CN109455992A - 一种机制砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机制砂混凝土及其制备方法，属于建筑材料混凝土技术领域，机制砂混凝土由包含以下重量份的原料制成：130～143份的水泥、560～580份的碎石、400～420份的机制砂、80～90份的矿物掺和料、4.2～4.7份的外加剂和80～86份的水。其制备方法为配方比例称取各原料，将碎石与机制砂混合均匀后依次加入水泥、矿物掺和料，搅拌1～2min，继续加入水和外加剂，搅拌均匀后得到机制砂混凝土。本发明具有和易性好、不泌水、粘聚性好的效果。

Description

一种机制砂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种机制砂混凝土及其制备方法。

背景技术

砂是混凝土组成的重要材料，随着建筑业发展和对建筑工程质量的重视，建筑市场用砂数量越来越大，质量上越来越高，而合格的天然砂资源却越来越少，以北京为例，2005年后，细度为2.6-2.8的河砂供应已经越来越小，供应的河砂偏细且含泥量多，对混凝土体积稳定性易造成危害，由此引发的工程质量，破坏农田、水利资源问题日趋严重。机制砂又称为人工砂，是由岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的，公称粒径小于5mm的岩石颗粒。机制砂经过破碎处理，其颗粒呈不规则的形态，石质坚硬，比表面积相比河砂更大，粘结性能较好，能够与水泥形成较好的粘结作用。但机制砂的颗粒级配较差，大于2.5mm和小于0.08mm的颗粒偏多，易影响混凝土的和易性，易对混凝土的外观质量产生不利影响，机制砂的多棱角、表面粗糙的特性难以满足混凝土的工作性。同时，机制砂中含有的泥粉吸附在砂的表面，会妨碍砂与水泥之间的粘结作用。

现有技术中，公告号为CN103951362B的中国专利公开了一种机制砂混凝土，包括碎石、机制砂和水泥，其采用的水泥为矿渣水泥，按重量份计，矿渣水泥包括钢渣25-30份，高炉矿渣20-30份，硅酸盐水泥熟料5-15份，石膏粉1-2份，工业用二氧化硅12-15份，工业用三氧化二铝2-3份，萘磺酸盐0.1-0.2份，聚羧酸0.01-0.03份，聚丙烯纤维1-1.5份，硫化钡工业废渣5-10份。通过在水泥配方中添加石膏粉、聚丙烯纤维等多种成分，提高机制砂混凝土的抗碳化性能和抗渗性能，但对于机制砂的级配较差，需水量大、易出现泌水现象的问题没有得到解决。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种机制砂混凝土，具有和易性好、不泌水、粘聚性优异、需水量小的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种机制砂混凝土的制备方法，具有工艺简单、混凝土质量稳定的优点。

本发明的上述第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种机制砂混凝土，所述机制砂混凝土由包含以下重量份的原料制成：130～143份的水泥、560～580份的碎石、400～420份的机制砂、80～90份的矿物掺和料、4.2～4.7份的外加剂和80～86份的水，所述矿物掺和料包括粉煤灰、矿渣粉和硅微粉中的至少一种，所述外加剂包括减水剂、引气剂和保坍剂中的至少两种。

通过采用上述技术方案，以水泥为混凝土的胶凝材料，碎石为粗集料，机制砂为细集料，掺加矿物类物质和减水剂、引气剂等外加剂，组成机制砂混凝土。其中，矿物掺和料是有利于减少水泥用量和提高混凝土拌和性能的矿物类物质，与机制砂配合，有利于改善机制砂混凝土的和易性和工作性，减少机制砂混凝土的外观质量缺陷。机制砂混凝土中可以采用的矿物掺加料包括粉煤灰、矿渣粉和硅微粉，三者均能有效减少混凝土中的水泥用量。混凝土中采用的外加剂是指为改善和调节混凝土的性能而掺加的物质，如减水剂、引气剂和保坍剂，减水剂能够改善混凝土拌合物的流变性能，有利于增强水泥颗粒的分散作用，在维持混凝土坍落度不变的前提下减少水的用量。引气剂能够在混凝土拌合物的拌和过程中引入大量均匀分布的、闭合而稳定的微小气泡，有利于改善混凝土的耐久性和混凝土拌合物的流变性，泵送剂能够改善混凝土拌合物的泵送性能。外加剂与机制砂、矿物掺加料配合，有利于减少机制砂混凝土中的水泥用量和水用量，促进机制砂与水泥之间的粘结作用和保水作用，得到和易性好的机制砂混凝土。

