一种减震缓冲聚丙烯混凝土材料及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土材料技术领域，涉及隧道工程减震缓冲材料，具体为一种减震缓冲聚丙烯混凝土材料及其制备方法。


背景技术：

2.地震这种突发式的自然灾害破坏能量巨大，其对于地下工程的破坏是不可忽视的，由强烈地震动引发的结构内部严重冲击振动，易造成隧道衬砌破损、脱落及内部设备损坏。地下结构的抗震研究相对于地面结构还相对薄弱，对于隧道减震缓冲层的研究也任重道远。目前常用的的抗震方法主要依靠增强隧道衬砌结构刚度和提高围岩的刚度等来抵御地震波对隧道的冲击响应，但实际效果并不理想。大量的研究表明，在地下结构中加入混凝土缓冲材料可以使地震荷载作用下的应力波得到衰减。同时，混凝土缓冲材料在隧道中的应用既需要满足隧道的基本承载要求，又要具有低表观密度、高弹性模量及优良的抗震性能、耐久性能等特点。
3.当epp颗粒作为建筑材料与混凝土材料砂浆混合时需要注意的是，epp颗粒是表面具有憎水性的有机物颗粒，而水泥浆体为无机胶凝材料，因此在制备过程中，两者之间的结合不容易达到紧密，也就容易出现新拌混凝土材料浆体粘聚性差的问题。除此之外，由于epp颗粒是发泡材料，其质量较轻的特点易造成混凝土材料搅拌成型过程中密度分布不均，甚至出现epp颗粒上浮的现象，严重影响混凝土材料的力学性能。因此，通过合理有效的手段改进混凝土材料制备方法，提高epp颗粒与水泥浆体之间的结合能力，改善混凝土材料界面过渡区的界面性能，也是得到高性能隧道缓冲混凝土材料的技术关键。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种隧道减震缓冲epp混凝土材料及其制备方法。使用epp颗粒对混凝土材料基体中的骨料进行不同比例的替换，并加入不同含量的云母粉，得到了一系列具备一定强度、低表观密度及较大变形量的epp混凝土材料，同时有效改进了epp混凝土材料中epp颗粒表面与无机胶凝材料亲合力小，界面黏结强度低，与水泥砂浆的结合力弱的特点。
5.为了实现本发明的技术目的，本发明混凝土材料主要采用以下技术方案：
6.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按重量份包括以下组分：epp颗粒0.11～0.56份，改性剂0.003～0.017份，中砂93.6份，硅酸盐水泥45.7份，碎石0～61.3份，水21份，云母粉2.29～6.86份，减水剂0.46份。
7.所述的epp颗粒粒径要求为3～5mm，所述epp颗粒与混凝土材料有机地结合形成新型的复合材料，当受到压缩或者冲击时，材料内部泡孔将受到挤压，微孔的体积变化则会引起泡沫材料的形变从而消耗能量。epp颗粒的存在,也提升了混凝土材料整体的可压缩性。
8.所述的改性剂为三乙醇胺，纯度为99％，所述三乙醇胺改性剂可以有效的改善epp颗粒与水化产物的黏结强度，适量的三乙醇胺也可促进水泥水化，使生成的氢氧化钙晶体
数量增多，棒状晶体使水泥浆体结构致密；同时三乙醇胺可以与钙离子、铝离子等结合形成络合物，部分进入水化产物内部或者吸附在其表面，使浆体均匀且结构致密。所述改性剂能提高epp颗粒与水泥浆体之间的结合能力，改善混凝土界面过渡区的界面性能，提高了混凝土材料的力学性能。
9.所述的中砂细度模数为2.5。
10.所述的碎石公称粒径为5～10mm。
11.所述的硅酸盐水泥强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。
12.所述的云母粉为5000目含量99％的绢云母粉，所述云母粉有弹性可弯曲滑动，具有良好的耐磨性，旨在提高混合材料的整体弹性与压缩变形能力。
13.所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。
14.在本发明的另一方面，提供了上述隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
15.1)epp改性裹浆处理
16.取改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌至完全浸润，缓慢撒入水泥，充分搅拌形成核壳结构；
17.2)干料混合
18.按配合比要求，称取水泥、碎石、中砂、云母粉，依次投入搅拌使干料混合均匀；
19.3)加入减水剂
20.将减水剂与水均匀混合后，倒入步骤2)所得干混料中快搅拌；
21.4)加入改性裹浆处理后的epp颗粒
22.向步骤3)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，慢速搅拌混合；
23.5)成型装模
24.将步骤4)所得混凝土材料装入试验模具振捣成型，用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护；
