CN113149571A - 一种超高性能混凝土的水泥基材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高性能混凝土的水泥基材及其制备方法，按照重量份计包括如下组分：普通硅酸盐水泥450‑550份，去离子水120‑200份，硅灰75‑105份，钢纤维170‑210份，减水剂10‑18份，固体粉料30‑50份，所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘系减水剂和改性磺酸盐类减水剂的一种或几种，本发明在添加组分时通过少量多次的方式进行添加，避免了组分过于集中导致区域浓度过高以及难以通过搅拌混合完全反应而残留的问题，其次哦通过周向振荡等边分散的添加条件使得添加的组分较为均匀的分布在混合物的表面，降低了搅拌难度，且使得添加的组分均匀分布在混合物上，进一步避免了区域组分浓度较高以及未能完全搅拌混合而导致残留的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基材制备技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土的水泥基材及其制备方法。
背景技术
水泥基材，是指以硅酸盐水泥为基体，在与水发生反应后并与其它各种无机材料、金属材料以及有机材料等组合得到的具有新性能的材料，比一般的混凝土性能有一定提高，一般通过搅拌、喷射、基础缠绕和铺设等方法并经养护成型。
现有的超高性能水泥基材较普通水泥具有较大的优势，但材料和制造成本较高，难以与普通水泥相比，使得推广受到限制，且在超高性能水泥基材生产时，需要对各种组分混合搅拌均匀方能使得生产出的超高性能水泥基材达到预期的使用效果，现有在制备超高性能水泥基材时一般直接添加各组分至搅拌罐内，但直接添加组分会导致该区域组分集中，使得该区域组分浓度较大，并在搅拌之后混合物内部组分为完全混合单独存在的情况，且组分集中难以进行搅拌，影响搅拌效果和混合效果，因此，需要设计一种超高性能混凝土的水泥基材及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高性能混凝土的水泥基材及其制备方法，解决了现有的超高性能水泥基材在制备时添加组分集中在部分区域导致难以混合搅拌以及该区域组分浓度较高和部分组分未被完全混合反应的问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种超高性能混凝土的水泥基材，按照重量份计包括如下组分：普通硅酸盐水泥450-550份，去离子水120-200份，硅灰75-105份，钢纤维170-210份，减水剂10-18份，固体粉料30-50份；
所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘系减水剂和改性磺酸盐类减水剂的一种或几种；所述固体粉料为建筑废弃粉料、锰矿渣粉、铁尾矿粉和石屑中的一种或几种。
作为本发明的一种优选方案，所述固体分料的粒径大小在5-50微米。
为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：
一种超高性能混凝土的水泥基材的制备方法，包括步骤，
S100，按照重量配比配置好各组分，并添加普通硅酸盐水泥作为混合基材进行搅拌，保持搅拌速度恒定；
S200，依次添加硅灰、固体分料至普通硅酸盐水泥中进行搅拌，在添加时按照颗粒大小以少量多次的方式进行添加，且在周向振荡等边分散的条件下添加混合搅拌一段时间得到固料混合物
S300，向上述固料混合物中添加去离子水和减水剂均匀混合的水溶液，并搅拌混合均匀后得到混合浆体；
S400，向上述混合浆体中添加钢纤维混合均匀后装模，按照国家标准养护成型得到超高性能水泥基材。
作为本发明的一种优选方案，在步骤S200中，周向振荡等边分散具体包括如下步骤：
按照顺序依次添加组分并通过振荡均匀进行周向分散，使得周向组分分布均匀；
控制均匀分散的组分在振荡的条件下添加至普通硅酸盐水泥中，并通过搅拌混合得到固料混合物。
作为本发明的一种优选方案，在步骤S200中通过辐射式搅拌罐进行各组分的添加混合，所述辐射式搅拌罐包括罐体和设置在所述罐体内的搅拌组件，以及设置在所述罐体内壁上的周向分散组件，且所述周向分散组件通过所述搅拌组件的搅拌产生振动均匀分散各添加组分；
