CN113387644B - 一种黄河泥沙汛石制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种黄河泥沙汛石制备方法，采用黄河泥沙制备汛石，向黄河泥沙中添加碱金属化合物，并对添加碱金属化合物的黄河泥沙进行轮碾或焖浆或球磨，得到改性黄河泥沙。改性黄河泥沙与增强其韧性的助剂相混合并滚轧，得到颗粒粒径不小于4.75mm的黄河泥沙粗集料。黄河泥沙或改性黄河泥沙中添加胶凝材料，制得黄河泥沙细砂浆。将黄河泥沙粗集料与胶凝材料、黄河泥沙细砂浆、水进行混合，得到预拌混凝土，将预拌混凝土浇入模具，制得汛石。本发明利用现有资源，就地取材，将黄河泥沙制备成任意尺寸及大小的汛石，用于黄河堤坝防汛加固，同时耐黄河水力冲刷，确保堤坝堤岸安全，显著延长大堤的使用寿命。

Description

一种黄河泥沙汛石制备方法
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，具体涉及对黄河泥沙进行有效资源化利用，一种利用天然黄河泥沙制备汛石的方法。
背景技术
众所周知，混凝土是我国工程建设主要建筑材料。所使用的天然砂主要是自然力量冲击而成，如河沙、海沙、山沙等。但受限于环境保护等原因，天然砂成本越来越高，甚至无处可采，已无法满足与日俱增的市场需求。在这种情况下，机制砂应运而生。然而机制砂又来源于山石人工破碎制得，仍然对生态环境造成破坏。因此，需要对建筑用砂另辟蹊径。
黄河是我国第二大长河。全长约5464公里，流域面积约752443平方公里。自西向东分别流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南及山东9个省(自治区)，最后流入渤海。由于河流中段流经中国黄土高原地区，因此夹带了大量的泥沙，所以它也被称为世界上含沙量最多的河流。每年都会携带十六亿吨泥沙，其中有十二亿吨流入大海，剩下四亿吨长年留在黄河下游，形成冲积平原。历史上黄河下游河道变迁的范围，北到海河，南达江淮。跟据历史文献记载，黄河下游决口泛滥约1500余次，较大的改道有20多次。
黄河流域冬干春旱，夏秋多雨，其中6～9月降水量占全年的70％左右；盛夏7～8月降水量可占全年降水总量的四成以上。流域降水量的年际变化也十分悬殊，年降水量的最大值与最小值之比约为1.7～7.5，变差系数Cv变化在0.15～0.4之间。为防黄河水患，常常再两岸储备大量石料(简称汛石，亦即防汛期用的石料)，以备加固黄河堤坝之需。然而，黄河中下游稀缺岩石不得不外地购买以满足需求，从而大大增加成本。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种黄河泥沙汛石制备方法，旨在达到利用天然的黄河泥沙制成可以用于堤坝防汛、耐水冲刷的汛石的目的，其所采用的技术方案是：
一种黄河泥沙汛石制备方法，采用黄河泥沙制备汛石，黄河泥沙以焖浆或轮碾或球磨方式添加碱金属化合物，形成改性黄河泥沙，并通过机械外力对改性黄河泥沙进行滚轧，形成外表带有碱蚀坑的不同粒径的黄河泥沙粗集料，将黄河泥沙粗集料与胶凝材料、改性黄河泥沙、黄河泥沙、水相混合，浇筑于模具内，制成汛石；或向黄河泥沙粗集料中添加常规混凝土组分，制成可用于建筑工程的黄河泥沙混凝土。焖浆、轮碾、球磨可三者选择其进行，也可以三者选择其二先后或同时进行，也可以三者先后或同时进行。
本发明可应用于制备汛石，也可应用于制备混凝土。汛石技术是指黄河防汛期间所用的石块，混凝土技术是指制成建筑工程所用的黄河泥沙混凝土(即将本发明制得的黄河泥沙粗集料与常规混凝土组分相混合)，黄河泥沙采用碱蚀和机械理化学方式改性、对辊滚轧制备成黄河泥沙粗集料，向黄河泥沙粗集料中添加助剂或常规混凝土组分，进而获得汛石或黄河泥沙混凝土。其中，由碱蚀和机械力化学方式形成碱蚀坑的黄河泥沙粗集料有利于与水泥砂浆粘结和加速水泥水化硬化，并且，采用对辊对添加有碱金属化合物的黄河泥沙进行滚轧，得到的黄河泥沙粗集料有利于汛石和黄河泥沙混凝土的制备。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，其还可以是，采用黄河泥沙制备汛石，具体制备步骤如下：
