具有高强度且低风化的混凝土铺路砖制造技术

通过在混凝土组合物中使用玻璃粉来增强混凝土砖的抗风化性，玻璃粉可减少水泥含量，且玻璃粉还可产生火山灰反应，以将氢氧化钙中的游离钙离子变为硅酸钙，从而将钙离子固定在混凝土内部。该组合物包括重量百分比为20至25(wt.％)的包含普通波特兰水泥、飞灰、硫铝酸钙水泥、磨细粒化高炉矿渣的水泥粘合剂材料、重量百分比为10至15(wt.％)的粗骨料、重量百分比为为32到39(wt.％)的细骨料。该组合物进一步包括重量百分比为17至23(wt.％)的量的玻璃粉，且该玻璃粉的直径小于约75微米的，其中，水含量为重量百分比6到9(wt.％)。其所制备而成的铺路砖的干密度为1800

【技术实现步骤摘要】
具有高强度且低风化的混凝土铺路砖
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2021年11月11日提交的美国临时专利申请第63/278,109号的优先权，及2022年11月09日提交的美国专利申请第17/984,217号的优先权，所述申请的公开内容以引用的方式并入本文中。


[0002]本专利技术涉及用于混凝土铺路砖的组合物，更具体地，涉及用于制备具有高强度且低风化的混凝土铺路砖的组合物。

技术介绍

[0003]混凝土铺路砖广泛地用于人行道和道路上。力学特性是评估混凝土砖性能的基本标准，尤其是混凝土砖的强度至关重要。虽然增加混凝土组合物中水泥的量可以改进抗压强度，但这也会造成成本增加与加快风化。一般来说，水泥基材料的风化通常发生在暴露于高湿气水平时，当含有溶解的矿物盐的水到达混凝土的表面，随着水蒸发，盐会留在表面上，矿物盐的沉积物通常颜色发白，并且不容易去除。虽然这并非内部损坏的指示，但会造成美观上的影响且可能导致产品被拒收而引发经济损失，且这可能是一个长时间的问题，尤其是对于有色砖，因为沉积物与砖体颜色之间的颜色对比强烈。
[0004]在所有干铸产品中，混凝土铺路砖(concrete paving block，CPB)受风化的影响最大。随着砖凝固或硬化，会产生可溶于水的游离氢氧化钙，即使仅有轻微的可溶性，因此，游离氢氧化钙可能透过已溶解于新鲜混凝土的混合水或经暴露于雨或露水的影响，而通过硬化的混凝土迁移到混凝土砖表面，到达混凝土的表面后，氢氧化钙可与空气中的二氧化碳反应，而形成不溶于水的碳酸钙。以下是风化的化学反应：
[0005]Ca(OH)2+CO2→
CaCO3+H2O
→
蒸发＝风化
[0006]一般来说，有两种类型的风化，即一次风化和二次风化。两者的差异在于导致引发风化的物质的来源，在混凝土产生后的有限时间内，由原始材料的成分的元素造成的风化为一次风化；环境条件则是造成二次风化的原因，如暴露于雨、冰或露水形式的水或其它液体。
[0007]因此，所属
需要具有足够的强度和减少风化的改进组合物，且此组合物可以用于具有制备长寿命的高强度混凝土铺路砖。

