CN110255994A - 一种水泥裹砂石碾压混凝土及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于土木工程领域，提供了一种水泥裹砂石碾压混凝土及其制备工艺，该制备工艺，包括：按照如下配方称取各重量的原料备用：水泥55~85kg、粉煤灰79~85kg、细骨料770~833kg、粗骨料1429~1304kg、减水剂1.1~1.36kg、引气剂0.41~0.51kg和水83~93kg；将所述骨料和55~65%的水投放到搅拌机中，搅拌15~20秒；向搅拌机中再投入水泥和粉煤灰，搅拌30~35秒；向搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30~40秒，即得水泥裹砂石碾压混凝土。采用本发明的制备工艺制得的水泥裹砂石碾压混凝土相较于传统的碾压混凝土，不但节约了水泥、粉煤灰、减水剂及引气剂的用量，而且其抗冻、抗渗、胶凝、温控等质量指标均有明显提高，适用于大坝建造，坝体的耐久性、安全性好，且缩短了施工周期，降低了施工成本。

Description

一种水泥裹砂石碾压混凝土及其制备工艺
技术领域
本发明属于土木工程领域，尤其涉及一种水泥裹砂石碾压混凝土及其制备工艺。
背景技术
近年来国家在不断大力投入新修水利建设项目，在水利建设过程中，需要用到大量的混凝土，而土方石除部分用于筑坝、回填、砌筑工程外，大部分优质的石料用于砂石加工，用于大坝混凝土。而水泥裹砂石碾压混凝土是一种干硬性混凝土，分层碾压填筑施工，因其具有胶凝材料用量少、成本低、施工进度快、材料来源广泛等优点，成为水利水电工程的重要筑坝材料。而大坝混凝土的质量、温控及耐久性对建筑质量、安全、造价影响巨大。
由于大坝工程对混凝土的抗冻抗渗要求更高，对砂石骨料质量要求更为严苛，而根据目前针对水泥裹砂石碾压混凝土的调研和资料分析可以看出，在日本青函隧道工程研究和使用水泥裹砂喷射混凝土技术进行大规模衬砌，日本在七十年代中期发展起来的一项喷射技术，该技术仅限于室内应用及硐室衬砌，而几乎没有将其应用到筑坝。
因此，如何提高混凝土的抗冻、抗渗、强度、温控等质量指标，以解决坝体混凝土浇筑问题，提高坝体的耐久性、安全性成为了该领域的发展趋势。
发明内容
本发明实施例提供一种水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，旨在解决如何提高混凝土的抗冻、抗渗、强度、温控等质量指标，以使其适于坝体混凝土浇筑，并提高坝体的耐久性、安全性的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
按照如下配方称取各重量份的原料备用：水泥55～85kg、粉煤灰83～85kg、细骨料770～833kg、粗骨料1429～1304g、减水剂1.1～1.36kg、引气剂0.41～0.51kg和水83～93kg；
将所述粗骨料和细骨料以及55～65％的水投放到搅拌机中，搅拌15～20秒；
向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30～35秒；
向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30～40秒，即得所述碾压混凝土。
本发明实施例还提供一种水泥裹砂石碾压混凝土，所述水泥裹砂石碾压混凝土由上述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得。
本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，通过科学合理的原料配比和工艺流程设计，采用分两次加水、三投三拌，并严格控制每次的加水量和搅拌时间，从而制得水泥裹砂石碾压混凝土，该水泥裹砂石碾压混凝土相较于传统工艺生产得到的碾压混凝土而言，混凝土的抗压强度提高了20％～25％，抗拉强度提高了17％～23％，混凝土弹性模量提高15％～20％；混凝土抗渗提高两个等级；混凝土抗冻提高30～50个循环；节约混凝土胶凝材料成本10％～15％；节约混凝土综合成本12％～18％，适用于大坝建造，坝体的耐久性、安全性好，且缩短了施工周期，降低了施工成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺机理示意图；
图2是本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明工艺，并不用于限定本发明的具体参数。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，通过科学合理的原材料配比和工艺流程设计，采用分两次加水、三投三拌，并严格控制每次的加水量和搅拌时间，从而提高了碾压混凝土的抗冻、抗渗、抗压强度、抗拉强度、温控等质量指标，且适用于大坝建造，坝体的耐久性、安全性好，且缩短了施工周期，降低了施工成本。
图1是本发明实施例提供的一种水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺的流程图，如图1所示，该工艺包括如下步骤：
在步骤S102中，按照如下配方称取各重量份的原料备用：水泥55～85kg、粉煤灰83～85kg、细骨料770～833kg、粗骨料1429～1304kg、减水剂1.1～1.36kg、引气剂0.41～0.51kg和水83～93kg；
在步骤S104中，将所述粗骨料和细骨料以及55～65％的水投放到搅拌机中，搅拌15～20秒；
在步骤S106中，向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30～35秒；
