CN104591620B

CN104591620B - 适用于高远程泵送的轻集料混凝土

Info

Publication number: CN104591620B
Application number: CN201410855963.XA
Authority: CN
Inventors: 杨文�; 刘离; 刘通; 黄汉洋
Original assignee: China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Current assignee: China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: CN104591620A

Abstract

本发明涉及一种适用于高远程泵送的轻集料混凝土，其特征在于它各个组分的质量百分比为：水泥浆体30％～45％；轻粗集料25％～35％，细集料30％～40％；其中水泥浆体密度不大于2000kg/m³，轻粗集料表观密度不小于1000kg/m³，水泥浆体密度与轻粗集料表观密度之差小于600kg/m³；水泥浆体粘度不小于10mPa·s；水泥浆体由按质量比：40％～60％的水泥，10％～20％的粉煤灰，0％～20％的轻质粉体，3％～5％的硅灰，20％～32％的水，1％～4％的无机粘度改性剂，0％～0.2％的纤维素醚，0.5％～1.4％的聚羧酸高效减水剂均匀混合而成。本发明具有良好的工作性、匀质性和可泵性，适用于进行高远程泵送。

Description

适用于高远程泵送的轻集料混凝土

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种适用于高程泵送的轻集料混凝土。

技术背景

轻集料混凝土，也称轻骨料混凝土是用轻粗集料、细集料、水泥、水及必要时加入的化学外加剂和矿物掺合料配制而成，干表观密度小于1950kg/m³的混凝土。轻集料混凝土比强度高，能够减轻建筑物的自重，降低基础处理费用，缩小结构断面和增加使用面积，可降低工程造价5％～10％，同时还具有良好的耐久性、耐火性、抗震性和抗裂性能，因此轻集料在建筑结构，尤其是大跨度、高层和超高层建筑中有着广阔的应用前景。

在大跨度、高层和超高层建筑施工中混凝土的泵送距离长、泵送高度大，泵送经时长，混凝土在整个泵送过程中都必须保持良好的工作性。在高远程泵送中所使用的泵压较高，泵管距离长、振动幅度大，泵管中的弯头也多，这就要求混凝土保持良好的工作性外还要具有良好的匀质性，当混凝土匀质性不佳时，骨料与浆体分离，骨料极易在泵管弯头处富集引发堵管、爆管；为防止“跑浆”，混凝土也中的浆体需要具有较好的粘度以带动集料在泵管中运动。

然而，轻集料混凝土存在几个主要问题：①集料易上浮、造成混凝土中组分分层，匀质性差；②在泵送过程中工作性、可泵性损失过快；③在因罐车更替等原因造成泵送暂停时易出现泌水离析。这些问题使得轻集料混凝土在高程泵送施工过程中更易出现堵管、爆管等事故，不能适应远距离及超高程泵送施工中的特点和要求，因而极大地限制了轻集料混凝土的推广应用。轻集料混凝土中轻集料上浮，匀质性差的主要原因是轻集料与浆体之间存在密度差，在重力或泵管振动等作用下运动趋势不同，进而造成分层离析。轻集料混凝土在泵送过程中工作性、可泵性损失过快的主要原因是轻集料中存在较多孔隙，在运输和泵送过程中会吸收浆体中的水分，导致混凝土流动性变差。另外，当泵送暂停，泵压卸载时，原本封闭在轻集料孔隙中的压缩空气会降将孔隙中的水分挤出，造成轻集料表面附近的浆体离析、泌水。

根据流体力学相关原理，轻集料在浆体中的运动速率与轻集料粒径的平方成正比，与轻集料与浆体的密度差成正比，与浆体粘度成反比。因此可通过减小轻集料粒径、减小轻集料与浆体的密度差，提高浆体粘度的方法减轻轻集料上浮的现象，提高轻集料混凝土的匀质性。然而片面减小轻集料粒径会导致轻集料开口孔隙增多，内表面积增大，从而增大轻集料吸水率和泵送暂停时混凝土离析泌水的风险；片面减小轻集料与浆体密度差会造成浆体强度下降或混凝土容重超标；片面提高浆体粘度会降低混凝土流动性及增加泵送阻力。因此在设计和制备适用于高程泵送的轻集料混凝土时需要综合权衡这三个参数。为了降低轻集料在泵送过程中吸水给轻集料混凝土工作性经时损失的影响，在生产轻集料混凝时往往会对轻集料进行预湿处理，然而一般常压下的喷淋或浸泡等预湿处理方法难以使轻集料吸水饱和，轻集料在泵压下的继续吸水难以避免，另外也无法保证轻集料预湿程度绝对均匀，这必然也会导致混凝中的实际用水量存在波动。有一些无机粉体不但能调节混凝土的粘稠度，而且其内部的多孔结构使其在混凝土中具有储水、释水性能，因而能够降低混凝土的工作性对混凝土中自由水含量变化的敏感程度，使得混凝土中自由水含量在一定范围内波动时混凝土工作性保持稳定。因此这类无机粉体十分适用于配制高程泵送轻集料混凝土。

