CN111517727A - 一种用于水下工程的混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土制备技术领域，它涉及一种水下工程的混凝土及其制备方法，其技术要点为：混凝土包括以下以质量份表示的组分：水180‑200份、水泥225‑240份、粉煤灰60‑70份、中砂600‑650份、碎石900‑930份、增粘剂15‑59份和减水剂8‑9份。本发明的有益效果:该混凝土能够更好地应用于水下工程，在水的冲洗作用下混凝土中的骨料与水泥也不容易发生分离。

Description

一种用于水下工程的混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土制备技术领域，更具体地说，它涉及一种用于水下工程的混凝土及其制备方法。
背景技术
迄今为止,在水下工程中混凝土仍然是最主要和用量最大的建筑材料之一。混凝土的性能将直接影响到水下工程的质量和进度。因此，水下混凝土的性能研究和施工技术愈来愈受到工程技术界的重视。
众所周知，水泥虽然是水硬性材料,但若将混凝土拌合物直接倾倒于水中,当混凝土在水中下落时，由于水的冲洗作用,骨料将与水泥分离，造成部分水泥浆流失，剩余水泥浆中的水泥长时间地在水中处于悬浮状态。当水泥下沉时，已呈凝固状态，失去胶结骨料的能力。这样在水中直接浇筑的混凝土拌合物一般分为一层砂、砾石骨料，一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥渣，不能满足工程要求。
为解决上述问题，人们主要从施工方法上进行了改进，减少或杜绝混凝土拌合物与水的接触，从而避免水的影响；传统的混凝土水下施工常用的方法有导管法、开底容器法等，但是上述方法存在着造价高、工期长、施工设备复杂、施工技术要求高、工程质量难以保证、易污染环境等缺点。
所以仅从施工工艺上避免水对水下混凝土的影响，已经不能满足对于混凝土水下施工的需求，对水下混凝土材料自身性能的研究改善十分必要。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种用于水下工程的混凝土，该混凝土能够更好地应用于水下工程，在水的冲洗作用下混凝土中的碎石、中砂等组分与水泥也不容易发生分离。
为实现第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于水下工程的混凝土，包括以下以质量份表示的组分：
水 180-200份
水泥 225-240份
粉煤灰 60-70份
中砂 600-650份
碎石 900-930份
增粘剂 15-59份
减水剂 8-9份。
采用上述技术方案，中砂、碎石、粉煤灰以及水泥按照上述的配比制得混凝土的主要成分，使得中砂与粉煤灰能够充分填充于碎石之间的间隙中，增粘剂自身的网络结构能够包覆碎石以及水泥，从而有利于提高碎石与水泥之间的粘结强度，并且实现将中砂、粉煤灰等细小颗粒能够更加稳定填充于碎石与水泥之间的间隙中；从而使得即使在混凝土直接与水接触时，在水的冲刷作用下，水泥与碎石之间不容易发生分离；减水剂的添加，有利于提高水泥的粘聚性以及和易性，从而有利于提高水泥与碎石、中砂等粘结强度。
进一步地，混凝土包括以下以质量份表示的组分：
水 192-200份
水泥 235-240份
粉煤灰 65-70份
中砂 630-650份
碎石 922-930份
增粘剂 50.8-59份
减水剂 8.9-9份。
进一步地，混凝土包括以下以质量份表示的组分：
水 196份
水泥 237份
粉煤灰 67份
中砂 640份
碎石 926份
增粘剂 56份
减水剂 9份。
采用上述技术方案，水、水泥、中砂、粉煤灰、碎石以及增粘剂按照特定的比例进行复配，有利于进一步提高该混凝土中水泥、碎石以及中砂之间的粘结强度，同时也有利于提升混凝土的结构强度以及抗渗性能。
进一步地，所述增粘剂包括干酪素、羟丙基甲基纤维素以及淀粉中的一种或多种。
进一步地，所述增粘剂包括以下以质量份表示的组分：
羟丙基甲基纤维素 15-20份
干酪素 15-22.5份
淀粉 13-15份。
采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素与水混合后能够形成胶体溶液，该胶体溶液具有良好的增稠能力，同时，羟丙基甲基纤维素的添加对水泥、碎石以及中砂等组分起到包覆作用，使得水泥、碎石、中砂等组分的结合程度更好，有利于提高混凝土的密实度；特定质量份范围的干酪素具有良好的粘合强度以及成膜性能，干酪素与羟丙基甲基纤维素按照特定的质量份比例进行复配起到协同作用，从而有利于提高水泥、碎石以及中砂等的结合强度以及密实度；淀粉遇水后形成粘稠状胶体溶液，且淀粉中的大分子具有良好的吸附能力，使得水泥、碎石、以及中砂能够更好地结合，从而使得混凝土在水的冲刷作用下，水泥与碎石、中砂等组分不容易发生分离。
