CN105693151A - 一种海砂再生混凝土护坡砖及其制作方法 - Google Patents

一种海砂再生混凝土护坡砖及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种海砂再生混凝土护坡砖及其制作方法。本发明提供一种海砂再生混凝土护坡砖，包括有干料，所述干料的各组分及对应重量份为：水泥：10-15份；再生粗骨料：50-60份；海砂：25-40份。本发明还进一步提供了一种海砂再生混凝土护坡砖的制作方法及其应用。本发明提供的一种海砂再生混凝土护坡砖及其制作方法，不仅能有效合理地利用自然资源，而且能有效解决由于建筑废弃物的堆放而带来的环境问题，其制作的海砂再生混凝土护坡砖具有生产成本低、受力性能好、满足承载力的使用要求、绿色环保、环境友好等优点，有良好的经济与生态效益。

Description

一种海砂再生混凝土护坡砖及其制作方法
技术领域
本发明属于土木工程材料技术领域，涉及一种护坡砖及其制作方法，具体涉及一种海砂再生混凝土护坡砖及其制作方法。
背景技术
随着我国建筑业的快速发展，天然砂石的消耗量巨大，不仅造成了资源的过度开采，而且对当地的生态环境带来了不利影响。其中，护坡砖作为一种以天然砂石为主要骨料的实心或空心砌体块材，其应用范围十分广泛，在道路以及河道护坡中大量使用，因此对天然砂石的消耗极其巨大。
而海砂作为仅次于石油天然气的第二大海洋矿产，经粗略统计我国浅海海砂储量约为1.6万亿吨，目前利用率较低。如果能将海砂就地取材变为建筑材料，就可大大地节约建设海岛的成本和时间，同时海砂也能被充分利用，为建筑材料市场的发展提供新的思路。但是，海砂含有相对较高的盐分，盐分中氯离子会侵蚀钢筋，给工程带来安全隐患，因此限制了海砂的应用。2004年8月份，国家建设部出台了《关于严格建筑用海砂管理的意见》，其中规定：建筑工程中采用的海砂必须是经过专门的淡化处理，如果要使用在钢筋混凝土中，海砂的氯离子含量不应大于万分之六。而且，由于海水中含有大量的氯离子，被禁止作为混凝土的拌合用水，而对于沿海城市等缺少淡水地区，混凝土的制作消耗了大量的淡水资源。
同时，作为年久失修的废旧建筑和市政拆迁的建筑，其拆除所产生的建筑废弃物很难有效处理，如果任意堆放，一方面会占用大量场地，另一方面也会使土质得以恶化。而进行传统的填埋方式会对环境土壤造成进一步的污染。
为了使建筑行业能够可持续发展，对海砂和建筑废弃物进行减量化和资源化处理的综合应用受到重视，发展绿色混凝土建筑也已迫在眉睫。因此，有必要对绿色、环保的护坡砖进行深入研究。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种海砂再生混凝土护坡砖及其制作方法，用于克服现有的护坡砖的缺点，同时使护坡砖满足工艺简单、受力性能好、绿色环保等使用要求。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种海砂再生混凝土护坡砖，包括有干料，所述干料的各组分及对应重量份为：
水泥：10-15份；
再生粗骨料：50-60份；
海砂：25-40份。
优选地，所述干料的组分进行计量混合后，再与水和减水剂搅拌混合，进行振动加压成型，即可制备获得所需护坡砖。
更优选地，所述拌合用水为未经淡化处理的海水。所述拌合用水可为含有大量的氯离子的海水。
更优选地，所述水的加入量为适量。所述水的加入量可根据本领域常规技术方法中规定的量加入，具体根据本领域中工程经验和减水剂用量进行调整加入。
更优选地，所述减水剂为ACE308高效减水剂。
更优选地，所述减水剂以重量份计，加入量为0.01-1份。
优选地，所述一种海砂再生混凝土护坡砖，包括有干料，所述干料的各组分及对应重量份为：