所述搅拌组件包括设置在所述罐体内的搅拌轴和环形阵列设置在所述搅拌轴上的多组搅拌扇叶，以及设置在所述搅拌轴上并与所述周向分散组件连接的振荡器；
所述周向分散组件包括环形阵列设置在所述罐体内壁上的多个条形支撑板，每个所述条形支撑板上均对称设置有两个相互连接的网状斜面，两个所述网状斜面上共同设置有用于添加组分的进料斗，每个所述进料斗与每个所述网状斜面之间均设置有用于通过振动释放组分的出料口。
作为本发明的一种优选方案，所述振荡器包括环形阵列设置在所述搅拌轴上的多个振动挡板和设置在所述条形支撑板端部的弹性振荡板，且通过所述振动挡板在所述搅拌轴的驱动下间歇与所述弹性振荡板相抵产生振动效果。
作为本发明的一种优选方案，所述搅拌轴上转动套接有转动座，所述转动座的周侧对应所述条形支撑板设置有多个弧形凹槽，且每个所述条形支撑板的端部均沿水平方向滑动连接于对应的所述弧形凹槽内，所述振动挡板设置在所述转动座下方。
作为本发明的一种优选方案，所述罐体内壁上沿所述搅拌轴轴线方向开设有多个输料槽，每个所述输料槽水平高度最低的内壁与所述罐体内壁之间设置有圆滑过渡段，且所述输料槽上最低点的水平高度小于所述网状斜面上最低点的水平高度。
作为本发明的一种优选方案，所述出料口包括设置在所述进料斗与所述网状斜面连接处的条形缺口和通过扭力弹簧转动连接在所述条形缺口内壁上的封闭挡板，且通过所述封闭挡板限制添加的组分脱离所述进料斗，并通过振动和各组分重力作用间歇打开所述封闭挡板释放添加的组分至网状斜面上。
作为本发明的一种优选方案，相邻的两个位于两个所述条形支撑板上的所述网状斜面的端部共同连接有弧形过渡网板，每个所述网状斜面和所述弧形过渡网板上均沿水平方向设置有多个用于限制组分滑动速度的条状凸起。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明在添加组分时通过少量多次的方式进行添加，避免了组分过于集中导致区域浓度过高以及难以通过搅拌混合完全反应而残留的问题，其次哦通过周向振荡等边分散的添加条件使得添加的组分较为均匀的分布在混合物的表面，降低了搅拌难度，且使得添加的组分均匀分布在混合物上，进一步避免了区域组分浓度较高以及未能完全搅拌混合而导致残留的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供一种超高性能混凝土的水泥基材的制备方法的结构框图；
图2为本发明实施例提供辐射式搅拌罐的结构示意图；
图3为本发明实施例提供辐射式搅拌罐的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例提供图2中所示A部分的结构放大示意图；
图5为本发明实施例提供图2中所示B部分的结构放大示意图。
图中的标号分别表示如下：
1-罐体；2-搅拌组件；3-周向分散组件；
201-搅拌轴；202-搅拌扇叶；203-振荡器；204-振动挡板；205-弹性振荡板；206-转动座；207-弧形凹槽；208-输料槽；209-圆滑过渡段；
301-条形支撑板；302-网状斜面；303-进料斗；304-出料口；305-条形缺口；306-封闭挡板；307-弧形过渡网板；308-条状凸起。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种超高性能混凝土的水泥基材，按照重量份计包括如下组分：普通硅酸盐水泥450-550份，去离子水120-200份，硅灰75-105份，钢纤维170-210份，减水剂10-18份，固体粉料30-50份；
所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘系减水剂和改性磺酸盐类减水剂的一种或几种；所述固体粉料为建筑废弃粉料、锰矿渣粉、铁尾矿粉和石屑中的一种或几种。
在本实施例中，通过在超高性能水泥基材中添加建筑废弃粉料、锰矿渣粉、石屑等，不仅扩大了超高性能水泥基材制备材料的来源，且具有良好的环保效益。
所述固体分料的粒径大小在5-50微米。
实施例2：
如图1至图5所示，本发明还提供了一种超高性能混凝土的水泥基材的制备方法，包括步骤，
