一种半刚性混凝土及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种半刚性混凝土及其制备工艺，该半刚性混凝土为将普通混凝土的部分细集料替换为柔性材料后拌合而成的混凝土，被替换细集料的质量与替换用所述柔性材料的质量相同；柔性材料的组成按质量计为：胶粉30%～40%，胶粒30%～40%，聚丙烯类纤维0.5%～1.5%，粉煤灰3%～8%，矿物掺合料20%～28%；胶粉和胶粒需通过强碱溶液将橡胶粒及橡胶粉表面的硬脂酸锌去除；其制备工艺包括步骤：一、柔性材料制备及按比例级配组合；二、半刚性混凝土制备。本发明专利技术制备工艺步骤简单、操作简便且投入成本低、使用效果好，能弥补现有普通混凝土存在的变形小、脆性大、抗拉能力低等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种半刚性混凝土及其制备工艺
本专利技术属于混凝土制备
，尤其是涉及一种半刚性混凝土及其制备工艺。
技术介绍
随着现代建筑业的兴起，混凝土这种工程材料大量应用于不同类别的土木工程建设中，由于混凝土材料最大的特点是抗压强度高而抗拉伸强度较低，故混凝土材料主要用于承重结构。但随着工程技术的发展，混凝土这种强度大、变形小的钢性材料逐渐显现出它的局限性，现如今特别渴求能够出现一种界于钢性材料和柔性材料之间的半刚性材料，即出现一种混凝土材料，其既有钢性混凝土一样强大的承重能力(或略低一些的强度需求)，又具有较强拉伸韧性并具有在一定范围内变形的变形能力(其变形能力比目前混凝土要求大些)，而且此种变形在相对范围内带有可恢复性。例如巨大的建筑物基础如果具有一定的韧性就可以减少地震波对结构物的破坏并降低吸收地震产生的能量，减少因地震和地基变形引起的混凝土开裂隙、结构破坏和整个建筑物失去使用功能；地下工程的游泳池、污水处理池、核电站废品处理池等结构物的混凝土在接受地震和强大的外力作用发生一定的变形但不开裂，变形在外力消失后能够恢复到原来状态而不被破坏，日本福田核电站地震造成的核废液外漏就是混凝土刚性过大抗拉伸韧性不足造成事故的典型事例。再例如大型斜拉索桥箱型梁体内填充混凝土和其路面混凝土往往由于混凝土的弹性模量大、刚性大、脆性强等原因不能长期性承受车辆巨大冲击波而使混凝土过早地出现了裂缝或断裂。综上，如能开发一种介于刚性混凝土和柔性有机材料之间的半刚性混凝土材料，用于上述结构物中是最为理想的，并且也能大大降低混凝土工程将来巨大配筋和钢铰线的用量，降低混凝土工程对钢筋和钢铰线的依赖性。因而，开展对半刚性混凝土材料的开发和研究是一项突出而又迫切的研究任务。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种制备过程简单、投入成本较低且性能优良的半刚性混凝土。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种半刚性混凝土，其特征在于：该半刚性混凝土为将普通混凝土的部分细集料替换为柔性材料后拌合而成的混凝土，被替换细集料的质量与替换用所述柔性材料的质量相同；所述柔性材料的组成按质量计为：胶粉30％～40％，胶粒30％～40％，聚丙烯类纤维0.5％～1.5％，粉煤灰3％～8％，矿物掺合料20％～28％；所述矿物掺合料为矿粉或矿渣粉；所述胶粉为通过强碱溶液将橡胶粉表面所含硬脂酸锌去除后获得的固体粉末，所述胶粒为通过强碱溶液将橡胶粒表面所含硬脂酸锌去除后获得的固体颗粒。上述一种半刚性混凝土，其特征是：该半刚性混凝土为弹性模量为ε1的混凝土，其中ε0为所述普通混凝土的弹性模量。上述一种半刚性混凝土，其特征是：普通混凝土中替换为柔性材料的细集料的质量不大于细集料总质量的60％。