步骤1：黄河泥沙与1％-20％碱金属化合物(质量百分数)进行混合，并进行轮碾或焖浆或球磨，得到改性黄河泥沙。添加的碱金属化合物的质量是黄河泥沙质量的1％-20％，利用碱金属化合物活化黄河泥沙颗粒，使黄河泥沙颗粒表面形成硅酸盐物质，有助于后期施工制备时，黄河泥沙的水化、硬化。加入碱金属化合物还会使其表面产生碱蚀坑，进而有利于后期制备施工时，内部材质之间互相粘结(即从黄河泥沙形成黄河泥沙粗集料这一过程中，内部材质之间的相互结合)，保证汛石的结构强度和坚硬度。而仅采用向黄河泥沙中添加碱金属化合物，是无法达到黄河泥沙活化完全(即黄河泥沙颗粒表面形成硅酸盐物质)、使黄河泥沙颗粒表面充分形成碱蚀坑，其需要通过外力，对其进行轮碾或球磨或焖浆，可分别采用轮碾、球磨、焖浆技术手段，也可以互相结合使用，借助机械外力帮助碱金属化合物与黄河泥沙进行充分反应，进而使黄河泥沙颗粒表面形成硅酸盐物质和碱蚀坑，进而有助于后续施工制备汛石时，汛石内部材质之间的粘结，最终硬化成为汛石。
步骤2：将改性黄河泥沙与5％～10％胶凝材料、0.01％～0.5％增强剂进行混合，并将混合物进行滚轧，形成粒径不小于4.75mm的黄河泥沙粗集料。向改性黄河泥沙中添加胶凝材料和增强剂，可以提高改性黄河泥沙的流动性及韧性，以达到弱化汛石脆性，提高汛石强度和耐久性的目的。并借助机械外力，对经过处理的黄河泥沙进行滚轧，得到颗粒粒径不小于4.75mm的黄河泥沙粗集料。黄河泥沙粗集料是混凝土的重要组分，本发明所得到的黄河泥沙粗集料是直接采用黄河泥沙制成，无需外购。
步骤3：将30％-70％黄河泥沙粗集料、5％～20％胶凝材料、20％-70％的黄河泥沙、10％～40％改性黄河泥沙、5％～20％胶粉、1％～10％可再分散乳胶粉、不大于3％减水剂、水拌和均匀得到预拌混凝土，将预拌混凝土浇入模具内，制得汛石。胶凝材料质量是黄河泥沙粗集料质量的5％-20％，黄河泥沙或改性黄河泥沙质量是黄河泥沙粗集料质量的20％-40％，胶粉的质量是黄河泥沙粗集料质量的5％-20％，可再分散乳胶粉的质量是黄河泥沙粗集料质量的1％～10％，减水剂的质量不大于黄河泥沙粗集料质量的3％。采用这种比例的胶粉、可再分散乳胶粉、减水剂与黄河泥沙粗集料相混合制成的汛石，其粘稠度高、强度高，填充粗集料空隙并龛固粗集料，减少用水量。模具可以是任意形状的模具，模具形状及大小可以根据实际需求而选择。胶凝材料质量是黄河泥沙粗集料质量的5％-20％，黄河泥沙细砂浆质量是黄河泥沙粗集料质量的20％-40％，水的质量是黄河泥沙粗集料质量的5％-18％。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，更近一步地，所述碱金属化合物是氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、硫酸钠、硫酸钾、磷酸钠、磷酸钾中的一种或几种。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，更近一步地，所述胶凝材料是硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、磷石膏、硫石膏、氟石膏、氯氧镁水泥、硫氧镁水泥、水玻璃、普通水泥中的一种或几种。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，更近一步地，步骤2中采用了高压滚轧球机，对添加助剂的改性黄河泥沙或改性黄河泥沙与水泥、增强剂的混合物进行滚轧；所述高压滚轧球机带有一对位置相对的辊，所述辊外表面带有梅花排列的圆形或椭圆形凹槽，两个辊上带有的凹槽位置相对应，两个辊上的凹槽对接后形成圆形或椭圆形空腔。对改性黄河泥沙进行强制增压，增压至20-60MPa，制成密度较大的球胚(即黄河泥沙粗集料颗粒)，优选地，颗粒粒径在4.75mm～60mm之间。