在步骤S108中，向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30～40秒，即得所述碾压混凝土。
结合图2，本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺机理如下：粗骨料、细骨料经过第一次加水搅拌混合，在搅拌作用下，可给混合料带入部分的空气，而使得粗骨料、细骨料的表面附着一层水，再添加水泥和粉煤灰后搅拌，可与前面的表面带水的粗、细骨料混合物形成一层水灰比(水胶比)较小的水泥浆，可增强水泥浆和粗、细骨料的表面粘结力，并提高混凝土的物理力学性能指标，再将剩下的水加入到上述水泥浆中，可以得到造壳水泥浆，提高碾压混凝土的施工性能。
第一次加水目的是使砂石料(粗细骨料)表面有一层水，能同胶凝材料(水泥和粉煤灰)形成在砂石料表面包裹一层水灰比(水胶比)较小的水泥浆，增强水泥浆同砂石料的表面粘结力，提高混凝土的物理力学性能指标；第二次加水是目的是获得混凝土施工的工作性。
本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，通过科学合理的原料配比和工艺流程设计，采用分两次加水、三投三拌，并严格控制每次的加水量和搅拌时间，从而制得水泥裹砂石碾压混凝土。该水泥裹砂石碾压混凝土相较于传统工艺生产得到的碾压混凝土而言，混凝土的强度提高了20％～25％，抗拉强度提高了17％～23％，混凝土弹性模量提高15％～20％；混凝土抗渗提高两个等级；混凝土抗冻提高30～50个循环；节约混凝土胶凝材料成本10％～15％；节约混凝土综合成本12％～18％，适用于大坝建造，坝体的耐久性、安全性好，且缩短了施工周期，降低了施工成本。
作为本发明的一个优选实施例，上述步骤：将所述骨料和55～65％的水投放到搅拌机中，搅拌15～20秒，具体为：将所述粗骨料和细骨料以及55～65％的水投放到搅拌机中，搅拌15～20秒。通过控制水洗细骨料的饱和面干含水率在4～6％之间，可保证水泥裹砂石碾压混凝土的造壳质量。
作为本发明的一个优选实施例，上述步骤：向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30～35秒，具体为：向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30秒。控制搅拌时间为30秒可以提高水泥浆与骨料的粘结力，从而确保了水泥裹砂石的造壳质量。
在本发明实施例中，添加粉煤灰可降低混凝土绝热温升，提高水泥裹砂石碾压混凝土密实效果，从而提高碾压混凝土的质量指标。
作为本发明的一个优选实施例，上述步骤：向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30～40秒，具体为：向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30秒。控制该步骤的搅拌时间为30秒，可以提高水泥裹砂石碾压混凝土的均匀性及可碾性。
优选的，本发明实施例中所采用的骨料由细砂、小石、中石和大石按照重量比为1：0.557:0.557:0.741组成。或者由细砂、小石和中石按照重量比为1:0.783:0.783组成。其中，细骨料为细砂，粗骨料为小石、中石、大石中的任意两种。
在本发明实施例中，采用上述配比的粗、细骨料可以形成更加密实、强度较高的混凝土，且成本更低。
其中，细砂的粒径为小于5mm，大石的粒径为40～80mm，中石的粒径为20～40mm，小石的粒径为5～20mm。
优选的，所述细骨料为细砂；所述细骨料经水洗处理后，控制其饱和面干含水率为4～6％。控制水洗处理后的细骨料的饱和面干含水率在4～6％有利于提高水泥裹砂石的造壳质量和碾压强度。
本发明实施例还提供了一种水泥裹砂石碾压混凝土，该碾压混凝土由上述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得。
以下通过具体实施例对本发明取得的技术效果做进一步的详细说明。
实施例1：
按照下述配方称取各重量份的原料备用：水泥55kg、粉煤灰83kg、细骨料(细砂)770kg、粗骨料(大石571kg、中石429kg、小石429kg)1429kg、减水剂1.1kg、引气剂0.414kg和水83kg；
将所述粗骨料和细骨料以及55％的水投放到搅拌机中，搅拌15秒；
向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30秒；
向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌35秒，即得所述水泥裹砂石碾压混凝土。
其中，上述骨料中的细砂的粒径为3mm，大石的粒径为40mm，中石的粒径为20mm，小石的粒径为5mm。
实施例2：
按照下述配方称取各重量份的原料备用：水泥85kg、粉煤灰85kg、细骨料(细砂)833kg、粗骨料(中石652kg、小石652kg)1304kg、减水剂1.36kg、引气剂0.51kg和水85kg；
将所述粗骨料和细骨料以及65％的水投放到搅拌机中，搅拌20秒；
向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌35秒；
向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30秒，即得所述水泥裹砂石碾压混凝土。
其中，上述骨料中的细砂的粒径为4mm，中石的粒径为20mm，小石的粒径为15mm。
实施例3：
按照下述配方称取各重量份的原料备用：水泥65kg、粉煤灰79kg、骨料2885kg、减水剂1.36kg、引气剂0.45kg和水95kg；
将所述粗骨料和细骨料以及60％的水投放到搅拌机中，搅拌15秒；
