CN106565173A - 一种风化砂混凝土及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，涉及一种风化砂混凝土及其制作方法。所述混凝土包括按重量份计的以下原料组分：水泥16~20份，水6~10份，风化砂20~26份，碎石45~52份，减水剂0.15~0.35份。本发明在混凝土的原材料中，用岩石的风化料—风化砂，取代建筑用砂，可减少建筑能耗，并遵循因地制宜、就地取材和合理开发利用自然资源的原则。同时，添加少量的钢材料和植物根茎，可以改善风化料作为细集料给混凝土力学性质带来不足的缺陷，提高混凝土的抗压、抗冲击、抗裂、韧性和耐磨性能。经过实验室反复试验，用本发明制备的混凝土较相同型号水泥制成的混凝土有更好的力学性能、工程质量、耐久性和使用寿命。

Description

一种风化砂混凝土及其制作方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种风化砂混凝土及其制作方法。
背景技术
风化砂是岩石在经受长期的风化作用后破碎崩解而产生的一种产物。它有一定的粒径，棱角分明，但强度相对较低，在显微镜下观测可以发现，其颗粒间含有细微裂缝。由于这些原因，风化砂往往被人们认为是一种不能适合工程建设的原料而被废弃。风化砂在我国广泛分布，尤其是在湖北宜昌三峡库区的夷陵区、秭归县、兴山县等地，更是漫山遍野随处可见。随着三峡库区后续规划的进一步实施，大批的公路建设项目相继上马，对建筑材料的需求量也日益增加。由于库区多以山令重丘地形为主，材料外运十分不便，且费用昂贵。能否对库区风化砂进行改良，使之达到公路路用标准，从而做到就地取材、节约成本呢；植物的纤维根茎作为农作物废弃部分，不易腐烂，直接焚烧污染环境，运用到乡村建筑混凝土中，不仅提高混凝土的韧性、抗裂及抗冲击能力，还能防止农作物植物根茎处理不当带来的环境污染，有环保节能的作用。同样，钢材工业生产会产生大量的钢材废弃物，这些废弃物不能直接运用于生产，重新加工利用成本昂贵，弃之不用又会造成资料浪费和环境污染，能不能将这些钢材废弃物再利用，变废为宝，这些都亟待研究。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种风化砂混凝土及其制作方法。
本发明技术方案：
一种风化砂混凝土，所述混凝土包括按重量份计的以下原料组分：
水泥18～20份，水6～10份，风化砂20～26份，碎石45～52份，减水剂0.15～0.35份。
优选地，所述混凝土还包括按重量份计的以下原料组分：
钢粒3～7份，钢纤维0.5～2.5份。
进一步优选地，所述混凝土还包括按重量份计的以下原料组分：
植物根茎0.5～1份。
优选地，所述混凝土包括按重量份计的以下原料组分：
水泥18.9份，水8.1份，风化砂23.3份，碎石49.7份，钢粒5份，钢纤维1.5份，植物根茎1份，减水剂0.3份。
优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥(PC32.5)；所述风化砂压碎值为26.8％；所述碎石为5～31mm连续级配的，压碎值为8.1％，含泥量为0.51％。
优选地，所述钢粒直径5～15mm；所述钢纤维直径为0.5～1mm。
优选地，所述植物根茎长50～100mm，直径3～5mm；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
所述的混凝土的制作方法，
1)先将风化砂、碎石、钢粒、水泥、减水剂倒入搅拌机中干拌1～2分钟，得到混合料；
2)将钢纤维、植物根茎加入混合料里干拌1分钟，最后加水搅拌3～5分钟，得到混凝土浆料；
完成混凝土的制作。
装入150mm×150mm×150mm的模具中振捣，静置24小时后拆模，在养护室分别养护。
本发明有益效果如下：
