CN108892450A - 一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料及其制备方法，该低收缩高强混凝土材料的主要组成为：硅酸盐水泥568.1‑604.8份，精细沉珠284.1‑302.4份，硅灰94.7‑100.8份，风积沙589.4‑785.7份，戈壁砾石294.6‑491.2份，减水剂3.8‑20.2份，水161.3‑227.3份。本发明制备工艺简单，采用常规的混凝土强制式单卧轴搅拌机即可制备出流动性、强度及长期稳定性等各方面性能优良的高强混凝土材料。此外，本发明采用了风积沙和戈壁砾石两种储量丰富、价格低廉的天然材料，用风积沙及戈壁砾石来代替天然河砂及玄武岩碎石等材料拌制的混凝土是工程材料发展的必然趋势，可在中国大西北地区广泛使用，就地取材，因地制宜，带来极大的经济效益和社会效益。

Description

一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料及其 制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料及其制备方法。
背景技术
混凝土是全世界使用量最大的人工建筑材料，主要由胶凝材料、砂石、水及外加剂组成的多相复合材料，具有较高的抗压强度，良好的工作性，较好的防火性能和抵抗环境侵蚀性能，是工程界得到推广使用的最主要原因。砂石是搅拌混凝土常用的原材料，目前常用的砂为天然河砂，因为天然河砂具有含水率适中、颗粒级配良好、含泥量小的特点，用它制作的混凝土能很好地满足工程要求。但是自然界中天然河砂的储量本来就非常少，随着工程建设的大量消耗，天然优质河砂越来越少，已经严重影响和制约了混凝土的使用和发展。目前常用的石为花岗岩及玄武岩碎石等，存在开采麻烦，破碎耗能大，粒形差，级配不良等问题，如何找到能替代天然河砂及碎石而又满足工程需求、价格便宜的材料，是工程界目前亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料及其制备方法。
技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，其主要由以下重量份比例的原料制成：
硅酸盐水泥 568.1-604.8份
精细沉珠 284.1-302.4份
硅灰 94.7-100.8份
风积沙 589.4-785.7份
戈壁砾石 294.6-491.2份
减水剂 3.8-20.2份
水 161.3-227.3份。
所述的硅酸盐水泥为PII·52.5级硅酸盐水泥，与聚羧酸系减水剂相容性较好。
所述的精细沉珠呈实心球状，连续粒径分布、超细，激光粒度的中位粒径为5.0-6.0mm，其中SiO2含量为51-53％，Al2O3含量为21-23％，Fe2O3含量为3.5-4.5％，CaO含量为11-13％。
所述的硅灰中SiO2含量大于等于95％，火山灰活性指数大于95％，比表面积不小于15000m2/kg。
所述的风积沙，其细度模数为1.2-1.4，粒径不大于1.25mm，密度为2.60-2.66g/cm3，吸水率为0.6-0.8％。
所述的戈壁砾石，粒径为5-16mm，粒径分布为单粒粒级，表观密度为2.60-2.68g/cm3，吸水率为0.15-0.25％。
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈无色至浅黄色，密度为1.05-1.15g/ml，固含量大于等于40％(质量含量)，pH值为4±2，减水率大于等于33.9％。
所述水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰，混合干拌搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积沙和戈壁砾石均匀加入上述混合胶凝材料中，搅拌后得到均匀料；
(3)向上述均匀料中加入水与减水剂的混合溶液，得到均匀混合浆体，搅拌；
(4)混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料。
步骤(1)中混合原料加入混凝土强制式单卧轴搅拌机中，选择慢速搅拌档位，混合时间为90-150S；
步骤(2)中风积沙及戈壁砾石加入混合胶凝材料中，选择慢速搅拌档位，混合时间为50-80S；
步骤(3)中所述混合溶液中，减水剂与水的重量比为1：1；得到均匀混合浆体后，先慢速搅拌90-150S，再快速搅拌50-80S；
风积沙、戈壁砾石，储量丰富，从新疆到黑龙江，断断续续分布于中国西北、华北和东北的干旱、半干旱地区。风积沙及戈壁砾石混凝土的研究意图就是在工程建设中用风积沙取代河砂，戈壁砾石取代机制碎石材料，这样可以充分利用当地的自然资源，不仅可以节约大量的工程成本，也可以改善目前河砂储量不足，碎石制备耗能的问题。风积沙的颗粒尺寸较小，粒径分布单一，相对于河砂来说，其比表面积较大，与水泥浆体界面较多，会影响混凝土材料的孔径分布，毛细孔隙率变多。因此风积沙混凝土的收缩较一般河砂混凝土更加严重，混凝土结构因收缩开裂，对结构安全性和耐久性构成威胁。而本发明中采用的戈壁砾石表面光滑，比表面积大，强度高，加入混凝土中起骨架作用，可有效抑制混凝土收缩。通过合理优化设计风积沙和戈壁砾石的掺比，最大程度的降低风积沙混凝土的收缩显得尤为重要，因此本发明制备出以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料。
本发明通过优化设计风积沙和戈壁砾石的最佳掺量，保证混凝土材料的流动性良好的前提下，具有不离析、不泌水且经时损失小的优点，试验是在根据实际施工条件的自然环境下进行的，从而能很好的应用于工程建设中。此外，本发明保证了混凝土抗压强度的基础上通过掺加较大掺量的矿物掺合料，以等量取代水泥用量，降低了混凝土成本。并且，本发明中主要使用了风积沙和戈壁砾石两种新型绿色建材，替代了普通混凝土中常用的河砂和玄武岩碎石，在西北荒漠地区具有广泛的应用前景。最后，本发明在解决了风积沙混凝土的收缩高的问题，通过掺加戈壁砾石，减少风积沙的使用，抑制收缩，使本发明大大降低了收缩开裂风险，提高了风积沙戈壁砾石混凝土的早期抗收缩开裂的能力，使得本发明能较好的适用于大面积浇筑工程。
技术效果：本发明制备工艺简单，采用常规的混凝土强制式单卧轴搅拌机即可制备出流动性、强度等各方面性能优良的高强混凝土。此外，本发明在满足各类掺合料基本规范要求的基础上，显著节约胶凝材料用量，通过合理优化设计风积沙和戈壁砾石的掺量，有效抑制混凝土的收缩值。所得材料具有胶凝材料用量小，成型工艺简单，工作性能佳，综合成本低，收缩小、应用前景广阔等优点。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
