一种低收缩高粘结黑色混凝土及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种低膨胀高粘结性黑色混凝土，复合应用炭黑和铁黑，同时添加其它组分，降低了混凝土基体毛细孔孔隙大小，使基体微结构与水溶性碳黑颗粒粒径相匹配，从而更好的固定碳黑粒子和氧化铁黑粉，调节浆体流动性，通过机械固定和静电固定相耦合方式，协同保证该混凝土具有较高的黑度和耐久性，使得沥青桥面长期保持色泽一致性。同时引入减水剂和保水组分，解决碳黑掺量高带来的混凝土和易性较差问题，在保证基体强度的情况下，增加浆体粘度，提高工作性。

A Low Shrinkage and High Bond Black Concrete and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a low expansion and high cohesion black concrete, which combines carbon black and iron black and adds other components at the same time, reduces the pore size of the capillary pore of the concrete matrix, matches the matrix microstructure with the particle size of water soluble carbon black, thus better fixing carbon black particles and iron oxide black powder, adjusting slurry fluidity, and coupling through mechanical fixation and electrostatic fixation. In this way, the blackness and durability of the concrete are guaranteed synergistically, and the color consistency of the asphalt bridge deck is maintained for a long time. At the same time, water reducing agent and water retaining component are introduced to solve the problem of poor workability of concrete caused by high carbon black content. Under the condition of guaranteeing the strength of matrix, slurry viscosity is increased and workability is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种低收缩高粘结黑色混凝土及其制备方法和应用
本专利技术涉及路面新材料
，具体涉及一种低收缩高粘结性黑色混凝土及其制备方法和应用。
技术介绍
伸缩缝装置是桥梁结构的重要构件，在桥梁结构中，伸缩缝通常设置在桥的两梁端之间以及梁端与桥台之间，其作用在于调节由车辆荷载和桥梁建筑材料性能所引起的上部结构之间的联结和位移。桥面伸缩缝处通常设置后浇带，后浇带浇筑采用比相邻原浇筑混凝土提高一个强度级别的钢纤维混凝土。但由于桥面沥青面层与后浇带混凝土面层有较大的黑白色差问题，无法保持整体色泽一致性，影响其美观性。桥梁在运营中，伸缩缝后浇带混凝土处于复杂荷载的服役环境，长期承受车辆荷载的反复冲击作用，且暴露在自然环境中、经受风化侵蚀作用，混凝土材料疲劳和磨损较为严重。在实际工程应用中，该结构处混凝土常出现强度低、收缩大、在强烈荷载冲击下易开裂，粘度差、与老混凝土结合强度低，而造成桥面结构局部破坏。现浇钢纤维混凝土，由于投料顺序、搅拌工艺不合理以及浆体和易性较差等方面原因，钢纤维往往容易团聚、不分散，一方面导致混凝土基体结构无法密实，另一方面不利施工、影响工程进度。且混凝土早期强度低、养护时间较长，模板周转慢，影响道路交通的正常开放。中国专利201510987893.8公开了一种彩色混凝土及其制备方法，混凝土选用氧化铁、氧化钴等金属氧化物颜料作为着色剂，配合比中主要包含水泥、砂子、石子、石灰岩矿粉和减水剂等原材料，该专利未关注混凝土的收缩开裂、耐磨损、抗冲击以及和易性等性能问题，多用于建筑装饰工程，并不适合于桥面伸缩缝后浇带反复荷载受力的服役环境。中国专利201310322276.7公开了一种用于城市道路检查井快修的黑色高强混凝土浇注料，中国专利03128045.5公开了一种黑色轻质桥面铺装层混凝土，上述两专利均涉及一种纤维增强黑色混凝土，所使用着色剂均为氧化铁黑粉，该颜料着色能力较弱，制备的混凝土制品偏黄色色调，且当氧化铁掺量过高，不仅引起混凝土表面泛白现象，而且可能导致基体密实性降低、界面区粘结性能变差，影响其耐久性能。由于桥面伸缩缝后浇带的特殊服役环境对混凝土高强、微膨胀低收缩、高粘结等性能以及色泽一致性需求，目前尚无专门应用于沥青桥面后浇带黑色混凝土的相关报道，因此有必要研制专用于该服役环境的高强高性能黑色混凝土，优选合理配比及制备工艺满足各种性能指标需求。
