CN106985277B - 一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法，根据水泥水化后体积变化、集料实际比表面积、集料表面硬化水泥平均包裹厚度，精确确定水泥用量；并通过本发明所采用的特定拌合方法，有效的改善集料与水泥间界面过渡层，提高硬化多孔混凝土物理性能。在相同强度等级要求下，相对于普通混凝土拌合方法本发明可以有效降低水泥用量，降低材料投入成本，并有效保证多孔混凝土的质量，为多孔混凝土大范围应用提供良好技支持，促进着海绵城市与城市立体绿化快速发展。

Description

一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法

技术领域

本发明公开一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法，涉及到一种多孔混凝土水泥用量精确确定及一种多孔混凝土拌合成型方法，属于建筑材料技术领域。

技术背景

多孔混凝土又称无砂混凝土。一般是指由集料、水泥和水拌制而成的一种多孔无细集料型轻质混凝土。多以表面包覆一层薄水泥浆的粗集料相互粘结而成，使其具有均匀分布的蜂窝状孔隙结构。所以多孔混凝土是一种集混凝土原有优异力学性能与透水性于一体的新型混凝土制品，并且随着海绵城市与城市立体绿化的发展，这种混凝土制品也成功的应用在各项建筑的设计与施工中，但相比于欧洲、美国、日本等国家和地区的广泛的应用，我国还处于初步阶段，到目前为止尚无合适、统一的多孔混凝土配合比计算及拌合方法，在某种程度上极大的阻碍其广泛应用。

目前多孔混凝土配合比计算多采取普通混凝土的绝对体积法及填充理论，在配合比设计时难以精确确定水泥包裹厚度，存在着水泥用量过多包裹层过厚、水泥用量过少包裹层过薄、水胶比过大制品成型时流浆过多以及水胶比过小制品难以成型、抗压破坏时包裹层发生脆性破坏等问题。

虽然已有研究提及以集料表面积进行材料用量计算的方法（如CN201210352651.8），但均采用估算值或经验值的方法确定集料比表面积，而且所述的水泥包裹厚度并未以水泥水化后实际体积变化进行确定，导致其所述的水泥用量以及水泥包裹厚度存在极大的误差，而导致实际拌合中产生水泥浆用量出现严重偏少或偏多的缺陷，最终致使硬化多孔混凝土强度过低或孔隙率难以达到要求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法。该方法可以很准确的控制集料表面水泥的包裹厚度，提高拌合后拌合物表面水泥包裹层紧密性、均一性，有效改善水泥与集料间界面过渡层。此方法制得的多孔混凝土性能优异，操作规范性强，不但可以有效保证多孔混凝土的质量，而且易于多孔混凝土及制品的工业化生产。

为达到上述目的，本发明公开了一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法，采用以下技术方案予以实现：

1）称取干燥集料1700份，取其中100份，记质量为M₁，用水浸泡1小时后，全部取出达到饱和面干状态，记此时饱和面干集料质量为M₂，测得集料吸水率Q为：

Q=(M₂-M₁)÷100；

2）将步骤1）中所述饱和面干集料，与称取的同粒径级别的已知比表面积为S₁的标准试块15份进行干燥处理，将干燥处理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下进行表面同一化处理，记处理后的饱和面干集料与标准试块质量分别为M₃、M₄，将理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下用石蜡进行表面包裹，称得到包裹后的饱和面干集料与标准试块质量分别为M₅、M₆；测得集料比表面积S₂为：

S₂=S₁×(M₆-M₄)÷(M₅-M₃)；

3）称取3组普通硅酸盐水泥，每组为100份，记质量为M₇；以水胶比X分别为0.25、0.30、0.40对3组普通硅酸盐水泥分别进行拌制，并分别进行紧密成型，完全硬化后测得三种水胶比条件下3组体积分别为V₁、V₂、V₃，拟合得到水胶比X条件下硬化水泥的体积V为：

V=AX²+BX+C；

测得水胶比X条件下单位质量水泥的质量与水化后体积的比值P为：

P=M₇÷V；

4）将步骤1）中余下1600份集料，记质量为M₈，根据所设定集料表面硬化水泥包裹厚度为h，得到1600份集料条件下，水泥用量为：

M₉=P×M₈×S₂×h；

5）将步骤4）中集料与加入的初次拌合用水量M₈×Q拌合均匀，并持续搅拌，搅拌30-60秒；

6）在搅拌过程中，交替以吹扬方式均匀加入步骤4）所述质量为M9的普通硅酸盐水泥，以喷雾方式均匀加入0.9×（M9×X-M8×Q）份拌合用水，两次交替改变间，时间间隔为20-30秒；所有水泥加入完成后，在拌合过程中以喷雾方式加入0.1×（M9×X-M8×Q）份拌合用水，拌合30-60秒后，得到混凝土拌合物；

