CN1119173A - 沙漠砂混凝土的制造和使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型混凝土的制造及使用方法。这种混凝土用沙漠砂代替级配砂砾石料，使在沙漠中可以就地取材加工混凝土，从而节省了大量运输费用；通过用廉价的天然矿物原料和工业废料代替昂贵的化工原料，降低了原材料成本；用缓效型硬化剂代替速效型硬化剂，并采用搅拌、振动压实成型工艺，使大规模连续机械化施工成为可能。DS混凝土在修筑沙漠公路、造地坪、修钻机坪台、造砖及预制件、修院墙或屋墙等沙漠工程中都将得到广泛的应用。

Description

沙漠砂混凝土的制造和使用方法
本发明涉及一种以沙漠砂为唯一集料的新型混凝土(DS混凝土)材料的制造及其在各种施用对象上的使用方法。
现行的用于普通建筑工程的混凝土，大都是以硅酸盐水泥为胶结剂，以级配的砂砾石作集料经搅拌、浇注、振捣而成形的。这种混凝土对集料的级配有严格的要求，即使是新发展的特细砂混凝土技术，也要求特细砂的细度模量不能小于0.7，且通过0.15mm筛的量不得大于30％。沙漠砂的特点是颗粒粒径细一极细，粒度分选好一极好(颗粒级配差)、片状矿物含量高。有些沙漠砂通过0.15mm筛的量经常大于60％，而大于0.5mm的砂含量经常低到0％。对于这种沙漠砂，如果仍使用水泥作为胶结剂，不仅水泥用量大增，而且混凝土的强度也会显著下降，加上它的长时间水浸养护过程，更给在沙漠地区的施工带来严重困难。如果运进大量级配砂砾石作为混合集料，这样就大大增加了原材料运输量和混凝土的总成本。
北京大学前曾提出过一项专利申请(专利申清号是：92102583.1，公开号为CN1065112A)，该项申请正确地提出了以硅酸钠水溶液即水玻璃为石化固结剂，以氯化钙、铝酸钠等水溶液为胶凝剂，通过喷洒或灌注工艺在砂面上或砂体中形成石化层或石化体，以此来固沙防尘、修沙漠公路、建沙丘屋。但该项发明中所使用的胶凝剂属于速效型胶凝剂，所提供的施工工艺为双液式的喷洒或灌注工艺，这些都不可能采用混凝土的施工工艺进行连续高效率的机械化施工。本项发明正是为了弥补上述不足而提出来的。
本发明方法包括：
1、DS混凝土的组成材料
(1)集料大多数施用对象都是以沙漠砂及其经粉磨后的细粉(200目以上细度)为唯一集料，在个别施用对象上，(例如沙漠公路磨耗层)需填加矾土、陶瓷、铸石或其它岩石碎屑。戈壁滩含砂砾土或其它含土质砂可以代替沙漠砂作集料成分。
(2)胶结剂硅酸钠水溶液即钠水玻璃是最适用的胶结剂，其适用的模数为1.6—5，比重1.2—2.0。当需要保证混凝土制品具有优良耐水性能时，需将硅酸锂溶液与硅酸钠溶液按照Li2O/Na2O摩尔比等于0.3—0.6的比例相互混合，然后在80℃以上温度下做温热处理。
(3)硬化剂许多种天然或人造物质都可作为水玻璃的硬化剂，从经济实用及可实施性的角度考虑，优先选择下列硬化剂。
硅酸盐水泥(玻兰特水泥)包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及白色硅酸盐水泥。为了获得足够的工作时间需填加起缓凝作用的外加剂，其成份主要为磷酸及磷酸氢二钠。
氟硅酸钠在本发明的使用条件可以获得15—45分钟的工作时间，为了延长工作时间，可以填加磷酸三钠、偏硼酸钠、碱性水溶性硅油及耐碱性乳化型硅油作为缓凝剂，其用量为氟硅酸钠的80—180％。
缓效型硬化剂此种硬化剂使混凝土混合料可以获得8—24小时的工作时间。对于在高温气候下的施工来说，这种硬化剂最为适用。这种缓效型硬化剂包括A、B两种组分。其中A组分由铸石粉、陶瓷粉、矾土粉、玻璃粉的一种或几种材料组成；B组分由焦磷酸镁、亚磷酸钙、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡中的一种或几种成分组成。B组分与A组分的用量比例为3～30∶30～90。
(4)RC外加剂
RC外加剂主要是提高混凝土的耐水性和改善力学性能的外加剂，包括两种剂型：RC—1型外加剂由无素周期表中第4、5、6周期第III—a，IV—a，V—a，VI—a及V—b、VI—b族元素(镓、铟、铊、锗、锡、铅、砷、锑、铋、硒、碲、钒、铬、钼、钨)的金属氧化物及氢氧化物组成，其用量占水玻璃用量的0.01—20％；RC—2型外加剂由不同有机化合物组成，其中包括亚磷酸三苯脂、呋喃基二糠叉丙酮清漆、丙酮甲醛树脂、正硅酸脂、聚苯乙氧基硅烷、呋喃基酚醛树脂丙酮溶液、糠醇酚醛树脂、马来酸化酚醛树脂及糠醇等，其用量为水玻璃的1—30％。