技术实现思路
为解决现有黑色混凝土在混凝土凝固成型后色泽不稳定，以及膨胀变形和粘结性差等问题，本专利技术提供一种低膨胀高粘结性黑色混凝土及其制备方法和应用。为解决现有黑色混凝土成型后色泽不稳定的问题，本专利技术在外观色泽和着色剂优选方面，采用着色强度高的水溶性特种碳黑，通过优化配合比，提升黑色混凝土成型后的色泽稳定性，且由于黑色混凝土制备过程中加入炭黑，会严重影响混凝土的和易性，因此，本专利技术优选其配合比，调节混凝土施工过程中的和易性，合理控制用水量、含气量等指标参数，加入了聚羧酸高性能减水剂和保水剂以及消泡剂。本专利技术所述低膨胀高粘结性黑色混凝土降低了混凝土基体毛细孔孔隙大小，使基体微结构与水溶性碳黑颗粒粒径相匹配，从而更好的固定碳黑粒子和氧化铁黑粉，调节浆体流动性，通过机械固定和静电固定相耦合方式，协同保证该混凝土具有较高的黑度和耐久性，使得沥青桥面长期保持色泽一致性。同时引入减水剂和保水组分，解决碳黑掺量高带来的混凝土和易性较差问题，在保证基体强度的情况下，增加浆体粘度，提高工作性。因此，本专利技术所述的低膨胀高粘结性黑色混凝土，按重量份数计，组成如下：所述水泥为42.5、52.5普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，优选采用52.5硅酸盐水泥，当选用42.5普硅水泥时掺量相应增加，但不宜超过380kg/m3。水泥各项指标应符合国家标准。所述粉煤灰为Ⅱ级灰，需水量比≤105％，烧失量≤8％，比表面积≥400m2/kg；所述矿粉为Ⅱ级磨细矿渣粉，需水量比≤100％，烧失量≤3％，28d活性指数≥105％，比表面积≥550m2/kg。所述钢纤维为成排端勾型钢纤维，采用水溶性胶粘结而成，可一次性投放施工、不易团聚，纤维长度20～35mm、长径比50～70，抗拉强度不低于1000MPa。所述碳黑和铁黑为着色剂，碳黑为水溶性特种碳黑，与混凝土浆体相容性好且着色强度高、吸光率99.8％，平均颗粒尺寸约为100nm；铁黑为合成氧化铁黑粉，其含量不超过胶材用量的6％。为避免氧化铁着色剂掺量过高带来的色泽偏黄、表面泛白以及混凝土耐久性问题，采用特种碳黑作为主要着色剂，其具有与水相容性较好、易分散、着色能力强、对混凝土性能影响小等优点，再通过复掺一定量的氧化铁黑粉，调整浆体流动性及表面黑度。所述粗骨料采用5～20mm连续级配的玄武岩碎石，压碎值≤10％，针片状颗粒含量≤5％，含泥量≤0.5％，其他指标符合JGJ52-2006中对粗骨料的要求。所述细骨料采用细度模数为2.6～3.0的天然中砂，含泥量≤0.5％，云母含量≤0.5％，松散堆积密度≥1400kg·m-3，其他指标符合JGJ52-2006中对细骨料的要求。所述阻锈剂选用氨基醇类有机阻锈剂，碱含量不应大于0.5％，不应含氯离子及亚硝酸盐。所述减水剂的固含量≥25％，减水率≥25％，泌水率比≤60％，28d抗压强度比≥140％。所述减水剂为脂类聚羧酸高性能减水剂。作为改进，在提升本专利技术所述的低膨胀高粘结性黑色混凝土的施工过程中的和易性的同时，提升其成型后的粘结强度，本专利技术所述的低膨胀高粘结性黑色混凝土的组成中还添加了保水剂和消泡剂，其用量为：保水剂占减水剂质量的1.5％～2.5％，消泡剂占减水剂质量的0.05‰～1.5‰。所述保水剂采用羧酸共聚物保水增稠剂，固含量3％，其含量不高于减水剂用量的2.5％。碳黑粉末较小的比表面积，其在水泥等粉料颗粒表面发生对液料的竞争性吸附，导致减水剂有效利用率降低。为保证新拌浆体良好的工作性，需要增加聚羧酸减水剂掺量，但由于其对温度变化、原材料等外界因素变化的高度敏感性，常常导致浆体离析、泌水等问题出现。为解决此问题，通过优化配合比、选用水和易性表现较优的脂类减水剂，同时引入保水组分，从而制得性能优异的黑色混凝土。所述消泡剂，其含量≤减水剂用量的1.5‰。混凝土抗压、抗弯、耐磨损、抗冲击等性能均与含气量、流动性等指标相关，为获得结构密实的高性能混凝土以及满足施工需求，并消除成排钢纤维中水溶性胶带来的增气效果，减水剂和消泡剂的掺量应合理控制，浆体含气量宜在2～3％范围内、坍落度不低于170mm。作为进一步改进，提升所述黑色混凝土的抗裂性能，本专利技术所述的低膨胀高粘结性黑色混凝土采取水化温升抑制剂和高性能膨胀剂联合使用措施，通过抑制胶材早期水化放热解决早期塑性收缩大问题，而高效膨胀剂组分在后期提供膨胀源，减少后期干燥收缩，降低开裂风险。