25.6)拆模养护
26.在标准养护室养护24小时后脱模，继续在20℃
±
2℃和湿度95％条件下养护28天。
27.本发明的有益效果为：
28.本发明涉及一种隧道减震缓冲epp混凝土材料及其制备方法，该材料由改性裹浆epp颗粒、普通硅酸盐水泥、中砂、碎石、云母粉、减水剂与水按照一定比例进行配制。先使用三乙醇胺溶液对epp颗粒进行改性处理，将颗粒裹浆后再采用二次分散工艺对epp混凝土材料进行制备。三乙醇胺改性剂可以有效的改善epp颗粒与水化产物的黏结强度，可促进水泥水化，使生成的氢氧化钙晶体数量增多，棒状晶体使水泥浆体结构致密；同时三乙醇胺可以与钙离子、铝离子等结合形成络合物，部分进入水化产物内部或者吸附在其表面，使浆体均匀且结构致密，因此该改性剂的使用对epp颗粒在混凝土材料搅拌成型过程中容易造成混凝土材料密度分布不均和颗粒出现上浮的现象有所改善，增强了epp颗粒与水泥浆体之间的结合能力，提高了eps混凝土材料的力学性能。
29.本发明制得的减震缓冲epp混凝土材料的表观密度为1451～2204kg/m3，抗压强度11.2～47.8mpa，残余抗压强度为4.43～10.7mpa，劈裂强度为1.58～3.3mpa，泊松比为0.20～0.24，弹性模量为1.60
×
104～3.22
×
104mpa，具有高强、轻质、变形、吸能、降噪等特性，可
用于隧道结构的抗震缓冲以及变形吸能，一体化装配式混凝土材料，降噪材料等。本发明使用的epp颗粒为一种环保可降解的泡沫材料，可回收重复利用，epp混凝土材料制备过程无任何废气、废水、废料，对人体无害，是一种低碳环保型缓凝土材料。
具体实施方式
30.下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1
32.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按照以下原材料的用量进行配制：
33.粒径3～5mm原生epp颗粒：0.11份；含量99％三乙醇胺改性剂：0.003份；中砂：93.6份；强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥：45.7份；粒径5～10mm碎石：61.3份；水：21份；聚梭酸高效减水剂：0.46份。
34.隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
35.(a)epp改性裹浆处理：称取质量为epp颗粒质量的3％的改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌；待epp颗粒被改性剂完全浸润之后，再以其为核，缓慢撒入3倍epp质量的水泥胶凝材料，充分搅拌使其形成“核壳结构”。
36.(b)干料混合：按配合比要求，将提前称量好的的水泥；碎石；中砂；依次投入搅拌机中进行慢搅拌(125r/min)120s，使干料混合均匀；
37.(c)加入减水剂：将减水剂倒入水中，使用搅拌棒将混合溶液在烧杯中进行慢搅拌30s，确保减水剂与水均匀混合后，将混合溶液倒入步骤(b)所得混合料中快搅拌(285r/min)60s；；
38.(d)加入改性裹浆处理后的epp颗粒：向步骤(c)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，将搅拌机调成慢速搅拌，混合搅拌120s后停止。
39.(e)成型装模：将步骤(d)所得epp混凝土材料装入试验模具，使用振动台振捣成型，用抹刀刮去溢出的浆体并进行抹面，然后用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护。
40.(f)拆模养护：将步骤(e)所得试块在标准养护室养护24小时后进行脱模，再在标准养护为20℃
±
2℃，95％湿度条件下养护28天。
41.实施例2
42.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按照以下原材料的用量进行配制：
43.粒径3～5mm原生epp颗粒：0.22份；含量99％三乙醇胺改性剂：0.006份；中砂：93.6份；强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥：45.7份；粒径5～10mm碎石：46份；水：21份；聚梭酸高效减水剂:0.46份。
44.隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
45.(a)epp改性裹浆处理：称取质量为epp颗粒质量的3％的改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌；待epp颗粒被改性剂完全浸润之后，再以其为核，缓慢撒入3倍epp质量的水泥胶凝材料，充分搅拌使其形成“核壳结构”。