水泥：11-13份；
再生粗骨料：52-58份；
海砂：28-35份。
更优选地，所述一种海砂再生混凝土护坡砖，包括有干料，所述干料的各组分及对应重量份为：
水泥：12.4份；
再生粗骨料：54.9份；
海砂：30份。
优选地，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的任意一种。
所述普通硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥熟料中加入6％～20％的混合材料、适量石膏磨细制成的。因为所掺入混合材料较少，其成分与硅酸盐水泥比较接近，所以两者的性能也比较接近，在一定的条件下可以替换，如要求快硬、高强的混凝土，一般优先采用硅酸盐水泥，也可采用普通硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥的适用范围更广泛。
优选地，所述水泥的强度等级≥32.5级。
优选地，所述再生粗骨料为新破碎的废旧混凝土。
优选地，所述再生粗骨料的粒径为5-10mm。所述再生粗骨料采用5mm和10mm方孔筛过筛，选取5-10mm粒径作为粗骨料；将粒径小于5mm的筛出不作使用；将粒径大于10mm的筛出，经破碎后再采用5mm和10mm方孔筛过筛。
优选地，所述海砂为天然未经淡化脱盐处理的海砂。所述海砂作为细骨料使用。
优选地，所述海砂为中粒径海砂，细度模数控制在2.3-3.0，堆积密度控制在1400-1700kg/m3，表观密度控制在2400-2800kg/m3，贝壳含量占总海砂不大于30wt％。
更优选地，所述中粒径海砂的粒径为0.5-5mm。所述中粒径海砂用筛子筛取0.5-5mm粒径。具体来说，所述中粒径海砂采用0.5mm和5mm的筛子过筛，选取0.5-5mm粒径作为细骨料；将粒径小于0.5mm的筛出不作使用；将粒径大于5mm的筛出，经破碎后再采用0.5mm和5mm的筛子过筛。
本发明进一步提供了一种海砂再生混凝土护坡砖的制作方法，包括以下步骤：
1)将干料中各组分按重量份计量后，放入搅拌机内搅拌均匀后，再加入海水和减水剂均匀搅拌，获得拌合料；
优选地，所述干料中各组分放入搅拌机内搅拌时间为1-3分钟。更优选地，所述干料中各组分放入搅拌机内搅拌时间为2分钟。
优选地，所述搅拌机为通用混凝土搅拌机。
优选地，所述拌合用水为未经淡化处理的海水。所述拌合用水可为含有大量的氯离子的海水。所述水的加入量为适量。所述水的加入量可根据本领域常规技术方法中规定的量加入，具体根据本领域中工程经验和减水剂用量进行调整加入。
优选地，所述减水剂为ACE308高效减水剂。所述减水剂以重量份计，加入量为0.01-1份。
优选地，所述加入水和减水剂后的搅拌时间为1-3分钟。更优选地，所述加入水和减水剂后的搅拌时间为2分钟。
优选地，所述拌合料为干硬性混凝土，所述干硬性混凝土的坍落度为0，呈手握成团、湿而不散的状态。
2)将步骤1)所得拌合料振动加压成型，成型后脱膜，在自然条件下进行养护，即得到所需海砂再生混凝土护坡砖。
优选地，所述振动加压成型是指使用振动加压成型使用设备，将拌合料在合适的频率振动作用以及压力作用下能够形成平稳、内部无裂缝的胚体。
优选地，所述振动加压成型使用设备为普通混凝土空心砌块成型机。
更优选地，所述振动加压成型使用设备的频率为常规振动频率。
优选地，所述自然养护的条件为，养护温度：20±2℃；相对湿度：95％以上；养护时间：28天。
优选地，所述海砂再生混凝土护坡砖与普通混凝土护坡砖的规格和尺寸相同。所述海砂再生混凝土护坡砖具有各种不同的规格与尺寸。
更优选地，所述海砂再生混凝土护坡砖包括有六边形的海砂再生混凝土护坡砖和联锁式海砂再生混凝土护坡砖。