本发明进一步设置为，所述机制砂中的石粉含量为机制砂质量的5～7％。

通过采用上述技术方案，石粉是机制砂在制备过程中产生的颗粒粒径小于75μm的石质粉末，机制砂中的石粉能够起填充作用，有利于提高机制砂混凝土的强度和密实性，进而提高其抗渗、抗裂和耐磨性，并能改善水泥石的孔隙结构，有助于改善机制砂混凝土的保水性、泌水性和粘聚性，使混凝土易于成型振捣、和易性得到改善。如果机制砂中的石粉含量过少，会影响机制砂混凝土的和易性，如果石粉含量过高，易导致机制砂混凝土的抗冻性和抗低温硫酸盐侵蚀能力下降，石粉中混有的泥粉还会吸附在机制砂表面，影响机制砂与水泥之间的粘结作用。

本发明进一步设置为，所述矿物掺和料包括粉煤灰和硅微粉。

通过采用上述技术方案，粉煤灰是煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，能够与机制砂混凝土中的碱土金属氢氧化物发生化学反应，生产具有水硬胶凝性能的化合物，有利于增强机制砂混凝土的强度和耐久度。硅微粉是由天然石英或熔融石英经破碎、球磨、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉，硅微粉填充在水泥颗粒间的空隙，有利于提高机制砂混凝土的抗压、抗渗和抗冲击性能。

本发明进一步设置为，所述粉煤灰与机制砂的用量质量比为1：(7.1～7.2)。

通过采用上述技术方案，粉煤灰的粒径范围为0.5～300μm，能够部分取代机制砂，弥补机制砂粒径在0.08～2.5mm范围内的颗粒偏少的情况，有利于改善机制砂的颗粒级配，粉煤灰与机制砂配合有利于改善机制砂混凝土的和易性。

本发明进一步设置为，所述减水剂包括萘系减水剂、干酪素和聚羧酸系减水剂中的至少两种。

通过采用上述技术方案，萘系减水剂是萘通过硫酸磺化，再与甲醛进行缩合的产物，属于阴离子表面活性剂，对水泥等多种粉体材料分散作用良好，减水率高。干酪素又称酪蛋白，是一种生物聚合物，不溶于水和有机溶剂，但能够吸收水分并膨胀，具有很好的粘合作用，有利于提高机制砂混凝土的稳定性。聚羧酸系减水剂的减水性能优异，掺量低，对机制砂混凝土的抗压增强效果显著，木钙粉、萘系减水剂、干酪素和聚羧酸减水剂均能够减水机制砂混凝土中的用水量，采用两种减水剂，对机制砂混凝土有较好的减水效果。

本发明进一步设置为，所述减水剂包括干酪素和聚羧酸系减水剂，所述干酪素与聚羧酸减水剂的质量比为1：(4.3～4.5)。

通过采用上述技术方案，干酪素通过吸水膨胀和粘合作用减少机制砂中的混凝土耗水量，聚羧酸系减水剂对水泥颗粒有超分散作用，两者相互配合，干酪素能够减少表面粗糙的机制砂对聚羧酸系减水剂的吸附，避免机制砂的吸附作用影响其减水效果，同时促进聚羧酸系减水剂对水泥的分散作用，有利于提高机制砂混凝土的强度、减少配方中水泥与矿物掺和料的用量。

本发明进一步设置为，所述混凝土由包含以下重量份的原料制成：135～140份的水泥、565～575份的碎石、405～415份的机制砂、55～60份的粉煤灰、25～30份的硅微粉、0.7～0.8份的干酪素、3～3.1份的聚羧酸减水剂、0.2～0.4份的引气剂、0.3～0.4份的泵送剂和80～86份的水。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：按配方比例称取各原料，将碎石与机制砂混合均匀后依次加入水泥、矿物掺和料，搅拌1～2min，继续加入水和外加剂，搅拌均匀后得到机制砂混凝土。

