CN102923998A - 无砂多孔、大孔混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用表面包裹法设计的不含细集料的无砂多孔、大孔混凝土及其制备方法；属于无砂大孔混凝土的制备方法技术领域。为解决采用现有配比设计所制备的无砂大孔混凝土，容易产生沉降、严重影响其透水植生性能的技术问题，本发明通过“表面包裹法”，即通过浆料包裹层厚度确定水泥、水的用量的方法，确定物料配比；使水泥浆体在满足浆料包裹厚度t的条件下，恰好能够将粗骨料完全包裹；因此不会有多余的水泥浆体，从而有效的避免了沉浆现象。同时，本发明通过调整振动时间和施加的压力，使所制备的无砂多孔、大孔混凝土中的孔上下均匀分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种无砂大孔混凝土及其制备方法，尤其涉及一种采用表面包裹法设计的不含细集料的无砂多孔、大孔混凝土及其制备方法。
背景技术
在日益严重的全球环境问题的背景下，开发新型绿色混凝土材料，减少对环境的负面效应，为现代人营造更加舒适的生存环境成为摆在我们面前的一个急需解决的问题。无砂大孔混凝土是由粗骨料表面包覆一层水泥浆体相互粘结而成的形如“米花糖”似多孔结构的特种功能性建筑材料，其内部不含有细集料，而且水泥用量少，仅能包裹粗集料表面，起不到填充作用，因此混凝土中存在较多的大孔隙。正是由于这些大孔的存在，无砂大孔混凝土应用于城市建设中可以扩大城市的透水、透气面积，减少交通噪音，维持地下水位，缓解城市热岛效应。
无砂大孔混凝土内部包含大量的连通孔隙是其最大的特点，所以在设计时首先应该保证其孔隙率。国内外对无砂大孔混凝土配合比设计方法很多，其本质都是采用确定好水灰比的水泥填充粗骨料颗粒间孔隙的原理设计的。然而这些方法仅从材料的宏观规律考虑，缺乏对结构微观形态与其性能之间关系的研究，而无砂大孔混凝土设计不当则容易产生沉浆现象，严重影响其透水性能。而且现有的技术制备出的无砂大孔混凝土孔隙分布不均匀，即混凝土下部的孔隙率明显低于上部的孔隙率的问题。
发明内容
为解决采用现有配比设计所制备的无砂大孔混凝土，容易产生沉降、严重影响其透水植生性能的技术问题，本发明采用“表面包裹法”设计混凝土的配合比，制备出一种无砂多孔、大孔混凝土。本发明同时还提供了该无砂多孔、大孔混凝土的制备方法。
本发明的技术方案：
一种无砂多孔、大孔混凝土，由下述配比的粗骨料、水泥、水、减水剂制备而成；
粗骨料的质量： 
，
水泥的质量： ，
水的质量： 
，
减水剂的质量为水泥质量的0.0075-0.013倍；
式中：
——粗骨料的质量，g；
——水泥的质量，g；
t——浆料包裹层厚度，cm；根据“t-空隙率表”确定；
t-空隙率表：
| 浆料包裹层厚度（t） | 对应空隙率 |
| 440-489μm | 29.66-28.90% |
| 490-539μm | 28.89-27.83% |
| 540-589μm | 27.82-26.33% |
| 590-640μm | 26.32-24.23% |
粗骨料的紧密堆积密度
，根据所选用粗骨料，按照GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》进行测定。水泥密度
，根据所选的水泥，按照GB/T 208-1994《水泥密度测定方法》进行测定；水灰比
，按照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行测定。预设的混凝土的空隙率根据工程需要来确定。
“表面浸蜡”法测量粗骨料比表面积
的具体方法为：将蜡液均匀的包裹在规定质量的粗骨料上，然后通过测量蜡片的厚度和包裹粗骨料所需要的蜡液的体积确定出粗骨料的比表面积。
其中，粗骨料、水泥的选用，浆料包裹层厚度，根据具体施工要求而确定。当所要制备的无砂多孔、大孔混凝土的体积
、所选用的粗骨料、水泥确定之后，即可上述测量方法测得粗骨料的紧密堆积密度
、水泥密度