进一步优选地，所述六边形的海砂再生混凝土护坡砖的规格尺寸为：边长为200mm，高度不小于80mm。最优选地，所述空心六边形的海砂再生混凝土护坡砖的规格尺寸为：边长为200mm，壁厚不小于50mm，高度不小于80mm，排水孔直径为高度的一半，空心率大于30％，具体见图1。
进一步优选地，所述联锁式海砂再生混凝土护坡砖主规格尺寸为450mm×300mm×80mm。其他规格尺寸可根据实际用途等条件由供需双方协定。
本发明还公开了一种海砂再生混凝土护坡砖在路道、河道护坡上的用途。
如上所述，本发明公开了一种海砂再生混凝土护坡砖及其制作方法，其制作的海砂再生混凝土护坡砖与普通混凝土护坡砖相比，该新型护坡砖的细骨料用海砂取代，天然的碎石或卵石用建筑拆除所得到废弃混凝土加工所制的再生粗骨料取代，拌合用水用海水代替，这样不仅能有效地节约自然资源，合理利用资源，而且能有效解决由于建筑废弃物的堆放而带来的环境问题，降低沿海地区由于传统护坡砖制作消耗淡水、河砂资源带来的经济成本。同时还具有生产成本低、受力性能好、满足承载力的使用要求、绿色环保、环境友好等优点，有良好的经济与生态效益。
附图说明
图1显示为本发明的六边形的海砂再生混凝土护坡砖的结构示意图，其中，1：边长；2：壁厚；3：高度；4：排水孔。
图2显示为本发明的联锁式海砂再生混凝土护坡砖的结构示意图，其中，主规格尺寸为450mm×300mm×80mm。
图3显示为本发明的海砂再生混凝土护坡砖的砌筑平面结构示意图，其中，3a为六边形海砂再生混凝土护坡砖的砌筑平面示意图，3b为联锁式海砂再生混凝土护坡砖的砌筑平面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以下实施例所使用的原料和配合比设计如下：
1、原材料
1.1水泥：P.O32.5普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。
1.2再生粗骨料：新破碎的废旧混凝土，粒径为5-10mm，其主要物理力学性能见表1。
表1再生骨料物理力学性能
堆积密度(kg/m3) 表观密度(kg/m3) 吸水率(％) 含泥量(％) 压碎指标(％)
1304 2583 3.5 1.1 10.5
1.3海砂：原状海砂，即天然未经淡化脱盐处理的海砂，主要物理力学性能见表2。
表2海砂基本物理性能
细度模数 表观密度(kg/m3) 堆积密度(kg/m3) 贝壳含量(wt％) 氯离子含量(wt％)
2.83 2580 1580 4.4 0.21
1.4拌合用水：原状海水，即未经淡化处理的海水，其含有的主要化学成分见表3。
表3海水化学成分
名称 NaCl MgCl2 Na2SO4 CaCl2 KCl NaHCO3 KBr
含量(g/L3) 24.53 5.20 4.09 1.16 0.695 0.201 0.101
1.5减水剂：ACE308高效减水剂。
2、配合比设计
对于海砂再生混凝土护坡砖，采用以下计算公式对其进行强度设计。
2.1混凝土强度的确定
海砂再生混凝土护坡砖的强度与空心率和所使用的混凝土强度有关，可使用以下公式计算：
f b = f k 0.9577 - 1.129 E
式中：fb—配制该护坡砖所使用的混凝土28d抗压强度(MPa)；
fk—该护坡砖的设计强度(MPa)；
E—该护坡砖的空心率。
2.2确定用水量
海砂再生混凝土护坡砖所使用的是干硬性混凝土，其坍落度为0。除去被再生骨料吸收的水，剩余用水量约为135～150kg/m3。实际配制中，应根据所使用的外加剂和材料含水率等调整水的实际用量。
2.3确定水灰比及水泥用量
海砂再生混凝土护坡砖的水灰比可以按下式进行计算：
