專利名稱：兼?zhèn)渫杆院捅Ｋ缘母邚?qiáng)度混凝土預(yù)制件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兼?zhèn)渫杆院捅Ｋ?，其耐開裂性能被強(qiáng)化的混凝土預(yù)制件或混凝土施工物。
背景技術(shù)：
相對(duì)于1重量份的硅酸鹽水泥含有重量比2～10的多孔粒狀礦渣的混凝土鋪路材料是已知的(參照專利文獻(xiàn)1)。
據(jù)認(rèn)為這種鋪路材料具有瞬時(shí)的透水性能、緩和熱島現(xiàn)象、保持地下水等用途，但是由于(1)在成形施工時(shí)混入的水過多，透水性能比較低；(2)在成形施工時(shí)碾實(shí)壓力過大，使透水性降低；(3)欠缺保水性，不能期待長(zhǎng)期保水；(4)容易產(chǎn)生裂紋；(5)彎曲強(qiáng)度低，而不適合在容易產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的鋪路工程中使用。
專利文獻(xiàn)1專利3,050,793號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異的透水性和保水性，在耐開裂性能方面得到增強(qiáng)的混凝土預(yù)制件。
本發(fā)明的第一方面為，提供一種兼?zhèn)渫杆院捅Ｋ缘母邚?qiáng)度混凝土預(yù)制件，其包含，多孔骨料，該多孔骨料包括粒狀礦渣、沸石、火山巖；吸水性樹脂，該吸水性樹脂包括水溶性樹脂；纖維物質(zhì)，該纖維物質(zhì)包括玻璃纖維、金屬纖維、或高分子纖維；硬化材料，該硬化材料包括硅酸鹽水泥、生態(tài)水泥、高強(qiáng)度水泥、快速硬化水泥，在零坍塌或低坍塌狀態(tài)下強(qiáng)行攪拌混合乃至施工。
本發(fā)明的第二方面為，在本發(fā)明的第一方面中，相對(duì)于混凝土的重量，吸水性樹脂的添加量在0.3％之內(nèi)。
本發(fā)明第三方面為，在第一方面中，相對(duì)于混凝土的重量，纖維物質(zhì)的添加量在3％之內(nèi)。
本發(fā)明第四方面為，在第二方面中，相對(duì)于混凝土的重量，纖維物質(zhì)的添加量在3％之內(nèi)。
本發(fā)明的第五方面為，在第一至第四方面中，在混入水以后的新鮮混凝土的狀態(tài)，是通過調(diào)節(jié)混入水的量，使一般細(xì)骨料從表面干燥飽和狀態(tài)達(dá)到表面含水率5％的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第六方面為，在第一至第四方面中，在多孔骨料中添加普通骨料，所述普通骨料包括非多孔的砂、碎石。
本發(fā)明的第七方面為，在第五方面中，在多孔骨料中添加普通骨料，所述普通骨料包括非多孔的砂、碎石。
在本發(fā)明中，由于由硬化材料互相結(jié)合的骨料是多孔物質(zhì)，即使在比如作為鋪路材料使用的混凝土預(yù)制件的表面有散水或降水，水也不會(huì)滯留在表面或者表層部分，而立即從混凝土預(yù)制件的底層浸透到混凝土預(yù)制件的支持基礎(chǔ)上。
但是，由于在混凝土預(yù)制件中以一定的比例混入了吸水性樹脂，散水或降水總量并沒有全部跑到混凝土預(yù)制件的支持基礎(chǔ)上，一定比例的水被吸收保持在吸水性樹脂中，這些水分由于毛細(xì)管現(xiàn)象而逸出到混凝土預(yù)制件的表面上，由其蒸發(fā)潛熱使路面降溫，能夠改善熱島現(xiàn)象。
如在圖1中所示，多孔骨料1和吸水性樹脂2通過硅酸鹽水泥等硬化材料結(jié)合，而且還通過玻璃纖維或金屬纖維等纖維物質(zhì)3互相結(jié)合為一個(gè)整體，從而提高了彎曲強(qiáng)度，增大了抑制裂紋的效果，特別適合于鋪路等重負(fù)荷的用途。