46.(b)干料混合：按配合比要求，将提前称量好的的水泥；碎石；中砂；依次投入搅拌机中进行慢搅拌(125r/min)120s，使干料混合均匀；
47.(c)加入减水剂：将减水剂倒入水中，使用搅拌棒将混合溶液在烧杯中进行慢搅拌30s，确保减水剂与水均匀混合后，将混合溶液倒入步骤(b)所得混合料中快搅拌(285r/min)60s；；
48.(d)加入改性裹浆处理后的epp颗粒：向步骤(c)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，将搅拌机调成慢速搅拌，混合搅拌120s后停止。
49.(e)成型装模：将步骤(d)所得epp混凝土材料装入试验模具，使用振动台振捣成型，用抹刀刮去溢出的浆体并进行抹面，然后用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护。
50.(f)拆模养护：将步骤(e)所得试块在标准养护室养护24小时后进行脱模，再在标准养护为20℃
±
2℃，95％湿度条件下养护28天。
51.实施例3
52.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按照以下原材料的用量进行配制：
53.粒径3～5mm原生epp颗粒：0.34份；含量99％三乙醇胺改性剂：0.010份；中砂：93.6份；强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥：45.7份；粒径5～10mm碎石：30.6份；水：21份；聚梭酸高效减水剂:0.46份。
54.隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
55.(a)epp改性裹浆处理：称取质量为epp颗粒质量的3％的改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌；待epp颗粒被改性剂完全浸润之后，再以其为核，缓慢撒入3倍epp质量的水泥胶凝材料，充分搅拌使其形成“核壳结构”。
56.(b)干料混合：按配合比要求，将提前称量好的的水泥；碎石；中砂；依次投入搅拌机中进行慢搅拌(125r/min)120s，使干料混合均匀；
57.(c)加入减水剂：将减水剂倒入水中，使用搅拌棒将混合溶液在烧杯中进行慢搅拌30s，确保减水剂与水均匀混合后，将混合溶液倒入步骤(b)所得混合料中快搅拌(285r/min)60s；；
58.(d)加入改性裹浆处理后的epp颗粒：向步骤(c)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，将搅拌机调成慢速搅拌，混合搅拌120s后停止。
59.(e)成型装模：将步骤(d)所得epp混凝土材料装入试验模具，使用振动台振捣成型，用抹刀刮去溢出的浆体并进行抹面，然后用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护。
60.(f)拆模养护：将步骤(e)所得试块在标准养护室养护24小时后进行脱模，再在标准养护为20℃
±
2℃，95％湿度条件下养护28天。
61.实施例4
62.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按照以下原材料的用量进行配制：
63.粒径3～5mm原生epp颗粒：0.45份；含量99％三乙醇胺改性剂：0.013份；中砂：93.6份；强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥：45.7份；粒径5～10mm碎石：15.3份；水：21份；聚梭酸高效减水剂:0.46份。
64.隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
65.(a)epp改性裹浆处理：称取质量为epp颗粒质量的3％的改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌；待epp颗粒被改性剂完全浸润之后，再以其为核，缓慢撒入3倍epp质量的水泥胶凝材料，充分搅拌使其形成“核壳结构”。
66.(b)干料混合：按配合比要求，将提前称量好的的水泥；碎石；中砂；依次投入搅拌机中进行慢搅拌(125r/min)120s，使干料混合均匀；
67.(c)加入减水剂：将减水剂倒入水中，使用搅拌棒将混合溶液在烧杯中进行慢搅拌30s，确保减水剂与水均匀混合后，将混合溶液倒入步骤(b)所得混合料中快搅拌(285r/min)60s；；