、粗骨料的比表面积
，进而可以确定出粗骨料的质量，及粗骨料的总表面积
；根据上述方法确定浆料包裹层厚度t后，包裹粗骨料所用的浆体体积V'=S×t；然后根据水泥密度和水灰比
可以确定水泥的质量
和水的质量
。
这种通过浆料包裹层厚度确定水泥、水的用量的方法，即为“表面包裹法”；通过“表面包裹法”所确定的水泥、水的用量，能使水泥浆体在满足浆料包裹厚度t的条件下，恰好能够将粗骨料完全包裹；一方面，不会有多余的水泥浆体，从而有效的避免了沉浆现象；另一方面，使制备的无砂多孔、大孔混凝土的实际孔隙率与预设孔隙率基本一致。
为了保证无砂多孔、大孔混凝土早期强度高，不收缩、不变形，且进一步提高孔隙率；上述无砂多孔、大孔混凝土，优选采用粒径为9.5mm～19mm的石灰石质碎石作为粗骨料；减水剂采用聚羧酸减水剂；水泥采用标号42.5的硫铝酸盐水泥。
为了进一步提高上述无砂多孔、大孔混凝土的工作性能，在制备过程中还需添加缓凝剂，缓凝剂的质量为水泥质量的0.0038-0.004倍。
为了进一步解决现有无砂大孔混凝土其下部的孔隙率明显低于上部的孔隙率的问题；本发明还提供了一种无砂多孔、大孔混凝土制备方法，具体步骤如下：
（1）按照配比准备原料；
（2）首先将40%~55%的水泥、45~60%的水和全部的减水剂混合，搅拌55-70s，形成水泥浆体；
（3）然后向水泥浆体中加入全部粗骨料，搅拌25~45s后再加入剩余的水泥和水，搅拌115~135s，形成混凝土浆体；
（4）将混凝土浆体分三次加入到模具中，每次加入之后，先用φ16mm捣棒捣实20次，然后在振动台上振动6~15s；
（5）最后对模具中的混凝土浆体施加0.01～0.1 MPa的压力2-10s；
所述百分数为质量百分数。
在上述制备方法中，采用先将部分水泥、部分水混合成水泥浆体，然后再加入粗骨料的“预拌浆”工序；这区别于传统的一次加料法。将骨料加入到预先拌制好的浆体内，骨料表面吸水会在其表面形成比较好的界面过渡区，从而提高无砂多孔、大孔混凝土的强度。通过调整振动时间和施加的压力，使所制备的无砂多孔、大孔混凝土中的孔上下均匀分布。
为了进一步提高上述无砂多孔、大孔混凝土的工作性能，在步骤（2）中还需添加缓凝剂，缓凝剂与部分水混合后加入。
为了进一步提高无砂多孔、大孔混凝土的强度，粗骨料在加入到水泥浆体前，另取水将其清洗干净并浸泡至饱和，使粗骨料在搅拌成型过程中不吸收水分。
上述无砂多孔、大孔混凝土制备方法，为了进一步调高孔隙率，优选的，原料比为粗骨料1528.80重量份；硫铝酸盐水泥235.20重量份；减水剂2.35重量份；缓凝剂0.94重量份；水47.04重量份；
步骤（2）中，水泥的用量为55%、水的用量为60%，搅拌65s；
步骤（3）中，第一次搅拌时间为30s，第二次搅拌时间为115s；
步骤（4）中，震动时间为7s；
步骤（5）中，压力为0.08 MPa，时间为4s。
本发明的有益效果：
（1）“表面包裹法”配合比设计方法简单，避免了经验公式和经验曲线繁杂方法；采用该方法计算出的原料配比所制备的无砂多孔、大孔混凝土，不会出现沉降现象，提高了透水性能；
（2）本发明的无砂多孔、大孔混凝土较使用传统方法设计配合比所制备的无砂大孔混凝土，其实际孔隙率有了明显提高，与预设孔隙率基本一致；
（3）本发明的无砂多孔、大孔混凝土，有利于从微观形态研究无砂多孔、大孔混凝土性能；
（4）利用硫铝酸盐水泥制得的无砂多孔、大孔混凝土早期强度高，不收缩、不变形；
（5）采用新型制备方法制得的无砂多孔、大孔混凝土孔隙高且孔隙上下分布均匀。
附图说明
图1为对比例所制备的无砂大孔混凝土的内部结构图；
图2为实施例2所制备的无砂多孔、大孔混凝土的内部结构图；
具体实施方式
本发明可以根据应用的环境条件和工程部位适当的调整配方，按照上述制备方法进行操作，配制出性能满足要求的无砂多孔、大孔混凝土。
实施例1
选用9.5mm～19mm的石灰石作为粗骨料，标号42.5的硫铝酸盐水泥，聚羧酸减水剂，缓凝剂；预设空隙率为24.23%，根据“t-孔隙率表”选择粗骨料表面的水泥浆料的包裹层厚度为0.64mm；
