CN106927739A - 一种提高泵送性能的人工砂混凝土 - Google Patents

一种提高泵送性能的人工砂混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其包括如下的重量份数的组分：水泥250～310份、煤灰100～120份、石头986～988份、人工砂874～775份、水180～185份和外加剂5.6～7.2份；所述外加剂含有2％的引气剂；所述外加剂含有5％的缓凝剂；本发明通过配比调整，减少混凝土的泌水率，同时降低泌水率、增加混凝土粘性、提高抗离析能力，使混凝土在运输过程中能够具有良好的流动性能，同时本发明能够延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持可塑性，避免停放时间过长引起混凝土凝结进而造成泵送堵塞。

Description

一种提高泵送性能的人工砂混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土施工技术领域，具体涉及一种提高泵送性能的人工砂混凝土。
背景技术
由于目前市场上天然河沙紧缺，为响应可持续发展战略方针，各地政府都大力推广使用碎石人工砂代替天然河沙。但是在使用碎石人工砂做混凝土时，极易产生混凝土质量不稳定，易出现泌水和离析，致使混凝土的和易性变差，造成混凝土泵送性能变差，泵送距离短，进而造成泵管堵塞等一系列问题。
发明内容
综上所述，为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高泵送性能的人工砂混凝土，该混凝土不仅降低泌水率，还能提高抗离析能力，从而提高混凝土泵送性能。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种提高泵送性能的人工砂混凝土，包括如下的重量份数的组分：水泥250～310份、煤灰100～120份、石头986～988份、人工砂874～775份、水180～185份和外加剂5.6～7.2份；其中，所述石头为天然岩石、卵石或矿山废石经机械破碎、筛分制成的，石头粒径规格为5～30mm；所述外加剂由如下质量分数百分比的原料组成：聚羧酸系减水剂83％、引气剂2％、缓凝剂5％以及去离子水10％。
优选的，上述技术方案，包括如下的重量份数的组分：水泥250份、煤灰100份、石头986份、人工砂874份、水185份和外加剂5.6份。
优选的，上述技术方案，包括如下的重量份数的组分：水泥280份、煤灰110份、石头987份、人工砂825份、水182.5份和外加剂6.4份。
优选的，上述技术方案，包括如下的重量份数的组分：水泥310份、煤灰100份、石头992、人工砂812份、水180份和外加剂7.2份。
优选的，上述技术方案，包括如下的重量份数的组分：水泥310份、煤灰120份、石头988份、人工砂775份、水180份和外加剂7.2份。
优选的，上述技术方案，所述人工砂为玄武岩人工砂，其由如下重量百分比的原料组成：玄武岩粗砂20～25％、玄武岩细砂60～70％、玄武岩特细砂5～6％和玄武岩纤维5～8％。
优选的，上述技术方案，所述玄武岩纤维是由将0.2～0.5mm的玄武岩中砂均匀后放入窑炉经1350～1400℃高温熔融，成型拉丝，冷却到180℃～210℃时与羟丙基甲基纤维素熔融液混合后进行二次拉丝，冷却至常温制得；其中，所述玄武岩中砂和所述羟丙基甲基纤维素的重量份数百分比为85～95％：5～15％。
优选的，上述技术方案，所述玄武岩纤维长度为5～7mm，单纤维直径10～15μm。
优选的，上述技术方案，所述缓凝剂为木质素磺酸盐类缓凝剂，，其由如下重量分数的原料组成：木质素磺酸钙46～48份，十二烷基苯磺酸钠5～8份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30～35份，羧基化蔗渣粉末5～8份以及离子水30～40份。
优选的，上述技术方案，所述引气剂由如下重量分数比的原料组成：豆渣废液20～25份，糖钙8～15份，松香热聚物6～8份，松香粉20～35份，氢氧化钠3～8份，硫酸1～6份，三聚氰胺5～10份，聚乙烯醇5～15份，十二烷基硫酸钠3～5份，十二烷基苯磺酸钠5～13份以及水20～40份。