S100，按照重量配比配置好各组分，并添加普通硅酸盐水泥作为混合基材进行搅拌，保持搅拌速度恒定；
S200，依次添加硅灰、固体分料至普通硅酸盐水泥中进行搅拌，在添加时按照颗粒大小以少量多次的方式进行添加，且在周向振荡等边分散的条件下添加混合搅拌一段时间得到固料混合物；
S300，向上述固料混合物中添加去离子水和减水剂均匀混合的水溶液，并搅拌混合均匀后得到混合浆体；
S400，向上述混合浆体中添加钢纤维混合均匀后装模，按照国家标准养护成型得到超高性能水泥基材。
普通硅酸盐水泥处于恒定搅拌状态，用于与后续添加的组分可以时刻进行混合，并提供搅拌混合的基础材料。
通过周向振荡等边分散条件使得添加的组分能够均匀分散添加至普通硅酸盐水泥以及后续混合物的表面，能够更易进行搅拌混合进行充分接触反应，不仅保证了超高性能水泥基材的制备使用效果，其次避免添加的组分在某一区域集中添加导致未能完全搅拌混合而造成部分残留影响超高性能水泥基材的制备使用效果。
其次通过将各组分通过多次少量添加，进一步避免了添加时组分的过于集中而导致混合不均匀的问题。
进一步的，在步骤S200中添加组分时进行低速搅拌，当该组分完全添加完成后进行高速搅拌以保证充分接触反应。
在步骤S200中，周向振荡等边分散具体包括如下步骤：
按照顺序依次添加组分并通过振荡均匀进行周向分散，使得周向组分分布均匀；
控制均匀分散的组分在振荡的条件下添加至普通硅酸盐水泥中，并通过搅拌混合得到固料混合物。
周向振荡等边分散条件下，各组分在添加时通过振动均匀进行分散，并在分散完成后在进行添加，使得组分在普通硅酸盐水泥表面均匀分散，避免过于集中而无法充分搅拌均匀混合和充分接触。
在步骤S200中通过辐射式搅拌罐进行各组分的添加混合，辐射式搅拌罐包括罐体1和设置在罐体1内的搅拌组件2，以及设置在罐体1内壁上的周向分散组件3，且周向分散组件3通过搅拌组件2的搅拌产生振动均匀分散各添加组分；
搅拌组件2包括设置在罐体1内的搅拌轴201和环形阵列设置在搅拌轴201上的多组搅拌扇叶202，以及设置在搅拌轴201上并与周向分散组件3连接的振荡器203；
周向分散组件3包括环形阵列设置在罐体1内壁上的多个条形支撑板301，每个条形支撑板301上均对称设置有两个相互连接的网状斜面302，两个网状斜面302上共同设置有用于添加组分的进料斗303，每个进料斗303与每个网状斜面302之间均设置有用于通过振动释放组分的出料口304。
在组分添加时，普通硅酸盐水泥首先添加至罐体1内部，并通过驱动装置驱动搅拌轴201转动，使得搅拌轴201带动多组搅拌扇叶202对内部的普通硅酸盐水泥进行搅拌，使其一直处于恒定速度的搅拌中，以便及时与添加的组分进行搅拌混合。
在添加其它组分时，将组分分成多份添加至多个进料斗303内，并通过出料口304进行暂时限制。
通过搅拌轴201的转动启动振荡器203使得周向分散组件3发生振动，通过产生的震动使得组分通过出料口304掉落至网状斜面302上，通过自身的重力作用和振动效果使得组分沿网状斜面302滑落并通过网状斜面302上的孔隙掉落至普通硅酸盐水泥中进行搅拌混合。
通过网状斜面302和振荡器203的共同作用使得组分向周向分散郡店添加至普通硅酸盐水泥上进行混合搅拌，降低了搅拌混合难度，并提高了搅拌效率，且组分均匀分散使得在搅拌混合时接触更加充分，反应更加完全，制备得到的超高性能混凝土的性能更好。
在本实施例中，驱动装置是现有的动力设备，例如电机等。
振荡器203包括环形阵列设置在搅拌轴201上的多个振动挡板204和设置在条形支撑板301端部的弹性振荡板205，且通过振动挡板204在搅拌轴201的驱动下间歇与弹性振荡板205相抵产生振动效果。
振荡器203在使用时，通过搅拌轴201转动带动多个振动挡板204同步转动，振动挡板204在运动过程中与弹性振荡板205干涉，并且弹性振荡板205在振动挡板204的作用下发生弹性形变使得振动挡板204通过，弹性振荡板205在振动挡板204通过后恢复形变，并由于自身弹性形变做简谐运动不断往复摆动产生振动效果，且在多个振动挡板204的作用下保证振动效果始终存在。
弹性振荡板205产生的振动效果通过条形支撑板301传递至网状斜面302上，以此使得添加的组分通过振动均匀分散掉落，且间歇式驱动弹性振荡板205使得振动在保持最大效果的同时避免停止影响组分的均匀分散。