优选地，普通混凝土中替换为柔性材料的细集料的质量为细集料总质量的15％～60％。上述一种半刚性混凝土，其特征是：所述胶粉的粒度为40目～200目，胶粒的粒度为0.45mm～5mm，聚丙烯类纤维的长度为20mm±5mm，所述粉煤灰的45μm方孔筛余量≤25％，矿物掺合料的比表面积≥350m2/kg。上述一种半刚性混凝土，其特征是：所述橡胶粉和橡胶粒均由废旧橡胶制品粉碎而成。同时，本专利技术还提供了一种工艺步骤简单、实现方便且投入成本较低、所制备超低温高性能混凝土性能优良的半刚性混凝土制备工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：步骤一、柔性材料制备，过程如下：步骤101、胶粉及胶粒制备：将橡胶粉放入强碱溶液内并连续搅拌10min～30min后，取出烘干制得胶粉；将橡胶粒放入强碱溶液内并连续搅拌10min～30min后，取出烘干制得胶粒；步骤102、按比例均匀混合：将步骤101中所制得的胶粉和胶粒与聚丙烯类纤维、粉煤灰和矿物掺合料按照设计比例混合均匀后，制得所述柔性材料；步骤二、半刚性混凝土制备：采用等质量替换法将普通混凝土的部分细集料替换为步骤一中所制得柔性材料后，再均匀拌合获得半刚性混凝土。上述工艺，其特征是：步骤101中所述强碱溶液为NaOH溶液，所述NaOH溶液的浓度为1mol/L～5mol/L。上述工艺，其特征是：步骤102中进行均匀混合之前，还需采用表面处理剂对步骤101中所制得的胶粉和胶粒进行处理，所述表面处理剂为硅烷偶联剂。上述工艺，其特征是：步骤二中所述普通混凝土由胶凝材料、粗集料、细集料和水均匀拌合而成；步骤二中进行半刚性混凝土制备时，过程如下：步骤201、配合比设计：按照普通混凝土配合比设计方法对所述普通混凝土的配合比进行设计；步骤202、柔性材料替换细集料量确定：对被替换细集料质量占细集料总质量的百分比c％进行确定，替换用柔性材料的质量与被替换细集料的质量相同；步骤203、拌合：根据步骤201中所设计的配合比，并结合步骤202中所确定的柔性材料替换量，对拌合所述半刚性混凝土用胶凝材料、粗集料、细集料、柔性材料和水的用量分别进行确定，再按照所确定的用量将胶凝材料、粗集料、细集料、柔性材料和水进行均匀拌合后，获得半刚性混凝土。上述工艺，其特征是：步骤203中对胶凝材料、粗集料、细集料、柔性材料和水进行拌合时，还需在拌合物中添加对所述柔性材料中的胶粉和胶粒进行表面处理的硅烷偶联剂。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、制备工艺步骤简单、操作简易且实现方便，投入成本较低。2、所采用的柔性材料组分设计合理、加工制作简便、投入成本较低且使用效果好，应用NaOH溶液处理橡胶粉和橡胶粒表面，为无机胶凝材料与柔性材料之间的结合创造了条件；同时，利用硅烷偶联剂处理胶粉和胶粒，使其表面形成半刚性过渡段；利用超细粉煤灰和磨细矿渣粉或矿粉作为载体，使柔性材料易于储存、运输和计量，为大量推广应用创造了条件。3、能变废为宝，实现废旧橡胶制品的再利用，同时也解决了废旧橡胶制品的环境污染问题，由于废旧轮胎类橡胶制品具有较强的抗热性，抗腐蚀性，老化和自然分解能力差，燃烧处理又会带来更严重的空气污染，深埋处理后上百年都不易被完全分解，因而废旧橡胶材料的无害化处理和在混凝土工程中的应用也是发展绿色混凝土的一个重要发展方向，本专利技术不仅能够解决橡胶类材料对环境的污染，同时也开创了半刚性材料应用的新天地，是混凝土材料领域研究的一项重大新突破，柔性材料可做为绿色环保再生型混凝土的第六组分而得到广泛应用，经济价值、社会价值非常可观。