CN113387635A - 一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法。其技术要点如下：本发明提供的制备方法包括如下操作步骤，S1、将水泥和隧道尾料石粉在混凝土搅拌机中的搅拌时间为30s，得到胶凝材料；S2、向步骤S1得到的胶凝材料中加入机制砂、粉煤灰、碎石和膨润土，继续搅拌90s~120s得到混合物料；S3、在S2得到的混合物料中加入70%的水并搅拌30s，搅拌完成后，在不停止搅拌的同时，再加入减水剂和剩余的30%的水，加入完成后继续搅拌90s~120s，得到隧道尾料高石粉含量混凝土。本发明提供的方法能够降低水泥用量、需水量和减水剂的用量，改善了混凝土性能，具有良好的经济效益和实用价值。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法。
背景技术
石粉是使用人工加工的方式制成的人工砂后得到的废料，在石料场的生产当中石粉是产量非常大的副产品。《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52中规定，石粉含量不大于10％的人工砂可用于C25及以下等级的混凝土；石粉含量不大于7％的人工砂可用于C30～C55的混凝土。由于石粉含量高，不符合现行国家和行业标准或规范对人工砂技术指标的规定，无法采用现行有关技术标准来指导石屑混凝土的配合比设计和生产，严重限制了石粉代砂技术的推广应用。因此，大量石粉作为废弃物常年堆放，不仅占用大量耕地，污染环境，还造成大量资源的浪费。据统计，每产生100m3的碎石伴随产生20％石粉。目前，国内很多学者为有效缓解天然砂资源匮乏和解决砂石资源供需矛盾的难题，对高石粉含量的石灰岩废石屑资源综合利用进行了一些研究。主要的研究应用成果有两种：一是将废石屑部分取代天然砂和机制砂，该方法的废石屑资源综合利用率低；二是通过水洗达到人工砂标准后再利用，该方法在水洗过程易造成二次污染，且水洗过程中大量的石粉流失。废石粉中的石灰石粉具有填充效应、晶核效应、吸水效应和形态效应，有利于混凝土拌合物性能的改善和硬化混凝土强度的提高。《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》JGJ/T318中指出石粉是28d活性可达到60％以上，因此超出标准规定的这部分石粉可算作惰性矿物掺合料。因此，在保证混凝土性能满足设计和施工要求的前提下，如何充分利用石灰岩废石屑中石粉的有利优势，研究和探索高石粉含量的石灰岩废石粉的混凝土配合比设计中掺水量的合适选择，全面提高石粉资源综合利用率及减少水泥用量已成为混凝土行业从业人员亟待解决问题。
有鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，通过混凝土的3d的密实度和28d的密实度，在石粉外掺的情况下合理选择掺水量，保证混凝土性能满足设计和施工要求，有效降低水泥用量、需水量和减水剂的用量，改善了混凝土性能，具有良好的经济效益和实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，保证混凝土性能满足设计和施工要求的前提下，充分利用隧道尾料中石粉的有利优势，将石粉作为惰性矿物掺合料，并取代部分水泥量，同时对掺水量和减水剂的用量重新确定，解决了石粉在混凝土应用领域的技术难题，提高石粉资源综合利用率，有效降低体系水泥用量、需水量、浆体粘度和坍落度经时损失，改善了隧道尾料混凝土性能，降低了混凝土的水泥用量和生产成本。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，包括如下操作步骤：
S1、将水泥和隧道尾料石粉在混凝土搅拌机中的搅拌时间为30s，得到胶凝材料；
S2、向步骤S1得到的胶凝材料中加入机制砂、粉煤灰、碎石和膨润土，继续搅拌90s～120s得到混合物料；
S3、在S2得到的混合物料中加入70％的水并搅拌30s，搅拌完成后，在不停止搅拌的同时，再加入减水剂和剩余的30％的水，加入完成后继续搅拌90s～120s，得到隧道尾料高石粉含量混凝土。