向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌40秒；
向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌35秒，即得所述碾压混凝土。
其中，上述骨料中的细砂的粒径为1mm，大石的粒径为40mm，中石的粒径为35mm，小石的粒径为10mm。
上述骨料由由细砂、小石、中石和大石按照重量比为1：0.557:0.557:0.741组成。
实施例4：
按照下述配方称取各重量份的原料备用：水泥85kg、粉煤灰85kg、骨料2566份、减水剂1.36kg、引气剂0.51kg和水93kg；
将所述粗骨料和细骨料以及65％的水投放到搅拌机中，搅拌20秒；
向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30秒；
向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30秒，即得所述碾压混凝土。
其中，上述骨料中的细砂的粒径为3mm，中石的粒径为80mm，小石的粒径为5mm。
上述骨料由细砂、小石和中石按照重量比为1:0.783:0.783组成。
实施例5：
按照下述配方称取各重量份的原料备用：水泥70kg、粉煤灰82kg、骨料2200kg、减水剂1.15kg、引气剂0.45kg和水93kg；
将所述粗骨料和细骨料以及55％的水投放到搅拌机中，搅拌15秒；
向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30秒；
向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30秒，即得所述碾压混凝土。
其中，上述骨料中的细砂的粒径为5mm，大石的粒径为75mm，中石的粒径为40mm，小石的粒径为20mm。
上述骨料由细砂790kg、大石470kg、中石470kg和小石470kg组成。
为了进一步说明本发明的技术效果，下面通过一些实验例来做进一步的阐述。
实验例一、通过改变本发明实施例中的细骨料的饱和面干含水率制得的碾压混凝土进行如下性能测试，以对本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的技术效果进一步说明。
具体的，采用相同的原材料，但不同的细骨料饱和面干含水率制备碾压混凝土，并根据SL352-2006“水工混凝土试验规程”中的相关测试标准对制得的碾压混凝土进行强度测试，测得的试验数据见下表1：
注：下表1中的抗压强度提高率(％)＝(水泥裹砂石碾压混凝土的抗压强度-采用现有工艺制得的碾压混凝土的抗压强度)/采用现有工艺制得的碾压混凝土的抗压强度×100％
表1
饱和面干状态，即细骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥。
从上表1的试验结果中可以看出，采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石碾压混凝土的抗压强度相较于现有工艺的制得的碾压混凝土的抗压强度提高了至少15～20％。并且，不同的细骨料饱和面干含水率对于水泥裹砂石碾压混凝土的抗压强度有很大的影响，当控制细骨料的饱和面干含水率在4～6％时，制得的水泥裹砂石碾压混凝土的抗压强度相较于现有工艺的制得的碾压混凝土的抗压强度提高了20～25％；而当控制细骨料的饱和面干含水率在3％或7％时，制得的水泥裹砂石碾压混凝土的抗压强度相较于现有工艺的制得的碾压混凝土的抗压强度提高的幅度略比细骨料的饱和面干含水率在4～6％时制得水泥裹砂石碾压混凝土的抗压强度提高的比例低。该试验结果表明，当细骨料饱和面干含水率在4～6％时，水泥裹砂石碾压混凝土抗压强度效果最佳。
实验例二、通过改变本发明实施例加入水泥和粉煤灰后的搅拌的时间制得的碾压混凝土进行如下性能测试，以对本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的技术效果进一步说明。
其中，改变加入水泥和粉煤灰后的造壳搅拌时间分别为30、35、40、50、60、90和120秒，其余的原料及生产流程及参数均与上述实施例1相同，并将制得的碾压混凝土进行物理力学指标及耐久性测试，测试方法参见SL352-2006“水工混凝土试验规程”中的相关测试标准，测的的性能数据详见下表2。
注：下表2中的抗拉强度提高率、弹性模量提高率、抗渗提高量、抗冻能力(循环次数)提高率分别是采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石测得的抗拉强度、弹性模量、抗渗、抗冻能力(循环次数)数据与采用现有工艺的制得的碾压混凝土测得的抗拉强度、弹性模量、抗渗、抗冻能力(循环次数)数据比较得出的结果。即上述抗拉强度提高率为将采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石测得的抗拉强度减去采用现有工艺的制得的碾压混凝土测得的抗拉强度，然后再除以采用现有工艺的制得的碾压混凝土测得的抗拉强度，乘以100％得到；
上述弹性模量提高率为将采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石测得的弹性模量减去采用现有工艺的制得的碾压混凝土测得的弹性模量，再除以采用现有工艺的制得的碾压混凝土测得的弹性模量，再乘以100％得到，上述的其他性能指标的对比以此类推。
表2