搅拌轴201上转动套接有转动座206，转动座206的周侧对应条形支撑板301设置有多个弧形凹槽207，且每个条形支撑板301的端部均沿水平方向滑动连接于对应的弧形凹槽207内，振动挡板204设置在转动座206下方。
其次考虑到条形支撑板301在受到振动时的稳定性，通过套接的转动座206为条形支撑板301的端部提供支撑点，使得条形支撑板301的两端均有受力支撑点保证在受到振动时的稳定性。
同时通过弧形凹槽207与条形支撑板301的端部滑动连接，保证条形支撑板301在受到振动时端部可以自由摆动，以与条形支撑板301与罐体1内壁连接的端部为中心进行圆周运动往复摆动，避免了在为条形支撑板301提供支撑时限制其端部的活动性而导致产生的振动效果被削弱甚至消失的问题。
罐体1内壁上沿搅拌轴201轴线方向开设有多个输料槽208，每个输料槽208水平高度最低的内壁与罐体1内壁之间设置有圆滑过渡段209，且输料槽208上最低点的水平高度小于网状斜面302上最低点的水平高度。
其次考虑网状斜面302的覆盖面较广，在添加部分组分例如钢纤维时难以正常添加，因此设置有输料槽208，且输料槽208的底部最低点高度小于网状斜面302上最低点高度，以使得通过输料槽208添加的组分能够到达罐体1内底部。
添加的其它组分可以通过输料槽208进行添加，保证组分均能正常进行添加，且不干扰超高性能混凝土的正常制备效率以及周向分散组件3的正常使用。
通过设置的圆滑过渡段209避免添加的组分到达输料槽208底部时发生卡料的情况，保证添加的组分能够通过圆滑过渡段209到达罐体1内底部进行搅拌混合。
进一步的，可以在网状斜面302与输料槽209的接触处设置侧板限制固体废料从输料槽209处进入罐体1内壁，影响周向分散组件3的正常使用和添加组分的均匀分散。
出料口304包括设置在进料斗303与网状斜面302连接处的条形缺口305和通过扭力弹簧转动连接在条形缺口303内壁上的封闭挡板306，且通过封闭挡板306限制添加的组分脱离进料斗303，并通过振动和各组分重力作用间歇打开封闭挡板306释放添加的组分至网状斜面302上。
添加的组分在通过出料口304时，通过振荡器203产生振动效果，使得封闭挡板306在振动和组分自身的重力双重作用下驱动扭力弹簧发生弹性形变，封闭挡板306发生转动使得组分通过条形缺口305至网状斜面302上。
条形缺口305的设置使得组分在通过后可以快速覆盖网状斜面302的表面，提高分散效率，其次使得添加的组分能够完全覆盖网状斜面302的表面而保证组分添加至罐体1内部时均匀分散。
进一步的，进料斗303沿搅拌轴201径向的长度和网状斜面302沿搅拌轴201径向的长度相同，提高了单次添加组分的分量，提高添加效率，且提高添加的组分完全覆盖网状斜面302的速率和覆盖率。
相邻的两个位于两个条形支撑板301上的网状斜面302的端部共同连接有弧形过渡网板307，每个网状斜面302和弧形过渡网板307上均沿水平方向设置有多个用于限制组分滑动速度的条状凸起308。
通过设置的弧形过渡网板307使得未从网状斜面302上掉落至罐体1内底部的组分被收集，并通过弧形过渡网板307和振动分散掉落至罐体1内部，避免了组分集中添加导致区域浓度较大影响搅拌混合效果而导致存在接触不充分造成组分残留的问题。
同时通过条状凸起308对组分在网状斜面302上的运动进行阻碍限制运动速度，提高组分在网状斜面302上的通过率，避免较多组分滑落至弧形过渡网板307处导致积存影响分散的均匀性。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种超高性能混凝土的水泥基材，其特征在于，按照重量份计包括如下组分：普通硅酸盐水泥450-550份，去离子水120-200份，硅灰75-105份，钢纤维170-210份，减水剂10-18份，固体粉料30-50份；
所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘系减水剂和改性磺酸盐类减水剂的一种或几种；所述固体粉料为建筑废弃粉料、锰矿渣粉、铁尾矿粉和石屑中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土的水泥基材及其制备方法，其特征在于：所述固体分料的粒径大小在5-50微米。
