CN113997408A

CN113997408A - 一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法

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Publication number: CN113997408A
Application number: CN202111266248.9A
Authority: CN
Inventors: 曹永�; 冷发光; 汤国芳; 王晶; 王晓妍; 高超; 李鹏; 宋普涛; 刘贵双; 刘宗信; 陈鹏; 卢传泰; 王娜; 杨悍悍; 武鹏飞
Original assignee: Jiangsu Chengyi Engineering Technology Research Institute Co ltd; China Academy of Building Research CABR
Current assignee: Jiangsu Chengyi Engineering Technology Research Institute Co ltd; China Academy of Building Research CABR
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2022-02-01

Abstract

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法。其技术要点如下：S1、依据混凝土工程设计的混凝土强度等级，确定水胶比；S2、根据混凝土泵送高度确定混凝土拌合物性能技术要求；S3、根据混凝土强度等级和拌合物性能要求，确定机制砂性能要求、胶凝材料总量和矿物掺合料总掺量；S4、根据紧密堆积原理确定胶凝材料粉体颗粒的级配；S5、通过测试净浆的黏度确定矿物掺合料种类和掺量；S6、通过优化碎石级配，试配混凝土，调整砂率、减水剂用量，获得多组混凝土配合比；S7、通过综合比较拌合物性能和力学性能，优选出所述超高泵送机制砂高强混凝土配合比。本发明制备出满足超高泵送的高强机制砂混凝土，显著降低机制砂高强混凝土拌合物的黏度。

Description

一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法。

背景技术

我国超高层建筑已超过1000座，随着城市的发展，超高层建筑数量越来越多，超高泵送高强混凝土的应用也越来越广泛。近年来我国机制砂逐渐替代河砂成为混凝土用砂，但是机制砂呈现两头多、中间少的级配不良现象，机制砂颗粒棱角多、形状不规则，导致机制砂混凝土较河砂混凝土黏度大，和易性差，而高强混凝土水胶比低，致使机制砂高强混凝土拌合物黏度进一步增大。

目前的超高泵送机制砂高强混凝土工程缺乏系统的制备方法，超高泵送机制砂高强混凝土面临以下难题：(1)机制砂与河砂性能区别较大，机制砂高强混凝土超高泵送的工程应用较少，技术难度更大，按照河砂高强混凝土的制备方法难以实现机制砂高强混凝土超高泵送的目的；(2)由于机制砂高强混凝土黏度大，导致泵送施工时泵压过高、泵送困难、容易堵泵，影响安全与工期；(3)机制砂高强混凝土大流动性与拌合物匀质稳定性、和易性的矛盾，机制砂级配和粒形较河砂差，机制砂高强混凝土拌合物在大流动性状态下的容易浆体上浮、骨料下沉，产生分层离析现象，不利于泵送施工；(4)由于缺乏超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，为了保证工程质量和工期，工程项目不得不付出较大的经济成本购买河砂来配制超高泵送河砂高强混凝土。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，制备出满足超高泵送的高强机制砂混凝土，机制砂高强混凝土的强度等级涵盖C60～C80，显著降低机制砂高强混凝土拌合物的黏度，提高机制砂高强混凝土拌合物匀质稳定性、和易性，达到超高泵送的目的，采用机制砂高强混凝土替代河砂高强混凝土实现显著的经济效益和环境效益。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，包括如下操作步骤：

S1、依据混凝土工程设计的混凝土强度等级，确定水胶比；

S2、根据混凝土泵送高度确定混凝土拌合物性能技术要求；

S3、根据混凝土强度等级和拌合物性能要求，确定机制砂性能要求、胶凝材料总量和矿物掺合料总掺量；

机制砂石粉含量高于7％时，导致高强混凝土拌合物黏度增加；当石粉亚甲蓝值大于4时，石粉中的黏土质含量较高，也会增加高强混凝土拌合物的黏度，因此对机制砂石粉含量和石粉亚甲蓝值进行规定。泥块含量、片状颗粒含量、坚固性、饱和面干吸水率等其他技术指标会影响混凝土强度和拌合物黏度，由于C80混凝土强度等级更高，水胶比更低，混凝土拌合物黏度也更大，因此对泥块含量、片状颗粒含量、坚固性、饱和面干吸水率等其他技术指标要求更为严格，需满足《高性能混凝土用骨料》JG/T 568中特级要求的机制砂才能配制出C80超高泵送机制砂混凝土，C60和C70满足《高性能混凝土用骨料》JG/T 568中I级要求即可。超高泵送高强混凝土一方面水胶比较低，用水量较少，另一方面需要实现超高泵送，需要较多的浆体包裹砂石骨料，因此需要的胶凝材料较多。随着混凝土强度等级的提高，水胶比逐渐降低，胶凝材料用量逐渐增加；随着泵送高度的提高，混凝土拌合物需要更多的浆体润滑砂石骨料以降低泵送阻力，胶凝材料也需要增加。随着强度等级的提高，胶凝材料用量增加，同时水胶比降低，进一步增加了混凝土拌合物的黏度，因此需要掺加更多的矿物掺合料来降低混凝土拌合物的黏度。由于水泥、砂石等都不是标准化产品，具有一定的性能参数波动范围。当水泥、矿物掺合料、砂石性能较好时，可根据本发明给出的表格选择对应参数的下限；当原材料性能较好时，选择对应参数的上限。

