一种高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板及其制备方法，它由混凝土单元板和覆盖在混凝土单元板迎声面上的陶砂混凝土吸声层构成；所述混凝土单元板由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：(0.05‑0.15)：(0.05‑0.15)：(0.25‑0.35)：1.3：(0.05‑0.08)：(0.005‑0.01)：(0.2‑0.25)：(0.20‑0.25)；所述陶砂混凝土吸声层由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：(0.05‑0.15)：(0.05‑0.15)：(0.25‑0.35)：(0.2‑0.25)：1.3：(0.05‑0.08)：(0.005‑0.01)：(0.2‑0.25)：(0.20‑0.25)。本发明的改性ECC混凝土声屏障板的粘度低、强度高、韧性高，可浇筑薄板型混凝土声屏障单元，克服了荷载重、运输和安装成本过高的缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及声屏障的技术领域，具体地指一种高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板及其制备方法。

背景技术

根据《香港轨道交通的经验及其启示》(《城市与区域规划研究》，欧阳南江，陈中平，杨景胜作)可知，香港轨道交通的厚壁混凝土声屏障经验表明其隔声效果非常好，且混凝土养护维修量少，造价低。但是在用于高速铁路全封闭声屏障时，技术难度大，需解决材料性能、结构构造、气动力、结构振动等一系列问题。目前，声屏障的混凝土盖板需采用高强度、高韧性、高抗裂性的材料，以减小结构尺寸减轻重量，满足振动冲击对材料韧性的要求，提高声屏障的耐久性。

然而，现有的声屏障材料存在如下不足：(1)现有的普通混凝土结构极限拉应变很小、抗拉强度低、易开裂、冲击韧性差；(2)活性粉末混凝土(RPC)拉抗压强度均非常高，但尺寸小时脆性大；(3)采用纤维增强轻骨料混凝土作为盖板材料，能减轻声屏障重量约12％，但导致盖板材料抗拉强度低，且韧性不理想；(4)普通的高性能纤维混凝土通常采用较大的钢纤维体积掺量，成本高，重量大，施工困难，而且其裂缝控制宽度很难控制在几百个微米以内，尤其当应变超过1.5％时基本上不能再控制裂缝宽度。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，而提供一种既能满足声屏障隔声需求，又能有效解决声屏障板单元荷载重的一种高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板，具有结构简单、质量轻、易于安装、隔声吸声效果好的优点，还提供了一种该混凝土声屏障的的制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的一种高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板，它由混凝土单元板和覆盖在混凝土单元板迎声面上的陶砂混凝土吸声层构成；所述混凝土单元板由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：(0.05-0.15)：(0.05-0.15)：(0.25-0.35)：1.3：(0.05-0.08)：(0.005-0.01)：(0.2-0.25)：(0.20-0.25)；所述陶砂混凝土吸声层(2)由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：(0.05-0.15)：(0.05-0.15)：(0.25-0.35)：(0.2-0.25)：1.3：(0.05-0.08)：(0.005-0.01)：(0.2-0.25)：(0.20-0.25)。

作为优选方案地，所述混凝土单元板由如下重量比的组分制备而成，水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：(0.09-0.12)：(0.09-0.12)：(0.29-0.32)：1.3：(0.06-0.08)：(0.006-0.008)：(0.22-0.24)：(0.22-0.24)；所述陶砂混凝土吸声层由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：(0.09-0.12)：(0.09-0.12)：(0.29-0.32)：(0.22-0.24)：1.3：(0.06-0.08)：(0.006-0.008)：(0.22-0.24)：(0.22-0.24)。

作为最佳方案地，所述混凝土单元板由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.1：0.1：0.3：1.3：0.07：0.07：0.23：0.23；所述陶砂混凝土吸声层由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.1：0.1：0.3：0.23：1.3：0.07：0.07：0.23：0.23。

进一步地，所述水泥为52.5级普通硅酸盐水泥。

进一步地，所述PVA纤维的直径为18-20μm，其抗拉强度为1000-1200MPa。

进一步地，所述石英砂的粒径40-200目，所述陶砂的粒径为105μm-355μm。

进一步地，所述混凝土单元板的厚度为4-8cm，所述陶砂混凝土吸声层的厚度为2-5cm。

本发明的高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板的制备方法，包括如下步骤：

1)低粘高强高韧性混凝土的制备：先按重量配比将水泥、粉煤灰、微珠、硅灰、石英砂、PVA纤维倒入容器内，干拌4-5分钟，再依次加入钢纤维、溶有减水剂的水量，搅拌10-12分钟，得到低粘高强高韧性混凝土；

2)混凝土单元板的制备：将步骤1)所得到的低粘高强高韧性混凝土倒入模具中，在振动台上水平振动1-2分钟，混凝土单元板的厚度为4-8cm，得到混凝土单元板；

3)陶砂混凝土的制备：先按重量配比将水泥、粉煤灰、微珠、硅灰、陶砂、石英砂、PVA纤维倒入容器内，干拌4-5分钟；再依次加入钢纤维、溶有减水剂的水量，搅拌10-12分钟，得到陶砂混凝土；