在提高混凝土匀质性和可泵性方面，我国已经有了一些相关研究。中国专利200710053101.5提出了一种泵送轻集料混凝土的制备方法，该方法通过选用4.75mm～13.2mm轻粗集料，在混凝土拌合时加入泵送剂以提高浆体粘度以及增大粉煤灰掺量的方法来降低浆体密度从而增强混凝土的匀质性和可泵性。但该方法的局限性在于，选用的轻粗集料粒径过小，在高程泵送过程中，轻集料在较高的泵压下吸水率过大，进而造成轻集料混凝土工作性的经时损失过快。另外，该方法中单纯使用纤维素醚和聚氧化乙烯这两种有机增粘剂，对浆体增粘效果有限，增大这两种有机增粘剂掺量虽可进一步提高浆体粘度但会大幅降低轻集料混凝土强度；同样，单纯的通过增大粉煤灰掺量对降低浆体密度的效果也十分有限。

中国专利201310742631.6提出了一种自密实轻集料混凝土及其制备方法，该方法利用陶砂配制全轻混凝土，并通过在浆体组分中加入漂珠来降低浆体密度，进一步降低了轻集料与浆体的密度差，然而该方法中选用的陶砂粒径极小，吸水率大，该方法中也没有提出因轻集料在泵压下吸水导致在轻集料混凝土工作性、可泵性下降的解决方案。中国专利200910177544.4提出了一种含沸石粉和天然河砂的轻骨料混凝土及其制备方法，该方法中引入了沸石粉作为增粘剂提高了轻集料混凝土的粘聚性和保水性，但该方法选用的5～25mm粒径的500级页岩陶粒粒径较大，表观密度较低，与浆体密度差大，在高程泵送过程中依然存在着较大的组分分层的风险。综上所述，现有这些技术方案中的轻集料混凝土在应用于高程泵送施工时均存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高远程泵送的轻集料混凝土，该轻集料混凝土在高程和超高程泵送过程中能保持良好的工作性、匀质性，不出现堵管、爆管情况。

所述的高程和超高程泵送分别指将混凝土泵送至垂直高度200m和300m及以上。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

适用于高远程泵送的轻集料混凝土，其特征在于它由水泥浆体、轻粗集料和细集料制备而成，各个组分的质量百分比为：水泥浆体30％～45％、轻粗集料25％～35％、细集料30％～40％，各组分质量百分比之和为100％；

所述的水泥浆体密度不大于2000kg/m³，轻粗集料表观密度不小于1000kg/m³，水泥浆体密度与轻粗集料表观密度之差小于600kg/m³；

所述的水泥浆体粘度不小于10mPa·s；

所述的水泥浆体是由按质量比：40％～60％的水泥，10％～20％的粉煤灰，0％～20％的轻质粉体，3％～5％的硅灰，20％～32％的水，1％～4％的无机粘度改性剂，0％～0.2％的纤维素醚，0.5％～1.4％的聚羧酸高效减水剂均匀混合而成。

根据上述方案，其特征在于，所述的无机粘度改性剂为以二氧化硅、氧化铝氧化钙为主要化学成分的无机粉体，内部具有多孔结构，45μm筛余小于10％；这类多孔粉体可作为矿物掺合料掺入混凝土中，增加混凝土粘度，它们的多孔结构使其具有储水、释水性能，因而能够降低混凝土的工作性对混凝土中自由水含量变化的敏感程度，使得混凝土中自由水含量在一定范围内波动时混凝土工作性保持稳定。