圖1是本發(fā)明的混凝土預(yù)制件示意性的部分?jǐn)嗝鎴D。
圖2是在本發(fā)明的混凝土預(yù)制件防止開裂測(cè)試中使用的誘發(fā)裂紋裝置的平面圖。
圖3是顯示沒有添加玻璃纖維的測(cè)試體中產(chǎn)生裂紋狀況的照片。
圖4是顯示添加了玻璃纖維的測(cè)試體中產(chǎn)生裂紋狀況的照片。
圖5是在透水測(cè)試中使用透水測(cè)試裝置的示意圖。
圖6是表示保水保持時(shí)間確認(rèn)測(cè)試結(jié)果的圖。
符號(hào)的說明1 多孔骨料2 吸水性樹脂3 纖維質(zhì)物質(zhì)具體實(shí)施方式
相對(duì)于混凝土預(yù)制件的重量，吸水性樹脂的混入量?jī)?yōu)選在0.3質(zhì)量％以內(nèi)，只要在此范圍內(nèi)，對(duì)混凝土預(yù)制件的強(qiáng)度以及透水性幾乎不受影響，保水性提高兩成到四成，而保水的保持時(shí)間提高到2倍至3倍的程度，可以期待長(zhǎng)期的保水性能。
作為吸水性樹脂，優(yōu)選是在含有海水或地下水等含有多種電解質(zhì)的水中也顯示出穩(wěn)定的吸水性能的耐鹽性吸水樹脂，比如株式會(huì)社日本催化劑制造的アクアリツクCS(注冊(cè)商標(biāo))。此外，可以使用聚丙烯酸系列吸水聚合物、淀粉-丙烯酸系列吸水聚合物等。
作為粒狀礦渣，可以使用軟質(zhì)粒狀礦渣，這樣的粒狀礦渣，在外徑1～3毫米左右的玻璃質(zhì)粒子的內(nèi)部具有無數(shù)的氣泡。由硅酸鹽水泥等硬化材料結(jié)合的粒狀礦渣的粒子之間的空隙和粒狀礦渣自身內(nèi)部的空隙，確保良好的透水性能。
通過混入纖維質(zhì)物質(zhì)，提高混凝土彎曲強(qiáng)度兩成至三成，耐開裂性能也有飛躍的改善。從相對(duì)于混凝土的重量比添加量在0.03％開始就幾乎不再產(chǎn)生裂紋，伴隨著添加量的增大，裂紋全面消失。相對(duì)于混凝土的重量，纖維物質(zhì)的添加量在3％以內(nèi)就足夠了。
在混凝土中混入水的情況下，當(dāng)水的混入量過大時(shí)，幾乎喪失了混凝土預(yù)制件的透水性能和保水性能，因此適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)混入水量是必要的。在混入水以后的新鮮混凝土的狀態(tài)使得一般的細(xì)骨料的表面從干燥飽和狀態(tài)變成表面含水率為5％的范圍內(nèi)，就能夠最大限度地確保透水性能和保水性能。
根據(jù)需要添加了適當(dāng)?shù)念伭虾突旌喜牧系纳鲜龈鞣N材料，在零坍塌或近似于零坍塌的低坍塌狀態(tài)下被強(qiáng)制混合，填充到所需的形框中進(jìn)行成形或者在道路等施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。除了將混凝土材料填充到形框中然后使形框和混凝土材料一起靜置的方法以外，可以根據(jù)需要在形框或混凝土材料上施加振動(dòng)或壓力的負(fù)荷進(jìn)行成形。
除了多孔骨料以外，在混凝土材料中添加一定量的普通骨料時(shí)，能夠增強(qiáng)混凝土預(yù)制件的機(jī)械強(qiáng)度，抑制由于損耗造成的壽命降低。在只用多孔骨料不能得到所需強(qiáng)度時(shí)，可以追加配合砂或砂礫、碎石等普通骨料。
本發(fā)明的混凝土預(yù)制件，除了作為鋪路砌塊或路面砌塊等一般的混凝土預(yù)制件、多孔混凝土預(yù)制件、模塊式混凝土預(yù)制件或多孔模塊式混凝土預(yù)制件在工廠中生產(chǎn)而提供以外，還能夠在道路、鋪路或地面鋪路的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。
實(shí)施例下面顯示出對(duì)本發(fā)明的混凝土預(yù)制件進(jìn)行性能測(cè)試的結(jié)果。
本測(cè)試是研究在使用多孔骨料的透水混凝土中添加吸水性樹脂(水溶性聚合物)和纖維性物質(zhì)(玻璃纖維)對(duì)混凝土性能和功能的影響。
測(cè)試是對(duì)在表1的環(huán)境下制造的測(cè)試體，進(jìn)行表2中所示項(xiàng)目，即壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、透水性能、保水性能和防止開裂的測(cè)試。
表1 測(cè)試體制造日、場(chǎng)所、自然環(huán)境