7）将步骤6）中所述的混凝土拌合物采用成型压力为0.1-1.0MPa压力进行多孔混凝土模压成型，成型后蒸压养护1-3天，拆模后进行自然养护，即得。

本发明所述的一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法，特征在于：步骤6）水泥以及拌合用水可同时进行加入。

本发明所提供一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法，不但可以精确计算得到每种配合比条件下，水泥的具体用量，而且可以精确控制集料表面水泥的包裹厚度，从而达到有效的控制多孔混凝土拌合成本的目标。相对于现有多孔混凝土制备采用的一次投料拌合法和多次投料拌合法，本发明在拌合过程中不采取将拌合用水与水泥一次性加入搅拌的方法，而是在拌合过程中将拌合用水以及水泥，分别采取均匀喷入和吹扬的方式进行投料，此种加水方法不但避免了集中加水对集料表面水泥的冲刷，以及集料表面局部水泥水胶比过大情况的产生，而且有效的提高了水泥包裹层的均匀性和紧密性，同时也有效的降低了界面过渡层处钙矾石与氢氧化钙结晶的产生，对比普通拌合方法界面过渡层示例（如图1）与本拌合方法界面过渡层示例（如图2），可以发现本发明很好的改善了集料与水泥间界面过渡层，极大的消除了钙矾石与氢氧化钙结晶的存在，并且在多孔混凝土成型过程中本发明采用压力成型以及蒸压养护的方法，可以极大地降低由于普通混凝土成型和方法对集料表面水泥包裹层的破坏，而且可以加速多孔混凝土硬化。

本发明具有以下有益效果：

综上可得本发明相对普通拌合方法，不但可以精准设计水泥包裹厚度，而且可以有效提高水泥包裹层性质的均一性、紧密性，从而有效改善水泥与集料间界面过渡层，有效降低界面过渡层处钙矾石与氢氧化钙结晶的产生，并改善拌合物的粘结性，提高多孔混凝土质量，即在相同水泥用量时，使多孔混凝土获得较大的力学性能提升；在相同强度设计条件下，可以有效降低水泥用量，降低成本。所以本发明是一种更加精细化、合理化、专业化、经济化的多孔混凝土拌合方法，不但多孔混凝土性能优异，而且易于多孔混凝土及制品的工业化生产，可从而为多孔混凝土大范围应用提供良好技支持，促进着海绵城市与城市立体绿化快速发展。

附图说明

图1是传统拌合方法多孔混凝土破坏微观形貌图；

图2是本发明所提及拌合方法多孔混凝土破坏微观形貌图；

图3是本发明所提及拌合方法可行的一种拌合流示例图；

图4是普通拌合方法与实施例1、实施例2、实施例3、实施例4拌合方法拌合所得包裹水泥颗粒对比图；

图5是包裹厚度为3mm条件下，采用本发明提供制备方法下集料表面水泥包裹厚度显微图；

图6是包裹厚度为3mm条件下，采用普通混凝土制备方法下集料表面水泥包裹厚度显微图。

具体实施方式

通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。

实施例1：

1）首先选取粒径为5-10mm的干燥玄武岩碎石1700g，取其中100g，用水浸泡1小时后，全部取出达到饱和面干状态，此时饱和面干集料质量为102.32，测得该玄武岩碎石吸水率Q=(102.32-100)÷100，得到吸水率Q=2.32%；

2）将步骤1）中所述饱和面干集料，与称取的同粒径级别的已知比表面积为5.2645cm²/g的标准试块15g进行干燥处理，将干燥处理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下进行表面同一化处理，记处理后的饱和面干集料与标准试块质量分别为100.1217g、15.0846g，将理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下用石蜡进行表面包裹，称得到包裹后的饱和面干集料与标准试块质量分别为15.2613g、100.3332g；S₂=S₁×(100.3332-100.1217)÷(15.2613-15.0846)，测得集料比表面积S₂为6.3013cm²/g；

