBS为星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，褐煤蜡为粗蜡，稀释剂为甲苯和乙酸乙酯，抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯。
路面稳固层的混凝土的制备方法，包括如下的制备步骤：
步骤1：将15份的水倒入搅拌机，将搅拌机润湿；
步骤2：将石屑、石子倒入搅拌机，混合均匀，得到第一混合料；
步骤3：向第一混合料中加入剩余的水，搅拌均匀，得到第二混合料；
步骤4：向第二混合料中加入水泥、褐煤蜡、SBS颗粒、稀释剂、抗氧剂，搅拌混合均匀，得到用于路面稳固层的混凝土。
实施例2-5
实施例2-5和实施例1相比，每立方米路面稳固层的混凝土原料基本相同，区别之一在于原料配比不同，实施例1-5每立方米路面稳固层的混凝土原料配比见表1；区别之二在于稀释剂以及抗氧剂的具体成分不同；区别之三在于用于路面稳固层的混凝土的制备步骤(1)中的水的加入量不同，具体参见表2。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，石子中是由细石子和粗石子按重量比为2.1:4.5组成的混合物，使得对比例1中石子中细石子的重量的重量分数少于实施例1-5任一实施例的重量份数，而粗石子的重量分数多于实施例1-5任一实施例的重量份数。除此之外，以与实施例1相同的方式获得了用于路面稳固层的混凝土。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，石子中是由细石子和粗石子按重量比为5.2:3.8组成的混合物，使得对比例1中石子中细石子的重量的重量分数多于实施例1-5任一实施例的重量份数，而粗石子的重量分数少于实施例1-5任一实施例的重量份数。除此之外，以与实施例1相同的方式获得了用于路面稳固层的混凝土。
对比例3
对比例3和实施例1相比，区别在于路面稳固层的混凝土的水胶比为0.43，低于实施例1-5中任一实施例的水胶比，除此之外，以与实施例1相同的方式获得了用于路面稳固层的混凝土。
对比例4
对比例4和实施例1相比，区别在于路面稳固层的混凝土的水胶比为1.36，高于实施例1-5中任一实施例的水胶比，除此之外，以与实施例1相同的方式获得了用于路面稳固层的混凝土。
对比例5
对比例5和实施例1相比，区别在于抗裂添加剂中不含SBS颗粒，其他均与实施例1保持一致，并和实施例1以同样的方式获得用于路面稳固层的混凝土。
对比例6
对比例6和实施例1相比，区别在于抗裂添加剂中不含褐煤蜡，其他均与实施例1保持一致，并和实施例1以同样的方式获得用于路面稳固层的混凝土。
对比例7
对比例7和实施例1相比，区别在于抗裂添加剂中不含硅灰石回粉，其他均与实施例1保持一致，并和实施例1以同样的方式获得用于路面稳固层的混凝土。
对比例8
对比例8和实施例1相比，区别在于抗裂添加剂中不含硬脂酸，其他均与实施例1保持一致，并和实施例1以同样的方式获得用于路面稳固层的混凝土。
对比例9
对比例9和实施例1相比，区别在于抗裂添加剂中不含抗氧剂，其他均与实施例1保持一致，并和实施例1以同样的方式获得用于路面稳固层的混凝土。
对比例1-9和实施例1相比，每立方米路面稳固层的混凝土原料基本相同，区别之一在于抗裂添加剂中的原料配比不同，对比例1-9每立方米路面稳固层的混凝土原料配比见表3。
表1%20实施例1-5的路面稳固层的混凝土原料的配比表。
表2 实施例1-5的SBS、稀释剂、抗氧剂和步骤(1)水的重量份相关参数。
表3 对比例1-9的路面稳固层的混凝土原料的配比表。
本发明的试验测试试件的取样、击实、成型和养生等试验按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)的相关规定实施；本发明所制备的试验测试试件的7天无侧限抗压强度和抗劈裂强度等按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)的相关规定实施。