（1）基本参数的确定
按照GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》测得9.5~19 mm的粗骨料的紧密堆积密度为1560 kg/m3；利用“表面浸蜡”法测得粗骨料比表面积1.736cm2/g，按照GB/T 208-1994《水泥密度测定方法》测得硫铝酸盐水泥密度为2817 kg/m3；按照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测得最佳水灰比为0.20；
（2）以制备1m3无砂多孔、大孔混凝土为基准，计算各原材料用量：
粗骨料的质量：0.98×1560 kg/m3×1m3=1528.80 kg；
硫铝酸盐水泥的质量：1528.80 kg×0.1736m2/ kg×2817 kg/m3/（1+2817 kg/m3×0.20）=
305.76 kg；
水的质量：305.76 kg×0.20=61.15 kg
减水剂的质量：305.76 kg×0.01=3.06 kg；
缓凝剂的质量：305.76 kg×0.00399=1.22 kg；
（3）搅拌成型工艺
①清洗粗骨料并浸泡24h，备用；
②向搅拌机中加入50%的硫铝酸盐水泥、50%的水、全部的减水剂和缓凝剂，搅拌58s，形成流动性非常好的水泥浆体；然后加入全部粗骨料，搅拌35s；最后再加入剩余的硫铝酸盐水泥和水，搅拌125s；
③将上述混凝土浆体分三次加入到模具中，每次加入之后用φ16mm捣棒捣实20次，在振动台上振动8s；最后对模具中的混凝土施加0.06 MPa的压力6s。
测试后数据如下：28d抗压强度13.4 MPa；总孔隙率为24.34%；透水系数为17.6 mm/s；等效孔径3.2 mm。
实施例2
选择与实施1 相同的粗骨料、水泥、减水剂；预设空隙率为26.32，根据“t-孔隙率表”选择粗骨料表面的水泥浆料的包裹层厚度为0.59mm；
（1）基本参数的确定
按照GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》测得9.5mm～19mm的粗骨料的紧密堆积密度为1560 kg/m3；利用“表面浸蜡”法测得粗骨料比表面积1.736 cm2/g，按照GB/T 208-1994《水泥密度测定方法》测得水泥密度为2817 kg/m3；按照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测得最佳水灰比为0.20；
（2）以制备1m3无砂多孔、大孔混凝土为基准，计算各原材料用量：
采用与实施例1相同的计算方法，得出各原材料用量：粗骨料1528.80 kg；硫铝酸盐水泥277.97 kg；减水剂2.78kg；缓凝剂1.11 kg；水55.59 kg；
（3）搅拌成型工艺
①清洗粗骨料并浸泡24h，备用；
②向搅拌机中加入55%的硫铝酸盐水泥、60%的水、全部的减水剂和缓凝剂，搅拌65s，形成流动性非常好的浆体；然后加入全部粗骨料，搅拌30s；最后再加入剩余的硫铝酸盐水泥和水，搅拌115s；
③将上述混凝土浆体分三次加入到模具中，每次加入之后用φ16mm捣棒捣实20次，在振动台上振动7s；最后对模具中混凝土的施加0.08 MPa的压力4s。
测试后数据如下：28d抗压强度12.10 MPa；总孔隙率为26.45 %；透水系数为25.6 mm/s；有效半径4.6 mm。
实施例3
选择与实施1 相同的粗骨料、水泥、减水剂；预设孔隙率为28.89%，根据“t-孔隙率表”选择粗骨料表面的水泥浆料的包裹层厚度为0.49mm；
（1）基本参数的确定
按照GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》测得9.5mm～19mm的粗骨料的紧密堆积密度为1560 kg/m3；利用“表面浸蜡”法测得粗骨料比表面积1.736 cm2/g，按照GB/T 208-1994《水泥密度测定方法》测得水泥密度为2817 kg/m3；按照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测得最佳水灰比为0.20；