3）称取3组P▪O42.5普通硅酸盐水泥，每组为100g；以水胶比X分别为0.25、0.30、0.40对3组普通硅酸盐水泥分别进行拌制，并分别进行紧密成型，完全硬化后测得三种水胶比条件下3组体积分别为63.6cm³、66.02cm³、70.26cm³，拟合得到水胶比X条件下硬化水泥的体积V=-40X²+70.4X+48.5；

测得水胶比X=0.30条件下单位质量水泥的质量与水化后体积的比值P=1.5147；

4）将步骤1）中余下1600g集料，根据所设定集料表面硬化水泥包裹厚度为0.30mm，得到1600g集料条件下，水泥用量M₉=458.1g，得到多孔混凝土各材料用量为：集料1600g，水泥458.1g，水137.4g；

5）将步骤4）中集料与加入的初次拌合用水37.1g拌合均匀，并持续搅拌，搅拌30秒；

6）在搅拌过程中，交替以吹扬方式均匀加入步骤4）所述普通硅酸盐水泥，以喷雾方式均匀加入90.3g拌合用水，共计交替进行3次，具体步骤示例如图4所示，两次交替改变间，时间间隔为30秒；所有水泥加入完成后，在拌合过程中以喷雾方式加入剩余10.0g拌合用水，拌合60秒后，得到混凝土拌合物；

7）将步骤6）中所述的混凝土拌合物采用成型压力为0.5MPa压力进行多孔混凝土模压成型，成型后蒸压养护2天，拆模后进行自然养护，即得。

实施例2：

1）首先选取粒径为5-10mm的干燥玄武岩碎石1700g，取其中100g，用水浸泡1小时后，全部取出达到饱和面干状态，此时饱和面干集料质量为102.32，测得该玄武岩碎石吸水率Q=(102.32-100)÷100，得到吸水率Q=2.32%；

2）将步骤1）中所述饱和面干集料，与称取的同粒径级别的已知比表面积为5.2645cm²/g的标准试块15g进行干燥处理，将干燥处理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下进行表面同一化处理，记处理后的饱和面干集料与标准试块质量分别为100.1217g、15.0846g，将理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下用石蜡进行表面包裹，称得到包裹后的饱和面干集料与标准试块质量分别为15.2613g、100.3332g；S₂=S₁×(100.3332-100.1217)÷(15.2613-15.0846)，测得集料比表面积S₂为6.3013cm²/g；

3）称取3组P▪O42.5普通硅酸盐水泥，每组为100g；以水胶比X分别为0.25、0.30、0.40对3组普通硅酸盐水泥分别进行拌制，并分别进行紧密成型，完全硬化后测得三种水胶比条件下3组体积分别为63.6cm³、66.02cm³、70.26cm³，拟合得到水胶比X条件下硬化水泥的体积V=-40X²+70.4X+48.5；

测得水胶比X=0.30条件下单位质量水泥的质量与水化后体积的比值P=1.5147；

4）将步骤1）中余下1600g集料，根据所设定集料表面硬化水泥包裹厚度为0.30mm，得到1600g集料条件下，水泥用量M₉=458.1g，得到多孔混凝土各材料用量为：集料1600g，水泥458.1g，水137.4g；

5）将步骤4）中集料与加入的初次拌合用水37.1g拌合均匀，并持续搅拌，搅拌30秒；

6）在搅拌过程中，交替以吹扬方式均匀加入步骤4）所述普通硅酸盐水泥，以喷雾方式均匀加入90.3g拌合用水，共计交替进行6次，两次交替改变间，时间间隔为30秒；所有水泥加入完成后，在拌合过程中以喷雾方式加入剩余10.0g拌合用水，拌合60秒后，得到混凝土拌合物；

7）将步骤6）中所述的混凝土拌合物采用成型压力为0.5MPa压力进行多孔混凝土模压成型，成型后蒸压养护2天，拆模后进行自然养护，即得。

实施例3：

1）首先选取粒径为5-10mm的干燥玄武岩碎石1700g，取其中100g，用水浸泡1小时后，全部取出达到饱和面干状态，此时饱和面干集料质量为102.32，测得该玄武岩碎石吸水率Q=(102.32-100)÷100，得到吸水率Q=2.32%；

2）将步骤1）中所述饱和面干集料，与称取的同粒径级别的已知比表面积为5.2645cm²/g的标准试块15g进行干燥处理，将干燥处理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下进行表面同一化处理，记处理后的饱和面干集料与标准试块质量分别为100.1217g、15.0846g，将理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下用石蜡进行表面包裹，称得到包裹后的饱和面干集料与标准试块质量分别为15.2613g、100.3332g；S₂=S₁×(100.3332-100.1217)÷(15.2613-15.0846)，测得集料比表面积S₂为6.3013cm²/g；

