CN109053070A - 土木工程用抗冲耐磨混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土木工程用抗冲耐磨混凝土及其制备方法，以解决土木工程建筑物的抗冲刷、耐磨及抗气蚀等性能差的技术问题，该混凝土包括以下重量份的原料：普通硅酸盐水泥60～80份、石子100～150份、河砂80～100份、石棉尾矿渣20～30份、污水处理厂剩余污泥10～20份、玄武岩纤维5～10份、卡波树脂3～5份、聚异丁烯多丁二酰亚胺10～15份、减水剂5～10份、水30～40份，能够有效提高混凝土的抗冲磨能力，降低混凝土的干缩变形，提高抗裂能力，综合性能优良，其制备方法操作简便、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种土木工程用抗冲耐磨混凝土及其制备方法。
背景技术
普通混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，它广泛应用于各类土木工程。随着社会科技的进步，普通混凝土已经满足不了社会的需求，尤其是在要求高的土木工程中，因为土木工程中既要求混凝土具备强抗压强度，又要求其具有抗冲刷、耐磨及抗气蚀性等。
由于水工建筑物受到高速水流、含沙水流、推移质水流的强冲刷磨损和气蚀破坏，水工建筑物易出现如溢流坝、泄洪洞槽、泄水闸等常见现象。这一直是水利水电建设中人们长期关注、且亟待解决的重大技术问题。据调查显示：我国运行中的大坝泄水建筑物有70%存在不同程度的冲磨破坏问题，有的甚至非常严重，不仅自身遭到破坏，而且危及其它建筑物的安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提高水工建筑物的抗冲刷、耐磨及抗气蚀等性能，为此提供了一种土木工程用抗冲耐磨混凝土及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种土木工程用抗冲耐磨混凝土，由以下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥60～80份、石子100～150份、河砂80～100份、石棉尾矿渣20～30份、污水处理厂污泥10～20份、玄武岩纤维5～10份、卡波树脂3～5份、聚异丁烯多丁二酰亚胺10～15份、减水剂5～10份、水30～40份。
优选的：所述污水处理厂污泥的含水率控制为15～25%。
优选的：所述减水剂为木质素磺酸盐、胺基磺酸盐、聚丙烯酸盐中的至少一种。
优选的：所述玄武岩纤维的长度为5～10mm。
优选的：所述卡波树脂为卡波941、卡波1342中的至少一种。
设计一种所述的土木工程用抗冲耐磨混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）按以下重量份称取各组分：普通硅酸盐水泥60～80份、石子100～150份、河砂80～100份、石棉尾矿渣20～30份、污水处理厂污泥10～20份、玄武岩纤维5～10份、卡波树脂3～5份、聚异丁烯多丁二酰亚胺10～15份、减水剂5～10份、水30～40份；
（2）将所述污水处理厂污泥干燥，研磨成粉，过筛，得到污泥粉；将所述污泥粉与所述普通硅酸盐水泥混合，得混合粉；
（3）取一半重量步骤（1）中所述水，加入所述卡波树脂，搅拌均匀，得胶液；
（4）将步骤（2）所得混合粉加入步骤（3）所得胶液中，搅拌均匀，再加入所述石子、河砂、石棉尾矿渣、玄武岩纤维，搅拌均匀，得混合物A；
（5）将所述减水剂和所述聚异丁烯多丁二酰亚胺加入步骤（1）所述水的剩余部分，搅拌均匀，得混合物B；
（6）将步骤（4）所得混合物A与所述步骤（5）所得混合物B混合均匀，即得土木工程用抗冲耐磨混凝土。