电通量能够反映混凝土的内部密实程度，电通量越低表明体系内部更加密实，外掺的石粉充当胶凝材料从而降低了体系的有效水胶比，因此随着石粉含量增大，体系内部更加密实，电通量降低。但随着石粉含量的提高，混凝土达到相同坍落度时的减水剂用量显著提高，尤其对于低水胶比高强混凝土，倒筒时间明显提高，即拌合物粘度增大，过多的石粉会加大体系需水量，从而降低混凝土拌合物性能，因此为了保证混凝土的性能，掺水量会提高，但是过多的水会导致混凝土的抗渗性能和抗压强度的降低，本发明通过电通量检测混凝土的内部密实度，利用内部密实度控制掺水量，能够确保石粉含量提高的情况下，混凝土依然具有良好的抗渗性能和抗压强度。
进一步的，隧道尾料石粉是由隧道进口料场碎石冲洗后进行粉磨制得。
进一步的，步骤S3中水的掺入量由隧道尾料高石粉含量混凝土的3d电通量、28d电通量和隧道尾料石粉的掺入量确定。
进一步的，步骤S3中水的掺入量的确定方法如下：
A1、测定标准混凝土的3d电通量
和28d电通量
单位为C，测定掺水量M1，单位为g；
A2、设定隧道尾料石粉的掺入量为m，则外掺隧道尾料石粉后，所需附加水量为
P为回归参数，m的单位为g；
A3、步骤S3中水的掺入量M的计算公式为：M＝M1+M2。
进一步的，减水剂为聚羧酸减水剂，加入量由步骤S3中水的掺入量确定。聚羧酸减水剂是高性能减水剂，当石粉掺量提高时，为了维持体系内的水胶比，聚羧酸减水剂的掺量也会相应提高，但是过多的聚羧酸减水剂的存在，会导致混凝土的3d强度降低，同时延长了混凝土的水化过程，本发明通过掺水量重新确定减水剂的掺入量，能够减少聚羧酸减水剂的加入量，保证了混凝土的3d强度。
进一步的，聚羧酸减水剂的加入量Q，Q＝aM2+0.32M+0.013；其中a为回归参数。
进一步的，水泥为硅酸盐水泥。本发明中采用硅酸盐水泥是由于石粉可替代一部分硅酸盐水泥作为胶凝材料，且硅酸盐水泥与石粉能够形成协同作用，抑制碳酸钙的形成，提高混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透作用。
进一步的，机制砂为隧道进口料场水洗机制砂，其中石粉含量5.7％，MB值为1.0。机制砂选用隧道进口料场水洗的机制砂，其石粉含量比其他机制砂略高，能够减少石粉的外掺量。
进一步的，膨润土为钠基膨润土。
进一步的，粉煤灰为脱硝粉煤灰。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明中，保证混凝土性能满足设计和施工要求的前提下，充分利用隧道尾料中石粉的有利优势，将石粉作为惰性矿物掺合料，并取代部分水泥量，同时对掺水量和减水剂的用量重新确定，解决了石粉在混凝土应用领域的技术难题，提高石粉资源综合利用率，有效降低体系水泥用量、需水量、浆体粘度和坍落度经时损失，改善了隧道尾料混凝土性能，降低了混凝土的水泥用量和生产成本。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
需要说明的是，本实施方式中所用原材料均为市售材料。
实施例1
一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法：包括如下操作步骤：
S1、将水泥和隧道尾料石粉在混凝土搅拌机中的搅拌时间为30s，得到胶凝材料；
S2、向步骤S1得到的胶凝材料中加入机制砂、粉煤灰、碎石和膨润土，继续搅拌90s～120s得到混合物料；
S3、在S2得到的混合物料中加入70％的水并搅拌30s，搅拌完成后，在不停止搅拌的同时，再加入减水剂和剩余的30％的水，加入完成后继续搅拌90s～120s，得到隧道尾料高石粉含量混凝土。
其中，按照质量计算，各组分配比如下：
硅酸盐水泥350g，机制砂890g，石粉82g，粉煤灰10g、碎石1046g，钠基膨润土5g以及水和减水剂。
其中水的掺入量按如下方法计算：
A1、测定标准混凝土的3d电通量
和28d电通量
单位为C，测定掺水量M1，单位为g；