本发明产生的有益效果：
1、通过配比调整，使混凝土在运输过程中能够具有良好的流动性能，同时降低泌水率、增加混凝土粘性、提高抗离析能力，能够有效避免粗骨料下沉、在混凝土凝固前产生水分渗出到混凝土表面，从而保证混凝土的和易性，保证了泵送性能，能够有效防止泵送过程中因混凝土泌水引起的管道堵塞等问题；
2、本发明加入的缓凝剂能推迟水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持可塑性，避免停放时间过长引起混凝土凝结进而造成泵送堵塞；
3、由于最小泵送压力降低，泵送设备的耗电量减少，从而降低生产成本；
4、由于最小泵送压力降低，泵送工作对设备和管道的磨损大大减轻，延长设备和管道的使用寿命；
5、减少水泥用量，增加粉煤灰用量，降低成本，实现节能减排；
6、减少天然河沙的开采、保护自然环境。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
原理及物料选用说明
(1)煤灰选用说明
本发明所使用的煤灰的细度为15％。该细度的煤灰能够很好地改善混凝土和易性，增加混凝土粘性，提高抗离析能力，其具有的微细颗粒还有助于截断混凝土内的泌水通道，减少泌水现象，因而提高了混凝土的稳定性，保持混凝土的可泵性。
(2)外加剂的选用说明
本发明所用的外加剂由如下质量分数百分比的组分组成：
聚羧酸系减水剂83％，引气剂2％、缓凝剂5％以及去离子水10％；
其中，聚羧酸系减水剂由如下实验方法制得烧瓶中加入224g甲基烯丙醇聚氧乙烯醚以及204g去离子水，搅拌溶解，溶解完全后加入1.5g过硫酸铵，十分钟后同时滴加A、B液和C液(A液由23g丙烯酸、3.4g乙酸乙烯酯以及62g去离子水组成；B液由0.56g维生素C、2.52g巯基乙酸以及56g去离子水组成；C液由2.4g浓度为25.4％的双氧水及57g去离子水组成)。A液滴加3.5小时，B液和C液滴加4小时，如果滴加过程中体系温度超过50℃，需要开启降温系统，使反应釜内温度维持在40～45℃。滴加结束后熟化2小时，然后加10.5g氢氧化钠进行中和，即得到聚羧酸高性能减水剂成品。
(3)引气剂的选用说明
本发明的外加剂含有2％的引气剂，该引气剂由如下质量份数的原料组成：豆渣废液20～25份，糖钙8～15份，松香热聚物6～8份，松香粉20～35份，氢氧化钠3～8份，硫酸1～6份，三聚氰胺5～10份，聚乙烯醇5～15份，十二烷基硫酸钠3～5份，十二烷基苯磺酸钠5～13份以及水20～40份。优选豆渣废液22份，糖钙12份，松香热聚物7份，松香粉30份，氢氧化钠6份，硫酸4份，三聚氰胺7份，聚乙烯醇10份，十二烷基硫酸钠4份，十二烷基苯磺酸钠8份以及水35份
引气剂能在混凝土中引入大量均匀分布、相互独立的类球形微小气泡，它们在混凝土中起到了滚珠的作用，增加了浆体体积、浆体粘度，使混凝土拌和物的和易性得到了极大的提高，同时，增加的气泡使得混凝土的内聚力和均匀性都增加，气泡黏结着固体颗粒可以减小其下沉的趋势，同时也减小水的流动进而降低了混凝土的泌水和离析。
(4)缓凝剂的选用说明
本发明所用的外加剂含有5％的缓凝剂，缓凝剂为木质素磺酸盐类缓凝剂其由如下重量分数的原料组成：木质素磺酸钙46～48份，十二烷基苯磺酸钠5～8份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30～35份，羧基化蔗渣粉末5～8份以及去离子水30～40份。优选：木质素磺酸钙47份，十二烷基苯磺酸钠6份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸32份、羧基化蔗渣粉末8份以及去离子水35份。本发明所用的木质素磺酸盐类缓凝剂具有优良的坍落度保持能力，其能将水泥水化产物的碱性介质与游离的Ca2+生成不稳定的络合物，在水化初期降低了液相中的Ca2+的浓度，延迟了CH的析晶，同时还可以吸附于水泥水化颗粒表面，与“富硅层”中的氧离子生成氢键，在水泥颗粒表面形成一层保护膜，抑制其水化反应的进行，从而产生缓凝作用。随着水化过程的进行虽然这种不稳定的络合物将其自行分解，水化将继续正常进行，但并不影响水泥后期水化。而且羧基化蔗渣粉末对金属离子具有较强的吸附作用，由于这种吸附作用，能很好锁住水分、水泥和砂浆，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持可塑性，避免停放时间过长引起混凝土凝结进而造成泵送堵塞。该产品的加入可以提高减水剂的分散性，延长混凝土的凝结时间，不影响混凝土强度的发展。