进一步地，所述淀粉为改性淀粉，所述改性淀粉是由如下质量份数的原料制成：魔芋淀粉90-100份、丙烯酰胺15-20份、柠檬酸6-10份、纳米氧化铝3-5份；
改性淀粉的制备方法为：先将相应质量份的魔芋淀粉分散于水中制成淀粉浆，再加入相应质量份的柠檬酸，升温至50-60℃保温搅拌10-15min，然后加入相应质量份的丙烯酰胺和纳米氧化铝，混合均匀后于微波频率2450MHz、600W下微波处理12-15min，最后经烘干后粉碎成粉末。
采用上述技术方案，魔芋淀粉具有良好的粘结性能，柠檬酸与魔芋淀粉进行交联反应，从而形成交联网络结构，同时也有利于提高魔芋淀粉的热稳定性；丙烯酰胺与魔芋淀粉进行接枝改性，经过改性处理后的魔芋淀粉具有更好地粘结强度，魔芋淀粉用于混凝土中，有利于进一步提高增稠剂对水泥、碎石以及中砂等组分的粘结强度。
进一步地，所述中砂的平均粒度范围为150-600μm。
采用上述技术方案，中砂的平均粒度控制在150-600μm，使得中砂能够更好地填充于碎石与碎石之间的间隙中，从而有利于提升混凝土的密实度以及抗渗强度。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
进一步地，所述碎石的平均粒度范围在5-25mm。
本发明的第二个目的在于提供一种用于水下工程的混凝土的制备方法，制得的混凝土能更好地应用在水下工程中，即使在水的冲洗作用下，混凝土中的水泥与碎石、中砂等骨料也不容易发生分离。
为实现第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于制备上述的用于水下工程的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、第一混合物的制备：在水泥搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的水和水泥，以400-500r/min的转速进行搅拌，制得第一混合物；
S2、第二混合物的制备：在第一混合物中边搅拌边加入相应质量份的减水剂以及中砂、碎石和粉煤灰，搅拌均匀后，得到第二混合物；
S3、第三混合物的制备：在砂石搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的增粘剂，以200-300r/min的转速进行搅拌，搅拌均匀后得到第三混合物；
S4、制得混凝土：对第三混合物进行养护、成型制得混凝土。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、中砂、碎石、粉煤灰以及水泥按照上述的配比制得混凝土的主要成分，使得中砂与粉煤灰能够充分填充于碎石之间的间隙中，增粘剂自身的网络结构能够包覆碎石以及水泥，从而有利于提高碎石与水泥之间的粘结强度，并且实现将中砂、粉煤灰等细小颗粒能够更加稳定填充于碎石与水泥之间的间隙中；从而使得即使在混凝土直接与水接触时，在水的冲刷作用下，水泥与碎石之间不容易发生分离；减水剂的添加，有利于提高水泥的粘聚性以及和易性，从而有利于提高水泥与碎石、中砂等粘结强度。
2、羟丙基甲基纤维素与水混合后能够形成胶体溶液，该胶体溶液具有良好的增稠能力，同时，羟丙基甲基纤维素的添加对水泥、碎石以及中砂等组分起到包覆作用，使得水泥、碎石、中砂等组分的结合程度更好，有利于提高混凝土的密实度；特定质量份范围的干酪素具有良好的粘合强度以及成膜性能，干酪素与羟丙基甲基纤维素按照特定的质量份比例进行复配起到协同作用，从而有利于提高水泥、碎石以及中砂等的结合强度以及密实度；淀粉遇水后形成粘稠状胶体溶液，且淀粉中的大分子具有良好的吸附能力，使得水泥、碎石、以及中砂能够更好地结合，从而使得混凝土在水的冲刷作用下，水泥与碎石、中砂等组分不容易发生分离。
3、魔芋淀粉具有良好的粘结性能，柠檬酸与魔芋淀粉进行交联反应，从而形成交联网络结构，同时也有利于提高魔芋淀粉的热稳定性；丙烯酰胺与魔芋淀粉进行接枝改性，经过改性处理后的魔芋淀粉具有更好地粘结强度，魔芋淀粉用于混凝土中，有利于进一步提高增稠剂对水泥、碎石以及中砂等组分的粘结强度。
附图说明
图1是本发明中混凝土制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中，水泥采用英德海螺水泥有限责任公司出售的型号为PO42.5(R)的硅酸盐水泥。
