CN115010416B - 一种超长距离泵送机制砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超长距离泵送机制砂混凝土及其制备方法，所述超长距离泵送机制砂混凝土由以下重量份数的原料制成：水泥330‑350份、掺合料90‑110份、细骨料700‑750份、粗骨料950‑1050份、水170‑190份、减水剂7‑9份。将水泥和掺和料混合均匀，加入细骨料和粗骨料，搅拌混合均匀，得到拌合料；将减水剂加入水中混合均匀后加入到拌合料中，搅拌均匀，得到所述超长距离泵送机制砂混凝土。本发明的超长距离泵送机制砂混凝土和易性好，具有较好的可泵性，最高可满足800‑1200m超长距离混凝土泵送施工要求。

Description

一种超长距离泵送机制砂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料科学领域，特别涉及一种超长距离泵送机制砂混凝土及其制备方法。
背景技术
泵送混凝土是指可以通过泵压作用沿输送管道强制流动到目的地并进行浇筑的混凝土，具备施工速度快、施工方便、劳动力少的特点。泵送混凝土尤其适合于大体积混凝土和高层建筑混凝土的运输和浇筑。泵送混凝土一般由水泥、骨料、拌合水、外加剂和粉煤灰组成，其中骨料又分为粗骨料和细骨料，粗骨料一般为碎石和卵石，细骨料一般为天然砂或机制砂。
随着我国工程建设行业的飞速发展和人们环保意识的日益增强，天然砂已经无法满足工程建设的需求，采用机制砂配置超长距离泵送混凝土成为一种发展趋势。但机制砂由于其机械破碎后呈现出的不规则、流动性较天然砂差等特性，用于超长距离泵送中，常常在向下泵送过程中在外力和重力作用下，更易产生离析泌水等现象。
因此亟待研发一种和易性好、具有自密实、高抗离析性的高性能混凝土解决机制砂配置混凝土远距离泵送的技术难题。
发明内容
基于背景技术存在的问题，本发明提供了一种超长距离的泵送机制砂混凝土及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实施：
一种超长距离泵送机制砂混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥330-350份、掺合料90-110份、细骨料700-750份、粗骨料950-1050份、水170-190份、减水剂7-9份。
进一步地，所述超长距离泵送机制砂混凝土，由以下重量份数的原料制成：水泥342份、掺合料97份、细骨料728份、粗骨料1004份、水180份、减水剂7.9份。
进一步地，所述掺合料为粉煤灰，优选的为优质II级粉煤灰，优质II级粉煤灰与水泥颗粒在微观上可以形成级配体系，并且球形玻璃体含量高，减水效应显著。
进一步地，所述细骨料为河沙和机制砂混合料，河砂和机制砂质量比为1：1；河沙的细度模数为1.8-2.2，吸水率小于等于0.3％；机制砂的细度模数为2.3-2.7，采用连续级配，其中粒径在0.315mm以下的机制砂所占的比例大于等于15％，优选的粒径在0.315mm以下的机制砂所占的比例大于20％。
进一步地，所述粗骨料为为碎石和卵石中的一种或两种，所述碎石和/或卵石采用连续级配，粒径范围为5-25mm。
进一步地，所述粗骨料还包括瓜米石，瓜米石的粒径范围为5-16mm。
进一步地，减水剂不仅对降低混凝土的水化热有利，减少混凝土坍落度的损失，还能改善混凝土的粘塑性和保水性，对泵送也是有利的。
一种超长距离泵送机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水泥和掺和料加入搅拌机中混合均匀，加入细骨料和粗骨料，搅拌混合均匀，得到拌合料；
S2、将减水剂加入水中混合均匀后加入到搅拌机中的拌合料中，搅拌均匀，得到所述超长距离泵送机制砂混凝土
进一步地，所述搅拌机包括搅拌机构和检测机构。
进一步地，所述检测机构包括：
图像采集模块，用于采集搅拌混凝土的图像；
计算模块，用于对采集到的混凝土图像进行灰度化计算处理；
控制模块，用于对计算模块所得的计算结果进行阈值比较，判断混凝土搅拌是否均匀，控制搅拌机构是否运行。
进一步地，所述检测机构执行如下操作：
S201、图像采集模块采用数字显微镜及其搭配的D3K-MS测量软件设备按固定时间间隔采集搅拌混凝土的图像；
S202、计算模块利用加权法对采集到的混凝土图像进行灰度化计算处理，得到第一灰度化图像；
S203、计算模块对混凝土第一灰度化图像进行降采样，设置降采样系数为p，在所述第一灰度化图像上横向和纵向两个方向每隔p个像素点取一个像素点重新组成第二灰度图像；
S204、计算模块对所述第二灰度图像的亮度均值v进行计算：
Figure BDA0003695780660000031
其中i表示所述混凝土第二灰度图像灰度等级，L为混凝土第二灰度图像所含灰度级个数，Ti为混凝土第二灰度图像中灰度级为i所含像素点的数量；
S205、计算模块对所述第二灰度图像的灰度值方差σ进行计算：
Figure BDA0003695780660000032
计算所得第二灰度图像的灰度值方差传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的灰度值方差与预先设定灰度值方差阈值R进行比较，若大于灰度值方差阈值R时判定为混合不均匀，控制模块给搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于灰度值方差阈值R时，控制模块给计算模块发出搅拌均匀信号，执行下一步；
S206、计算模块接收到控制模块信号，对所述第二灰度图像的灰度值峰态γ进行计算：
