CN110937856B - 一种水泥崩岗沙的水泥砌块及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥崩岗沙的水泥砌块及其制备方法。所述水泥砌块，包括水、崩岗沙与水泥，其中水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.5～2.0：6.9～8.2。通过控制不同的掺量比来满足不同的工程、建筑需求。本发明所述的崩岗沙即发生在我国南方热带、亚热带一种常见水土流失方式——崩岗过程中产生的废弃花岗岩沙土，制备过程中需预先经过预处理，预处理后的崩岗沙颗粒形状棱角分明，作为骨料能够更好的提高水泥砂浆的强度。本发明的崩岗沙不仅能够替代常规河沙制备具有良好抗压性能的砂浆砌块，还能作为其他建筑材料(如混凝土)在工程中得到应用，有效解决了崩岗沙的处理问题，实现了废弃物的资源化利用。

Description

一种水泥崩岗沙的水泥砌块及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域。更具体地，涉及一种水泥崩岗沙的水泥砌块及制备方法。
背景技术
崩岗是我国热带、亚热带危害极大的土壤侵蚀现象，主要来源于深厚花岗岩风化壳在重力及水力作用下发生分解、崩塌以及侵蚀。这些风化花岗岩崩积体土质酥松，含沙量极大。在大雨和暴雨作用下，崩岗区的冲沟中常会发生小型稀性泥沙流灾害，泥沙冲毁坡地并直接淤埋冲沟出口区的耕地、农田、水沟及道路设施，危害农田、果园、水利及交通设施，当地的生态环境受到严重的破坏。因此，如何及时有效处理这些崩积体成为治理崩岗产业亟需解决的问题。然而，雨水造成崩积体中泥沙大量流失，使得这些废弃沙土土质贫瘠、有机质含量低，很难直接作为种植土或者其他渠道使用。
崩岗沙是指发生在我国南方热带、亚热带一种常见水土流失方式——崩岗过程中产生的废弃花岗岩沙土。崩岗中崩积体中含沙量极高，一般经过雨水冲刷的土体含沙量更加可观。而目前国家对于河沙开采的管控，使得建筑工程中河沙日益紧缺，价格不断上涨，一些地区的河沙从去年的40元/吨，上涨到今年180元/吨。因此，如若能够合理使用崩岗沙，不仅能够作为整治崩岗的一个有效缓解，还能建筑工程中的沙子紧缺问题，并产生一定的经济效益。但是目前还未有人利用崩岗沙作为粗骨料制备再生混凝土或其他建筑材料。
刘希林等运用三维激光扫描技术对广东省五华县莲塘岗崩岗降雨侵蚀水文过程展开监测，发现崩岗侵蚀主要发生在崩壁、崩积体及两者侧向的区域，且在24h内≥100mm暴雨对崩岗侵蚀量的贡献最为显著。邓羽松等对湖北省通城县杨垄和五里崩岗剖面土壤水分特征调查得出，不同空间层次土壤容重、含水量、水吸力、颗粒组成及孔隙分布分异明显。蒋芳市等通过人工降雨模拟探讨不同坡度和雨强下福建省安溪县洋坑崩岗崩积体泥沙颗粒输移规律；林金石等分别采用直接剪切和三轴剪切试验对崩岗红土层土壤抗剪强度与含水率的关系进行分析。上述研究侧重于崩岗崩壁以及风化壳不同层次岩土含水状况、颗粒组成和物理机械性能等物理特性差异和崩积体与崩岗降雨-侵蚀过程观测与模拟等方面。崩岗沙具有输移量大、来源复杂、杂质多、黏粒含量少、颗粒组成和物理机械性能差异巨大等特性。如何改善及合理利用崩岗沙来制备稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度等基本力学性能合格的再生混凝土或其他建筑材料，从而实现废弃土的资源化利用缓解河沙的紧缺问题，成为本领域的重点及难点。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的不足，提供一种水泥崩岗沙的水泥砌块及制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种水泥崩岗沙的水泥砌块，包括水、崩岗沙与水泥，其中水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.5～2.0：6.9～8.2。不同添加比例，对所制成的水泥砌块的稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度等力学性能的影响不同。实际生产中，可通过控制不同的掺量比来满足不同的工程、建筑需求。
优选地，所述水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.63～1.92：6.9～8.2。
优选地，所述崩岗沙由对崩岗过程中产生的废弃花岗岩沙土进行预处理得到；所述预处理包括以下步骤：除表面杂质后，水洗0～7次，90～105℃烘干18～24h，过筛。本发明的崩岗沙水泥砂浆区别于常规河沙水泥砂浆，因为崩岗沙具有输移量大、来源复杂、杂质多的特点，以及崩岗不同位置的沙土含沙量及含泥量均有所不同，需对崩岗沙土进行预处理。对于一些经过雨水冲刷的洪积扇区的废弃沙土，可根据实际情况选择是否需要水洗。
优选地，所述崩岗沙中含沙率大于50％，优选56％～60％。
优选地，控制所述崩岗沙的粒径为0.075～6mm。