优选的：所述步骤（1）中，所述干燥后污水处理厂污泥的含水量控制为1～2%。
优选的：所述步骤（1）中，所述过筛时的目数为70～100目。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1.本发明方法简单、易操作，成本低，具有良好的经济效益和环境效益。
2.本发明混凝土配方中筛选添加石棉尾矿渣、玄武岩纤维和水处理厂剩余污泥：石棉尾矿渣和玄武岩纤维二者结合使用可提高混凝土的强度和耐磨性能；另外，玄武岩纤维依靠无数条纤维在混凝土中形成网状的支撑体系来延缓和阻止混凝土由于塑性收缩产生的早期塑性裂缝，避免混凝土早期产生开裂；污水处理厂剩余污泥含有大量的粘性物质，变废为宝，可作为混凝土的胶凝材料使用，以降低水泥的用量并保证混凝土的力学强度。
3.本发明混凝土配方中筛选添加的聚异丁烯多丁二酰亚胺能形成很好的网络形成体，能够提高粗骨料和细骨料的适应性，提高机械强度；此外，聚异丁烯多丁二酰亚胺还可以降低各物料之间团聚的影响，使原料分散性能更好，有利于发挥各原料组分的特性。
4.本发明方法制备的混凝土，能有效提高混凝土的抗冲磨能力，并降低混凝土的干缩变形，提高抗裂能力，综合性能优良。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的建筑原料如无特别说明，均为市售常规建筑原料；所涉及的加工制作方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1：一种土木工程用抗冲耐磨混凝土
由以下重量份的组分制成：普通硅酸盐水泥60kg、石子100kg、河砂100kg、石棉尾矿渣20kg、含水率为20%的污水处理厂污泥10kg、长度为5mm的玄武岩纤维10kg、卡波941 3kg、聚异丁烯多丁二酰亚胺15kg、木质素磺酸盐8kg、水30kg。
具体按照以下步骤制备：
（1）称取10kg含水率为20%的污水处理厂污泥，干燥至含水量为1%后研磨成粉，过70目筛，得到污泥粉；将污泥粉与60kg普通硅酸盐水泥混合，得到混合粉；
（2）取15kg水，将3kg的卡波941加入水中，搅拌均匀，得到胶液；再将混合粉加入到胶液中，搅拌均匀，然后往其中加入100kg石子、100kg河砂、20kg石棉尾矿渣、10kg长度为5mm的玄武岩纤维，搅拌均匀，得到混合物A；
（3）将8kg木质素磺酸盐、15kg聚异丁烯多丁二酰亚胺加入到15kg水中，搅拌均匀，得到混合物B；混合物A与混合物B混合均匀，即得土木工程用抗冲耐磨混凝土。
实施例2：一种土木工程用抗冲耐磨混凝土
由以下重量份的组分制成：普通硅酸盐水泥70kg、石子120kg、河砂90kg、石棉尾矿渣25kg、含水率为15%的污水处理厂污泥15kg、长度为7mm的玄武岩纤维5kg、卡波941 4kg、聚异丁烯多丁二酰亚胺10kg、聚丙烯酸盐5kg、水35kg。
具体按照以下步骤制备：
（1）称取15kg含水率为15%的污水处理厂剩余污泥，干燥至含水量为1.5%后，研磨成粉，过80目筛，得到污泥粉；将污泥粉与70kg普通硅酸盐水泥混合，得到混合粉；
（2）取17.5kg水，将4kg的卡波941加入水中，搅拌均匀，得到胶液；在将混合粉加入到胶液中，搅拌均匀，然后往其中加入120kg石子、90kg河砂、25kg石棉尾矿渣、5kg长度为7mm的玄武岩纤维，搅拌均匀，得到混合物A；
（3）将5kg聚丙烯酸盐、10kg聚异丁烯多丁二酰亚胺加入到17.5kg水中，搅拌均匀，得到混合物B；混合物A与混合物B混合均匀，即得土木工程用抗冲耐磨混凝土。
实施例3：一种土木工程用抗冲耐磨混凝土
由以下重量份的组分制成：普通硅酸盐水泥80kg、石子150kg、河砂80kg、石棉尾矿渣30kg、含水率为15%的污水处理厂污泥20kg、长度为7mm的玄武岩纤维8kg、卡波1342 5kg、聚异丁烯多丁二酰亚胺12kg、木质素磺酸盐10kg、水40kg。