通过采用上述技术方案，碎石与机制砂是机制砂混凝土原料组成中用量最大的固体物料，先将两者混合有利于提高物料混合的均匀性，将除外加剂外的固体物料全部混合均匀，然后再添加水和外加剂，形成可用于施工的机制砂混凝土。

本发明进一步设置为，所述机制砂在与碎石混合前经过预处理步骤，所述预处理步骤包括过筛和预混，所述过筛包括将机制砂通过筛孔目筛为800～1000目的筛网，除去粒径小于筛网的颗粒；所述预混包括向机制砂中添加干酪素，将机制砂与干酪素混合均匀。

通过采用上述技术方案，机制砂中混有石粉和泥粉，石粉是粒径在0.016～0.075mm之间、与机制砂成分相同的颗粒，能够改善机制砂的颗粒级配，提高机制砂混凝土的和易性。而泥粉颗粒的粒径小于0.016mm，泥粉会吸附在机制砂的表面，影响其与水泥之间的粘结，通过过筛处理，减少石粉中混有的泥粉含量，有利于提高机制砂混凝土的质量。

本发明进一步设置为，所述干酪素与机制砂的质量比为1：(570～590)。

通过采用上述技术方案，干酪素和机制砂按照上述比例混合均匀，这样在添加水时，干酪素在机制砂间吸水膨胀，有利于减少机制砂对聚羧酸系减水剂的吸附，使聚羧酸系减水剂充分发挥其作用。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

一、通过采用矿物掺和料和外加剂与机制砂配合，通过部分矿物掺和料取代机制砂中粒径小于2.5mm、大于0.08mm的颗粒，改善机制砂的颗粒级配，提高机制砂混凝土的和易性，机制砂与减水剂等外加剂配合，有利于提高机制砂混凝土的粘聚性和保水性。

二、通过采用含有5～7％的石粉，有利于改善机制砂的颗粒级配，提高机制砂混凝土的抗渗抗裂性和粘聚性，降低其泌水性，有利于促进机制砂混凝土的和易性得到改善。

三、通过采用干酪素和聚羧酸系减水剂，有利于减少机制砂对聚羧酸系减水剂的吸附作用，促使其充分发挥对水泥颗粒分散作用，在确保减水率的前提下减少减水剂的用量。

四、本发明的方法，通过先将机制砂过筛并与干酪素预混，有利于减少机制砂中泥粉颗粒的含量，避免泥粉附着在机制砂表面影响其与水泥的粘聚，在添加减水剂前，干酪素在机制砂之间吸水膨胀，有利于减少机制砂对减水剂的吸附，这样制备出的机制砂混凝土质量稳定。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行描述。

实施例一

本实施例提供一种机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：称取260kg的水泥、1120kg的碎石、800kg的机制砂、110kg的粉煤灰、30kg的矿渣粉、20kg的硅微粉、1.4kg的干酪素、6kg的聚羧酸系减水剂、0.4kg的引气剂、0.6kg的泵送剂和160kg的水。其中，本实施例采用的机制砂中的石粉含量为5％，聚羧酸系减水剂采用山东高强建材的GQ-101聚羧酸高效减水剂，引气剂采用科隆化工的KL-YQJ01，泵送剂采用鑫固建材的ZM-3C。

先将机制砂过800目筛，除去粒径过小的泥粉，然后将过筛后的机制砂与干酪素预混，向机制砂与干酪素的混合物中加入碎石并混合均匀，再加入水泥、粉煤灰、矿渣粉和硅微粉，混合搅拌30s后加水，搅拌90s后加入聚羧酸类减水剂、引气剂和泵送剂，搅拌均匀后即得。

实施例二

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的机制砂混凝土的制备方法包括以下步骤：称取270kg的水泥、1130kg的碎石、810kg的机制砂、112kg的粉煤灰、50kg的硅微粉、2kg的干酪素、7kg的萘系减水剂、0.8kg的引气剂、0.8kg的泵送剂和164kg的水。其中，本实施例采用的机制砂中的石粉含量为7％，萘系减水剂采用飞腾化工的FDN减水剂，引气剂采用科隆化工的KL-YQJ01，泵送剂采用世纪星源的XY-1。