表2 測(cè)試內(nèi)容

在制造測(cè)試體時(shí)使用的材料如在表3中所示，測(cè)試配方如在表4中所示，混煉方法如在表5中所示。
表3 使用材料

表4 各個(gè)測(cè)試使用的配方(單位千克)

表5 混煉方法

壓縮強(qiáng)度測(cè)試，對(duì)在表1中所示的案例1、案例2、案例3和案例4進(jìn)行。
使用如在表3中所示的材料和在表4中所示的案例1、案例2、案例3和案例4的配方，按照J(rèn)IS A 1332制造測(cè)試體。測(cè)試體的尺寸是直徑10厘米，高度20厘米，進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期在一定條件下取一個(gè)月(30天)。壓縮測(cè)試機(jī)是按照J(rèn)IS B 7733所規(guī)定的裝置。
測(cè)試方法按照J(rèn)IS A 1108的規(guī)定。制造三件考慮到制造時(shí)偏差的測(cè)試體，計(jì)算出其平均直徑。
壓縮強(qiáng)度是使用在測(cè)試機(jī)上顯示的測(cè)試體破壞時(shí)最大負(fù)荷，按照如下的公式計(jì)算出。
σc＝P/(π*(d/2)2)σc壓縮強(qiáng)度(牛頓/平方毫米)P最大負(fù)荷(牛頓)d測(cè)試體的直徑(毫米)壓縮強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果顯示在表6中。由于添加吸水性樹脂，根據(jù)樹脂種類(案例2)的不同壓縮強(qiáng)度有所下降，但通過采用顆粒度50微米的CS6HM和玻璃纖維有所改善，得到與案例1相同的強(qiáng)度。
表6 測(cè)試結(jié)果(單位牛頓/平方毫米)

對(duì)在表2中所示的案例1、案例2、案例3和案例4進(jìn)行彎曲強(qiáng)度測(cè)試。
使用如在表3中所示的材料和在表4中所示的案例1、案例2、案例3和案例4的配方，按照J(rèn)IS A 1332制造測(cè)試體。測(cè)試體的尺寸是4厘米×4厘米×16厘米。進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間在一定條件下取一個(gè)月(30天)。測(cè)試裝置是按照J(rèn)IS B 7733中所規(guī)定的裝置。
測(cè)試方法是按照J(rèn)IS A 1106所規(guī)定的方法?？紤]到制造時(shí)的偏差，制造三件測(cè)試體，計(jì)算出其平均值。
使用在測(cè)試機(jī)械上顯示的測(cè)試體破壞時(shí)的最大負(fù)荷，使用以下的公式計(jì)算出彎曲強(qiáng)度。
σc＝P*l/b*h2σb彎曲強(qiáng)度(牛頓/平方毫米)P最大負(fù)荷(牛頓)l跨距(毫米)b破壞斷面的寬度(毫米)
h破壞斷面的高度(毫米)彎曲強(qiáng)度測(cè)試的結(jié)果如在表7中所示。由于添加了吸水性樹脂，使得彎曲強(qiáng)度下降，但通過添加玻璃纖維會(huì)使其改善，確認(rèn)是案例1的1.44倍。
表7 測(cè)試結(jié)果