以下实施例中，聚羧酸高效减水剂采用巴斯夫生产的型号为RHEOPLUS411的聚羧酸减水剂。
以下实施例中，柠檬酸购于苏州三石邺化工有限公司。
以下实施例中，羟丙基甲基纤维素由山东潍坊力特复合材料有限公司生产。
以下实施例中，丙烯酰胺购于邹平铭兴化工有限公司。
以下实施例中，混凝土还可以包括其他常规助剂，例如促凝剂等，常规助剂的添加对本发明的方案没有实质性的影响。
以下实施例中，本发明中其他的原料，如粉煤灰、碎石等均由市购所得，本发明中所有制备方法中用到的设备，如水泥搅拌机等，均为本领域常规使用的设备。
表1混凝土的组分及质量份。
Figure BDA0002500172210000061
实施例1
一种用于水下工程的混凝土，其组分及质量份如表1所示。
本实施例中，碎石的平均范围为5mm。
本实施例中，中砂的平均粒度为150μm。
本实施例中，粉煤灰的的目数为300目。
本实施例中，增粘剂为干酪素。
一种用于制备上述的用于水下工程的混凝土的制备方法，参见图1，包括以下步骤：S1、第一混合物的制备：在水泥搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的水和水泥，以400r/min的转速进行搅拌，制得第一混合物。
S2、第二混合物的制备：在第一混合物中边搅拌边加入相应质量份的减水剂以及中砂、碎石和粉煤灰，搅拌均匀后，得到第二混合物。
S3、第三混合物的制备：在砂石搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的增粘剂，以200r/min的转速进行搅拌，搅拌均匀后得到第三混合物。
S4、制得混凝土：对第三混合物进行养护、成型制得混凝土。
实施例2
一种用于水下工程的混凝土，与实施例1的区别在于：其组分及质量份如表1所示。
本实施例中，碎石的平均范围为10mm。
本实施例中，中砂的平均粒度为200μm。
本实施例中，粉煤灰的的目数为500目。
本实施例中，增粘剂为羟丙基甲基纤维素。
一种用于制备上述的用于水下工程的混凝土的制备方法，参见图1，包括以下步骤：S1、第一混合物的制备：在水泥搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的水和水泥，以450r/min的转速进行搅拌，制得第一混合物。
S2、第二混合物的制备：在第一混合物中边搅拌边加入相应质量份的减水剂以及中砂、碎石和粉煤灰，搅拌均匀后，得到第二混合物。
S3、第三混合物的制备：在砂石搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的增粘剂，以250r/min的转速进行搅拌，搅拌均匀后得到第三混合物。
S4、制得混凝土：对第三混合物进行养护、成型制得混凝土。
实施例3
一种用于水下工程的混凝土，与实施例2的区别在于：其组分及质量份如表1所示。
本实施例中，碎石的平均范围为15mm。
本实施例中，中砂的平均粒度为320μm。
本实施例中，粉煤灰的的目数为600目。
本实施例中，增粘剂为魔芋淀粉。
一种用于制备上述的用于水下工程的混凝土的制备方法，参见图1，包括以下步骤：S1、第一混合物的制备：在水泥搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的水和水泥，以400-500r/min的转速进行搅拌，制得第一混合物。
S2、第二混合物的制备：在第一混合物中边搅拌边加入相应质量份的减水剂以及中砂、碎石和粉煤灰，搅拌均匀后，得到第二混合物。
S3、第三混合物的制备：在砂石搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的增粘剂，以200-300r/min的转速进行搅拌，搅拌均匀后得到第三混合物。
S4、制得混凝土：对第三混合物进行养护、成型制得混凝土。
实施例4
一种用于水下工程的混凝土，与实施例2的区别在于：其组分及质量份如表1所示。增粘剂包括干酪素、羟丙基甲基纤维素以及淀粉，干酪素、羟丙基甲基纤维素以及淀粉的质量份如表1所示。
本实施例中，碎石的平均范围为20mm。
本实施例中，中砂的平均粒度为500μm。
实施例5
一种用于水下工程的混凝土，与实施例4的区别在于：其组分及质量份如表1所示。
本实施例中，碎石的平均范围为25mm。
本实施例中，中砂的平均粒度为600μm。
其中，淀粉为改性淀粉，改性淀粉是由如下质量份数的原料制成：魔芋淀粉90份、丙烯酰胺15份、柠檬酸6份、纳米氧化铝3份。