68.(d)加入改性裹浆处理后的epp颗粒：向步骤(c)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，将搅拌机调成慢速搅拌，混合搅拌120s后停止。
69.(e)成型装模：将步骤(d)所得epp混凝土材料装入试验模具，使用振动台振捣成型，用抹刀刮去溢出的浆体并进行抹面，然后用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护。
70.(f)拆模养护：将步骤(e)所得试块在标准养护室养护24小时后进行脱模，再在标准养护为20℃
±
2℃，95％湿度条件下养护28天。
71.实施例5
72.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按照以下原材料的用量进行配制：
73.粒径3～5mm原生epp颗粒：0.56份；含量99％三乙醇胺改性剂：0.016份；中砂：93.6份；强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥：45.7份；水：21份；聚梭酸高效减水剂:0.46份。
74.隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
75.(a)epp改性裹浆处理：称取质量为epp颗粒质量的3％的改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌；待epp颗粒被改性剂完全浸润之后，再以其为核，缓慢撒入3倍epp质量的水泥胶凝材料，充分搅拌使其形成“核壳结构”。
76.(b)干料混合：按配合比要求，将提前称量好的的水泥；中砂；依次投入搅拌机中进行慢搅拌(125r/min)120s，使干料混合均匀；
77.(c)加入减水剂：将减水剂倒入水中，使用搅拌棒将混合溶液在烧杯中进行慢搅拌30s，确保减水剂与水均匀混合后，将混合溶液倒入步骤(b)所得混合料中快搅拌(285r/min)60s；；
78.(d)加入改性裹浆处理后的epp颗粒：向步骤(c)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，将搅拌机调成慢速搅拌，混合搅拌120s后停止。
79.(e)成型装模：将步骤(d)所得epp混凝土材料装入试验模具，使用振动台振捣成型，用抹刀刮去溢出的浆体并进行抹面，然后用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护。
80.(f)拆模养护：将步骤(e)所得试块在标准养护室养护24小时后进行脱模，再在标准养护为20℃
±
2℃，95％湿度条件下养护28天。
81.实施例6
82.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按照以下原材料的用量进行配制：
83.粒径3～5mm原生epp颗粒：0.34份；含量99％三乙醇胺改性剂：0.010份；含量99％绢云母份：2.29份；中砂：93.6份；强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥：45.7份；粒径5～10mm
碎石：30.6份；水：21份；聚梭酸高效减水剂:0.46份。
84.隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
85.(a)epp改性裹浆处理：称取质量为epp颗粒质量的3％的改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌；待epp颗粒被改性剂完全浸润之后，再以其为核，缓慢撒入3倍epp质量的水泥胶凝材料，充分搅拌使其形成“核壳结构”。
86.(b)干料混合：按配合比要求，将提前称量好的的水泥；碎石；中砂；碎石；云母粉依次投入搅拌机中进行慢搅拌(125r/min)120s，使干料混合均匀；
87.(c)加入减水剂：将减水剂倒入水中，使用搅拌棒将混合溶液在烧杯中进行慢搅拌30s，确保减水剂与水均匀混合后，将混合溶液倒入步骤(b)所得混合料中快搅拌(285r/min)60s；；
88.(d)加入改性裹浆处理后的epp颗粒：向步骤(c)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，将搅拌机调成慢速搅拌，混合搅拌120s后停止。
89.(e)成型装模：将步骤(d)所得epp混凝土材料装入试验模具，使用振动台振捣成型，用抹刀刮去溢出的浆体并进行抹面，然后用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护。
90.(f)拆模养护：将步骤(e)所得试块在标准养护室养护24小时后进行脱模，再在标准养护为20℃
±
2℃，95％湿度条件下养护28天。
91.实施例7