S4、根据紧密堆积原理确定胶凝材料粉体颗粒的级配；

S5、通过测试净浆的黏度确定矿物掺合料种类和掺量；

S6、优化碎石级配，试配混凝土，调整砂率、减水剂用量，获得多组混凝土配合比；

S7、通过综合比较拌合物性能和力学性能，选出所述超高泵送机制砂高强混凝土配合比。

硅灰的比表面积大于10000m²/kg，粉煤灰的比表面积在400-1200m²/kg，矿渣粉的比表面积在400～1000m²/kg，水泥的比表面积在300-450m²/kg，水泥、不同种类矿物掺合料组成的胶凝材料粉体颗粒粒径范围不同，在合适的比例下能够达到最紧密堆积，有利于降低净浆的黏度。试验研究表明，在掺加减水剂、低水胶比下，硅灰能够提高强度，同时降低净浆的黏度，掺量在4％～8％范围内。硅灰掺量低于4％，对强度提高作用不明显；硅灰掺量高于8％，会增加净浆的黏度，同时增加混凝土水化热，进而增加混凝土开裂风险。粉煤灰是球状颗粒，其滚珠和润滑作用，也能够降低净浆的黏度，掺量越多，对净浆黏度的降低作用越显著；粉煤灰粒径越细，对净浆的降低作用越显著。矿渣粉对强度提高有一定作用，但会提高净浆的黏度，因此掺量不宜超过10％。

按照发明中给出的矿物掺合料总掺量、矿物掺合料种类和掺量范围，选择矿物掺合料的种类和掺量，然后进行黏度比试验。

黏度比试验按照《混凝土用功能型复合矿物掺合料》T/CCES 6004中附录B进行黏度比试验方法进行，根据测试的黏度选择黏度较小的胶凝材料组成，确定矿物掺合料种类及其掺量。

具体试验方法如下：

1.仪器设备和材料

仪器设备和材料应符合下列要求：

(1)旋转黏度计：符合GB/T 10247的规定，黏度范围为10mPa·s～100000mPa·s；

(2)搅拌机：符合JC/T 729规定的水泥净浆搅拌机；

(3)圆模：上口直径36mm，下口直径60mm，高度60mm，内壁光滑无暗缝的金属制品；

(4)辅助工具：

玻璃板、刮刀、卡尺、量筒和电子天平。

2.试验室温湿度

试验室温度为20℃±2℃，相对湿度不低于50％。

3.试验步骤

试验步骤如下：

(a)水泥净浆的配合比见表B.1，水泥和减水剂选用实际工程用水泥和减水剂，减水剂的用量以基准水泥净浆的流动度达到200mm±10mm时为准；

表B1水泥净浆的配合比

(b)用湿布将玻璃板、圆模内壁、搅拌锅、搅拌叶片全部润湿。将圆模置于玻璃板的中间位置，并用湿布覆盖；

(c)按表B.1规定称取基准组的水泥、水和适量的减水剂，将减水剂和约1/2的水同时加入搅拌锅中，用剩余的水反复冲洗盛装减水剂的烧杯，直至将减水剂冲洗干净并全部加入搅拌锅中。然后加入水泥，并将搅拌锅固定在搅拌机上，按JC/T 729规定的搅拌程序搅拌；

(d)搅拌结束后，将搅拌锅取下，用搅拌勺边搅拌边将浆体倒入置于玻璃板中间位置的圆模内。用刮刀将高出圆模的浆体刮除并抹平，立即平稳提起圆模。圆模提起后，等待粘附于圆模内壁上的浆体下趟，以保证每次试验的浆体量基本相同。提起圆模1min后，用卡尺测量水泥净浆扩展体的两个垂直方向的直径，二者的平均值即为浆体的流动度；

(e)调整减水剂掺量，重复步骤b)～d)，直至将基准组水泥净浆流动度调整为200mm±10mm。此时减水剂的掺量即为基准组水泥净浆的减水剂掺量；

(f)确定减水剂掺量后，根据估计的基准组水泥净浆黏度，按旋转黏度计使用说明书规定选择适宜的转子和转速(转子宜选择3号或4号转子，转速宜选择30转/分～60转/分)，并调节旋转黏度及的水准器气泡至居中；