1、风化砂作为岩石风化产物，重新被利用，具有具有取料方便，成本低廉，变废为宝，工艺合理，技术可行的特点。钢纤维为工业生产产生的直径为0.5～1mm之间纤维废弃物，且在掺量在较小的范围1％～2％之间，就可以明显提高混凝土的抗压、抗冲击、抗裂和耐磨性能。植物的纤维根茎运用到建筑混凝土中，不仅提高混凝土的韧性、抗裂及抗冲击能力，还能防止农作物植物根茎处理不当带来的环境污染，有环保节能的作用。钢粒为生产钢零件的废弃物，直径5～15mm，混凝土中添加少量的钢粒骨料，可很大程度提高混凝土力学性能。废弃钢材料被再次利用到混凝土，有变废为宝、低碳环保的特点。该混凝土所用的减水剂为高效减水剂，明显改善风化砂钢材料混凝土的和易性、保坍性，使该混凝土相较普通水泥混凝土有更好的力学性能、工程质量、耐久性和使用寿命。
2、化学效果。本专利新型混凝土，风化砂作为混凝土的细集料，因为风化砂有力学性质不稳定，容易破碎成细小的颗粒，耐久性不强的缺陷，导致风化砂混凝土力学性质偏低。加入聚羧酸减水剂后，聚羧酸分子结构中含有大量醚基、氨基、羧基等极性基团，这些基团有很强的亲水作用，掺入减水剂后，在新拌混凝土中，减水剂分子就会吸附在水泥颗粒表面，在亲水基团的作用下，水分子就会吸附到水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面形成一层水化膜，水化膜形成的同时会使水泥水化后的絮凝结构破坏，从而释放包裹的自由水，增加风化砂混凝土的和易性，提高新拌混凝土的密实度，从而提高混凝土的力学强度。
3、物理效果。风化砂混凝凝固后坚硬如石，受压能力较好，但受拉能力差，容易因受拉而断裂。为了解决这个矛盾，充分发挥混凝土的受压能力，在新拌混凝土中加入少量的钢纤维、植物根茎及钢粒骨料，使其与混凝土材料粘结成一个整体，共同承受外力，显著提高混凝土的抗压、抗冲击、抗裂和耐磨性能。风化砂作为岩石风化产物，钢纤维和钢粒骨料作为钢铁产业生产产生的纤维废弃物，植物的纤维根茎作为农作物废弃部分，重新被利用，不仅提高混凝土的韧性、抗裂及抗冲击能力，还能防止农作物植物根茎处理不当带来的环境污染，有环保节能的作用，具有取料方便，价格低廉，变废为宝，绿色环保的特点。
附图说明
图1：本发明操作过程加入钢纤维示意图；
图2：本发明成型示意图；
图3：本发明混凝土压制实验示意图；
图4：本发明压制后示意图。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
以下实施例中水泥为普通硅酸盐水泥(PC32.5)，其基本参数如表1：
表1
风化砂取自湖北省宜昌市小溪塔至鸦鹊岭一级公路工程路段，主要是花岗岩的风化砂，其基本参数如表2：
表2
减水剂由河北衡水友谊化工有限公司生产，被广泛应用于各种混凝土工程，其基本参数如表3：
表3
钢纤维为工业生产产生的直径为0.5～1mm之间纤维废弃物，钢粒为生产钢零件的废弃物，直径5～15mm，不仅价格便宜，而且能够解决钢纤维废弃物的回收再利用的问题，符合国家的可持续发展战略，而且其强度较普通混凝土的强度有很大的提高。由于废弃纤维直径在0.5～1mm，韧性较强，因此将其用做道路混凝土时很难刺入车辆轮胎之中，不会对过往的车辆造成安全隐患。
混凝土的试配强度公式fcu,o＝fcu,k+1.645σ，其中立方体标准强度fcu,k取30MPa，标准差σ取5MPa；水灰比w/c＝ααfce/(fcu,o+ααβbfce)，根据规程，回归系数αα、βb分别0.46、0.07，fce＝γcfce,g，fce,g为水泥强度等级，水泥强度等级值的富余系数γc取1.13，根据规范JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》及水灰比和碎石最大粒径，选用砂率为32％；计算水泥用量：mco＝mwo/(w/c)，根据设计坍落度50～70mm和最大碎石粒径查规范mwo取195kg/m3。设定混凝土的容重2400kg/m3得到初步配合比各组份材料用量列入表4
表4