4、半刚性混凝土性能优良，其是一种界于刚性混凝土与柔性有机材料之间的半刚性混凝土建筑材料，根据混凝土结构物受力特点一般情况下其弹性模量应控制在现有混凝土弹性模量的1～1/10之内，压应变控制在100％～150％之间，在满足混凝土设计强度的前提下(注该半刚性混凝土所施工工程结构一般情况下对混凝土的强度要求不高，而混凝土的变形和柔韧度要求较高)。所制备半刚性混凝土与现有的普通混凝土相比，具有较强韧性和变形能力的混凝土材料，可以弥补现有普通混凝土存在的变形小、脆性大、抗拉能力低等缺陷，该半刚性混凝土材料不同于半刚性沥青混凝土材料，因为半刚性沥青混凝土材料主要的强度来源是以水泥类水硬性材料为主的无机胶凝材料。5、半刚性混凝土的配合比设计过程简单，其在不改变原有普通混凝土材料的相学结构组分的基础上，通过柔性材料对部分细集料进行替换，便能使被替换普通混凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半刚性混凝土，其特征在于：该半刚性混凝土为将普通混凝土的部分细集料替换为柔性材料后拌合而成的混凝土，被替换细集料的质量与替换用所述柔性材料的质量相同；所述柔性材料的组成按质量计为：胶粉30%～40%，胶粒30%～40%，聚丙烯类纤维0.5%～1.5%，粉煤灰3%～8%，矿物掺合料20%～28%；所述矿物掺合料为矿粉或矿渣粉；所述胶粉为通过强碱溶液将橡胶粉表面所含硬脂酸锌去除后获得的固体粉末，所述胶粒为通过强碱溶液将橡胶粒表面所含硬脂酸锌去除后获得的固体颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种半刚性混凝土，其特征在于：该半刚性混凝土为将普通混凝土的部分细集料替换为柔性材料后拌合而成的混凝土，被替换细集料的质量与替换用所述柔性材料的质量相同，被替换细集料的质量不大于细集料总质量的60％；所述柔性材料的组成按质量计为：胶粉30％～40％，胶粒30％～40％，聚丙烯纤维0.5％～1.5％，粉煤灰3％～8％，矿物掺合料20％～28％；所述矿物掺合料为矿粉；所述胶粉为通过强碱溶液将橡胶粉表面所含硬脂酸锌去除后获得的固体粉末，所述胶粒为通过强碱溶液将橡胶粒表面所含硬脂酸锌去除后获得的固体颗粒；所述胶粉的粒度为40目～200目，胶粒的粒度为0.45mm～5mm；聚丙烯纤维的长度为20mm±5mm，所述粉煤灰的45μm方孔筛余量≤25％，矿物掺合料的比表面积≥350m2/kg；所述橡胶粉和橡胶粒均由废旧橡胶制品粉碎而成；该半刚性混凝土的制备工艺包括以下步骤：步骤一、柔性材料制备，过程如下：步骤101、胶粉及胶粒制备：将橡胶粉放入强碱溶液内并连续搅拌10min～30min后，取出烘干制得胶粉；将橡胶粒放入强碱溶液内并连续搅拌10min～30min后，取出烘干制得胶粒；步骤102、按比例均匀混合：将步骤101中所制得的胶粉和胶粒与聚丙烯纤维、粉煤灰和矿物掺合料按照设计比例混合均匀后，制得所述柔性材料；步骤二、半刚性混凝土制备：采用等质量替换法将普通混凝土的部分细集料替换为步骤一中所制得柔性材料后，再均匀拌合获得半刚性混凝土；步骤102中进行均匀混合之前，还需采用表面处理剂对步骤101中所制得的胶粉和胶粒进行处理，所述表面处理剂为硅烷偶联剂。2.按照权利要求1所述的一种半刚性混凝土，其特征在于：该半刚性混凝土为弹性模量为ε1的混凝土，其中ε0为所述普通混凝土的弹性模量。3.一种制备如权利要求1所述半刚性混凝土的工艺，其特征在于该工艺包...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪君睿，李强，黄小军，仲维玲，周玉兵，刘金明，
申请(专利权)人：中铁二十局集团第四工程有限公司，
类型：发明
国别省市：