(g)按步骤c)搅拌制备基准组水泥净浆，倒入250mL烧杯内，将其放置于旋转黏度计转子正下方。调节旋转黏度计，使转子插入基准组水泥净浆液面下直至规定的深度；

(h)启动旋转黏度计测试基准组水泥净浆的黏度。若测得的黏度值不在所选转子和转速对应的黏度测试范围内，则更换转子或重新设定转速后进行测试。连续测试3次，取3次测得黏度的平均值作为基准组水泥净浆的黏度，记录为η₁；

(i)按表B.4规定称取试验组的水泥、水、减水剂、功能型复合掺合料，并按步骤b)～d)制备出试验组水泥净浆；

(j)重复步骤f)～h)，试验组水泥净浆的黏度记录为η₂。

结果计算与处理

黏度比按式B.1计算：

式中：

V_η——黏度比(％)，精确至1％；

η₁——基准组水泥净浆的黏度，单位为毫帕秒(mPa·s)；

η₂——试验组水泥净浆的黏度，单位为毫帕秒(mPa·s)。

根据黏度比试验结果，选择黏度比较低的矿物掺合料种类及其掺量。

进一步的，步骤S1中，当混凝土的强度等级为C60时，水胶比范围是0.30～0.34；当混凝土的强度等级为C70时，水胶比为0.28～0.32；当混凝土的强度等级为C80时，水胶比为0.26～0.30。

进一步的，步骤S2中，混凝土拌合物性能技术要求包括扩展度、倒置坍落度排空时间、扩展度3h损失、离析率、压力泌水率和含气量。

进一步的，步骤S3中机制砂性能要求包括机制砂石粉含量、石粉亚甲蓝值和《高性能混凝土用骨料》JG/T 568中机制砂的其他技术要求。

进一步的，步骤S5中矿物掺和料种类包括硅灰、粉煤灰和/或矿渣粉。

进一步的，步骤S6中获得3～5组混凝土配合比。

进一步的，步骤S3中，机制砂石粉含量不超过7％，石粉亚甲蓝值不高于4，其他技术指标满足《高性能混凝土用骨料》JG/T 568中机制砂要求。

进一步的，步骤S3中，当混凝土的强度等级为C60且泵送高度为100～300m时，胶凝材料总量为480～540kg/cm³；当混凝土的强度等级为C60且泵送高度大于300m或当混凝土强度等级为C70且泵送高度为100～300m时，胶凝材料总量为500～560kg/cm³；当混凝土的强度等级为C70且泵送高度大于300m或当混凝土强度等级为C80且泵送高度为100～300m时，胶凝材料总量为520～580kg/cm³；当混凝土的强度等级为C80且泵送高度大于300m时，胶凝材料总量为540～600kg/cm³。

进一步的，步骤S3中，当混凝土的强度等级为C60时，矿物掺合料总掺量是胶凝材料总量的25～35％；当混凝土的强度等级为C70或C80时，矿物掺合料总掺量是胶凝材料总量的30～40％。

进一步的，步骤S5中，硅灰的掺量范围是胶凝材料质量的4～8％；粉煤灰的掺量范围是胶凝材料质量的10％以上；矿渣粉的掺量范围是胶凝材料质量的0～10％。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，制备出满足超高泵送的高强机制砂混凝土，机制砂高强混凝土的强度等级涵盖C60～C80，显著降低机制砂高强混凝土拌合物的黏度，提高机制砂高强混凝土拌合物匀质稳定性、和易性，达到超高泵送的目的，采用机制砂高强混凝土替代河砂高强混凝土实现显著的经济效益和环境效益。

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超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例：一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法

包括如下操作步骤：

S1、依据混凝土工程设计的混凝土强度等级，选择水胶比范围如表1：

表1水胶比选择

强度等级	水胶比
		C60	0.30～0.34
C70	0.28～0.32
		C80	0.26～0.30

S2、根据混凝土泵送高度，选择混凝土拌合物性能技术要求如表2：

表2拌合物性能选择

S3、根据混凝土强度等级和泵送高度，选择机制砂性能要求和胶凝材料总量及矿物掺合料总掺量分别如表3、表4：

表3机制砂性能要求

表4胶凝材料总量和矿物掺合料总掺量选择

S4、根据紧密堆积原理对胶凝材料粉体颗粒级配进行优化，选择矿物掺合料种类及其掺量如表5：

S5、通过测试净浆的黏度优化矿物掺合料种类及其掺量，根据S4选择的矿物掺合料种类和掺量范围进行胶凝材料的黏度试验，黏度测试按照《混凝土用功能型复合矿物掺合料》T/CCES 6004中附录B进行黏度比试验方法进行，根据测试的黏度选择黏度较小的胶凝材料组成，确定矿物掺合料种类及其掺量。