优选地，所述水泥砌块的平均单轴抗压强度大于5MPa，优选20～45MPa；抗折强度大于0.56MPa，优选4～6MPa。
优选地，控制所述崩岗沙的粒径如下：其中沙粒直径>4.75mm累计筛余百分率为6.2％～10％；
沙粒直径>2.36mm累计筛余百分率为35％～50％；
沙粒直径>1.18mm累计筛余百分率为55％～75％；
沙粒直径>0.6mm累计筛余百分率为76％～90％；
沙粒直径>0.15mm累计筛余百分率为88％～100％；
沙粒直径>0.075mm累计筛余百分率为100％。
优选地，所述水泥砌块还包含添加剂。
进一步优选地，所述添加剂包括淀粉醚及木质纤维素；所述木质纤维素的掺量为总体质量的0.1％～0.9％，淀粉醚的掺量为总体质量的0.01％～0.09％。
更进一步优选地，所述木质纤维素的掺量为总体质量的0.5％；所述淀粉醚的掺量为总体质量的0.05％；所述木质纤维素为木质纤维素SB200。
本发明还涉及了上述水泥砌块的制备方法，包括以下步骤：按比例将崩岗沙、水泥先混合后，加水，然后根据需要选择加入添加剂(可以选择是否加入添加剂或添加何种添加剂)，进行搅拌3～10min，倒入模具振捣压制成型后得到试块，将所述试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为所述水泥砌块。
在一优选实施例中，在制备水泥砌块时，选择不加入添加剂。其中所述水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.5～2.0：6.9～8.2，优选1：0.63～1.92：6.9～8.2。不同添加比例，对所制成的水泥砌块的稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度等力学性能的影响不同。实际生产中，可通过控制不同的掺量比来满足不同的工程、建筑需求。
在另一优选实施例中，在制备高强度水泥砌块时，选择加入适量的添加剂。所述添加剂由淀粉醚及木质纤维素组成，其中所述木质纤维素的掺量为总体质量的0.1％～0.9％，优选0.5％；所述淀粉醚的掺量为总体质量的0.01％～0.09％，优选0.05％。
本发明的崩岗沙水泥砂浆可更换不同的成型磨具，来制备不同规格、不同形状的砌块，以满足不同的工程需求。
本发明的崩岗沙水泥砂浆的搅拌、制样及养护过程可参考常规河沙水泥砂浆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用崩岗过程中产生的废弃崩岗沙来替代河沙运用在建筑工程中，制备出一种稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度等基本力学性能合格的水泥砂浆，不仅能够运用到崩岗治理过程中，缓解农田损坏、河道淤积等崩岗侵蚀所带来的生态环境破坏，还能实现废弃土的资源化利用，缓解河沙的紧缺问题，产生一定的经济效益。
2、本发明将崩岗沙与水泥、水等按一定比例混合制成具有良好抗压性能的水泥砌块，在同等条件下，本发明采用崩岗过程中产生的废弃崩岗沙来替代河沙所制备的水泥砌块的单轴抗压强度和抗折强度大于采用河沙所制备的水泥砌块的单轴抗压强度和抗折强度，含气量基本小于采用河沙所制备的水泥砌块。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。实施方式中简单参数的替换不能一一在实施例中赘述，但并不因此限制本发明，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，应被视为等效的置换方式，都应包含在本发明范围内。
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
本发明所述的崩岗沙即发生在我国南方热带、亚热带一种常见水土流失方式——崩岗过程中产生的废弃花岗岩沙土，制备过程中需预先经过水洗预处理，废弃沙土中崩岗沙含量大于50％，预处理后的崩岗沙颗粒形状棱角分明，作为骨料能够更好的提高水泥砂浆的强度。但对于一些经过雨水冲刷的洪积扇区的废弃沙土，可根据实际情况选择是否需要水洗。
本实施例中所用的崩岗沙取自五华某崩岗壁区未经过雨水冲刷的原状土样，土样经6次水洗后，于105℃经过24小时烘干，测得原砂中不可溶物质为17571g，含沙率约为56％。然后对烘干的崩岗沙用标准震动筛测得各粒径组分，沙粒级配组成比例如表1所示：
表1沙粒级配组成比例
Figure BDA0002284547220000041
Figure BDA0002284547220000051
本发明以下实施例中制备了同组成配比的、以标准砂为骨料的水泥砂浆作为对照组，参照《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ/T 98-2010，以崩岗沙替代标准砂作为细骨料，从而直观验证崩岗沙作为建筑材料骨料的可行性。本发明以下实施例中所用的水泥为42.5水泥，标准砂为国际标准化组织提出的标准砂(ISO R～68)。该标准砂需满足：二氧化硅>96％，含泥量≤0.2％，烧失量≤0.4％。
实施例1