2、DS混凝土的配合比
对于不同的施用对象，不同的使用要求，混凝土可以有不同的配合比，下面列举两种主要的配比。
配比1，对于100重量份水玻璃，填加沙漠砂550—700份，沙漠砂粉20—200份，硅酸盐水泥10—60份，缓效型硬化剂0—100份，缓凝剂磷酸氢二钠0.1—15份，水5—50份，必要时添加RC外加剂。
配比2，对于100重量份水玻璃填加沙漠砂550—700份、沙漠砂粉20—200份，氟硅酸钠0—20份，缓效型硬化剂0—100份，水5—50份，必要时添加RC外加剂。
3、DS混凝土的施用对象和实施工艺
施用对象包括修筑砂质沙漠公路、修地坪、修钻机坪台、造砖及预制件、修院墙或屋墙等。
实施工艺包括以下各步骤：(1)将沙漠砂粉与缓效型硬化剂(对于配比②还包括氟硅酸钠)混匀后再与沙漠砂混匀；(2)(对于配比①)将磷酸氢二钠溶解后再与硅硅酸盐水泥搅拌成水泥浆液，并放置30分钟待用；(3)将RC外加剂加入水玻璃并搅拌成水玻璃浆液；(4)将水泥浆与水玻璃液拌匀，然后立即用路拌机、强制式搅拌机或人工将水玻璃混合液与第(1)步骤所形成的拌合物拌匀；(5)用平板式振动压实机或用振动式压路机振动压实成型或用造砖机冲压成型；(6)在0℃以上自然温度下或在加温热条件下养护。
(1)修筑砂质沙漠公路的主要技术措施是：
a、基层施工方法
基层施工的一个难点是路拌机械难以在松散的砂面上行走，因此给实施路拌施工带来困难。本发明提出以下技术措施解决这个难题。
先在经过整平压实的砂面上摊铺一层(5—10cm)用强制式搅拌机拌出的混凝土混合料，并用振动式压路机进行压实。在拌合料尚未硬化之前，用路拌机再把它打碎，并与新加入的水玻璃混合液、下层干砂和粉一次性搅拌均匀，随后再次用振动压路机压实，基层便修成了。基层的厚度以15—25cm为宜。
b、面层施工方法
在基层表面先喷洒一层含有硬化剂的水玻璃浆液，将用强制式搅拌机拌成的混合料摊铺其上，然后再在上面摊铺一层加有矾土、铸石或其它坚硬岩石碎屑的拌合料，经振动式压路机压实，再用钢滚式压路机找平，必要时对表面层做加温热处理，经14天养护后向表面喷灌5—20％的氯化钙溶液，10—30％的丙烯酸盐溶液或甲基丙烯酸甲脂综合液等，用以增加表面层的密实性和强度。
修筑地坪或铺钻机坪台基本上与修筑砂质沙漠公路的技术措施相同。
(2)造砖和预制件
造砖时可减少水玻璃和水的用量，采用造砖机一次冲压成型，造预制件时可增加水玻璃和水的用量，采用注模振捣工艺成型。
(3)修院墙或屋墙
用表面光洁的模板固定成墙体形状，用植物油、动物油或硅油涂于模板内侧，然后采用注膜振捣工艺或平板振动压实工艺成型。
本发明方法的优点：
1、用缓效型硬化剂或采用缓凝剂，使工作时间可以随意调节，为在干燥炎热条件下的施工提供了可行性保证。
2、由于采用沙漠砂代替级配砂砾石，节省了大批运输费用，同时用廉价的矿物原料或工业废料代替价格昂贵的化工原料，从而大大降低了混凝土的成本。据计算在距砂砾石供应地200公里的沙漠腹地，DS混凝土的造价仅相当于砂砾石混凝土造价的三分之一至四分之一。
3、所提供的施工工艺有利于采用现有设备进行大规模机械化施工，从而提高施工进度。
4、所用主要原材料(例如硅质原料和纯碱)都是沙漠环境中储量丰富的矿种，有利于就地取材生产原材料。
为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但这些对本发明的范围无任何限制。
实例1  水玻璃               100克
       内蒙细砂             640克
       砂粉                 180克
       普通硅酸盐水泥425号  60克
       磷酸氢二钠           3.6克
       水                   25克
实例2  水玻璃               100克
       新疆塔里木细砂       600克
       砂粉                 30克
       矾土粉               30克
       铸石铸               30克
       氟硅酸钠             10克