（3）以制备1m3无砂多孔、大孔混凝土为基准，计算各原材料用量：
采用与实施例1相同的计算方法，得出各原材料用量：粗骨料1528.80 kg；硫铝酸盐水泥235.20 kg；减水剂2.35kg；缓凝剂0.94 kg；水47.04 kg；
（3）搅拌成型工艺
①清洗粗骨料并浸泡24h，备用；
②向搅拌机中加入55%的硫铝酸盐水泥、60%的水、全部的减水剂和缓凝剂，搅拌65s，形成流动性非常好的浆体；然后加入全部粗骨料，搅拌30s；最后再加入剩余的硫铝酸盐水泥和水，搅拌115s；
③将上述混凝土浆体分三次加入到模具中，每次加入之后用φ16mm捣棒捣实20次，在振动台上振动7s；最后对模具中混凝土的施加0.08 MPa的压力4s。
测试后数据如下：28d抗压强度7.43 MPa；总孔隙率为28.92%；透水系数为30.6 mm/s；有效半径5.4 mm。
对比例1
选用9.5mm～19mm的石灰石作为粗骨料，标号42.5的硫铝酸盐水泥，聚羧酸减水剂，缓凝剂；预设空隙率为26.32%；采用专利200710778200.9中的计算方法设计配合比；采用与实施例2相同的方法制备无砂大孔混泥土；然后进行测试；测试后数据如下：28d抗压强度12.30 MPa；总孔隙率为25.25 %；透水系数为13.6 mm/s；有效半径4.3 mm。
Claims (7)
1.一种无砂多孔、大孔混凝土，其特征在于，由下述配比的粗骨料、水泥、水、减水剂制备而成；
粗骨料的质量： ，
水泥的质量： 
，
水的质量： 
，
减水剂的质量为水泥质量的0.0075-0.013倍；
式中：
t——浆料包裹层厚度，cm；根据“t -空隙率表”确定；
t -空隙率表：
。
2.根据权利要求1所述的无砂多孔、大孔混凝土，其特征在于，所述粗骨料为粒径为9.5mm～19mm的石灰石质碎石；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述水泥为标号42.5的硫铝酸盐水泥。
3.根据权利要求1或2所述的无砂多孔、大孔混凝土，其特征在于，在制备过程中还需添加缓凝剂，缓凝剂的质量为水泥质量的0.0038-0.004倍。
4.一种权利要求1～3所述的无砂多孔、大孔混凝土制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）按照配比准备原料；
（2）首先将40%~55%的水泥、45~60%的水和全部的减水剂混合，搅拌55-70s，形成水泥浆体；
（3）然后向水泥浆体中加入全部粗骨料，搅拌25~45s后再加入剩余的水泥和水，搅拌115~135s，形成混凝土浆体；
（4）将混凝土浆体分三次加入到模具中，每次加入之后，先用φ16mm捣棒捣实20次，然后在振动台上振动6~15s；
（5）最后对模具中的混凝土浆体施加0.01～0.1 MPa的压力2-10s；
所述百分数为质量百分数。
5.根据权利要求4所述的无砂多孔、大孔混凝土制备方法，其特征在于，步骤（2）中还需添加缓凝剂，缓凝剂与部分水混合后加入。
6.根据权利要求5所述的无砂多孔、大孔混凝土制备方法，其特征在于，步骤（3）中，粗骨料在加入到水泥浆体前，另取水将其清洗干净并浸泡至饱和。
7.根据权利要求6所述的无砂多孔、大孔混凝土制备方法，其特征在于，粗骨料1528.80重量份；硫铝酸盐水泥235.20重量份；减水剂2.35重量份；缓凝剂0.94重量份；水47.04重量份；
步骤（2）中，水泥的用量为55%、水的用量为60%，搅拌65s；
步骤（3）中，第一次搅拌时间为30s，第二次搅拌时间为115s；
步骤（4）中，振动时间为7s；
步骤（5）中，压力为0.08 MPa，时间为4s。
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