本实施例为满足M5强度等级的需求：
崩岗沙水泥砂浆由水、水泥和崩岗沙三种组分制成，崩岗沙水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：崩岗沙＝1：0.72：8.1。
标准砂水泥砂浆由水、水泥和标准砂三种组分制成，标准砂水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：标准砂＝1：0.72：8.1。
崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆的制备方法相同。同等条件下，砂浆搅拌均匀后，对稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度进行测量并与水泥对比，得到崩岗沙水泥砂浆稠度84mm，小于标准砂水泥砂浆106mm；含气量1.5％略大于河沙水泥砂浆1.3％；平均单轴抗压强度5.36MPa满足等级需要，且略大于河沙水泥砂浆5.2MPa；抗折强度0.56MPa，略大于河沙水泥砂浆0.546MPa。具体指标列于下表2：
表2实施例1崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆性能对比
Figure BDA0002284547220000052
Figure BDA0002284547220000061
实施例2
本实施例为满足M10强度等级的需求：
崩岗沙水泥砂浆由水、水泥和崩岗沙三种组分制成，崩岗沙水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：崩岗沙＝1：0.9：8.1。
标准砂水泥砂浆由水、水泥和标准砂三种组分制成，标准砂水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：标准砂＝1：0.9：8.1。
崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆的制备方法相同。同等条件下，砂浆搅拌均匀后，对稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度进行测量并与水泥对比，得到崩岗沙水泥砂浆稠度84mm，小于标准砂水泥砂浆98mm；含气量1.8％略大于河沙水泥砂浆1.4％；平均单轴抗压强度10.72MPa满足等级需要，且略大于河沙水泥砂浆10.54MPa；抗折强度1.178MPa，大于河沙水泥砂浆1.338MPa。具体指标列于下表3：
表3实施例2崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆性能对比
Figure BDA0002284547220000062
Figure BDA0002284547220000071
实施例3
本实施例为满足M15强度等级的需求：
崩岗沙水泥砂浆由水、水泥和崩岗沙三种组分制成，崩岗沙水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：崩岗沙＝1：1.1：8.1。
标准砂水泥砂浆由水、水泥和标准砂三种组分制成，标准砂水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：标准砂＝1：1.1：8.1。
崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆的制备方法相同。同等条件下，砂浆搅拌均匀后，对稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度进行测量并与水泥对比，得到崩岗沙水泥砂浆稠度72mm，小于标准砂水泥砂浆99mm；含气量1.7％略大于河沙水泥砂浆1.4％；平均单轴抗压强度15.82MPa满足等级需要，且略小于河沙水泥砂浆16.18MPa；抗折强度1.86MPa，大于河沙水泥砂浆1.896MPa。具体指标列于下表4：
表4实施例3崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆性能对比
Figure BDA0002284547220000072
实施例4
本实施例为满足M20强度等级的需求：
崩岗沙水泥砂浆由水、水泥和崩岗沙三种组分制成，崩岗沙水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：崩岗沙＝1：1.26：8.1。
标准砂水泥砂浆由水、水泥和标准砂三种组分制成，标准砂水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：标准砂＝1：1.26：8.1。
崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆的制备方法相同。同等条件下，砂浆搅拌均匀后，对稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度进行测量并与水泥对比，得到崩岗沙水泥砂浆稠度86mm，小于标准砂水泥砂浆110mm；含气量1.9％略大于河沙水泥砂浆1.3％；平均单轴抗压强度21.04MPa满足等级需要，且略小于河沙水泥砂浆21.22MPa；抗折强度2.754MPa，大于河沙水泥砂浆2.802MPa。具体指标列于下表5：
表5实施例4崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆性能对比
Figure BDA0002284547220000081
实施例5
本实施例为满足M30强度等级的需求：
崩岗沙水泥砂浆由水、水泥和崩岗沙三种组分制成，崩岗沙水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：崩岗沙＝1：1.62：8.1。
标准砂水泥砂浆由水、水泥和标准砂三种组分制成，标准砂水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：标准砂＝1：1.62：8.1。
崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆的制备方法相同。同等条件下，砂浆搅拌均匀后，对稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度进行测量并与水泥对比，得到崩岗沙水泥砂浆稠度77mm，小于标准砂水泥砂浆105mm；含气量2.1％略大于河沙水泥砂浆1.4％；平均单轴抗压强度32.86MPa满足等级需要，且略大于河沙水泥砂浆32.7MPa；抗折强度4.09MPa，大于河沙水泥砂浆4.142MPa。具体指标列于下表6：
表6实施例5崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆性能对比
Figure BDA0002284547220000091
实施例6
本实施例为满足M40强度等级的需求：
崩岗沙水泥砂浆由水、水泥和崩岗沙三种组分制成，崩岗沙水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：崩岗沙＝1：1.92：8.1。
标准砂水泥砂浆由水、水泥和标准砂三种组分制成，标准砂水泥砂浆组份的质量配比为水：水泥：标准砂＝1：1.92：8.1。
崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆的制备方法相同。同等条件下，砂浆搅拌均匀后，对稠度、含气量、单轴抗压强度、抗折强度进行测量并与水泥对比，得到崩岗沙水泥砂浆稠度65mm，小于标准砂水泥砂浆101mm；含气量1.7％略大于河沙水泥砂浆1.6％；平均单轴抗压强度44.36MPa满足等级需要，且略大于河沙水泥砂浆42.92MPa；抗折强度6.1MPa，大于河沙水泥砂浆5.764MPa。具体指标列于下表7：
表7实施例6崩岗沙水泥砂浆与标准砂水泥砂浆性能对比
Figure BDA0002284547220000101
实施例7一种水泥崩岗沙的水泥砌块
一种水泥崩岗沙的水泥砌块的制备方法，包括以下步骤：将崩岗沙、水泥先混合后，加水进行搅拌160s，控制水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.5：6.9，倒入模具振捣压制成型后得到试块，将该试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为水泥崩岗沙的水泥砌块。
本发明的崩岗沙水泥砂浆可更换不同的成型磨具，来制备不同规格、不同形状的砌块，以满足不同的工程需求。
本发明的崩岗沙水泥砂浆的搅拌、制样及养护过程可参考常规河沙水泥砂浆。
实施例8一种水泥崩岗沙的水泥砌块
一种水泥崩岗沙的水泥砌块的制备方法，包括以下步骤：将崩岗沙、水泥先混合后，加水进行搅拌160s，控制水、水泥与崩岗沙的质量比为1：2.0：8.2，倒入模具振捣压制成型后得到试块，将该试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为水泥崩岗沙的水泥砌块。
实施例9一种水泥崩岗沙的水泥砌块
一种水泥崩岗沙的水泥砌块的制备方法，包括以下步骤：将崩岗沙、水泥先混合后，加水进行搅拌160s，控制水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.63：6.9，倒入模具振捣压制成型后得到试块，将该试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为水泥崩岗沙的水泥砌块。
实施例10一种水泥崩岗沙的水泥砌块
一种水泥崩岗沙的水泥砌块的制备方法，包括以下步骤：将崩岗沙、水泥先混合后，加水进行搅拌160s，控制水、水泥与崩岗沙的质量比为1：1.92：8.2，倒入模具振捣压制成型后得到试块，将该试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为水泥崩岗沙的水泥砌块。