S6、优化碎石级配，试配混凝土，调整砂率、减水剂用量，获得多组混凝土配合比：通过调整大小石比例提高碎石堆积密度，调整砂率、减水剂用量实现混凝土拌合物性能要求的多组混凝土配合比方案。

S7、通过综合比较拌合物性能和力学性能，优选出超高泵送机制砂高强混凝土配合比：对比不同混凝土配合比方案的拌合物性能和力学性能，选择满足拌合物性能和力学性能要求、胶凝材料用料较少、碎石用量较多的配合比配制方案。

根据上述技术方案的选择：

实施例1：一种泵送260米的机制砂C60混凝土配合比，原材料为：水泥为P·O52.5，硅灰二氧化硅含量为89％，粉煤灰为I级，矿渣粉为S95级，机制砂石粉含量为4％，石粉亚甲蓝值为3.2，其他技术指标满足《高性能混凝土用骨料》JG/T568中I级机制砂要求，碎石为5-20mm粒径连续级配碎石，高性能聚羧酸减水剂减水率为32％，配合比如下表：

对比例1

原工程用混凝土用原材料与实施例相同，配合比为如下表：

实施例C60和对比例混凝土性能测试结果如下表：

实施例2：一种泵送315米的机制砂C80混凝土配合比，原材料为：水泥为P·O52.5，硅灰二氧化硅含量为92％，粉煤灰为I级粉煤灰和超细粉煤灰，矿渣粉为S95级，机制砂石粉含量为3％，石粉亚甲蓝值为2.7，其他技术指标满足《高性能混凝土用骨料》JG/T 568中特级机制砂要求，碎石为5-20mm粒径连续级配碎石，高性能聚羧酸减水剂减水率为30％，配合比如下表：

对比例2

原工程用混凝土用原材料与实施例相同，配合比为如下表：

实施例C80和对比例混凝土性能测试结果如下表：

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

1.一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

S1、依据混凝土工程设计的混凝土强度等级，确定水胶比；

S2、根据混凝土泵送高度确定混凝土拌合物性能技术要求；

S4、根据紧密堆积原理确定胶凝材料粉体颗粒的级配；

S5、通过测试净浆的黏度确定矿物掺合料种类和掺量；

S6、通过优化碎石级配，试配混凝土，调整砂率、减水剂用量，获得多组混凝土配合比；

2.根据权利要求1所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，当混凝土的强度等级为C60时，水胶比范围是0.30~0.34；当混凝土的强度等级为C70时，水胶比为0.28~0.32；当混凝土的强度等级为C80时，水胶比为0.26~0.30。

3.根据权利要求1所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述混凝土拌合物性能技术要求包括扩展度、倒置坍落度筒排空时间、扩展度3h损失、离析率、压力泌水率和含气量。

4.根据权利要求1所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中机制砂性能要求包括机制砂石粉含量、石粉亚甲蓝值。

5.根据权利要求1所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中矿物掺合料种类包括硅灰、粉煤灰、矿渣粉，粉煤灰为I级或超细粉煤灰，矿渣粉为S95级或S105级。

6.根据权利要求1所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中获得3~5组混凝土配合比。

7.根据权利要求4所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，机制砂石粉含量不超过7%，石粉亚甲蓝值不高于4。

8. 根据权利要求1所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，当混凝土的强度等级为C60且泵送高度为100~300m时，胶凝材料总量为480~540 kg/cm³；当混凝土的强度等级为C60且泵送高度大于300m或当混凝土强度等级为C70且泵送高度为100~300m时，胶凝材料总量为500~560 kg/cm³；当混凝土的强度等级为C70且泵送高度大于300m或当混凝土强度等级为C80且泵送高度为100~300m时，胶凝材料总量为520~580 kg/cm³；当混凝土的强度等级为C80且泵送高度大于300m时，胶凝材料总量为540~600kg/cm³。

9.根据权利要求8所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，当混凝土的强度等级为C60时，矿物掺合料总掺量是胶凝材料总量的25~35%；当混凝土的强度等级为C70或C80时，矿物掺合料总掺量是胶凝材料总量的30~40%。

10.根据权利要求5所述的一种超高泵送机制砂高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述硅灰的掺量范围是胶凝材料质量的4~8%；所述粉煤灰的掺量范围是胶凝材料质量的10%以上；所述矿渣粉的掺量范围是胶凝材料质量的0~10%。