4)混凝土声屏障的制备：将步骤3)所得到的陶砂混凝土直接浇筑在步骤2)的混凝土单元板的迎声面上，在振动台上水平振动3-5分钟，以表面有明显出浆为准，陶砂混凝土浇筑的厚度为2-5cm；成型后得到试件，然后将试件移入养护室，在78-22℃条件下养护20-24h脱模，再将试件养护18-20天，即得到高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明制备的高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板的抗压强度达到120-150MPa，抗折强度18-35MPa，混凝土扩展度达到120-150mm，韧性指标GF达到1.1×10⁶-1.8×10⁶远远高于现有技术的普通混凝土声屏障的抗压强度40Mpa，抗折强度1.75Mpa，扩展度50mm，这样有利于混凝土声屏障的制备成型，减少了混凝土声屏障的缺陷，可实现混凝土声屏障的薄化处理，浇筑超薄大体积的混凝土声屏障单元板。

其二，本发明的ECC(Engineered Cementitious Composites，高延性纤维增强水泥基复合材料，简称ECC)作为一种具有一定应变硬化性能的混凝土材料，自身具有比较高的应变能力，与PVA纤维、钢纤维相结合，可以进一步提高抗压强度和韧性。

其三，本发明的声屏障混凝土单元板与吸声层实现一次性浇筑，有利于混凝土界面结合，提高混凝土的耐久性，同时便于混凝土声屏障的一次性安装，省时省力，提高了安装的效率，节约了人工成本。

其四，本发明的高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板的粘度低、强度高、韧性高，可浇筑薄板型混凝土声屏障单元，克服了混凝土单元板荷载重、运输和安装成本过高等缺点。

附图说明

图1为实施例1制备的高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

一种高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板，由混凝土单元板1和覆盖在混凝土单元板1迎声面上的陶砂混凝土吸声层2构成，混凝土单元板1的厚度为4-8cm，陶砂混凝土吸声层2的厚度为2-5cm，混凝土单元板1由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.05：0.05：0.25：1.3：0.05：0.005：0.2：0.20；

陶砂混凝土吸声层2由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.15：0.15：0.35：0.25：1.3：0.08：0.01：0.25：0.25。

上述高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板的制备方法，包括如下步骤：

1)低粘高强高韧性混凝土的制备：先按重量配比将水泥、粉煤灰、微珠、硅灰、石英砂、PVA纤维倒入容器内，干拌4-5分钟，再依次加入钢纤维、溶有减水剂的水量，搅拌10-12分钟，得到低粘高强高韧性混凝土；

2)混凝土单元板的制备：将步骤1)所得到的低粘高强高韧性混凝土倒入模具中，在振动台上水平振动1-2分钟，混凝土单元板的厚度为4-8cm，得到混凝土单元板；

3)陶砂混凝土的制备：先按重量配比将水泥、粉煤灰、微珠、硅灰、陶砂、石英砂、PVA纤维倒入容器内，干拌4-5分钟；再依次加入钢纤维、溶有减水剂的水量，搅拌10-12分钟，得到陶砂混凝土；

4)混凝土声屏障的制备：将步骤3)所得到的陶砂混凝土直接浇筑在步骤2)的混凝土单元板的迎声面上，在振动台上水平振动3-5分钟，以表面有明显出浆为准，陶砂混凝土浇筑的厚度为2-5cm；成型后得到试件，然后将试件移入养护室，在78-22℃条件下养护20-24h脱模，再将试件养护18-20天，即得到高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板。

实施例2：

与实施例1的制备方法相同，不同之处在于：所述混凝土单元板1由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.15：0.15：0.35：1.3：0.08：0.01：0.25：0.25；

所述陶砂混凝土吸声层2由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.05：0.05：0.25：0.2：1.3：0.05：0.005：0.2：0.20。

实施例3

与实施例1的制备方法相同，不同之处在于：所述混凝土单元板1由如下重量比的组分制备而成，水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.12：0.12：0.32：1.3：0.08：0.008：0.24：0.24；所述陶砂混凝土吸声层2由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.12：0.12：0.32：0.24：1.3：0.08：0.008：0.24：0.24。

实施例4

与实施例1的制备方法相同，不同之处在于：所述混凝土单元板1由如下重量比的组分制备而成，水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.09：0.09：0.29：1.3：0.06：0.006：0.22：0.22；所述陶砂混凝土吸声层2由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.09：0.09：0.29：0.22：1.3：0.06：0.006：0.22：0.22。

实施例5

与实施例1的制备方法相同，不同之处在于：所述混凝土单元板1由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.1：0.1：0.3：1.3：0.07：0.07：0.23：0.23；所述陶砂混凝土吸声层2由如下重量比的组分制备而成：水泥：粉煤灰：微珠：硅灰：陶砂：石英砂：减水剂：PVA纤维：钢纤维：水＝1：0.1：0.1：0.3：0.23：1.3：0.07：0.07：0.23：0.23。

效果例：

将实施例1-5以及普通混凝土声屏障在相同条件下进行相关性能测试，结果如表1：

表1

项目抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)扩展度(mm)实施例112018120实施例212530121实施例313535136实施例414029145实施例515035150普通混凝土声屏障401.7550150

由上表可知，本发明制备的高强高韧性低粘度改性ECC混凝土声屏障板的抗压强度达到120-150MPa，抗折强度18-35MPa，混凝土扩展度达到120-150mm，韧性指标GF达到1.1×10⁶-1.8×10⁶远远高于现有技术的普通混凝土声屏障的抗压强度40Mpa，抗折强度1.75Mpa，扩展度50mm，这样有利于混凝土声屏障的制备成型，减少了混凝土声屏障的缺陷，可实现混凝土声屏障的薄化处理，浇筑超薄大体积的混凝土声屏障单元板。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。