先将机制砂过1000目筛，除去粒径过小的泥粉，然后向机制砂中加入碎石并混合均匀，再加入水泥、粉煤灰和硅微粉，混合搅拌45s后加水，搅拌60s后加入萘系减水剂、干酪素、引气剂和泵送剂，搅拌均匀后即得。

实施例三

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的机制砂混凝土的制备方法包括以下步骤：称取276kg的水泥、1140kg的碎石、820kg的机制砂、116kg的粉煤灰、54kg的硅微粉、1.4kg的干酪素、6.2kg的聚羧酸系减水剂、0.6kg的引气剂、0.6kg的泵送剂和166kg的水。其中，本实施例采用的机制砂中的石粉含量为6％，聚羧酸系减水剂采用巴斯夫的SC-11，引气剂采用筑盛的ZS-109B，泵送剂采用鑫固建材的ZM-3C。

先将机制砂过800目筛，除去粒径过小的泥粉，然后将过筛后的机制砂与干酪素预混，向机制砂与干酪素的混合物中加入碎石并混合均匀，再加入水泥、粉煤灰和硅微粉，混合搅拌30s后加水，搅拌60s后加入聚羧酸类减水剂、引气剂和泵送剂，搅拌均匀后即得。

实施例四

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的机制砂混凝土的制备方法包括以下步骤：称取280kg的水泥、1150kg的碎石、830kg的机制砂、120kg的粉煤灰、60kg的矿渣粉、6kg的萘系减水剂、1.4kg的干酪素、0.8kg的引气剂、0.8kg的泵送剂和172kg的水。其中，本实施例采用的机制砂中的石粉含量为7％，聚羧酸系减水剂采用巴斯夫的SC-11，引气剂采用科隆化工的KL-YQJ01，泵送剂采用世纪星源的XY-1。

先将机制砂过1000目筛，除去粒径过小的泥粉，然后向机制砂中加入碎石并混合均匀，再加入水泥、粉煤灰和矿渣粉，混合搅拌45s后加水，搅拌60s后加入萘系减水剂、干酪素、引气剂和泵送剂，搅拌均匀后即得。

实施例五

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的机制砂混凝土的制备方法包括以下步骤：称取286kg的水泥、1160kg的碎石、840kg的机制砂、114kg的粉煤灰、60kg的硅微粉、1.4kg的干酪素、6kg的聚羧酸系减水剂、0.4kg的引气剂、0.6kg的泵送剂和170kg的水。其中，本实施例采用的机制砂中的石粉含量为6％，聚羧酸系减水剂采用山东高强建材的GQ-101聚羧酸高效减水剂，引气剂采用筑盛的ZS-109B，泵送剂采用精诚化工的JC-07混凝土泵送剂。

先将机制砂过800目筛，除去粒径过小的泥粉，然后将过筛后的机制砂与干酪素预混，向机制砂与干酪素的混合物中加入碎石并混合均匀，再加入水泥、粉煤灰和硅微粉，混合搅拌30s后加水，搅拌60s后加入聚羧酸类减水剂、引气剂和泵送剂，搅拌均匀后即得。

实施例六

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的机制砂混凝土的制备方法包括以下步骤：称取274kg的水泥、1136kg的碎石、826kg的机制砂、118kg的粉煤灰、56kg的硅微粉、1.6kg的干酪素、6.2kg的聚羧酸系减水剂、0.6kg的引气剂、0.8kg的泵送剂和168kg的水。其中，本实施例采用的机制砂中的石粉含量为7％，聚羧酸系减水剂采用山东高强建材的GQ-101聚羧酸高效减水剂，引气剂采用盛达的SD-1，泵送剂采用精诚化工的JC-07混凝土泵送剂。

先将机制砂过800目筛，除去粒径过小的泥粉，然后将过筛后的机制砂与干酪素预混，向机制砂与干酪素的混合物中加入碎石并混合均匀，再加入水泥、粉煤灰和硅微粉，混合搅拌30s后加水，搅拌60s后加入聚羧酸类减水剂、引气剂和泵送剂，搅拌均匀后即得。