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，更近一步地，得到的黄河泥沙粗集料后，需对其进行养护，所述养护是使黄河泥沙粗集料湿度不小于70％的自然养护或蒸养养护7天或14天或28天。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，更近一步地，所述焖浆是将黄河泥沙与碱金属混合物混合后，放置于密闭空间内3至7天，或7天以上的时间。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，更近一步地，所述助剂是甲酸钙、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、水玻璃、乙二醇二乙酸酯、胡敏酸钠、聚乙烯醇、硼砂、铬酸盐、重铬酸盐、高猛酸盐、丁醇、硫氰酸钠、硫氰酸钙中的一种或几种。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，更近一步地，所述增强剂是甲酸钙、丙烯酸钙、丙烯酸镁、铝酸钙中任意一种。
上述一种黄河泥沙汛石制备方法，更近一步地，所述减水剂是聚羧酸减水剂、奈系减水剂、木制磺酸盐减水剂、密胺减水剂中任意一种。
本发明利用现有资源，就地取材，将黄河泥沙制备成任意尺寸及大小的汛石，用于黄河堤坝防汛加固，同时耐黄河水力冲刷，确保堤坝堤岸安全，显著延长大堤的使用寿命。优于现有利用碱激发技术制备称为“备防石”(现有备防石无法抵御黄河泥水冲刷)，以及现场浇筑大体积混凝土再切割成小块体的方法。
本发明采用的黄河泥沙汛石可现场制作，也能够工厂化预制，效率高，成本低，并大大提高了施工效率。与现有外运来石块极大地降低成本，且使用方便。本发明是基于黄河泥沙，对于我国沙漠地区利用沙漠砂制备混凝土同样使用。
具体实施方式
实施例1
一种黄河泥沙汛石制备方法。
1.取黄河泥沙，这里优选地，选择颗粒粒径d50≤0.05mm的黄河泥沙，添加5％碱金属化合物(碱金属混合物的质量是黄河泥沙质量的5％)，进行混合，混合后轮碾2小时，得到改性黄河泥沙。
2.称取1000kg的改性黄河泥沙，加入5％硅酸盐水泥(改性黄河泥沙质量的5％)和1％甲酸钙(改性黄河泥沙质量的1％)，拌合均匀，搅拌后，将混合物放入高压滚轧球机，通过高压滚轧球机滚轧出颗粒粒径为4.75mm的黄河泥沙粗集料，并对制得的黄河泥沙粗集料进行湿度大于70％的自然养护，放置7天。
3.取1050kg的黄河泥沙粗集料，向1050kg的黄河泥沙粗集料中掺入35％硫铝酸盐水泥(黄河泥沙粗集料质量的35％)、65％黄河泥沙(d50≥0.05mm)(黄河泥沙粗集料质量的65％)，30％改性黄河泥沙(黄河泥沙粗集料质量的30％)，再加入硫铝酸盐水泥质量7％的HPMC胶粉、2％VEA可再分散乳胶粉、1％萘系减水剂、水混合均匀，得到预拌混凝土。
4.将预拌混凝土浇筑模具内，振捣密实，自然养护，即可得到汛石。
实施例2
一种黄河泥沙汛石的制备方法。
1.取黄河泥沙，这里优选地，选择颗粒粒径d50≤0.05mm的黄河泥沙，添加10％碱金属化合物(碱金属混合物的质量是黄河泥沙质量的10％)，进行混合，然后将混合物置于60℃的密封环境内，放置7天，得到改性黄河泥沙。
2.称取1000kg的改性黄河泥沙，加入5％硅酸盐水泥和1％甲酸钙及0.1％三乙醇胺，拌合均匀，搅拌后，将混合物放入高压滚轧球机，通过高压滚轧球机滚轧出颗粒粒径为4.75mm的黄河泥沙粗集料，并对制得的黄河泥沙粗集料进行湿度大于70％的自然养护，放置7天。
3.取1060kg的黄河泥沙粗集料，向1060kg的黄河泥沙粗集料中掺入35％普通水泥、65％黄河泥沙(d50≥0.05mm)，30％改性黄河泥沙，再加入普通水泥质量7％的HPMC胶粉、2％VEA可再分散乳胶粉、1％萘系减水剂、水混合均匀，得到预拌混凝土。
4.将预拌混凝土浇筑模具内，振捣密实，自然养护，即可得到汛石。
本发明提供的利用黄河泥沙制备汛石的方法，也适用于利用黄河泥沙或沙漠砂制备混凝土。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的汛石中粗集料是由改性黄河泥沙经对辊滚轧获得，最具耐冲刷和高强特质，满足黄河防汛需求。