3）称取3组P▪O42.5普通硅酸盐水泥，每组为100g；以水胶比X分别为0.25、0.30、0.40对3组普通硅酸盐水泥分别进行拌制，并分别进行紧密成型，完全硬化后测得三种水胶比条件下3组体积分别为63.6cm³、66.02cm³、70.26cm³，拟合得到水胶比X条件下硬化水泥的体积V=-40X²+70.4X+48.5；

测得水胶比X=0.30条件下单位质量水泥的质量与水化后体积的比值P=1.5147；

4）将步骤1）中余下1600g集料，根据所设定集料表面硬化水泥包裹厚度为0.30mm，得到1600g集料条件下，水泥用量M₉=458.1g，得到多孔混凝土各材料用量为：集料1600g，水泥458.1g，水137.4g；

5）将步骤4）中集料与加入的初次拌合用水37.1g拌合均匀，并持续搅拌，搅拌30秒；

6）在搅拌过程中，交替以吹扬方式均匀加入步骤4）所述普通硅酸盐水泥，以喷雾方式均匀加入90.3g拌合用水，共计交替进行9次，两次交替改变间，时间间隔为30秒；所有水泥加入完成后，在拌合过程中以喷雾方式加入剩余10.0g拌合用水，拌合60秒后，得到混凝土拌合物；

7）将步骤6）中所述的混凝土拌合物采用成型压力为0.5MPa压力进行多孔混凝土模压成型，成型后蒸压养护2天，拆模后进行自然养护，即得。

实施例4：

1）首先选取粒径为5-10mm的干燥玄武岩碎石1700g，取其中100g，用水浸泡1小时后，全部取出达到饱和面干状态，此时饱和面干集料质量为102.32，测得该玄武岩碎石吸水率Q=(102.32-100)÷100，得到吸水率Q=2.32%；

2）将步骤1）中所述饱和面干集料，与称取的同粒径级别的已知比表面积为5.2645cm²/g的标准试块15g进行干燥处理，将干燥处理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下进行表面同一化处理，记处理后的饱和面干集料与标准试块质量分别为100.1217g、15.0846g，将理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下用石蜡进行表面包裹，称得到包裹后的饱和面干集料与标准试块质量分别为15.2613g、100.3332g；S₂=S₁×(100.3332-100.1217)÷(15.2613-15.0846)，测得集料比表面积S₂为6.3013cm²/g；

3）称取3组P▪O42.5普通硅酸盐水泥，每组为100g；以水胶比X分别为0.25、0.30、0.40对3组普通硅酸盐水泥分别进行拌制，并分别进行紧密成型，完全硬化后测得三种水胶比条件下3组体积分别为63.6cm³、66.02cm³、70.26cm³，拟合得到水胶比X条件下硬化水泥的体积V=-40X²+70.4X+48.5；

测得水胶比X=0.30条件下单位质量水泥的质量与水化后体积的比值P=1.5147；

4）将步骤1）中余下1600g集料，根据所设定集料表面硬化水泥包裹厚度为0.30mm，得到1600g集料条件下，水泥用量M₉=458.1g，得到多孔混凝土各材料用量为：集料1600g，水泥458.1g，水137.4g；

5）将步骤4）中集料与加入的初次拌合用水37.1g拌合均匀，并持续搅拌，搅拌30秒；

6）在搅拌过程中，同时以吹扬方式均匀加入步骤4）所述普通硅酸盐水泥，以喷雾方式均匀加入90.3g拌合用水，加入过程中持续拌合；所有水泥加入完成后，在拌合过程中以喷雾方式加入剩余10.0g拌合用水，拌合60秒后得到本发明的混凝土拌合物；

7）将步骤6）中所述的混凝土拌合物采用成型压力为0.5MPa压力进行多孔混凝土模压成型，成型后蒸压养护2天，拆模后进行自然养护，即得。

试验例

对实施例1-4所制备的多孔混凝土按照相关规范进行力学、透水系数、孔隙率性能测试。并设置按普通混凝土拌合方法拌制的对比试验组1（配合比与实施例1相同）与对比试验组2（强度等级范围与实例1-3相同）进行对比说明，对比实验组材料组成情况如表1所示。对比试验组与实施例对比情况如表2所示。