对实施例1-5以及对比例1-9中成型的混凝土试件，养护至不同龄期，按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行开裂和抗渗测试，采用氯离子迁移系数(RCM法)方法测试混凝土的抗渗性能；配制的水泥混凝土标准养护28d后，参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度测试。
实施效果:
按照前述的试件击实、成型、养生和性能测试标准对上述实施例1-5所制备的用于路面稳固层的混凝土进行试验，测试数据和结果均列在表4中；按照前述的试件击实、成型、养生和性能测试标准对上述对比例1-9所制备的用于路面稳固层的混凝土进行试验，测试数据和结果均列在表5中。
按照前述的试件击实、成型、养生和性能测试标准对上述实施例1-5和对比例1-3所制备的用于路面稳固层的混凝土养护成的混凝土试件进行试验，测试数据和结果均分别列在表6和表7中。
表4 实施例1-5的试验数据汇总。
表5 对比例1-9的试验数据汇总。
表6 实施例1-5的试验数据汇总。
表7 对比例1-9的试验数据汇总。
从表4中可以看出，随着抗裂添加剂的添加，实施例1-5的干密度最小值为2.321g/cm3，压实度均达到98%，7天无侧限抗压强度均大于5MPa，甚至可达到5.96MPa，抗劈裂强度均大于0.7Mpa，这说明本发明所制备的用于路面稳固层的混凝土具备较强的力学性能，可以在各种等级的道路使用。这是因为硅酸盐水泥、石屑、石子、水和抗裂添加剂这种级配拌合物的强度较高，与水泥的粘结性好，SBS具有优良的耐热老化、耐臭氧、耐紫外线、耐磨、耐屈挠及耐低温性能，透气性良好的同时也有优良的防滑性能，也具有较好的生胶强度和弹性，增强用于路面稳固层的混凝土的抗拉强度、硬度和耐磨性，使得本发明的用于路面稳固层的混凝土具有优异的抗裂性能，有效防止混凝土开裂，提高混凝土抗折强度和韧性，限制裂缝宽度，抵抗混凝土表面龟裂，本发明材料利于大批量施工，可以广泛应用于土木和市政交通等领域的混凝土结构，使用褐煤蜡颗粒时，褐煤蜡颗粒在与各组分形成充分混合后，水与水泥反应，放出热量，会使褐煤蜡颗粒变软甚至熔化，进一步提高混凝土的流动性，并减小粗细骨料之间的间隙，在混合过程中，全程可降低各组分的混合难度，硅灰石粉既可进一步减小粗细骨料之间的间隙，又能进一步提高本发明的用于路面稳固层的混凝土的力学性能，从而减少本发明的用于路面稳固层的混凝土的裂缝，硬脂酸具有很好的光、热稳定性，增加BSS使用过程中的光、热稳定性，抗氧剂用作延缓或抑制SBS颗粒氧化过程的进行，延长SBS颗粒的使用寿命，从而延长用于理论稳固层的混凝土的使用寿命。
从表5-7中可以看出，通过实施例1与对比例1、对比例2进行对比可以发现，在添加同样种类和同样含量的石屑、水泥含量和抗裂添加剂的情况下，对比例1和对比例2中细石子和粗石子的重量比超出本发明权利要求所规定的(3.8-4.8)：(5.2-6.8)的范围时，所制备的用于路面稳固层的混凝土的各方面性能均较实施例1所制备的用于路面稳固层的混凝土要差，即混凝土表面出现裂缝所需的时间相比实施例1变短，混凝土出现的最大裂缝宽度和裂缝的数量相比实施例1也有所增加，抗压强度以及抗渗性能均有所下降，这些结果说明所述细石子和粗石子的只有在本发明权利要求所规定的(3.8-4.8)：(5.2-6.8)的范围时，才能达到较好的抗裂抗渗效果，这是因为当粗石子的重量份相较细石子偏多时，粗石子之间的间隙难以充分被细石子填充和支撑，反而导致对比例1出现裂缝所需的时间相较对比例2变短、混凝土出现的最大裂缝宽度和裂缝的数量相较对比例2增加，从而影响混凝土的机械强度的同时也影响混凝土的抗裂抗渗性能；当细石子的重量份相较粗石子偏多时，无法起到很好的机械性能，使得混凝土的强度较差，因此对比例2的抗压强度相比对比例1的抗压强度偏差。