具体按照以下步骤制备：
（1）称取20kg含水率为20%的污水处理厂污泥，干燥至含水量为1.5%后，研磨成粉，过90目筛，得到污泥粉；将污泥粉与80kg普通硅酸盐水泥混合，得到混合粉；
（2）取20kg水，将5kg的卡波1342加入水中，搅拌均匀，得到胶液；再将混合粉加入到胶液中，搅拌均匀，然后往其中加入150kg石子、80kg河砂、30kg石棉尾矿渣、8kg长度为7mm的玄武岩纤维，搅拌均匀，得到混合物A；
（3）将10kg木质素磺酸盐、12kg聚异丁烯多丁二酰亚胺加入到20kg水中，搅拌均匀，得到混合物B；混合物A与混合物B混合均匀，即得土木工程用抗冲耐磨混凝土。
实施例4：一种土木工程用抗冲耐磨混凝土，由以下重量份的组分制成：普通硅酸盐水泥70kg、石子150kg、河砂80kg、石棉尾矿渣30kg、含水率为15%的污水处理厂污泥20kg、长度为10mm的玄武岩纤维5kg、卡波1342 3kg、聚异丁烯多丁二酰亚胺10kg、胺基磺酸盐10kg、水30kg。
具体按照以下步骤制备：
（1）称取20kg含水率为25%的污水处理厂剩余污泥，干燥至含水量为2%后，研磨成粉，过100目筛，得到污泥粉；将污泥粉与70kg普通硅酸盐水泥混合，得到混合粉；
（2）取15kg水，将3kg的卡波1342加入水中，搅拌均匀，得到胶液；再将混合粉加入到胶液中，搅拌均匀，然后往其中加入150kg石子、80kg河砂、30kg石棉尾矿渣、5kg长度为10mm玄武岩纤维，搅拌均匀，得到混合物A；
（3）将10kg胺基磺酸盐、10kg聚异丁烯多丁二酰亚胺加入到15kg水中，搅拌均匀，得到混合物B；混合物A与混合物B混合均匀，即得土木工程用抗冲耐磨混凝土。
对比例1：一种土木工程用抗冲耐磨混凝土
由以下重量份的组分制成：普通硅酸盐水泥60kg、石子100kg、河砂100kg、含水率为20%的污水处理厂污泥10kg、卡波941 3kg、聚异丁烯多丁二酰亚胺15kg、木质素磺酸盐8kg、水30kg。
制备方法同实施例1，不同之处在于将实施例1中的配方换成对比例1的。
对比例2：一种土木工程用抗冲耐磨混凝土
由以下重量份的组分制成：普通硅酸盐水泥60kg、石子100kg、河砂100kg、石棉尾矿渣20kg、长度为5mm的玄武岩纤维10kg、木质素磺酸盐8kg、水30kg。
具体按照以下步骤制备：
（1）取15kg水，将60kg的普通硅酸盐水泥加入水中，搅拌均匀，然后往其中加入100kg石子、100kg河砂、20kg石棉尾矿渣、10kg长度为5mm的玄武岩纤维，搅拌均匀，得到混合物A；
（2）将8kg木质素磺酸盐加入到15kg水中，搅拌均匀，得到混合物B；
（3）将混合物A与混合物B混合均匀，即得土木工程用抗冲耐磨混凝土。
对比例3：一种土木工程用抗冲耐磨混凝土
由以下重量份的组分制成：普通硅酸盐水泥60kg、石子100kg、河砂100kg、木质素磺酸盐8kg、水30kg。
具体按照以下步骤制备：
（1）取15kg水，将60kg的普通硅酸盐水泥加入水中，搅拌均匀，然后往其中加入100kg石子、100kg河砂，搅拌均匀，得到混合物A；
（2）将8kg木质素磺酸盐加入到15kg水中，搅拌均匀，得到混合物B；
（3）将混合物A与混合物B混合均匀，即得土木工程用抗冲耐磨混凝土。
对实施例1～4和对比例1～3制备出的土木工程用抗冲耐磨混凝土的性能进行测试，具体实验过程如下：
采用DL／T 5150-2001《水工混凝土试验规程》中的圆环法以及水下钢球法进行抗冲磨强度试验。
抗压强度采用JGJ70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中方法；其中混凝土干缩变形的试件放在温度为20±2℃，相对湿度为60±5％的恒温干缩室内养护，试件尺寸为100mm×100 mm×510mm。