A2、隧道尾料石粉的掺入量为82g，则外掺隧道尾料石粉后，所需附加水量为
P为回归参数；
A3、步骤S3中水的掺入量M的计算公式为：M＝M1+M2。
减水剂的掺入量如下：
聚羧酸减水剂的加入量Q，Q＝aM2+0.32M+0.013；其中a为回归参数。
实施例2
一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法：包括如下操作步骤：
S1、将水泥和隧道尾料石粉在混凝土搅拌机中的搅拌时间为30s，得到胶凝材料；
S2、向步骤S1得到的胶凝材料中加入机制砂、粉煤灰和膨润土，继续搅拌90s～120s得到混合物料；
S3、在S2得到的混合物料中加入70％的水并搅拌30s，搅拌完成后，在不停止搅拌的同时，再加入减水剂和剩余的30％的水，加入完成后继续搅拌90s～120s，得到隧道尾料高石粉含量混凝土。
其中，按照质量计算，各组分配比如下：
硅酸盐水泥309g，机制砂910g，石粉95g，粉煤灰10g、碎石1080g和钠基膨润土5g以及水和减水剂。
其中水的掺入量按如下方法计算：
A1、测定标准混凝土的3d电通量
和28d电通量
单位为C，测定标准混凝土的掺水量M1，单位为g；
A2、隧道尾料石粉的掺入量为95g，则外掺隧道尾料石粉后，所需附加水量为
P为回归参数；
A3、步骤S3中水的掺入量M的计算公式为：M＝M1+M2。
减水剂的掺入量如下：
聚羧酸减水剂的加入量Q，Q＝aM2+0.32M+0.013；其中a为回归参数。
实施例3
一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法：包括如下操作步骤：
S1、将水泥和隧道尾料石粉在混凝土搅拌机中的搅拌时间为30s，得到胶凝材料；
S2、向步骤S1得到的胶凝材料中加入机制砂、粉煤灰和膨润土，继续搅拌90s～120s得到混合物料；
S3、在S2得到的混合物料中加入70％的水并搅拌30s，搅拌完成后，在不停止搅拌的同时，再加入减水剂和剩余的30％的水，加入完成后继续搅拌90s～120s，得到隧道尾料高石粉含量混凝土。
其中，按照质量计算，各组分配比如下：
硅酸盐水泥329g，机制砂878g，石粉87g，粉煤灰10g、碎石1026g和钠基膨润土5g以及水和减水剂。
其中水的掺入量按如下方法计算：
A1、测定标准混凝土的3d电通量
和28d电通量
单位为C，测定掺水量M1，单位为g；
A2、隧道尾料石粉的掺入量为87g，则外掺隧道尾料石粉后，所需附加水量为
P为回归参数；
A3、步骤S3中水的掺入量M的计算公式为：M＝M1+M2。
减水剂的掺入量如下：
聚羧酸减水剂的加入量Q，Q＝aM2+0.32M+0.013；其中a为回归参数。
对比实施例
一种河砂混凝土的制备方法：包括如下操作步骤：
S1、将水泥和碎石在混凝土搅拌机中的搅拌时间为30s，得到胶凝材料；
S2、向步骤S1得到的胶凝材料中加入河砂、粉煤灰和钠基膨润土，继续搅拌90s～120s得到混合物料；
S3、在S2得到的混合物料中加入70％的水并搅拌30s，搅拌完成后，在不停止搅拌的同时，再加入减水剂和剩余的30％的水，加入完成后继续搅拌90s～120s，得到隧道尾料高石粉含量混凝土。
其中，按照质量计算，各组分配比如下：
硅酸盐水泥309g，河砂910g，粉煤灰10g、碎石1020g和钠基膨润土5g以及水172g和减水剂0.023g。
性能测试
1.抗水渗透性能
按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082中的抗水渗透试验-逐级加压法对实施例1～3和对比实施例进行测试，测试结果如下：
表1抗水渗透性能测试结果
| 组别 | 试件渗水水压力/MPa | 抗渗等级 |
| 对比实施例 | ＞1.2 | ≥P12 |
| 实施例1 | ＞1.2 | ≥P12 |
| 实施例2 | ＞1.2 | ≥P12 |
| 实施例3 | ＞1.2 | ≥P12 |
试验结果显示，各组混凝土均能够达到P12抗渗等级(水压力1.2MPa是一般抗水渗透试验设备所能提供的最大水压力)，隧道尾料机制砂石混凝土相比河砂混凝土在抗渗性能方面没有明显差异。