改性淀粉的制备方法为：先将相应质量份的魔芋淀粉分散于水中制成淀粉浆，再加入相应质量份的柠檬酸，升温至50℃保温搅拌10min，然后加入相应质量份的丙烯酰胺和纳米氧化铝，混合均匀后于微波频率2450MHz、600W下微波处理12min，最后经烘干后粉碎成粉末，改性淀粉的平均粒度为20μm。
实施例6
一种用于水下工程的混凝土，与实施例5的区别在于：其组分及质量份如表1所示。
改性淀粉是由如下质量份数的原料制成：魔芋淀粉95份、丙烯酰胺18份、柠檬酸8份、纳米氧化铝4份。
改性淀粉的制备方法为：先将相应质量份的魔芋淀粉分散于水中制成淀粉浆，再加入相应质量份的柠檬酸，升温至55℃保温搅拌13min，然后加入相应质量份的丙烯酰胺和纳米氧化铝，混合均匀后于微波频率2450MHz、600W下微波处理14min，最后经烘干后粉碎成粉末。
实施例7
一种用于水下工程的混凝土，与实施例6的区别在于：其组分及质量份如表1所示。
改性淀粉是由如下质量份数的原料制成：魔芋淀粉100份、丙烯酰胺20份、柠檬酸10份、纳米氧化铝5份。
改性淀粉的制备方法为：先将相应质量份的魔芋淀粉分散于水中制成淀粉浆，再加入相应质量份的柠檬酸，升温至60℃保温搅拌15min，然后加入相应质量份的丙烯酰胺和纳米氧化铝，混合均匀后于微波频率2450MHz、600W下微波处理15min，最后经烘干后粉碎成粉末。
实施例8
一种用于水下工程的混凝土，与实施例7的区别在于：其组分及质量份如表1所示。
本实施例中，中砂的平均粒度为600μm。
实施例9
一种用于水下工程的混凝土，与实施例8的区别在于：其组分及质量份如表1所示。
实施例10
一种用于水下工程的混凝土，与实施例9的区别在于：其组分及质量份如表1所示。
比较例1
一种用于水下工程的混凝土，与实施例6的区别在于：中砂的平均粒度为800μm。
比较例2
一种用于水下工程的混凝土，与实施例6的区别在于：增粘剂中，采用玉米淀粉代替魔芋淀粉。
比较例3
一种用于水下工程的混凝土，与实施例8的区别在于：混凝土包括以下以质量份表示的组分：
水 196份
水泥 237份
粉煤灰 67份
中砂 500份
碎石 926份
增粘剂 62份
减水剂 9份。
实施例1-10以及比较例1-3制得的混凝土制成混凝土块，并将这些混凝土块分别设置为试样1-13。
实验1
按照规范DL/T5117―2000测试试样1-13的水泥流失率(％)和混凝土溶液pH值，将测试结果记录在表2中。
实验2
按照规范DL/T5117―2000测试试样1-13的坍落度和扩展度，以测定试样1-13的流动性，将测试结果记录在表2中。
实验3
根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的抗压强度试验检测分别测试试样1-13处于陆地以及在水中在56d抗压强度(MPa)，以及测出试样1-13的水陆强度比(水陆强度比＝水中抗压强度/陆地抗压强度)并将结果记录在表2。
表2试样1-13进行实验1-3的检测数据。
Figure BDA0002500172210000111
试样1采用的是干酪素作为增粘剂，试样2采用羟丙基甲基纤维素作为增粘剂，试样3采用的是淀粉作为增粘剂，试样4采用的增粘剂是由干酪素、羟丙基甲基纤维素以及淀粉按照特定的质量份配比制得，从表2的数据中可以看出，试样4的水泥流失率比试样1-3的水泥流失率低，试样4的流动性比试样1-3的流动性要好，试样4水陆强度比大于试样1-3的水陆强度比，这说明，淀粉的吸附性能配合羟丙基甲基纤维素对水泥、碎石、中砂等包覆作用，以及配合干酪素的良好的成膜性能，使得水泥、碎石、以及中砂能够更好地结合，从而使得混凝土在水的冲刷作用下，水泥与碎石、中砂等组分不容易发生分离，同时，增粘剂由干酪素、羟丙基甲基纤维素以及淀粉共同配合并按照特定的质量份配比制得，有利于更好地提高混凝土的抗分散性能。
试样4中增粘剂采用的是未改性的魔芋淀粉，试样5采用的是改性之后的魔芋淀粉，试样4的水泥流失率比试样5的水泥流失率大，试样4的水陆强度比小于试样5的水陆强度比。试样12采用的是玉米淀粉代替魔芋淀粉，但试样12的水泥流失率比试样4和试样5的水泥流失率大，由此可知，魔芋淀粉的粘结性能比玉米淀粉的粘结性能要好，柠檬酸与魔芋淀粉进行交联反应，从而形成交联网络结构，同时也有利于提高魔芋淀粉的热稳定性；丙烯酰胺与魔芋淀粉进行接枝改性，经过改性处理后的魔芋淀粉具有更好地粘结强度，魔芋淀粉用于混凝土中，有利于进一步提高增稠剂对水泥、碎石以及中砂等组分的粘结强度。另外，即使采用相同的改性方法对玉米淀粉进行改性，制得的改性淀粉对水泥、中砂、碎石等组分的增粘效果比改性魔芋淀粉对水泥、中砂、碎石等组分的增粘效果差，这说明，魔芋淀粉配合特定的改性方法制得的改性淀粉的增粘效果更好。