在上述表4中所示的配方案例4，由于添加了玻璃纖維等纖維材料，使得增強(qiáng)了混凝土的彎曲強(qiáng)度，改善了耐開裂性能。但是，混凝土的彎曲強(qiáng)度，由于礦渣等多孔材料(在粒徑減小以后，成為有別于碎石的細(xì)骨料)性質(zhì)的不同使得增強(qiáng)的程度不夠穩(wěn)定。為了得到對(duì)彎曲強(qiáng)度的穩(wěn)定的高增強(qiáng)效果，要充分注意對(duì)所用多孔細(xì)骨料的選擇，使該細(xì)骨料的性狀和材質(zhì)落入作為目的的一定范圍內(nèi)是有必要的。
作為能夠穩(wěn)定地得到增強(qiáng)的彎曲強(qiáng)度的另外一個(gè)方法，是加入上述礦渣作為細(xì)骨料，而使用添加粒徑大約5毫米的碎石(按照J(rèn)IS標(biāo)準(zhǔn)分類7號(hào)碎石)作為粗骨料的方法。表8顯示出對(duì)相對(duì)于全部骨料，使用添加20％、30％、70％、80％等不同比例的7號(hào)碎石的測(cè)試體進(jìn)行彎曲強(qiáng)度測(cè)試的結(jié)果。
如在表8中所示，確認(rèn)通過增大添加率使得彎曲強(qiáng)度得到穩(wěn)定的增強(qiáng)。通過添加這樣的碎石，對(duì)透水性能沒有影響。在案例3和案例4中看到保水性能有一定程度的降低，但在案例1和案例2中則沒有見到保水性能的降低。
表8

防止裂紋測(cè)試確認(rèn)在如表2中所示的案例3和案例4的混凝土中添加耐堿性玻璃纖維時(shí)的防止開裂的效果。
為了誘發(fā)裂紋，如在圖2中所示，使用50毫米的方形框架圍起來的框架，上面設(shè)置固定了直徑13毫米鋼筋的厚度4.5毫米鐵板。使用在表3中所示的材料和表4中所示的案例3和案例4的配方混煉成混凝土，裝入如圖2中所示的框架中，在60℃下在養(yǎng)護(hù)室內(nèi)靜置24小時(shí)。
由于鐵板和鋼筋的膨脹會(huì)誘發(fā)裂紋，將脫模以后的測(cè)試體，在鐵板一側(cè)的鐵板面上用氧氣均勻地加熱，加熱的時(shí)間為3分鐘。
如圖3中所示，沒有添加玻璃纖維的測(cè)試體，產(chǎn)生了許多裂紋，由此能夠確認(rèn)破損的位置。與此相反，添加了玻璃纖維的測(cè)試體，如在圖4中所示，幾乎沒有產(chǎn)生裂紋。
透水性測(cè)試對(duì)表2中所示的案例1、案例2和案例3進(jìn)行。
使用如在表3中所示的材料和在表4中所示的案例1、案例2和案例3的配方制造測(cè)試體。測(cè)試體的尺寸是直徑10厘米，高度3厘米。進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間在一定條件下取一個(gè)月(30天)。
測(cè)試使用如在圖5中所示的JASS 7 M101(連鎖模塊性能測(cè)試方法)中規(guī)定的裝置，使得與上述測(cè)試體的尺寸相對(duì)應(yīng)?？紤]到制造時(shí)的偏差，制造三件測(cè)試體，計(jì)算出平均值。使用如下的公式從測(cè)量值計(jì)算出透水系數(shù)。
K＝(H/h)×(Q/(A×30秒))K透水系數(shù)(厘米/秒)H塊的厚度(厘米)h水頭差(厘米)Q30秒的排水量(立方厘米)
A塊的面積(平方厘米)由表9的試驗(yàn)結(jié)果顯示出，添加吸水性樹脂對(duì)透水性能沒有影響，表現(xiàn)出同樣的透水性能。
表9 測(cè)試結(jié)果(單位×10-2厘米/秒)

對(duì)在表2中所示的案例1、案例2和案例3進(jìn)行保水性能測(cè)試。
使用如在表3中所示的材料和在表4中所示的案例1、案例2和案例3的配方制造測(cè)試體。測(cè)試體的尺寸是直徑10厘米，高度3厘米。進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間在一定條件下取一個(gè)月(30天)。
測(cè)試確認(rèn)保水能力和保水保持時(shí)間等性能。
在保水能力測(cè)試中，用自來水將測(cè)試體飽和24小時(shí)，測(cè)定飽和的測(cè)試體的重量(w1(克))。然后在60℃的恒溫室中將飽和的測(cè)試體干燥24小時(shí)，再測(cè)定干燥以后的測(cè)試體的重量(w2(克))。
用以下的公式計(jì)算出由塊的含水比表示的保水能力。
w1＝(W1-W2)/w2×100w1含水比在確認(rèn)保水保持時(shí)間的測(cè)試中，用自來水將測(cè)試體飽和24小時(shí)，測(cè)定飽和的測(cè)試體的重量(w1(克))。然后在60℃的恒溫室中將飽和的測(cè)試體干燥1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)、4小時(shí)、5小時(shí)、7小時(shí)和24小時(shí)時(shí)的測(cè)試體的重量(wi(克))，計(jì)算出含水比。
表8中所示的案例2和案例3的含水比的值是大致相同的，任何一個(gè)都在案例1的1.6倍以上。從而確認(rèn)，通過添加吸水性樹脂在相當(dāng)程度上提高了混凝土的保水能力。
由表10和圖6可以看出，對(duì)于在60℃下急速干燥時(shí)的塊內(nèi)含水量，由于案例2和案例3的保水能力更高，其含水比降低的速度比案例1更慢，在7小時(shí)以后顯示出為案例1的兩倍和3倍以上的高保水量。
表10 測(cè)試結(jié)果(單位％)