将实施例7、8、9和10的产品在同等条件下进行测试发现，实施例7、8、9和10产品的平均单轴抗压强度和抗折强度满足等级需要，且实施例9的平均单轴抗压强度和抗折强度大于实施例7，实施例10的平均单轴抗压强度和抗折强度大于实施例8。
实施例11一种水泥崩岗沙的水泥砌块
一种水泥崩岗沙的水泥砌块的制备方法，包括以下步骤：将崩岗沙、水泥和添加剂(木质纤维素SB200和淀粉醚)先混合后，加水进行搅拌160s，控制水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.5：6.9，其中木质纤维素SB200的掺量为水泥砌块总体质量的0.5％，淀粉醚的掺量为水泥砌块总体质量的0.05％；倒入模具振捣压制成型后得到试块，将该试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为水泥崩岗沙的水泥砌块。
实施例12一种水泥崩岗沙的水泥砌块
一种水泥崩岗沙的水泥砌块的制备方法，包括以下步骤：将崩岗沙、水泥和添加剂(木质纤维素SB200和淀粉醚)先混合后，加水进行搅拌160s，控制水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.5：6.9，其中木质纤维素SB200的掺量为水泥砌块总体质量的0.1％，淀粉醚的掺量为水泥砌块总体质量的0.01％；倒入模具振捣压制成型后得到试块，将该试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为水泥崩岗沙的水泥砌块。
实施例13一种水泥崩岗沙的水泥砌块
一种水泥崩岗沙的水泥砌块的制备方法，包括以下步骤：将崩岗沙、水泥和添加剂(木质纤维素SB200和淀粉醚)先混合后，加水进行搅拌160s，控制水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.5：6.9，其中木质纤维素SB200的掺量为水泥砌块总体质量的0.9％，淀粉醚的掺量为水泥砌块总体质量的0.09％；倒入模具振捣压制成型后得到试块，将该试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为水泥崩岗沙的水泥砌块。
将实施例11、12和13的产品在同等条件下进行测试发现，实施例11、12和13产品的平均单轴抗压强度和抗折强度满足等级需要，且实施例11的平均单轴抗压强度和抗折强度大于实施例12和实施例13。
本发明的崩岗沙水泥砂浆可更换不同的成型磨具，来制备不同规格、不同形状的砌块，以满足不同的工程需求。
本发明的崩岗沙水泥砂浆的搅拌、制样及养护过程可参考常规河沙水泥砂浆。
申请人声明，以上具体实施方式为便于理解本发明而说明的较佳实施例，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种水泥崩岗沙的水泥砌块，其特征在于，包括水、水泥与崩岗沙，其中水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.5～2.0：6.9～8.2；
所述崩岗沙由对崩岗过程中产生的废弃花岗岩沙土进行预处理得到；所述预处理包括以下步骤：除表面杂质后，水洗0～7次，90～105℃烘干18～24 h，过筛；
所述崩岗沙中含沙率大于50%；
控制所述崩岗沙的粒径为0.075～6 mm；所述水泥砌块的平均单轴抗压强度大于5MPa，抗折强度大于0.56 MPa；
控制所述崩岗沙的粒径如下：其中沙粒直径>4.75 mm累计筛余百分率为6.2%～10%；
沙粒直径>2.36 mm累计筛余百分率为35%～50%；
沙粒直径>1.18 mm累计筛余百分率为55%～75%；
沙粒直径>0.6 mm累计筛余百分率为76%～90%；
沙粒直径>0.15 mm累计筛余百分率为88%～100%；
沙粒直径>0.075 mm累计筛余百分率为100%。
2.根据权利要求1所述的水泥砌块，其特征在于，所述水、水泥与崩岗沙的质量比为1：0.63～1.92：6.9～8.2。
3.根据权利要求1所述的水泥砌块，其特征在于，所述水泥砌块还包含添加剂。
4.根据权利要求3所述的水泥砌块，其特征在于，所述添加剂包括淀粉醚及木质纤维素；所述木质纤维素的掺量为水泥砌块总体质量的0.1%～0.9%，淀粉醚的掺量为水泥砌块总体质量的0.01%～0.09%。
5.根据权利要求4所述的水泥砌块，其特征在于，所述木质纤维素的掺量为水泥砌块总体质量的0.5%；所述淀粉醚的掺量为水泥砌块总体质量的0.05%；所述木质纤维素为木质纤维素SB200。
6.权利要求1～5任一所述水泥砌块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按比例将崩岗沙、水泥先混合后，加水，然后根据需要选择加入添加剂，进行搅拌3～10 min，倒入模具振捣压制成型后得到试块，将所述试块脱离模具，放入标准养护箱养护，即成为所述水泥砌块。
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