根据上述方案，其特征在于，所述的无机粘度改性剂为天然磨细沸石粉、稻壳灰、造纸厂废弃白泥(造纸白泥)中的一种或多种按任意比例混合。

根据上述方案，其特征在于，所述的天然磨细沸石粉为将天然沸石磨细后得到的粉体，吸氨值不小于100mmol/100g。

根据上述方案，其特征在于，所述的稻壳灰为将水稻壳焚烧后的原灰经磨细后得到的粉体，烧失量低于5％(质量)，活性二氧化硅含量不小于50％(质量)。

根据上述方案，其特征在于，所述的造纸厂废弃白泥为以木材为原料的造纸厂在制浆过程中得到的废料，烧失量小于50％(质量)，烧失量主要来源于自身的结晶水。

根据上述方案，其特征在于，所述的轻质粉体为表观密度小于1500kg/m³的漂珠、橡胶粉、塑料粉中的一种或多种按任意比例混合。

根据上述方案，其特征在于，所述的轻粗集料为粒径范围4.75～20mm的天然轻集料或人造轻集料，1h吸水率不超过5％，饱和吸水率不超过10％。

根据上述方案，其特征在于，所述的天然轻集料为浮石、火山碴中的一种；所述的人造轻集料为页岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒中的一种。

根据上述方案，其特征在于，所述的细集料为粒径不大于4.75mm的天然砂、机制砂、陶砂、塑料、橡胶颗粒中的一种或多种按任意比例混合。

根据上述方案，其特征在于，所述的纤维素醚为甲基羟乙基纤维素醚、甲级羟丙基纤维素醚中的一种，粘度为30Pa·s～50Pa·s。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

①具有良好的匀质性：采用的4.75～20mm粒径范围的轻集料粒径适中；利用粉煤灰、硅灰、轻质粉体复掺大大降低了浆体密度，降低了浆体与轻集料之间的密度差；利用硅灰、无机粘度改性剂和纤维素醚复掺提高了浆体粘度；

②具有良好的可泵性：采用本发明的无机粘度改性剂，能降低混凝土的工作性对混凝土中自由水含量变化的敏感程度，当泵压加载轻集料吸水，泵压卸载轻集料释水导致混凝土中的自由水含量波动时轻集料混凝土都能具有较好的工作性和匀质性，从而易于泵送；

③适用于高程泵送施工，尤其适用于超高层泵送施工。

附图说明

图1为本发明一种实施方式中所用到的沸石粉的SEM照片。

图2为本发明一种实施方式中所用到的稻壳灰的SEM照片。

图3为本发明一种实施方式中所用到的白泥的SEM照片。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明作进一步的描述。

实施例1：

一种适用于高远程泵送的轻集料混凝土，它各个组分的质量百分比为：水泥浆体36.5％；轻粗集料30.5％，细集料33.0％。

所述的水泥浆体是按质量百分比51.4％的P·O42.5水泥，14.0％的一级粉煤灰，4.2％的硅灰，2.8％的无机粘度改性剂，0.1％的纤维素醚，26.5％的水及1.0％的聚羧酸高效减水剂均匀拌合而成，水泥浆体实测粘度为20mPa·s，密度为1877kg/m³。

所述的轻粗集料为宜昌光大陶粒制品有限公司生产的800级页岩陶粒，粒径范围4.75～20mm；1h吸水率4.5％；饱和吸水率8.7％；表观密度1587kg/m³，与水泥浆体密度之差为290kg/m³。

所述的细集料为粒径不大于4.75mm的天然河砂，该河砂为二区中砂，细度模数为2.8。

所述的无机粘度改性剂(天然磨细沸石粉)为将天然沸石磨细后得到的沸石粉，45μm筛余为1.1％，其化学成分见表1，其微观结构的SEM照片见附图1；

表1

种类	Loss	CaO	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	MgO	SO₃
								质量百分数(％)	4.00	8.46	57.33	6.91	17.37	4.77	--

由表1数据可见，沸石粉主要化学成分为二氧化硅和氧化铝；由附图1可见，沸石粉具有多孔结构。

所述的纤维素醚为上海舜水化工有限公司生产的甲基羟乙基纤维素醚，实测粘度为39Pa·s。

将上述各组分一起拌合均匀，即得到容重1900级，强度等级LC40的轻集料混凝土。

将本实施例中的轻集料混凝土一次性泵送至某高楼260m高程处，泵送中泵压在15～16MPa，泵送过程顺利，未出现堵管等事故。在泵送前后分别对轻集料混凝土的工作性和匀质性进行测试，其中匀质性的测试方法按中国专利201310642486.4《一种混凝土匀质性测试方法》中提供的技术方案进行。待混凝土硬化后测试其干表观密度和强度。上述各性能测试结果见表2。