2.抗氯离子渗透性能
按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082中的RCM法对实施例1～3和对比实施例进行测试。测试结果如下表：
表2.抗氯离子渗透性能
| 组别 | 28d D<sub>RCM</sub>(10<sup>-12</sup>m<sup>2</sup>/s) | 56d D<sub>RCM</sub>(10<sup>-12</sup>m<sup>2</sup>/s) |
| 对比实施例 | 6.4 | 5.2 |
| 实施例1 | 6.3 | 5.4 |
| 实施例2 | 6.2 | 5.5 |
| 实施例3 | 6.3 | 5.3 |
试验结果表明，机制砂混凝土相比河砂混凝土的抗氯离子渗透性相当，且整体上满足一般工程对混凝土抗氯离子渗透性能的要求(DRCM＜7*10-12m2/s)。
3.碳化试验
按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)中规定的快速碳化试验法对实施例1～3和对比实施例进行碳化试验，测试结果如下：
表3.碳化试验结果
试验结果表明，机制砂混凝土抗碳化性能早期较河砂略差，经过28d碳化后的碳化深度基本相当。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1、将水泥和隧道尾料石粉在混凝土搅拌机中的搅拌时间为30s，得到胶凝材料；
S2、向步骤S1得到的胶凝材料中加入机制砂、粉煤灰、碎石和膨润土，继续搅拌90s～120s得到混合物料；
S3、在S2得到的混合物料中加入70％的水并搅拌30s，搅拌完成后，在不停止搅拌的情况下，再加入减水剂和剩余的30％的水，加入完成后继续搅拌90s～120s，得到隧道尾料高石粉含量混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，所述隧道尾料石粉是由隧道进口料场碎石冲洗后进行粉磨制得。
3.根据权利要求1或2所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中水的掺入量由隧道尾料高石粉含量混凝土的3d电通量、28d电通量和隧道尾料石粉的掺入量确定。
4.根据权利要求3所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，所述骤S3中水的掺入量的确定方法如下：
A1、测定标准混凝土的3d电通量
和28d电通量
单位为C，测定标准混凝土的掺水量M1，单位为g；
A2、设定隧道尾料石粉的掺入量为m，则外掺隧道尾料石粉后，所需附加水量为
P为回归参数，m的单位为g；
A3、所述步骤S3中水的掺入量M的计算公式为：M＝M1+M2。
5.根据权利要求1所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，加入量由所述步骤S3中水的掺入量确定。
6.根据权利要求5所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的加入量Q，Q＝aM2+0.32M+0.013；其中a为回归参数。
7.根据权利要求1所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥。
8.根据权利要求1所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，所述机制砂为隧道进口料场水洗机制砂，其中石粉含量5.7％，MB值为1.0。
9.根据权利要求1所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土。
10.根据权利要求1所述的一种隧道尾料高石粉含量混凝土的制备方法，所述粉煤灰为脱硝粉煤灰。
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