(5)石头的选用说明
本发明的所用的石头为天然岩石、卵石或矿山废石经机械破碎、筛分制成的，粒径规格为5～30mm，本发明的实施例中优选用玄武岩石，石头粒径规格为5～25mm。
实施例1：
人工砂选择：
本实施例混凝土所用的人工砂原石料优选玄武岩，其制砂工艺为：
开采石场清除植被及覆盖层后，分梯段钻孔爆破，送入粗碎车间受料坑由型旋回式破碎机和颚式破碎机进行粗碎，粗碎后经中碎破碎机进行二次破碎后筛分小于35mm料径的碎石送至立轴式冲击破碎机制得粒径小于5mm的砂粒。
将粒径小于5mm的砂粒进行筛分出0.5～5mm的玄武岩粗砂、0.2～0.5mm的玄武岩中砂、0.05～0.2mm的玄武岩细砂，0.05mm以下的玄武岩特细砂。
将0.2～0.5mm的玄武岩中砂进行预处理，预处理过程是：将0.2～0.5mm的玄武岩中砂均匀后放入窑炉经1350～1400℃高温熔融，成型拉丝，冷却到180℃～210℃时与羟丙基甲基纤维素熔融液混合后进行二次拉丝，冷却至常温制得玄武岩纤维，玄武岩纤维长度为5～7mm，单纤维直径10～15μm,长度优选6.5mm,单纤维直径优选12μm，玄武岩中砂与羟丙基甲基纤维素重量分数百分比为85～95％：5～15％，优选90:10。
将玄武岩粗砂、玄武岩细砂、玄武岩特细砂和玄武岩纤维按如下重量百分比制备本实施例所用的人工砂，即玄武岩人工砂:玄武岩粗砂25％、玄武岩细砂65％、玄武岩特细砂5％和玄武岩纤维5％。
利用羟丙基甲基纤维素对将0.2～0.5mm的玄武岩中砂改性成玄武岩纤维，一方面是利用里羟丙基甲基纤维素本身所具有的稳定性、润滑性以及保水性，同时结合玄武岩纤维极性分子具有极佳的水泥基体的亲和能力和具有良好的自分散性的特性，吸收混凝土散开的能量以阻止离析、泌水，而且玄武岩纤维分散性好能有效防止团聚，制备的混凝土的流动性好，有利于进行泵送，另外混凝土凝结后玄武岩纤维起着连接作用，能够提高混凝土的抗压强度和耐久度。
人工砂混凝土制备：
按如下重量份数称取原料：水泥250份、煤灰100份、石头986份、玄武岩人工砂874份、水185份和外加剂5.6份。
配置好原料组分后制备本发明的混凝土，制备时先向混凝土搅拌机主机内同时加入人工砂、水泥、煤灰和水，并搅拌60s；再向搅拌机主机内加入外加剂，并搅拌20～30s；最后向搅拌机主机内加入石头料，搅拌均匀后即可。制备时先混合胶凝材料而后加入石头料，石头料可以很好的分散混凝土中的胶凝材料颗粒，达到均化混凝土的目的，有效避免了因泵送过程发生胶凝材料团聚而造成泵送管道堵塞的问题。
按照实施例1的配比，制成强度等级为C25的混凝土。
实施例2：
采用实施例1中的方法制备出0.5～5mm的玄武岩粗砂、0.2～0.5mm的玄武岩中砂、0.05～0.2mm的玄武岩细砂、0.05mm以下的玄武岩特细砂；将0.2～0.5mm的玄武岩中砂与羟丙基甲基纤维素结合，按实施例1中说明的方法制备玄武岩纤维。
将玄武岩粗砂、玄武岩特细砂、玄武岩特细砂和玄武岩纤维按重量百分比22％：65％：5％：8％制备玄武岩人工砂。
按如下重量份数称取原料：水泥280份、煤灰110份、石头987份、玄武岩人工砂825份、水182.5份和外加剂6.4份。
配置好原料后按实施例1的方法制备本实施例的混凝土。
按照实施例2的配比，能够制成强度等级为C30的混凝土。
实施例3：
人工砂选择：
采用实施例1中的方法制备出0.5～5mm的玄武岩粗砂、0.2～0.5mm的玄武岩中砂、0.05～0.2mm的玄武岩细砂、0.05mm以下的玄武岩特细砂；将0.2～0.5mm的玄武岩中砂与羟丙基甲基纤维素结合，按实施例1中说明的方法制备玄武岩纤维。