表2

由表2中的数据可知，本实施例中的轻集料混凝土在泵送前后均具有良好的工作性和匀质性，强度和干表观密度也都达到要求。

实施例2：

一种适用于高远程泵送的轻集料混凝土，它各个组分的质量百分比为：水泥浆体33.3％；轻粗集料28.4％，细集料38.3％。

所述的水泥浆体是按质量百分比45.5％的P·O42.5水泥，13.1％的一级粉煤灰，3.0％的硅灰，3.0％的无机粘度改性剂，6.6％的轻质粉体，27.8％的水及1.0％的聚羧酸高效减水剂均匀拌合而成，水泥浆体实测粘度为17mPa·s，密度为1720kg/m³。

所述的轻粗集料为宜昌光大陶粒制品有限公司生产的700级页岩陶粒，粒径范围4.75～20mm；1h吸水率4.8％；饱和吸水率9.1％；表观密度1390kg/m³，与水泥浆体密度之差为330kg/m³。

所述的无机粘度改性剂为将水稻壳在窑炉中焚烧后磨细得到的粉体，45μm筛余为7.6％，其化学成分见表3，其微观结构的SEM照片见附图2；

表3

项目	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Loss	SUM
									质量百分数(％)	90.51	1.69	0.32	2.37	0.39	2.03	2.38	98.7

由表3数据可见，稻壳灰主要化学成分为二氧化硅，测得其中的活性二氧化硅比例为77％；由附图2可见，稻壳灰具有多孔结构。

所述的轻质粉体为表观密度为950kg/m³的漂珠。

将上述各组分一起拌合均匀，即得到容重1900级，强度等级LC30的轻集料混凝土。

将本实施例中的轻集料用于铺设某项目的地坪，泵送施工中，泵管平管长度超过180m，平均折算水平泵送距离约400m，泵压14～15MPa，轻集料混凝土一次性泵送完成，泵送过程中未出现堵管等事故。在泵送前后分别对轻集料混凝土的工作性和匀质性进行测试，其中匀质性的测试方法按中国专利201310642486.4《一种混凝土匀质性测试方法》中提供的技术方案进行。待混凝土硬化后测试其干表观密度和强度。上述各性能测试结果见表4。

表4

由表4中的数据可知，本实施例中的轻集料混凝土在泵送前后均具有良好的工作性和匀质性，强度和干表观密度也都达到要求。

实施例3：

一种适用于高远程泵送的轻集料混凝土，它各个组分的质量百分比为：水泥浆体41.0％；轻粗集料28.5％，细集料30.5％。

所述的水泥浆体是按质量百分比37.3％的P·O42.5水泥，16.3％的一级粉煤灰，3.4％的硅灰，8.3％的轻质粉体，3.1％的无机粘度改性剂，0.2％的纤维素醚，30.5％的水及0.9％的聚羧酸高效减水剂均匀拌合而成，水泥浆体实测粘度为21mPa·s，密度为1621kg/m³。

所述的轻粗集料为宜昌光大陶粒制品有限公司生产的600级页岩陶粒，粒径范围4.75～20mm；1h吸水率5.5％；饱和吸水率10.0％；表观密度1170kg/m³，与水泥浆体密度之差为451kg/m³。

所述的细集料为为宜昌光大陶粒制品有限公司生产的粒径不大于4.75mm的800级页岩陶砂。

所述的无机粘度改性剂为以木材为原料的造纸厂在制浆过程中得到的废弃白泥，45μm筛余为9.1％，其化学成分见表5，其微观结构的SEM照片见附图3；

表5

项目	SiO₂	CaO	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	K₂O	loss	SUM
									质量百分数(％)	14.2	24.1	7.6	0.7	2.5	0.2	49.4	98.7