因此，进一步的，本专利技术所述的低膨胀高粘结性黑色混凝土的组成中还添加了膨胀剂和水化温升抑制剂，所述膨胀剂的质量份数为35—45份，水化温升抑制剂的质量份数为5—10份。所述膨胀剂为硫铝酸钙类高效膨胀剂，其含量不超过胶材用量的10％，否则会影响基体强度的发展，与水化温升抑制剂联合使用可有效降低混凝土的收缩开裂风险。所述水化温升抑制剂的14d绝热温升值比≥90％且氯离子含量≤0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低膨胀高粘结性黑色混凝土，其特征在于，按重量份数计，组成如下：水泥             330—380份 ，粉煤灰           50—80份，矿粉             45—65份，碳黑             4—12份，铁黑             0—30份，钢纤维           60—120份，粗骨料           1000—1100份，细骨料           650—750份，阻锈剂           7.5—12.5份，减水剂           8—11份，水               145—175份 ；所述水泥为42.5、52.5普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，当选用42.5普硅水泥时掺量增加，但不宜超过380kg/m3；所述粉煤灰为Ⅱ级灰，需水量比≤105%，烧失量≤8%，比表面积≥400m2/kg；所述矿粉为Ⅱ级磨细矿渣粉，需水量比≤100%，烧失量≤3%，28d活性指数≥105%，比表面积≥550m2/kg；所述钢纤维为成排端勾型钢纤维，采用水溶性胶粘结而成，可一次性投放施工、不易团聚，纤维长度20~35mm、长径比50~70，抗拉强度不低于1000MPa；所述碳黑和铁黑为着色剂，碳黑为水溶性特种碳黑，吸光率99.8%，平均颗粒尺寸约为100nm；铁黑为合成氧化铁黑粉，其含量不超过胶材用量的6%；所述粗骨料采用5~20mm连续级配的玄武岩碎石，压碎值≤10%，针片状颗粒含量≤5%，含泥量≤0.5%，其他指标符合JGJ52‑2006中对粗骨料的要求；所述细骨料采用细度模数为2.6~3.0的天然中砂，含泥量≤0.5%，云母含量≤0.5%，松散堆积密度≥1400 kg×m‑3，其他指标符合JGJ52‑2006中对细骨料的要求；所述阻锈剂选用氨基醇类有机阻锈剂，碱含量不应大于0.5%，不应含氯离子及亚硝酸盐；所述减水剂的固含量≥25%，减水率≥25%，泌水率比≤60%，28d抗压强度比≥140%；所述减水剂为脂类聚羧酸高性能减水剂。...

【技术特征摘要】
1.一种低膨胀高粘结性黑色混凝土，其特征在于，按重量份数计，组成如下：水泥330—380份，粉煤灰50—80份，矿粉45—65份，碳黑4—12份，铁黑0—30份，钢纤维60—120份，粗骨料1000—1100份，细骨料650—750份，阻锈剂7.5—12.5份，减水剂8—11份，水145—175份；所述水泥为42.5、52.5普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，当选用42.5普硅水泥时掺量增加，但不宜超过380kg/m3；所述粉煤灰为Ⅱ级灰，需水量比≤105%，烧失量≤8%，比表面积≥400m2/kg；所述矿粉为Ⅱ级磨细矿渣粉，需水量比≤100%，烧失量≤3%，28d活性指数≥105%，比表面积≥550m2/kg；所述钢纤维为成排端勾型钢纤维，采用水溶性胶粘结而成，可一次性投放施工、不易团聚，纤维长度20~35mm、长径比50~70，抗拉强度不低于1000MPa；所述碳黑和铁黑为着色剂，碳黑为水溶性特种碳黑，吸光率99.8%，平均颗粒尺寸约为100nm；铁黑为合成氧化铁黑粉，其含量不超过胶材用量的6%；所述粗骨料采用5~20mm连续级配的玄武岩碎石，压碎值≤10%，针片状颗粒含量≤5%，含泥量≤0.5%，其他指标符合JGJ52-2006中对粗骨料的要求；所述细骨料采用细度模数为2.6~3.0的天然中砂，含泥量≤0.5%，云母含量≤0.5%，松散堆积密度≥1400kg×m-3，其他指标符合JGJ52-2006中对细骨料的要求；所述阻锈剂选用氨基醇类有机阻锈剂，碱含量不应大于0.5%，不应含氯离子及亚硝酸盐；所述减水剂的固含量≥25%，减水率≥25%，泌水率比≤60%，28d抗压强度比≥140%；所述减水剂为脂类聚羧酸高性能减水剂。2.根据权利要求1所述的低膨胀高粘结性黑色混凝土，其特征在于，其组成中还添加了保水剂和消泡剂，其用量为：保水...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏中升，沙建芳，刘建忠，郭飞，徐海源，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32