参照表6和表7，对实施例1-5和对比例3、对比例4进行比较可知，水胶比过小或过大，混凝土表面出现裂缝所需的时间越短，混凝土出现的最大裂缝宽度越大，裂缝的数量、总长度都随水胶比的减少而增大，同时抗压强度均有所降低，以及84d氯离子扩散系数均有所增大，这是因为低水胶比的混凝土自身收缩较大，混凝土强度增长较快，弹性模量增长较快而降低了混凝土应力的释放空间，水胶比过大则混凝土内部水含量高，存在较大的空隙，由于在混凝土硬化过程中水泥水化继续进行，水泥石结构进一步致密化，这些打孔中的水分失去产生较大的毛细管张力，会影响混凝土的强度，还会影响混凝土硬化产生裂缝，从而降低混凝土的强度。
参照表4-7，对比例5相较实施例1，可以发现在同样的石屑、石子配比和水泥含量下，抗裂添加剂中缺少SBS颗粒，振动击实最大干密度、压实度、抗压强度以及抗劈裂程度均比实施例1大幅下降，84d氯离子扩散系数相比实施例1大幅增加，且混凝土表面出现裂缝所需的时间相比实施例1大幅变短，混凝土出现的最大裂缝宽度和裂缝的数量相比实施例1也大幅增加，这是因为SBS具有较好的生胶强度和弹性，对于路面稳固层的混凝土的抗拉强度、硬度和耐磨性具有极大的增幅作用，使得本发明的用于路面稳固层的混凝土具有优异的抗裂性能，有效防止混凝土开裂，提高混凝土抗压强度和韧性，限制裂缝宽度，抵抗混凝土表面龟裂。
对比例6相较实施例1，可以发现在同样的石屑、石子配比和水泥含量下，抗裂添加剂中缺少褐煤蜡，导致缺少褐煤蜡之后的混凝土各方面的力学性能相比实施例1较差，但相比对比例1-5以及对比例7-9而言是较好的，这是因为使用褐煤蜡颗粒时，褐煤蜡颗粒在与各组分形成充分混合后，水与水泥反应，放出热量，会使褐煤蜡颗粒变软甚至熔化，进一步提高混凝土的流动性，使得混凝土各个材料之间混合更加均匀和充分，并进一步减小粗细骨料之间的间隙，混凝土各个材料之间混合的更充分和均匀有利于混凝土各个材料的性能的发挥以及更好的发挥各个材料之间的协同作用。
对比例7相较实施例1，可以发现在同样的石屑、石子配比和水泥含量下，抗裂添加剂中缺少硅灰石粉，导致混凝土的振动击实最大干密度和压实度相比实施例1大幅降低、84d氯离子扩散系数相比实施例1大幅增加，且使得对比例7的振动击实最大干密度、压实度和抗渗性能相比相比对比例1-5以及对比例7-9是最差的，这是因为硅灰石粉能够均匀分散在混凝土颗粒间的毛细孔隙中，紧密堆积，阻断或封闭混凝土中的毛细孔通道，提高混凝土的密实性和抗渗性能。
对比例8相较实施例1，可以发现在同样的石屑、石子配比和水泥含量下，抗裂添加剂中缺少硬脂酸，硬脂酸能够增加SBS颗粒使用过程中的光、热稳定性，因此缺少硬脂酸对SBS颗粒的辅助作用，影响了SBS颗粒性能的发挥，导致对比例8获得的混凝土试件的抗裂性能较差。
对比例9相较实施例1，可以发现在同样的石屑、石子配比和水泥含量下，抗裂添加剂中缺少抗氧剂，抗氧剂能够延缓或抑制SBS颗粒氧化过程的进行，延长SBS颗粒的使用寿命，从而延长用于理论稳固层的混凝土的使用寿命，因此缺少抗氧剂对SBS颗粒的辅助作用，影响了SBS颗粒性能的发挥，导致对比例9获得的混凝土试件后期的抗裂性能较差。
通过实施例1与对比例3-9的对比，添加抗裂添加剂的试件的振动击实最大干密度、压实度、无侧限抗压强度以及抗劈裂程度均比抗裂添加剂配方不完全的试件的强度要高。具这说明抗裂添加剂的添加可明显地提高用于路面稳固层的混凝土的韧性及抗压性能，从而有效地阻止裂缝的产生和发展。
参照表6和表7，对实施例1-5和对比例5-9进行比较可知，当抗裂添加剂中缺乏SBS颗粒、褐煤蜡、硅灰石粉、硬脂酸和抗氧剂中的任一种时，混凝土表面出现裂缝所需的时间变短，混凝土出现的最大裂缝宽度变大，裂缝的数量、总长度都随水胶比的减少而增大，同时抗压强度均有所降低，以及84d氯离子扩散系数均有所增大，其中，SBS颗粒对用于路面稳固层的混凝土的各方面性能影响最大，可以知道SBS颗粒剂对增强路面稳固层的混凝土的抗压强度、抗裂性能以及抗渗性能等方面具有重要的作用。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