技术实现思路

[0008]本专利技术通过在混凝土组合物中使用玻璃粉，以增强混凝土砖的抗风化性。玻璃粉的使用可减少水泥含量，且玻璃粉可产生火山灰反应，将氢氧化钙中的游离钙离子变为硅酸钙，从而将钙离子固定在混凝土内部，以防止氢氧化钙与空气中的二氧化碳产生风化的反应。
[0009]在一个方面，本专利技术提供一种抗风化混凝土铺路砖组合物，其包括水泥粘合剂材
料，该水泥粘合剂材料包括普通波特兰水泥(ordinary Portland cement，OPC)、飞灰、硫铝酸钙水泥(CSA)、磨细粒化高炉矿渣(ground
‑
granulated blast
‑
furnace slag，GGBS)、偏高岭土(MK)、硅灰(SF)或其混合物。该组合物进一步包括粗骨料；其中至少90％的粗骨料的直径小于约10mm，以及直径为约0.75mm到约4.75mm的细骨料，该组合物还包括直径小于约75微米的玻璃粉以及水和任选的超增塑剂。在该组合物中，水与水泥粘合剂材料的重量比率为0.2到0.5。粗骨料加细骨料与水泥粘合剂材料的重量比率为2到6。细骨料与粗骨料的重量比率为2到5，并且所形成的铺路砖的干密度为1800
‑
2200kg/m3。
[0010]在另一方面，本专利技术提供一种抗风化混凝土铺路砖组合物，其具有20wt.％到25wt.％的包括普通波特兰水泥(OPC)、飞灰、硫铝酸钙水泥(CSA)、磨细粒化高炉矿渣(GGBS)的水泥粘合剂材料；具有10wt.％到15wt.％的直径小于约10mm的粗骨料；具有32wt.％到39wt.％的直径小于约3mm的细骨料。该组合物进一步包括17到23(19.9)wt.％的直径小于约75微米的玻璃粉，其中水的占比则是6到9wt.％；并且所形成的铺路砖的干密度为1800
‑
2200kg/m3。
附图说明
[0011]图1是抗压强度与水灰比的曲线图。
[0012]图2是抗压强度与骨料水泥比的曲线图。
[0013]图3是抗压强度与细粗骨料比的曲线图。
[0014]图4是抗压强度与玻璃含量的曲线图。
[0015]图5是细骨料的级配曲线图。
[0016]图6是10mm骨料的曲线图。
[0017]图7是28天抗压强度的散点图。
[0018]图8是两个样品经过风化测试的照片。
[0019]图9显示飞灰组的电导性。
[0020]图10显示玻璃粉组的电导性。
具体实施方式
[0021]含有高碱含量的砌体和水泥基材料通常易受风化影响，因为在混凝土形成过程中，水化过程中出现可溶性盐是不可避免的。为了减轻混凝土铺路砖的风化，本专利技术提供了适当的水泥含量、水灰比和渗透性。另外，由于Ca(OH)2的游离钙离子的主要来源是由水泥的水化作用产生，因此本专利技术提供一种机制，即通过火山灰反应来消耗由水泥产生的Ca(OH)2。另一方面是关于水灰比，最小化水灰比可以减少将可溶性离子带到表面与空气中的CO2反应的介质(水)，此外，良好的骨料级配可以增强渗透性，减少供可溶盐迁移的孔。
[0022]特别地，在混凝土组合物中使用玻璃粉减少水泥含量，同时玻璃粉可产生反应，将氢氧化钙中的游离钙离子变为硅酸钙，从而将钙离子固定在混凝土内部，以防止氢氧化钙与空气中的二氧化碳产生风化反应。
[0023]提供不同混凝土组分之间的各种比率，以在强度、成本和风化减少之间建立适当平衡。特别地，本专利技术提供了适当的水灰比、骨料水泥比、细粗骨料比和玻璃含量。
[0024]所得组合物可形成低风化混凝土砖。如本文所用，表述“低风化”意指通过电导率
测试和吸水率测试，开发的配方比现有配方所出现的风化情况较低，电导率测试值比现有配方可以降低超过20％，并且与现有配方的吸水率(3.91％)相比，吸水率可以降低到2.5％。
[0025]水灰比
[0026]水是水泥水化过程中所必需的其中一项物质；也就是说，水化是形成坚固水泥产品所必需的化学反应。骨料强度、界面结合强度和水泥基质的强度都与由组合物形成的混凝土砖的抗压强度有关，水灰比主要影响水泥基质的强度，过量的水会导致强度降低、干燥收缩和耐磨性降低，而低水灰比导致水化不足以及和易性低。因此，最优水灰比可在骨料表面上形成完整涂层。
[0027]本专利技术检测水灰比为0.2、0.25、0.3、0.35和0.4的五个配方，并以7天抗压强度作为指标。根据先前测试，抗压强度与干密度具有线性回归方程Y＝0.1628X
‑
297.08的关系，且样品具有密度变化，为了消除由密度变化的影响，本专利技术通过下式将真实抗压强度转变为2150kg/m3的固定干密度下的抗压强度：
[0028]P
c
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗风化混凝土铺路砖组合物，其包含：选自以下的一种或多种的水泥粘合剂材料：普通波特兰水泥(ordinary Portland cement，OPC)、飞灰(FA)、硫铝酸钙水泥(CSA)、磨细粒化高炉矿渣(GGBS)、偏高岭土(MK)或硅灰(SF)；粗骨料，其中至少90％的所述粗骨料的直径小于10mm；细骨料，其中所述细骨料的直径为0.75到4.75mm；玻璃粉，其中所述玻璃粉的直径小于75微米；水；以及增塑剂；其中所述水与所述水泥粘合剂材料的重量比为0.2至0.5；所述粗骨料加所述细骨料与所述水泥粘合剂材料的重量比为2至6；所述细骨料与所述粗骨料的重量比为2至5；以及由所述组合物制备的铺路砖的干密度为1800
‑
2200kg/m3。2.根据权利要求1所述的组合物，其中40至50％的所述细骨料具有1.18
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2.36mm范围内的粒度，和30
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40％的所述细骨料具有0.3
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0.6mm范围内的粒度。3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述水泥粘合剂材料包括普通波特兰水泥(OPC)与飞灰(FA)的混合物。4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述玻璃粉是回收玻璃粉。5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述水与所述水泥粘合剂材料的重量比为0.3至0.35。6.一种抗风化混凝土铺路砖，其由根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌猛，刘轩，刘滨，沈文龙，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：