表1 实验组材料组成情况

实验组	水胶比	水泥（份）	集料（份）	水（份）
					对比实验组1	0.3	457.7	1600	137.3
对比实验组2	0.3	586.8	1600	176.0

表2 实施例多孔混凝土性能对比

实验组	7d抗压强度(MPa)	强度提高百分比%	透水系数mm/s	孔隙率%
					对比实验组1	4.2	0	16.82	19.23
对比实验组2	5.3	-	13.34	15.01
					实施例1	5.0	19.0	17.89	20.54
实施例2	5.2	23.8	17.88	20.50
					实施例3	5.7	35.7	17.96	20.51
实施例4	7.1	69.0	18.21	20.99

通过分析表2中实施例1-4，可以发现采用本发明所提供的制备方法可以有效地提高多孔混凝土拌合物制品的抗压强度，当采吹扬水泥与喷入拌合用水同时进行的条件下，本制备方法所拌合的多孔混凝土强度值，相对于使用普通混凝土拌合方法的对比实验组1强度值提高幅度高达69.0%，而且透水系数与孔隙率提高幅度也达到10%以上；同时由图4观察可得，采用本制备方法拌合而成的集料裹胶颗粒表面圆润，颗粒饱满，由图5与图6对比可以发现采用本发明所提供的制备方法，集料表面包裹的水泥均一性很高，基本达到设计要求0.3mm的包裹要求，且随着实施例1-4拌合方法的逐步改进，所得裹胶颗粒饱满度逐渐增加；对比对比实验组2与实施例1-3，可知在强度等级范围基本一致的情况下，普通拌合方法较本发明所公开的方法多用28.38%的水泥，即本方法在达到相同强度要求的条件下可相对普通混凝土拌合方法节约22.11%的水泥用量。

综上可见本发明提供多孔混凝土制备方法效果显著，不但可以精确进行水泥用量计算，而且可以有效提高集料表面包裹层的均一性，从而提高多孔混凝土生产规范性以及产品质量，有效降低水泥用量，从而在不增加其他材料投入的情况下，节约材料成本投入，所以本发明得到了一种更加优良的多孔混凝土制备方法。

Claims (1)

1.一种多孔混凝土预制构件的精确制备方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：

1）称取干燥集料1700份，取其中100份，记质量为M₁，用水浸泡1小时后，全部取出达到饱和面干状态，记此时饱和面干集料质量为M₂，测得集料吸水率Q为：

Q=(M₂-M₁)÷100；

2）将步骤1）中所述饱和面干集料，与称取的同粒径级别的已知比表面积为S₁的标准试块15份进行干燥处理，将干燥处理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下进行表面同一化处理，记处理后的饱和面干集料与标准试块质量分别为M₃、M₄，将理后的饱和面干集料与标准试块同时、同条件下用石蜡进行表面包裹，称得到包裹后的饱和面干集料与标准试块质量分别为M₅、M₆；测得集料比表面积S₂为：

S₂=S₁×(M₆-M₄)÷(M₅-M₃)；

3）称取3组普通硅酸盐水泥，每组为100份，记质量为M₇；以水胶比X分别为0.25、0.30、0.40对3组普通硅酸盐水泥分别进行拌制，并分别进行紧密成型，完全硬化后测得三种水胶比条件下3组体积分别为V₁、V₂、V₃，拟合得到水胶比X条件下硬化水泥的体积V为：

V=AX²+BX+C；

测得水胶比X条件下单位质量水泥的质量与水化后体积的比值P为：

P=M₇÷V；

4）将步骤1）中余下1600份集料，记质量为M₈，根据所设定集料表面硬化水泥包裹厚度为h，得到1600份集料条件下，水泥用量为：

M₉=P×M₈×S₂×h；

5）将步骤4）中集料与加入的初次拌合用水量M₈×Q拌合均匀，并持续搅拌，搅拌30-60秒；

6）在搅拌过程中，交替以吹扬方式均匀加入步骤4）所述质量为M₉的普通硅酸盐水泥，以喷雾方式均匀加入0.9×（M₉×X-M₈×Q）份拌合用水，两次交替改变间，时间间隔为20-30秒；所有水泥加入完成后，在拌合过程中以喷雾方式加入0.1×（M₉×X-M₈×Q）份拌合用水，拌合30-60秒后，得到混凝土拌合物；

7）将步骤6）中所述的混凝土拌合物采用成型压力为0.1-1.0MPa压力进行多孔混凝土模压成型，成型后蒸压养护1-3天，拆模后进行自然养护，即得。