       焦磷酸镁             5克
       碳酸钙               10克
       水                   30克

Claims (6)

1、一种混凝土的制造和使用方法，其施用对象包括修筑砂质沙漠公路、修地坪、修钻机坪台、造砖及预制件、修院墙或屋墙等，其特征在于：
(1)DS混凝土的组成成分以沙漠砂及其粉剂(包括戈壁滩的含砾石砂土和其它含土质砂)为唯一的或主要的集料成分，以模数为4—5，比重1.2—2的硅酸钠水溶液即钠水玻璃或者硅酸钠与硅酸锂经温热处理的混合物为胶结剂，以硅酸盐水泥、氟硅酸钠、缓效型硬化剂为硬化剂，必要时加入RC外加剂。
(2)DS混凝土的配合比包括：
配比1，对于100重量份水玻璃，填加沙漠砂550—700份，砂粉20—200份，硅酸盐水泥10—60份，缓效型硬化剂0—100份，缓凝剂磷酸氢二钠0.1—15份，水5—50份，必要时添加RC外加剂。
配比2，对于100重量份水玻璃填加沙漠砂550—700份，砂粉20—200份，氟硅酸钠0—20份，缓效型硬化剂0—100份，水5—50份，必要时添加RC外加剂。
(3)DS混凝土的施工工艺包括以下各步骤：(1)将沙漠砂粉与缓效型硬化剂(对于配比2还包括氟硅酸钠)充分混匀后再与沙漠砂混匀；(2)(对于配比1)将磷酸氢二钠溶解后再与硅酸盐水泥搅拌成水泥浆液，并放置30分钟待用；(3)将RC外加剂加入水玻璃并搅匀；(4)将水玻璃溶液与水泥浆液(配比1)拌匀，然后立即用路拌机、强制式搅拌机或人工方法与步骤(1)所得的拌合物拌匀；(5)用振动压路机或其它压实机械压实成型；(6)在0℃以上自然温度下或在加温热条件下养护。
2、按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的胶结剂硅酸钠水溶液按照Li2O/Na2O摩尔比为0.3—0.6的比例与硅酸锂水溶液混合，并在80℃以上温度下加温热处理，以使其具有优良的耐水性能。
3、按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的缓效型硬化剂包括A、B两种组分。其中A组分由铸石粉、陶瓷粉、矾土粉、玻璃粉中的一种或几种材料组成，B组分由焦磷酸镁、亚磷酸钙、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡中的一种或几种成分组成。B组分与A组分的用量比例为3—30∶30—90。
4、按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的RC外加剂包括两种剂型。RC—1型外加剂由元素周期表中第4、5、6周期第III—a，IV—a，V—a，VI—a及V—b、VI—b族元素具体是指镓、铟、铊、锗、锡、铅、砷、锑、铋、硒、碲、钒、铬、钼、钨的金属氧化物及氢氧化物组成，其用量占水玻璃用量的0.01—20％。RC—2型外加剂由不同种类的有机化合物组成，其中包括亚磷酸三苯脂、呋喃基二糠叉丙酮清漆、丙酮甲醛树脂、正硅酸脂、聚苯乙氧基硅烷、呋喃基酚醛树脂丙酮溶液、糠醇酚醛树脂、马来酸化酚醛树脂及糠醇等，其用量为水玻璃用量1—30％。
5、按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的施用对象为修沙漠公路基层。其技术方法是先在经过压实整平的路基上摊铺一层(5—10cm)用强制式搅拌机拌出的混凝土混合料，并用振动式压路机压实。在拌合料尚未硬化之前用路拌机再把它打碎，并与下层的干砂及粉的混合料和新加入的水玻璃和水泥混和液一并搅拌均匀，随后再次用振动压路机压实。
6、按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的施用对象为修沙漠公路面层。其技术方法为基层表面先喷洒一层含有硬化剂的水玻璃浆液，将用强制式搅拌机拌成的混合料摊铺其上，然后再在上面摊铺一层拌有矾土、铸石或其它坚硬岩屑的碎石的拌合料，经振动式压路机压实，再用钢滚式压路机找平，必要时对表面做加温热处理，经14天养护后向表面层喷灌5—20％的氯化钙溶液，10—30％的丙烯酸盐溶液或甲基丙烯酸甲脂综合溶液，用以增加表面层的密实性和强度。
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