以下实施例中所用原料均为以下要求：
硅酸盐水泥为PII·52.5级硅酸盐水泥，与聚羧酸系减水剂相容性较好。
精细沉珠呈实心球状，连续粒径分布、超细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中SiO2含量为52％，Al2O3含量为22％，Fe2O3含量为4％，CaO含量为12％。
硅灰中SiO2含量大于等于95％，火山灰活性指数大于95％，比表面积不小于15000m2/kg。
风积沙，其细度模数为1.3，粒径为不大于1.25mm，密度为2.63g/cm3，吸水率为0.7％。
戈壁砾石的粒径为5-16mm，粒径分布为单粒粒级，表观密度为2.64g/cm3，吸水率为0.2％。
减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈无色至浅黄色，密度为1.09g/ml，固含量大于等于40％(质量含量)，pH值为4±2，减水率大于等于33.9％。
水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
使用的搅拌机为标准的混凝土强制式单卧轴搅拌机。
实施例1
一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，按重量份数计，包括以下组分：
硅酸盐水泥604.8份、精细沉珠302.4份、硅灰100.8份、风积沙705.6、戈壁砾石403.2份、聚羧酸减水剂20.2份、水161.3份。
制备方法：
(1)称取所需材料，包括：硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、风积沙、聚羧酸高效减水剂及自来水；
(2)润湿搅拌机及所使用的工具及模具；
(3)依次将称量好的硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰加入到混凝土强制式单卧轴搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(4)将称量好的风积沙加入步骤(3)中的混合胶凝材料中，慢速搅拌1min；
(5)加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(6)混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的高韧性低收缩超高性能水泥基材料。
实施例2
一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，按重量份数计，包括以下组分：
硅酸盐水泥568.1份、精细沉珠284.1份、硅灰94.7份、风积沙662.8份、戈壁砾石378.8份、聚羧酸减水剂3.8份、水227.3份。
制备方法：
(1)称取所需材料，包括：硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、风积沙、聚羧酸高效减水剂及自来水；
(2)润湿搅拌机及所使用的工具及模具；
(3)依次将称量好的硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰加入到混凝土强制式单卧轴搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(4)将称量好的风积沙加入步骤(3)中的混合胶凝材料中，慢速搅拌1min；
(5)加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(6)混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的高韧性低收缩超高性能水泥基材料。
实施例3
一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，按重量份数计，包括以下组分：
硅酸盐水泥589.4份、精细沉珠294.7份、硅灰98.2份、风积沙687.6份、戈壁砾石392.9份、聚羧酸减水剂5.9份、水196.5份。
制备方法：
(1)称取所需材料，包括：硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、风积沙、聚羧酸高效减水剂及自来水；
(2)润湿搅拌机及所使用的工具及模具；
(3)依次将称量好的硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰加入到混凝土强制式单卧轴搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(4)将称量好的风积沙加入步骤(3)中的混合胶凝材料中，慢速搅拌1min；
(5)加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(6)混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的高韧性低收缩超高性能水泥基材料。
实施例4
一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，按重量份数计，包括以下组分：
硅酸盐水泥589.3份、精细沉珠294.6份、硅灰98.2份、风积沙785.7份、戈壁砾石294.6份、聚羧酸减水剂5.9份、水196.4份。
制备方法：
(1)称取所需材料，包括：硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、风积沙、聚羧酸高效减水剂及自来水；
(2)润湿搅拌机及所使用的工具及模具；
(3)依次将称量好的硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰加入到混凝土强制式单卧轴搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(4)将称量好的风积沙加入步骤(3)中的混合胶凝材料中，慢速搅拌1min；
(5)加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(6)混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的高韧性低收缩超高性能水泥基材料。
实施例5
一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，按重量份数计，包括以下组分：