造纸白泥中含有大量结晶水，是导致造纸白泥烧失量大的原因，由表5数据可见，造纸白泥的主要化学成分为二氧化硅、氧化钙和结晶水；由附图1可见，造纸白泥具有多孔结构。

所述的轻质粉体为表观密度为950kg/m³的漂珠；所述的纤维素醚为上海舜水化工有限公司生产的甲基羟乙基纤维素醚，实测粘度为39Pa·s。

将上述各组分一起拌合均匀，即得到容重1500级，强度等级LC20的轻集料混凝土。

将本实施例中的轻集料混凝土通过一次性泵送至某屋面保温层，平均折算水平泵送距离约400m，泵送中泵压在15～16MPa，泵送过程顺利，未出现堵管等事故。在泵送前后分别对轻集料混凝土的工作性和匀质性进行测试，其中匀质性的测试方法按中国专利201310642486.4《一种混凝土匀质性测试方法》中提供的技术方案进行。待混凝土硬化后测试其干表观密度和强度。上述各性能测试结果见表6。

表6

由表6中的数据可知，本实施例中的轻集料混凝土在泵送前后均具有良好的工作性和匀质性，强度和干表观密度也都达到要求。

由上述内容可知，利用本发明的技术方案配制的轻集料混凝土工作性、匀质性好，可用于进行高远程泵送施工。

实施例4：

一种适用于高远程泵送的轻集料混凝土，它各个组分的质量百分比为：水泥浆体31％；轻粗集料29％，细集料40％。

所述的水泥浆体是按质量百分比51.0％的P·O42.5水泥，14.0％的一级粉煤灰，4.6％的硅灰，2.7％的无机粘度改性剂，0.1％的纤维素醚，26.6％的水及1.1％的聚羧酸高效减水剂均匀拌合而成，水泥浆体实测粘度为19mPa·s，密度为1882kg/m³。

所述的轻粗集料为宜昌光大陶粒制品有限公司生产的800级页岩陶粒，粒径范围4.75～16mm；1h吸水率4.7％；饱和吸水率8.9％；表观密度1591kg/m³，与水泥浆体密度之差为291kg/m³。

所述的无机粘度改性剂(天然磨细沸石粉)为将天然沸石磨细后得到的沸石粉，45μm筛余为1.1％；

将本实施例中的轻集料混凝土一次性泵送至某高楼400m高程处，泵送中泵压在17～19MPa，泵送过程顺利，未出现堵管等事故。在泵送前后分别对轻集料混凝土的工作性和匀质性进行测试，其中匀质性的测试方法按中国专利201310642486.4《一种混凝土匀质性测试方法》中提供的技术方案进行。待混凝土硬化后测试其干表观密度和强度。上述各性能测试结果见表7。

表7

由表7中的数据可知，本实施例中的轻集料混凝土在泵送前后均具有良好的工作性和匀质性，强度和干表观密度也都达到要求。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

本发明的保护范围并不限于上述实施例，其它与本发明实质相同的技术方案都属于本发明保护的范围。

Claims

1.适用于高远程泵送的轻集料混凝土，其特征在于它由水泥浆体、轻粗集料和细集料制备而成，各个组分的质量百分比为：水泥浆体30％～45％、轻粗集料25％～35％、细集料30％～40％，各组分质量百分比之和为100％；

所述的水泥浆体粘度不小于10mPa·s；

所述的水泥浆体是由按质量比：40％～60％的水泥，10％～20％的粉煤灰，0％～20％的轻质粉体，3％～5％的硅灰，20％～32％的水，1％～4％的无机粘度改性剂，0％～0.2％的纤维素醚，0.5％～1.4％的聚羧酸高效减水剂均匀混合而成；

所述的无机粘度改性剂为以二氧化硅、氧化铝、氧化钙为主要化学成分的无机粉体，内部具有多孔结构，45μm筛余小于10％。

2.根据权利要求1所述的适用于高远程泵送的轻集料混凝土，其特征在于，所述的无机粘度改性剂为天然磨细沸石粉、稻壳灰、造纸厂废弃白泥中的一种或多种按任意比例混合。

3.根据权利要求2所述的适用于高远程泵送的轻集料混凝土，其特征在于，所述的天然磨细沸石粉为将天然沸石磨细后得到的粉体，吸氨值不小于100mmol/100g。

4.根据权利要求2所述的适用于高远程泵送的轻集料混凝土，其特征在于，所述的稻壳灰为将水稻壳焚烧后的原灰经磨细后得到的粉体，烧失量低于5wt％，活性二氧化硅含量不小于50wt％。

5.根据权利要求2所述的适用于高远程泵送的轻集料混凝土，其特征在于，所述的造纸厂废弃白泥为以木材为原料的造纸厂在制浆过程中得到的废料，烧失量小于50wt％。