试样6的中砂的平均粒度为600μm，试样11的中砂的平均粒度为800μm，但从表2的数据中可以看出，试样6在水中以及在陆地的抗压强度均比试样11在水中以及在陆地的抗压强度高，而且试样6的水陆强度比大于试样11的水陆强度比，这说明，将中砂的平均粒度范围控制在150-600μm，使得中砂能够更好地填充于碎石与碎石之间的间隙中，从而有利于提升混凝土的密实度以及抗渗强度。
试样8采用的是每个组分按照特定的质量份配比制得混凝土，通过表2中坍落度以及坍扩度测试结果可以看出，试样8的流动性比其他试样的流动性要好，而且水泥流失率比其他试样低，而且试样8的水陆强度比大于其他试样，这说明水、水泥、中砂、粉煤灰、碎石以及增粘剂按照特定的质量份进行复配，有利于进一步提高该混凝土中水泥、碎石以及中砂之间的粘结强度，同时也有利于提升混凝土的结构强度以及抗渗性能，同时也能够在保证混凝土的流动性的前提下，降低水泥的流失率，使得混凝土在水的冲洗作用下，水泥与碎石、中砂等组分不容易发生分离，进而使得混凝土能更好地用在水下工程中。
上述实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种用于水下工程的混凝土，其特征是：包括以下以质量份表示的组分：
水180-200份
水泥225-240份
粉煤灰60-70份
中砂600-650份
碎石900-930份
增粘剂15-59份
减水剂8-9份。
2.根据权利要求1所述的一种用于水下工程的混凝土，其特征是：包括以下以质量份表示的组分：
水192-200份
水泥235-240份
粉煤灰65-70份
中砂630-650份
碎石922-930份
增粘剂50.8-59份
减水剂8.9-9份。
3.根据权利要求1所述的一种用于水下工程的混凝土，其特征是：包括以下以质量份表示的组分：
水196份
水泥237份
粉煤灰67份
中砂640份
碎石926份
增粘剂56份
减水剂9份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于水下工程的混凝土，其特征是：所述增粘剂包括干酪素、羟丙基甲基纤维素以及淀粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于水下工程的混凝土，其特征是：所述增粘剂包括以下以质量份表示的组分：
羟丙基甲基纤维素15-20份
干酪素15-22.5份
淀粉13-15份。
6.根据权利要求5所述的一种用于水下工程的混凝土，其特征是：所述淀粉为改性淀粉，所述改性淀粉是由如下质量份数的原料制成：魔芋淀粉90-100份、丙烯酰胺15-20份、柠檬酸6-10份、纳米氧化铝3-5份；
改性淀粉的制备方法为：先将相应质量份的魔芋淀粉分散于水中制成淀粉浆，再加入相应质量份的柠檬酸，升温至50-60℃保温搅拌10-15min，然后加入相应质量份的丙烯酰胺和纳米氧化铝，混合均匀后于微波频率2450MHz、600W下微波处理12-15min，最后经烘干后粉碎成粉末。
7.根据权利要求6所述的一种用于水下工程的混凝土，其特征是：所述中砂的平均粒度范围为150-600μm。
8.根据权利要求7所述的一种用于水下工程的混凝土，其特征是：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
9.根据权利要求8所述的一种用于水下工程的混凝土，其特征是：所述碎石的平均粒度范围在5-25mm。
10.一种用于制备权利要求9所述的用于水下工程的混凝土的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
S1、第一混合物的制备：在水泥搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的水和水泥，以400-500r/min的转速进行搅拌，制得第一混合物；
S2、第二混合物的制备：在第一混合物中边搅拌边加入相应质量份的减水剂以及中砂、碎石和粉煤灰，搅拌均匀后，得到第二混合物；
S3、第三混合物的制备：在砂石搅拌机中，常温条件下，加入相应质量份的增粘剂，以200-300r/min的转速进行搅拌，搅拌均匀后得到第三混合物；
S4、制得混凝土：对第三混合物进行养护、成型制得混凝土。
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