按表4所示的数据进行混凝土的制备。其特征在于，先将风化砂、粗骨料、水泥、减水剂按照表4所示重量份比倒入搅拌机中干拌1分钟，然后将钢纤维、植物根茎均匀撒布在混合料里干拌1分钟，最后加水搅拌3分钟，得到风化砂钢材料新拌混凝土装入150mm×150mm×150mm的模具中振捣，静置24小时后拆模，在养护室分别养护3、7、14、28天。通过阅读掺量的使用说明及查找文献，确定添加各个掺量的大致范围，然后先添加一种掺量，其它量不变，经过试验，当掺量添加到某个值时，混凝土强度达到最大，此时的掺量即为风化砂混凝土的最佳掺量。根据相同的方法，最终确定各个掺量的最佳组分分别为，聚羧酸减水剂0.3份、钢纤维1.5份、钢粒5份、植物根茎1.0份，风化砂混凝土各个时期的强度达到最大，其养护3、7、14、28天的抗压强度试验结果见表5。
表5
经试验证明，以硅酸盐水泥PC32.5作为胶凝材料，风化砂混凝土28天标准养护抗压强度达到最大值44.61Mpa，且和易性良好，具有很高的工程应用价值。通过反复试验最终得到风化砂混凝土的组分见表6。
表6
用岩石的风化料—风化砂，取代建筑用砂，可减少建筑能耗，并遵循因地制宜、就地取材和合理开发利用自然资源的原则。植物的纤维根茎作为农作物废弃部分，不易腐烂，直接焚烧污染环境，运用到乡村建筑混凝土中，不仅提高混凝土的韧性、抗裂及抗冲击能力，还能防止农作物植物根茎处理不当带来的环境污染，有环保节能的作用。同时，添加少量的钢纤维和钢粒，可以改善风化料作为细集料给混凝土力学性质带来不足的缺陷，提高混凝土的抗压、抗冲击、抗裂和耐磨性能。经过实验室反复试验，用本发明制备的混凝土较相同型号水泥制成的混凝土有更好的力学性能、工程质量、耐久性和使用寿命。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风化砂混凝土，其特征在于：所述混凝土包括按重量份计的以下原料组分：
水泥16~20份，水6~10份，风化砂20~26份，碎石45~52份，减水剂0.15~0.35份。
2.根据权利要求1所述的风化砂混凝土，其特征在于：所述混凝土还包括按重量份计的以下原料组分：
钢粒3~7份，钢纤维0.5~2.5份。
3.根据权利要求2所述的风化砂钢纤维新型混凝土，其特征在于：所述混凝土还包括按重量份计的以下原料组分：
植物根茎0.5~1份。
4.根据权利要求3所述的风化砂钢纤维新型混凝土，其特征在于：所述混凝土包括按重量份计的以下原料组分：
水泥18.9份，水8.1份，风化砂23.3份，碎石44.5份，钢粒5份，钢纤维1.5份，植物根茎1份，减水剂0.3份。
5.根据权利要求3所述的风化砂钢纤维新型混凝土，其特征在于：所述混凝土包括按重量份计的以下原料组分：
水泥15份，水9份，风化砂23份，碎石48份，钢粒4份，钢纤维2份，植物根茎0.8份，减水剂0.25份。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的混凝土，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥（PC32.5）；所述风化砂压碎值为26.8%；所述碎石为5~31mm连续级配的，压碎值为8.1%，含泥量为0.51%。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的混凝土，其特征在于：所述钢粒直径5~15mm；所述钢纤维直径为0.5~1mm。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的混凝土，其特征在于：所述植物根茎长50~100mm，直径3~5mm；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
9.权利要求1-5任意一项所述的混凝土的制作方法，其特征在于：
1）先将风化砂、碎石、钢粒、水泥、减水剂倒入搅拌机中干拌1~2分钟，得到混合料；
2）将钢纤维、植物根茎加入混合料里干拌1分钟，最后加水搅拌3~5分钟，得到混凝土浆料；
完成混凝土的制作。
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