将玄武岩粗砂、玄武岩特细砂、玄武岩特细砂和玄武岩纤维按重量百分比20％：62％：6％：7％制备玄武岩人工砂。
按如下重量份数称取原料：水泥310份、煤灰100份、石头992份、玄武岩人工砂812份、水180份和外加剂7.2份。
配置好原料后按实施例1的方法制备本实施例的混凝土。
按照实施例3的配比，能够制成强度等级为C35的混凝土。
实施例4：
采用实施例1中的方法制备出0.5～5mm的玄武岩粗砂、0.2～0.5mm的玄武岩中砂、0.05～0.2mm的玄武岩细砂、0.05mm以下的玄武岩特细砂；将0.2～0.5mm的玄武岩中砂与羟丙基甲基纤维素结合，按实施例1中说明的方法制备玄武岩纤维。
将玄武岩粗砂、玄武岩特细砂、玄武岩特细砂和玄武岩纤维按重量百分比20％：70％：5％：5％制备玄武岩人工砂。
按如下重量份数称取原料：水泥310份、煤灰120份、石头988份、玄武岩人工砂775份、水180份和外加剂7.2份。
配置好原料后按实施例1的方法制备本实施例的混凝土。
按照实施例4的配比，能够制成强度等级为C40的混凝土。
实验数据对比：
对比例(常用混凝土配比)数据统计如表1所示：
表1
本发明的实施例数据统计如表2所示：
表2
按照上述对比例的配比与本发明混凝土配合比制得各强度等级的混凝土，进行性能比较：
①最小泵送压力比较(单位MPa)：
从上表中看出，本发明在各强度等级的最小泵送压力均小于对比例，说明使用本发明配方制作的混凝土在泵送时要求泵送设备的最小压力低，不仅减小了泵送设备的运转功率，降低耗电量，而且对设备和管道的磨损大大减轻，延长设备和管道的使用寿命。
②塌落度比较(单位MPa)：
从上表中看出，本发明的初始坍塌度和1小时后的坍塌度均优于对比例，说明本发明的和易性更好，而且本发明在初始1小时内的平均坍塌度仅为5mm远远低于对比例的15mm，说明本发明的混凝土坍塌度变化小，在运输过程中能够保持良好的流动性能，不易凝结；同时也说明本发明加入的缓凝剂能推迟水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持可塑性，避免停放时间过长引起混凝土凝结进而造成泵送堵塞。
③强度比较：
从上表中看出，本发明在各强度等级的7d强度比对比例的强度低，但在28d的强度与对比例的强度几乎一致，说明加入的缓凝剂对混凝土后期各项性能不会造成不良影响。
④泌水率比较：
从上表中看出，本发明在各强度的泌水率比对比例的泌水率低很多，能够有效避免粗骨料下沉、在混凝土凝固前产生水分渗出到混凝土表面，从而保证混凝土的和易性，保证了泵送性能，能够有效防止泵送过程中因混凝土泌水引起的管道堵塞等问题。
⑤泵送能力比较
根据混凝土泵的最大出口压力、配管情况、混凝土性能指标和输出量按下式计算：
Lmax＝Pmax/ΔPH
K1＝(3.00-0.01S1)*102＝(3.00-0.01*170)*102＝130
K2＝(4.00-0.01S1)*102＝(4.00-0.01*170)*102＝230
式中Lmax--混凝土泵的最大水平输送距离(m)；
Pmax--混凝土泵的最大出口压力(Pa/m)；
ΔPH--混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失(Pa/m)；
γ0--混凝土输送管半径(m)；
K1--粘着系数(Pa)；
K2--速度系数(Pa/m/s)；
S1--混凝土坍落度，对比例取18cm,本发明的混凝土的坍落度取＝(205+215+220)/3≈213mm＝21.3cm；
t2/t1--混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比。一般取0.3；
V2--混凝土拌合物在输送管内的平均流速(m/s)；
α2--径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.90。
混凝土泵的最大水平输送距离按120m，最大垂直输送距离按200m，弯管水平换算长度按24m,软管水平换算长度按20m计算共364m.