通過以上的測(cè)試可以確認(rèn)，當(dāng)在以多孔骨料為主原料的混凝土中添加吸水性樹脂和玻璃纖維時(shí)，混凝土的功能發(fā)生以下的變化。
(1)確認(rèn)不能期待增強(qiáng)壓縮強(qiáng)度，但如果采用適當(dāng)?shù)奈詷渲?，可以?duì)壓縮強(qiáng)度不產(chǎn)生影響。
(2)通過添加玻璃纖維，彎曲強(qiáng)度有增大的傾向，也能夠期待的相當(dāng)程度上抑制裂紋產(chǎn)生。
(3)確認(rèn)添加吸水性樹脂能夠增大混凝土的保水性能，也延長(zhǎng)保水時(shí)間。對(duì)透水性能沒有影響。
(4)在多孔細(xì)骨料中使用添加一定范圍粒徑的碎石時(shí)，能夠穩(wěn)定地增強(qiáng)混凝土的彎曲強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種兼?zhèn)渫杆院捅Ｋ缘母邚?qiáng)度混凝土預(yù)制件，其特征在于包含，多孔骨料，該多孔骨料包括粒狀礦渣、沸石、火山巖；吸水性樹脂，該吸水性樹脂包括水溶性樹脂；纖維物質(zhì)，該纖維物質(zhì)包括玻璃纖維、金屬纖維、或高分子纖維；硬化材料，該硬化材料包括硅酸鹽水泥、生態(tài)水泥、高強(qiáng)度水泥、快速硬化水泥，在零坍塌或低坍塌狀態(tài)下強(qiáng)行攪拌混合乃至施工。
2.如權(quán)利要求1中所述的混凝土預(yù)制件，其特征在于相對(duì)于混凝土的重量，吸水性樹脂的添加量在0.3％之內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的混凝土預(yù)制件，其特征在于相對(duì)于混凝土的重量，纖維物質(zhì)的添加量在3％之內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的混凝土預(yù)制件，其特征在于相對(duì)于混凝土的重量，纖維物質(zhì)的添加量在3％之內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的混凝土預(yù)制件，其特征在于在混入水以后的新鮮混凝土的狀態(tài)，是通過調(diào)節(jié)混入水的量，使一般細(xì)骨料從表面干燥飽和狀態(tài)達(dá)到表面含水率5％的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的混凝土預(yù)制件，其特征在于在多孔骨料中添加普通骨料，所述普通骨料包括砂、碎石。
7.如權(quán)利要求5所述的混凝土預(yù)制件，其特征在于在多孔骨料中添加普通骨料，所述普通骨料包括砂、碎石。
全文摘要
本發(fā)明提供透水性和保水性都優(yōu)異的，增強(qiáng)耐開裂性能等機(jī)械強(qiáng)度的混凝土預(yù)制件。本發(fā)明將粒狀礦渣、沸石、火山巖等多孔骨料；水溶性聚合物等吸水性樹脂；玻璃質(zhì)、金屬質(zhì)或高分子質(zhì)纖維物質(zhì)；硅酸鹽水泥、生態(tài)水泥、高強(qiáng)度水泥、快速硬化水泥等硬化材料，在零坍塌或低坍塌狀態(tài)下強(qiáng)行攪拌混合乃至施工。
文檔編號(hào)C04B111/40GK1676751SQ20051005939
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者飯塚弘芳 申請(qǐng)人:株式會(huì)社特弓