2.本发明与传统仅仅由碱激发并需高压压制获得“备防石”相比，本粗集料能够工厂化预制，现场制备汛石，效率高，成本低，具有广阔应用前进。
3.本发明不仅仅适用于汛石，也可用于黄河流域的普通混凝土制备，对于解决国内砂石紧缺具有重要意义。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种黄河泥沙汛石制备方法，其特征在于：采用黄河泥沙制备汛石，黄河泥沙以焖浆或轮碾或球磨方式添加碱金属化合物，形成改性黄河泥沙，改性黄河泥沙外表面形成硅酸盐物质，并通过机械外力对改性黄河泥沙进行滚轧，形成外表带有碱蚀坑的不同粒径的黄河泥沙粗集料，将黄河泥沙粗集料与胶凝材料、改性黄河泥沙、黄河泥沙、水相混合，浇筑于模具内，制成汛石；
采用黄河泥沙制备汛石，其具体制备步骤如下：
步骤1：黄河泥沙与1％～20％碱金属化合物进行混合，并进行轮碾或焖浆或球磨，得到改性黄河泥沙；
步骤2：改性黄河泥沙与5％～10％胶凝材料、0.01％～0.5％增强剂进行混合，并将混合物进行滚轧，形成粒径不小于4.75mm的黄河泥沙粗集料；
步骤3：将1050kg或1060kg黄河泥沙粗集料、黄河泥沙粗集料质量35％的硫铝酸盐水泥、黄河泥沙粗集料质量65％的黄河泥沙、黄河泥沙粗集料质量30％的改性黄河泥沙、硫铝酸盐水泥质量5％～20％的HPMC胶粉、硫铝酸盐水泥质量2％的可再分散乳胶粉、硫铝酸盐水泥质量1％的减水剂、水拌和均匀得到预拌混凝土，将预拌混凝土浇入模具内，制得汛石。
2.根据权利要求1所述的一种黄河泥沙汛石制备方法，其特征在于：所述碱金属化合物是氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、硫酸钠、硫酸钾、磷酸钠、磷酸钾中的一种或几种。
3.所述胶凝材料是硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、磷石膏、硫石膏、氟石膏、氯氧镁水泥、硫氧镁水泥、水玻璃中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种黄河泥沙汛石制备方法，其特征在于：步骤2中采用了高压滚轧球机，对添加助剂的改性黄河泥沙或改性黄河泥沙与水泥、增强剂的混合物进行滚轧；所述高压滚轧球机带有一对位置相对的辊，所述辊外表面带有梅花排列的圆形或椭圆形凹槽，两个辊上带有的凹槽位置相对应，两个辊上的凹槽对接后形成圆形或椭圆形空腔。
5.根据权利要求1所述的一种黄河泥沙汛石制备方法，其特征在于：得到的黄河泥沙粗集料后，需对其进行养护，所述养护是使黄河泥沙粗集料湿度不小于70％的自然养护或蒸养养护7天或14天或28天。
6.根据权利要求1所述的一种黄河泥沙汛石制备方法，其特征在于：所述焖浆是将黄河泥沙与碱金属混合物混合后，放置于密闭空间内3至7天，或7天以上的时间。
7.根据权利要求4所述的一种黄河泥沙汛石制备方法，其特征在于：所述助剂是甲酸钙、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、水玻璃、乙二醇二乙酸酯、胡敏酸钠、聚乙烯醇、硼砂、铬酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐、丁醇、硫氰酸钠、硫氰酸钙中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种黄河泥沙汛石制备方法，其特征在于：所述增强剂是甲酸钙、丙烯酸钙、丙烯酸镁、铝酸钙中任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种黄河泥沙汛石制备方法，其特征在于：所述减水剂是聚羧酸减水剂、萘系减水剂、木质磺酸盐减水剂、密胺减水剂中任意一种。
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