因对比例的最大水平泵送距离为：
Lmax＝Pmax/ΔPH，则Lmax＝Pmax/ΔPH＝18Mpa/21310Pa/m＝845m
本发明的混凝土的最大水平泵送距离为：
Lmax＝Pmax/ΔPH，则Lmax＝Pmax/ΔPH＝21.3Mpa/21310Pa/m＝999.5m
故本发明的混凝土输送管道的配管整体水平换算长度364m远小于计算所得的最大水平泵送距离999.5m远大于845m，说明本发明的混凝土的泵送性能好。
本发明的人工砂还可以是河卵石、鹅卵石和石英石等材料加工制作成的人工砂，人工砂粒径及规格与玄武岩一致，制备本发明的混凝土时用量为874～775份。
综上，按照本发明混凝土配合比制得各等级强度的混凝土具有如下有益效果：
1、通过配比调整，使混凝土在运输过程中能够具有良好的流动性能，同时降低泌水率、增加混凝土粘性、提高抗离析能力，能够有效避免粗骨料下沉、在混凝土凝固前产生水分渗出到混凝土表面，从而保证混凝土的和易性，保证了泵送性能，能够有效防止泵送过程中因混凝土泌水引起的管道堵塞等问题；
2、本发明加入的缓凝剂能推迟水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持可塑性，避免停放时间过长引起混凝土凝结进而造成泵送堵塞；
3、由于最小泵送压力降低，泵送设备的耗电量减少，从而降低生产成本；
4、由于最小泵送压力降低，泵送工作对设备和管道的磨损大大减轻，延长设备和管道的使用寿命；
5、减少水泥用量，增加粉煤灰用量，降低成本，实现节能减排；
6、减少天然河沙的开采、保护自然环境。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，包括如下的重量份数的组分：水泥250～310份、煤灰100～120份、石头986～988份、人工砂874～775份、水180～185份和外加剂5.6～7.2份；其中，
所述石头为天然岩石、卵石或矿山废石经机械破碎、筛分制成的，石头粒径规格为5～30mm；
所述外加剂由如下质量分数百分比的原料组成：聚羧酸系减水剂83％、引气剂2％、缓凝剂5％以及去离子水10％。
2.根据权利要求1所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，包括如下的重量份数的组分：水泥250份、煤灰100份、石头986份、人工砂874份、水185份和外加剂5.6份。
3.根据权利要求1所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，包括如下的重量份数的组分：水泥280份、煤灰110份、石头987份、人工砂825份、水182.5份和外加剂6.4份。
4.根据权利要求1所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，包括如下的重量份数的组分：水泥310份、煤灰100份、石头992、人工砂812份、水180份和外加剂7.2份。
5.根据权利要求1所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，包括如下的重量份数的组分：水泥310份、煤灰120份、石头988份、人工砂775份、水180份和外加剂7.2份。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，所述人工砂为玄武岩人工砂，其由如下重量百分比的原料组成：玄武岩粗砂20～25％、玄武岩细砂60～70％、玄武岩特细砂5～6％和玄武岩纤维5～8％。
7.根据权利要求6所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维是由将0.2～0.5mm的玄武岩中砂均匀后放入窑炉经1350～1400℃高温熔融，成型拉丝，冷却到180℃～210℃时与羟丙基甲基纤维素熔融液混合后进行二次拉丝，冷却至常温制得；其中，所述玄武岩中砂和所述羟丙基甲基纤维素的重量份数百分比为85～95％：5～15％。
8.根据权利要求7所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维长度为5～7mm，单纤维直径10～15μm。
9.根据权利要求1所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，所述缓凝剂为木质素磺酸盐类缓凝剂，其由如下重量分数的原料组成：木质素磺酸钙46～48份，十二烷基苯磺酸钠5～8份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30～35份，羧基化蔗渣粉末5～8份以及离子水30～40份。
10.根据权利要求1所述的一种提高泵送性能的人工砂混凝土，其特征在于，所述引气剂由如下重量分数比的原料组成：豆渣废液20～25份，糖钙8～15份，松香热聚物6～8份，松香粉20～35份，氢氧化钠3～8份，硫酸1～6份，三聚氰胺5～10份，聚乙烯醇5～15份，十二烷基硫酸钠3～5份，十二烷基苯磺酸钠5～13份以及水20～40份。
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