经检测，7组实例性能对比如表1所示。
表1混凝土技术指标表
。
由表1可知，本发明实施例1～4所制备得到的土木工程用抗冲耐磨混凝土在抗冲磨强度方面显著优于对比例1～3 制备出的混凝土，说明本发明的混凝土采用上述原料及制备工艺使其具有上述显著的效果。
对比例1中不含石棉尾矿渣和玄武岩纤维，因此其制备出的混凝土在抗冲磨强度、抗压强度方面以及干缩变形方面的性能均不及实施例1～4好；对比例2中不含污水处理厂剩余污泥、卡波和聚异丁烯多丁二酰亚胺，因此其制备出的混凝土的胶粘性能不及实施例1～4的，所以其抗冲磨强度较实施例1～4差，但是抗压强度和干缩变形与实施例1～4相差不大；对比例3中既不含石棉尾矿渣和玄武岩纤维，又不含污水处理厂剩余污泥、卡波和聚异丁烯多丁二酰亚胺，其组成和普通混凝土相当，因此在在抗冲磨强度、抗压强度方面以及干缩变形方面的性能是对比例中最差的。
综上可知，本发明方法制备的混凝土能有效提高混凝土的抗冲磨能力，并降低混凝土的干缩变形，提高抗裂能力，综合性能优良。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (8)
1.一种土木工程用抗冲耐磨混凝土，其特征在于：由以下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥60～80份、石子100～150份、河砂80～100份、石棉尾矿渣20～30份、污水处理厂污泥10～20份、玄武岩纤维5～10份、卡波树脂3～5份、聚异丁烯多丁二酰亚胺10～15份、减水剂5～10份、水30～40份。
2.根据权利要求1所述的土木工程用抗冲耐磨混凝土，其特征在于：所述污水处理厂污泥的含水率控制为15～25%。
3.根据权利要求1所述的土木工程用抗冲耐磨混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐、胺基磺酸盐、聚丙烯酸盐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的土木工程用抗冲耐磨混凝土，其特征在于：所述玄武岩纤维的长度为5～10mm。
5.根据权利要求1所述的土木工程用抗冲耐磨混凝土，其特征在于：所述卡波树脂为卡波941、卡波1342中的至少一种。
6.一种权利要求1所述的土木工程用抗冲耐磨混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按权利要求1所述原料重量份称取各组分；
（2）将所述污水处理厂污泥干燥，研磨成粉，过筛，得到污泥粉；将所述污泥粉与所述普通硅酸盐水泥混合，得混合粉；
（3）取一半重量步骤（1）中所述水，加入所述卡波树脂，搅拌均匀，得胶液；
（4）将步骤（2）所得混合粉加入步骤（3）所得胶液中，搅拌均匀，再加入所述石子、河砂、石棉尾矿渣、玄武岩纤维，搅拌均匀，得混合物A；
（5）将所述减水剂和所述聚异丁烯多丁二酰亚胺加入步骤（1）所述水的剩余部分，搅拌均匀，得混合物B；
（6）将步骤（4）所得混合物A与所述步骤（5）所得混合物B混合均匀，即得土木工程用抗冲耐磨混凝土。
7.根据权利要求6所述的土木工程用抗冲耐磨混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述干燥后污水处理厂污泥的含水量控制为1～2%。
8.根据权利要求7所述的土木工程用抗冲耐磨混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述过筛时的目数为70～100目。
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