对比例一

本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的机制砂混凝土的原料中不添加矿物掺加料。

对比例二

本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的机制砂混凝土的原料中不添加引气剂和泵送剂。

对比例三

本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的混凝土采用的原料中，将机制砂中的石粉含量为2％。

产品检测

根据规范《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)对各实施例和对比例制得的机制砂混凝土的坍落度和扩展度进行试验。根据规范《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)对各实施例和对比例制得的机制砂混凝土的抗压性能进行试验，各实施例和对比例制得的机制砂混凝土的试验结果如表1所示。

表1各实施例和对比例的检测结果

由表1可见，各实施例制得的机制砂混凝土的抗压强度、和易性均明显优于各对比例，即在机制砂混凝土中添加矿物掺和料和引气剂、泵送剂等外加剂均对有利于提高机制砂混凝土的和易性和抗压强度，机制砂中石粉的含量过低也不利于机制砂混凝土的和易性和抗压强度。在多个实施例中，实施例三、五和六制得的机制砂混凝土的抗压强度优于实施例一、二和四，且实施例一和二制得的机制砂混凝土的抗压强度优于实施四，证明采用本发明优选的配方(矿物掺和料采用粉煤灰和硅微粉；减水剂采用干酪素和聚羧酸减水剂)有利于提高机制砂混凝土的抗压强度。

此外，实施例三和五制得的机制砂混凝土的抗压强度优于实施例六，证明粉煤灰与机制砂的用量质量比在1：(7.1～7.2)范围内有利于提高机制砂混凝土的抗压强度。实施例三制得的机制砂混凝土的抗压强度优于实施例五，证明减水剂中干酪素与聚羧酸减水剂的质量比在1：(4.3～4.5)范围内的复配效果更好。实施例一和实施例三的和易性优于其他实施例，证明干酪素与机制砂的质量比在1：(570～590)范围内的配合作用更好。本发明全部采用机制砂为细集料，与碎石、水泥、矿物掺和料以及外加剂共同组成机制砂混凝土，具有良好的和易性和抗压强度，在拌制过程中的需水量少，具有较好的粘聚性和保水性。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机制砂混凝土，其特征在于，所述机制砂混凝土由包含以下重量份的原料制成：130～143份的水泥、560～580份的碎石、400～420份的机制砂、80～90份的矿物掺和料、4.2～4.7份的外加剂和80～86份的水，所述矿物掺和料包括粉煤灰、矿渣粉和硅微粉中的至少一种，所述外加剂包括减水剂、引气剂和泵送剂中的至少两种。

2.根据权利要求1所述的一种机制砂混凝土，其特征在于，所述机制砂中的石粉含量为机制砂质量的5～7%。

3.根据权利要求1所述的一种机制砂混凝土，其特征在于，所述矿物掺和料包括粉煤灰和硅微粉。

4.根据权利要求3所述的一种机制砂混凝土，其特征在于，所述粉煤灰与机制砂的用量质量比为1：(7.1～7.2)。

5.根据权利要求1所述的一种机制砂混凝土，其特征在于，所述减水剂包括萘系减水剂、干酪素和聚羧酸系减水剂中的至少两种。

6.根据权利要求5所述的一种机制砂混凝土，其特征在于，所述减水剂包括干酪素和聚羧酸系减水剂，所述干酪素与聚羧酸减水剂的质量比为1：(4.3～4.5)。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种机制砂混凝土，其特征在于，所述混凝土由包含以下重量份的原料制成：135～140份的水泥、565～575份的碎石、405～415份的机制砂、55～60份的粉煤灰、25～30份的硅微粉、0.7～0.8份的干酪素、3～3.1份的聚羧酸减水剂、0.2～0.4份的引气剂、0.3～0.4份的泵送剂和80～86份的水。

8.一种根据权利要求1至7中任意一项所述的机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按配方比例称取各原料，将碎石与机制砂混合均匀后依次加入水泥、矿物掺和料，搅拌1～2min，继续加入水和外加剂，搅拌均匀后得到机制砂混凝土。

9.根据权利要求8所述的一种机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，所述机制砂在与碎石混合前经过预处理步骤，所述预处理步骤包括过筛和预混，所述过筛包括将机制砂通过筛孔目筛为800～1000目的筛网，除去粒径小于筛网的颗粒；所述预混包括向机制砂中添加干酪素，将机制砂与干酪素混合均匀。

10.根据权利要求9所述的一种机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，所述干酪素与机制砂的质量比为1：(570～590)。