3.一种应用于权利要求1-2任一项所述的超高性能混凝土的水泥基材的制备方法，其特征在于：包括步骤，
S100，按照重量配比配置好各组分，并添加普通硅酸盐水泥作为混合基材进行搅拌，保持搅拌速度恒定；
S200，依次添加硅灰、固体分料至普通硅酸盐水泥中进行搅拌，在添加时按照颗粒大小以少量多次的方式进行添加，且在周向振荡等边分散的条件下添加混合搅拌一段时间得到固料混合物；
S300，向上述固料混合物中添加去离子水和减水剂均匀混合的水溶液，并搅拌混合均匀后得到混合浆体；
S400，向上述混合浆体中添加钢纤维混合均匀后装模，按照国家标准养护成型得到超高性能水泥基材。
4.根据权利要求3所述的一种超高性能混凝土的水泥基材及其制备方法，其特征在于，在步骤S200中，周向振荡等边分散具体包括如下步骤：
按照顺序依次添加组分并通过振荡均匀进行周向分散，使得周向组分分布均匀；
控制均匀分散的组分在振荡的条件下添加至普通硅酸盐水泥中，并通过搅拌混合得到固料混合物。
5.根据权利要求4所述的一种超高性能混凝土的水泥基材及其制备方法，其特征在于：在步骤S200中通过辐射式搅拌罐进行各组分的添加混合，所述辐射式搅拌罐包括罐体(1)和设置在所述罐体(1)内的搅拌组件(2)，以及设置在所述罐体(1)内壁上的周向分散组件(3)，且所述周向分散组件(3)通过所述搅拌组件(2)的搅拌产生振动均匀分散各添加组分；
所述搅拌组件(2)包括设置在所述罐体(1)内的搅拌轴(201)和环形阵列设置在所述搅拌轴(201)上的多组搅拌扇叶(202)，以及设置在所述搅拌轴(201)上并与所述周向分散组件(3)连接的振荡器(203)；
所述周向分散组件(3)包括环形阵列设置在所述罐体(1)内壁上的多个条形支撑板(301)，每个所述条形支撑板(301)上均对称设置有两个相互连接的网状斜面(302)，两个所述网状斜面(302)上共同设置有用于添加组分的进料斗(303)，每个所述进料斗(303)与每个所述网状斜面(302)之间均设置有用于通过振动释放组分的出料口(304)。
6.根据权利要求5所述的一种超高性能混凝土的水泥基材的制备方法，其特征在于：所述振荡器(203)包括环形阵列设置在所述搅拌轴(201)上的多个振动挡板(204)和设置在所述条形支撑板(301)端部的弹性振荡板(205)，且通过所述振动挡板(204)在所述搅拌轴(201)的驱动下间歇与所述弹性振荡板(205)相抵产生振动效果。
7.根据权利要求6所述的一种超高性能混凝土的水泥基材的制备方法，其特征在于：所述搅拌轴(201)上转动套接有转动座(206)，所述转动座(206)的周侧对应所述条形支撑板(301)设置有多个弧形凹槽(207)，且每个所述条形支撑板(301)的端部均沿水平方向滑动连接于对应的所述弧形凹槽(207)内，所述振动挡板(204)设置在所述转动座(206)下方。
8.根据权利要求7所述的一种超高性能混凝土的水泥基材的制备方法，其特征在于：所述罐体(1)内壁上沿所述搅拌轴(201)轴线方向开设有多个输料槽(208)，每个所述输料槽(208)水平高度最低的内壁与所述罐体(1)内壁之间设置有圆滑过渡段(209)，且所述输料槽(208)上最低点的水平高度小于所述网状斜面(302)上最低点的水平高度。
9.根据权利要求8所述的一种超高性能混凝土的水泥基材的制备方法，其特征在于：所述出料口(304)包括设置在所述进料斗(303)与所述网状斜面(302)连接处的条形缺口(305)和通过扭力弹簧转动连接在所述条形缺口(303)内壁上的封闭挡板(306)，且通过所述封闭挡板(306)限制添加的组分脱离所述进料斗(303)，并通过振动和各组分重力作用间歇打开所述封闭挡板(306)释放添加的组分至网状斜面(302)上。
10.根据权利要求9所述的一种超高性能混凝土的水泥基材的制备方法，其特征在于：相邻的两个位于两个所述条形支撑板(301)上的所述网状斜面(302)的端部共同连接有弧形过渡网板(307)，每个所述网状斜面(302)和所述弧形过渡网板(307)上均沿水平方向设置有多个用于限制组分滑动速度的条状凸起(308)。
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