92.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按照以下原材料的用量进行配制：
93.粒径3～5mm原生epp颗粒：0.34份；含量99％三乙醇胺改性剂：0.010份；含量99％绢云母份：4.57份；中砂：93.6份；强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥：45.7份；粒径5～10mm碎石：30.6份；水：21份；聚梭酸高效减水剂:0.46份。
94.隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
95.(a)epp改性裹浆处理：称取质量为epp颗粒质量的3％的改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌；待epp颗粒被改性剂完全浸润之后，再以其为核，缓慢撒入3倍epp质量的水泥胶凝材料，充分搅拌使其形成“核壳结构”。
96.(b)干料混合：按配合比要求，将提前称量好的的水泥；碎石；中砂；碎石；云母粉依次投入搅拌机中进行慢搅拌(125r/min)120s，使干料混合均匀；
97.(c)加入减水剂：将减水剂倒入水中，使用搅拌棒将混合溶液在烧杯中进行慢搅拌30s，确保减水剂与水均匀混合后，将混合溶液倒入步骤(b)所得混合料中快搅拌(285r/min)60s；；
98.(d)加入改性裹浆处理后的epp颗粒：向步骤(c)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，将搅拌机调成慢速搅拌，混合搅拌120s后停止。
99.(e)成型装模：将步骤(d)所得epp混凝土材料装入试验模具，使用振动台振捣成型，用抹刀刮去溢出的浆体并进行抹面，然后用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护。
100.(f)拆模养护：将步骤(e)所得试块在标准养护室养护24小时后进行脱模，再在标准养护为20℃
±
2℃，95％湿度条件下养护28天。
101.实施例8
102.一种隧道减震缓冲epp混凝土材料，按照以下原材料的用量进行配制：
103.粒径3～5mm原生epp颗粒：0.34份；含量99％三乙醇胺改性剂：0.010份；含量99％绢云母份：6.86份；中砂：93.6份；强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥：45.7份；粒径5～10mm的碎石：30.6份；水：21份；聚梭酸高效减水剂:0.46份。
104.隧道减震缓冲epp混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
105.(a)epp改性裹浆处理：称取质量为epp颗粒质量的3％的改性剂溶液，均匀喷洒到epp颗粒表面，并匀速搅拌；待epp颗粒被改性剂完全浸润之后，再以其为核，缓慢撒入3倍epp质量的水泥胶凝材料，充分搅拌使其形成“核壳结构”。
106.(b)干料混合：按配合比要求，将提前称量好的的水泥；碎石；中砂；碎石；云母粉依次投入搅拌机中进行慢搅拌(125r/min)120s，使干料混合均匀；
107.(c)加入减水剂：将减水剂倒入水中，使用搅拌棒将混合溶液在烧杯中进行慢搅拌30s，确保减水剂与水均匀混合后，将混合溶液倒入步骤(b)所得混合料中快搅拌(285r/min)60s；；
108.(d)加入改性裹浆处理后的epp颗粒：向步骤(c)所得浆液中加入改性裹浆处理后的epp颗粒，将搅拌机调成慢速搅拌，混合搅拌120s后停止。
109.(e)成型装模：将步骤(d)所得epp混凝土材料装入试验模具，使用振动台振捣成型，用抹刀刮去溢出的浆体并进行抹面，然后用塑料保鲜膜包裹试块外表面后放入标准养护室养护。
110.(f)拆模养护：将步骤(e)所得试块在标准养护室养护24小时后进行脱模，再在标准养护为20℃
±
2℃，95％湿度条件下养护28天。
111.实验例
112.测试实施例和对比例制得的隧道减震缓冲epp混凝土材料的表观密度；抗压强度；残余抗压强度；劈裂强度；弹性模量，泊松比，所得物理指标均参考gb/t 50081
‑
2002普通混凝土力学性能试验方法标准中要求的方法进行检测，测试结果如表1所示：
113.表1测试结果表
[0114][0115]
由表1检测结果可得，本发明技术方案制备的一种隧道减震缓冲epp混凝土材料的表观密度与基本力学性能相对传统混凝土材料下降，在材料自身变轻的同时仍具备较好的抗压承载能力与残余抗压能力，压缩变形能力逐渐提升，满足其作为隧道结构中缓冲材料的要求，在隧道工程减震缓冲材料领域具有广阔的应用前景。
[0116]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。