( W / C ) ′ = 0.46 - f c e 0.0322 ( 1 - E ) f c e + M [ 1.3 f k + ( 1 - E ) 8.554 ]
式中：(W/C)′—拌合物所用水与水泥的重量比值；
fce—水泥28d抗压强度，fce＝γe·fce,g，MPa；
γe—水泥强度富余系数；
fce,g—水泥强度等级，MPa；
M—空心率对强度的调整系数(按表4取值)。
表4空心率E与强度调整系数M的关系
E 0.47 0.48 0.49 0.50 0.51 0.52 0.53 0.54 0.55 0.56 0.57 0.58 0.59 0.60
M 1.14 1.17 1.21 1.26 1.32 1.38 1.47 1.56 1.66 1.77 1.83 1.90 2.00 2.15
考虑到再生混凝土的力学性能较普通混凝土低，进行试配时适当将(W/C)′调低0.01～0.05，从而得到实际水灰比W/C。因此，每m3拌合物的水泥用量为：
m c 0 = m w 0 W / C
式中：W/C—拌合物所用水与水泥的实际重量比值；
mc0—拌合物的水泥用量(kg/m3)；
mw0—拌合物的用水量(kg/m3)。
通过上述公式计算可知，本发明中海水海砂再生混凝土护坡砖的水灰比取0.35-0.57之间。
2.4确定砂率
海水海砂再生混凝土护坡砖的砂率βs，可使用以下公式计算：
β s = 0.255 + 0.3 W C - 0.01 0.6 D m - 3
式中：Dm—粗骨料的最大粒径(mm)
2.5确定粗细骨料的用量
对于海水海砂再生混凝土护坡砖，可以认为其体积质量为2200kg/m3，采用下式计算粗细骨料的用量：
β s = m s m s + m g m c 0 + m w 0 + m s + m g = 2200
式中：ms—每立方米混凝土的细骨料用量(kg/m3)；
mg—每立方米混凝土的粗骨料用量(kg/m3)；
其它符号同以上规定一样。
实施例1-实施例3
1、实验方法
按重量份分别称取干料组分，放入搅拌机内搅拌1-3分钟，然后加水和减水剂搅拌不少于2分钟，将所得物料振动加压成型，成型后脱膜，进行自然养护，即得海砂再生混凝土护坡砖。其中，所述自然养护是将成型后的试块在温度为18-22℃、相对湿度为95％以上的环境中进行养护，养护时间为28天，即可得到能用于道路以及河道边坡的护坡砖。所述拌合用水为未经淡化处理的海水。所述减水剂以重量份计，加入量为0.01-1份。
所述海砂再生混凝土护坡砖与普通混凝土护坡砖的规格和尺寸相同。所述海砂再生混凝土护坡砖具有各种不同的规格与尺寸。其中，所述海砂再生混凝土护坡砖包括有如图1所示的六边形的海砂再生混凝土护坡砖和如图2所示的联锁式海砂再生混凝土护坡砖。所述六边形的海砂再生混凝土护坡砖的规格尺寸为：边长为200mm，高度不小于80mm。优选规格尺寸为：边长为200mm，壁厚不小于50mm，高度不小于80mm，排水孔直径为高度的一半，空心率大于30％。所述六边形的海砂再生混凝土护坡砖的砌筑方式见图3a。所述联锁式海砂再生混凝土护坡砖的主规格尺寸为450mm×300mm×80mm。其他规格尺寸可根据实际用途等条件由供需双方协定。所述联锁式海砂再生混凝土护坡砖的砌筑方式见图3b。
在实施例1-3中，采用上述实验方法制备海砂再生混凝土护坡砖，选用作为样品的海砂再生混凝土护坡砖为如图2所示的联锁式海砂再生混凝土护坡砖，其规格尺寸为450mm×300mm×80mm，具有两个方形孔，壁厚为50mm，重量为15-18kg/块，具体见图2。在实施例1-3中海砂再生混凝土护坡砖的各组分及配比如表5-6所示。其中，如表5所示，是实施例1-3中海砂再生混凝土护坡砖的干料组分按重量份计的加入量。如表6所示，是实施例1-3中海砂再生混凝土护坡砖的干料组分与水、减水剂的实际加入量。