从上表2的试验结果中可以看出，采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石碾压混凝土的抗压强度、弹性模量、抗渗、抗冻能力(循环次数)的性能指标均优于采用现有工艺的制得的碾压混凝土。具体的，采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石碾压混凝土的抗压强度相较于采用现有工艺的制得的碾压混凝土提高了8％以上，最高可达23％；采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石碾压混凝土的弹性模量相较于采用现有工艺的制得的碾压混凝土提高了5％以上，最高可达20％；采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石碾压混凝土的抗渗指标相较于采用现有工艺的制得的碾压混凝土提高了0.1MPa，最高可达0.4MPa；采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石碾压混凝土的抗冻能力相较于采用现有工艺的制得的碾压混凝土提高了15％以上，最高可达50％。由此可见，采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石混凝土的抗压强度、弹性模量、抗渗、抗冻能力(循环次数)均得到了显著的提高。
并且，从上表2的试验结果还可以看出，当搅拌造壳时间控制在30～35秒时，制得的水泥裹砂石混凝土的抗压强度、弹性模量、抗渗、抗冻能力(循环次数)提高最为显著，即综合力学性能和耐久性指标最好，经济成本更低。
实验例三、
在同等的试验条件下，根据SL352-2006“水工混凝土试验规程”中的相关测试标准对本发明实施例1～5提供的水泥裹砂石碾压混凝土以及采用现有工艺的制得的碾压混凝土进行抗拉强度、弹性模量、抗渗、抗冻能力(循环次数)性能指标测试，并将两者的结果进行比较，得到本发明实施例1～5相较现有工艺制得的碾压混凝土的抗拉强度提高率、弹性模量提高率、抗渗提高量、抗冻能力(循环次数)提高率，结果详见下表3：
表3
从上表2的试验结果中可以看出，采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石碾压混凝土相较于采用现有工艺的制得的碾压混凝土，抗压强度提高了16～23％、弹性模量提高了12～20％、抗渗提高了0.2～0.4MPa、抗冻能力(循环次数)提高了25～50％，可见，采用本发明实施例提供的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得的水泥裹砂石混凝土的抗压强度、弹性模量、抗渗、抗冻能力(循环次数)均得到了显著的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
按照如下配方称取各重量份的原料备用：水泥55~85kg、粉煤灰83~85kg、细骨料770~833kg、粗骨料1429~1304kg、减水剂1.1~1.36kg、引气剂0.41~0.51kg和水83~93kg；
将所述粗骨料和细骨料以及55~65%的水投放到搅拌机中，搅拌15~20秒；
向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30~35秒；
向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30~40秒，即得所述碾压混凝土。
2.如权利要求1所述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，其特征在于，所述将所述粗骨料和细骨料以及55~65%的水投放到搅拌机中，搅拌15~20秒的步骤，包括：
将所述粗骨料和细骨料以及55%的水投放到搅拌机中，搅拌15~20秒。
3.如权利要求1所述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，其特征在于，所述向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30~35秒的步骤，包括：
向所述搅拌机中投入所述水泥和粉煤灰，搅拌30秒。
4.如权利要求1所述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，其特征在于，所述向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30~40秒的步骤，包括：
向所述搅拌机中加入所述减水剂、引气剂和剩余的水，搅拌30秒。
5.如权利要求1所述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，其特征在于，所述骨料由细砂、小石、中石和大石按照重量比为1：0.557:0.557:0.741组成。
6.如权利要求1所述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，其特征在于，所述骨料由细砂、小石和中石按照重量比为1:0.783:0.783组成。
7.如权利要求5或6所述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，其特征在于，所述细砂的粒径为小于5mm，大石的粒径为40~80mm，中石的粒径为20~40mm，小石的粒径为5~20mm。
8.如权利要求1所述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺，其特征在于，所述细骨料为细砂；
所述细骨料经水洗处理后，控制其饱和面干含水率为4~6%。
9.一种水泥裹砂石碾压混凝土，其特征在于，所述水泥裹砂石碾压混凝土由如权利要求1~8任意一项所述的水泥裹砂石碾压混凝土的制备工艺制得。
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