硅酸盐水泥589.4份、精细沉珠294.7份、硅灰98.2份、风积沙589.4份、戈壁砾石491.2份、聚羧酸减水剂5.9份、水196.5份。
制备方法：
(1)称取所需材料，包括：硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、风积沙、戈壁砾石、聚羧酸高效减水剂及自来水；
(2)润湿搅拌机及所使用的工具及模具；
(3)依次将称量好的硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰加入到混凝土强制式单卧轴搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(4)将称量好的风积沙和戈壁砾石加入步骤(3)中的混合胶凝材料中，慢速搅拌1min；
(5)加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(6)混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的高韧性低收缩超高性能水泥基材料。
对比例1
与实施例1相同，不同之处在于，用等量的风积沙替代戈壁砾石，其他均不变。
对比例2
与实施例2相同，不同之处在于，用等量的风积沙替代戈壁砾石，其他均不变。
对比例3
与实施例3相同，不同之处在于，用等量的风积沙替代戈壁砾石，其他均不变。
性能检测：
对上述实施例1-5及对比例1-3进行工作性试验测定，主要采用混凝土坍落扩展度表征其工作性，工作性测定后将新拌混凝土装模测定28d抗压强度及三点抗折强度。对上述实施例1-5及对比例1-3进行长期干燥收缩的测定，主要采用混凝土接触式立式检测法测试混凝土养护2d脱模后放入温度20℃，相对湿度为60％的环境室中，进行混凝土长龄期的干燥收缩测试。下表一列出上述实施例1-5及对比例1-3的测试结果。
表一测试结果
由上表一结果可得，与对比例1-2相比较，可以发现，将实施例1-2中的戈壁砾石全部替换为风积沙，其流动性、抗压强度及三点折强度均有所提升，但28d干燥收缩应变值也大幅度增加，说明戈壁砾石的加入可以有效抑制混凝土的干燥收缩，虽然对混凝土的力学性能也有一定的影响，但强度值满足高强混凝土的要求。对比分析实施例3-5，改变风积沙和戈壁砾石之间的占比，发现其流动性随着戈壁砾石的加入有所降低，但抗压强度及三点折强度基本上维持稳定，28d的干燥收缩应变值变化较明显，发现实施例3的综合性能最优，说明风积沙和戈壁砾石组合使用的混凝土既可以满足力学性能的要求也可以有效的抑制干燥收缩值。将实施例3与对比例3比较，可以发现此配方中风积沙与戈壁砾石的比例对混凝土的流动性、抗压强度及三点折强度影响不大，对28d干燥收缩的影响较大，可以有效抑制混凝土的干燥收缩，说明实施例3的各组分对风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土的流动性、力学性能及长期干燥收缩的效果较优。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案。若本领域普通技术人员对本发明的技术例进行修改或等同替换，而不脱离本发明的宗旨，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，其特征在于，其主要是由以下重量份比例的原料制成：
硅酸盐水泥 568.1-604.8份
精细沉珠 284.1-302.4份
硅灰 94.7-100.8份
风积沙 589.4-785.7份
戈壁砾石 294.6-491.2份
减水剂 3.8-20.2份
水 161.3-227.3份。
2.根据权利要求1所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，其特征在于，所述的硅酸盐水泥为PII·52.5级硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，其特征在于，所述的精细沉珠呈实心球状，连续粒径分布、超细，激光粒度的中位粒径为5.0-6.0mm，其中SiO2含量为51-53％，Al2O3含量为21-23％，Fe2O3含量为3.5-4.5％，CaO含量为11-13％。
4.根据权利要求1所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，其特征在于，所述的硅灰中SiO2含量大于等于95％，火山灰活性指数大于95％，比表面积不小于15000m2/kg。
5.根据权利要求1所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，其特征在于，所述的风积沙，其细度模数为1.2-1.4，粒径为不大于1.25mm，密度为2.60-2.66g/cm3，吸水率为0.6-0.8％。
6.根据权利要求1所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，其特征在于，所述的戈壁砾石，粒径为5-16mm，粒径分布为单粒粒级，表观密度为2.60-2.68g/cm3，吸水率为0.15-0.25％。
7.根据权利要求1所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈无色至浅黄色，密度为1.05-1.15g/ml，固含量大于等于40％(质量含量)，pH值为4±2，减水率大于等于33.9％。
8.权利要求1-7任一项所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰，混合干拌搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积沙和戈壁砾石均匀加入上述混合胶凝材料中，搅拌后得到均匀料；
(3)向上述均匀料中加入水与减水剂的混合溶液，得到均匀混合浆体，搅拌；
(4)混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料。
9.根据权利要求8所述的以风积沙及戈壁砾石为主的低收缩高强混凝土材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中混合原料加入混凝土强制式单卧轴搅拌机中，选择慢速搅拌档位，混合时间为90-150S；
步骤(2)中风积沙及戈壁砾石加入混合胶凝材料中，选择慢速搅拌档位，混合时间为50-80S；
步骤(3)中所述混合溶液中，减水剂与水的重量比为1：1；得到均匀混合浆体后，慢速搅拌90-150S 。
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