表5实施例1-3中海砂再生混凝土护坡砖干料配方表(重量份)
干料名称 实施例1 实施例2 实施例3
水泥 12.0 12.4 12.8
再生粗骨料 52.3 54.9 58.0
原状海砂 28 30 33.0
表6实施例1-3中海砂再生混凝土护坡砖配方表(实际用量)
原料名称 实施例1(kg/m3) 实施例2(kg/m3) 实施例3(kg/m3)
水泥 271.9 266.7 258.6
再生粗骨料 1185.0 1180.9 1171.6
原状海砂 634.4 645.3 666.6
ACE308高效减水剂 0.6 0.6 0.6
拌合用海水 108.8 106.7 103.4
2、性能测试
对按表5-6中实施例1-3配比制得的海砂再生混凝土护坡砖分别按照相关标准进行性能测试，其结果如表7所示。由表7可知，上述实施例1-3中制得的海砂再生混凝土护坡砖的抗压强度均超过了标准要求强度；并且其抗冻性能也超过了标准要求，能够在实际的道路以及河道护坡中应用。
表7实施例1-3制得护坡砖性能测试结果
综上所述，本发明公开的一种海砂再生混凝土护坡砖，不仅能有效地节约自然资源，而且能有效解决由于建筑废弃物的堆放而带来的环境问题，同时还具有生产成本低、受力性能好、满足承载力的使用要求、施工速度快、绿色环保、环境友好等优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业化利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种海砂再生混凝土护坡砖，包括有干料，其特征在于，所述干料的各组分及对应重量份为：
水泥：10-15份；
再生粗骨料：50-60份；
海砂：25-40份。
2.根据权利要求1所述的海砂再生混凝土护坡砖，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的任意一种；所述水泥的强度等级≥32.5级。
3.根据权利要求1所述的海砂再生混凝土护坡砖，其特征在于，所述再生粗骨料为新破碎的废旧混凝土；所述再生粗骨料的粒径为5-10mm。
4.根据权利要求1所述的海砂再生混凝土护坡砖，其特征在于，所述海砂为天然未经淡化脱盐处理的海砂；所述海砂为中粒径海砂，粒径为0.5-5mm，细度模数控制在2.3-3.0，堆积密度控制在1400-1700kg/m3，表观密度控制在2400-2800kg/m3，贝壳含量占总海砂不大于30wt％。
5.一种海砂再生混凝土护坡砖的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将干料中各组分按重量份计量后，放入搅拌机内搅拌均匀后，再加入海水和减水剂均匀搅拌，获得拌合料；
2)将步骤1)所得拌合料振动加压成型，成型后脱膜，在自然条件下进行养护，即得到所需海砂再生混凝土护坡砖。
6.根据权利要求5所述的海砂再生混凝土护坡砖的制作方法，其特征在于，步骤1)中，所述干料中各组分放入搅拌机内搅拌时间为1-3分钟。
7.根据权利要求5所述的海砂再生混凝土护坡砖的制作方法，其特征在于，步骤1)中，所述拌合用水为未经淡化处理的海水。
8.根据权利要求5所述的海砂再生混凝土护坡砖的制作方法，其特征在于，步骤1)中，所述减水剂为ACE308高效减水剂；所述减水剂以重量份计，加入量为0.01-1份。
9.根据权利要求5所述的海砂再生混凝土护坡砖的制作方法，其特征在于，步骤1)中，所述加入水和减水剂后的搅拌时间为1-3分钟。
10.根据权利要求1-4任一所述的海砂再生混凝土护坡砖在路道、河道护坡上的用途。
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