Figure BDA0003695780660000033
计算所得第二灰度图像的灰度值峰态传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的灰度值峰态与预先设定灰度值峰态阈值K进行比较，若大于灰度值峰态阈值K时判定为混合不均匀，控制模块向搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于灰度值峰态阈值K时，控制模块向计算模块发出搅拌均匀信号，执行下一步；
S207、计算模块接收到控制模块信号，对所述第二灰度图像的像素变异系数ψ进行计算：
Figure BDA0003695780660000041
计算所得第二灰度图像的像素变异系数传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的像素变异系数与预先设定像素变异系数阈值W进行比较，若大于像素变异系数阈值W时判定为混合不均匀，给搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于像素变异系数阈值W时，最终判定为混合均匀，给搅拌机构发出停止搅拌信号。
本发明的有益效果：
本发明的超长距离泵送机制砂混凝土和易性好，具有较好的可泵性，最高可满足800-1200m超长距离混凝土泵送施工要求。
本发明中添加的瓜米石可以更好的减少混凝土的孔隙率，提高密实度，改善混凝土和易性，提高可泵性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详述，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。
本发明实施例和对比例所用的原料如下：
水泥为海螺P.II42.5R水泥、台泥P.I I42.5R水泥、华润P.II42.5R水泥，粉煤灰为优质II级粉煤灰，
河砂为西江河砂，
机制砂为封开机制砂，
碎石为博罗碎石，
卵石为湖南卵石，
瓜米石为博罗碎石，
减水剂为A1聚羧酸高性能减水剂、A2缓凝型高效性减水剂、A3聚羧酸减水剂。
本发明实施例以及对比例制备超长距离泵送机制砂混凝土的原料用量配比如表1、2所示，其中，加入的量均以重量份数计。
表1实施例制备超长距离泵送机制砂混凝土的原料用量配比
Figure BDA0003695780660000051
表2对比例制备超长距离泵送机制砂混凝土的原料用量配比
Figure BDA0003695780660000052
Figure BDA0003695780660000061
一种超长距离泵送机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水泥和掺和料加入搅拌机中混合均匀，加入细骨料和粗骨料，搅拌混合均匀，得到拌合料；
S2、将减水剂加入水中混合均匀后加入到搅拌机中的拌合料中，搅拌均匀，得到所述超长距离泵送机制砂混凝土。
试验例
根据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》分别测试混凝土的坍落度、离析率、初凝时间和终凝时间；
根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护28天的抗压强度；
根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中逐级加压法测试混凝土的抗渗等级；
具体试验结果见表3。
表3实施例和对比例中各混凝土的性能测试结果
Figure BDA0003695780660000062
Figure BDA0003695780660000071
通过表3数据可以看出，实施例1中本发明的超长距离泵送机制砂混凝土各项性能指标优良，具备较好的和易性，可满足超长距离泵送要求，同时本发明超长距离泵送机制砂混凝土可以达到C35P8等级。
实施例2和实施例3中分别选用台泥P.II42.5R水泥和华润P.II42.5R水泥，这两种水泥细度在6-7％，高于实施例1中选用海螺P.II42.5R水泥的3％，并且标准稠度用水量也高于海螺P.II42.5R水泥，28d抗压强度也低于海螺P.II42.5R水泥。从实施例2和3的实验数据可以看出，由台泥P.II42.5R水泥和华润P.II42.5R水泥制备的泵送机制砂混凝土，坍落度升高，离析率变大，泵送时容易堵塞，且混凝土的8d抗压强度也有所下降；
实施例4选用减水剂A2缓凝型高效性减水剂，坍落度降低，流动性变差，增加泵送阻力，影响泵送效率；
实施例5中选用减水剂A3聚羧酸减水剂，离析率变大，混凝土有气泡、易泌水，泵送时容易堵塞；
实施例6中粗骨料选用卵石，各项性能与实施例相差不大；
对比例1中全部使用机制砂，坍落度降低，流动性变差，增加泵送阻力；
对比例2中全部使用河砂，各项性能与实施例1相差不大，但我国河砂资源短缺，成本较高；
对比例3中粗骨料未添加瓜米石，混凝土的孔隙率大，坍落度升高，离析率变大，泵送时容易导致阻塞，同时混凝土的28d抗压强度也有所下降；
对比例4中减少水泥用量，坍落度降低，流动性变差，增加泵送阻力，同时离析率变大，泵送时容易导致阻塞；
对比例5中增加水泥用量，坍落度降低，流动性变差，增加泵送阻力；
对比例6中减少细骨料用量，降低砂率至38.9％，混凝土的孔隙率大，坍落度升高，离析率变大，泵送时容易导致阻塞，同时混凝土的28d抗压强度也有所下降；
对比例7中增加粗骨料用量，降低砂率至39.8％，混凝土的孔隙率大，坍落度升高，离析率变大，泵送时容易导致阻塞，同时混凝土的28d抗压强度也有所下降；
对比例8中增加细骨料用量，提高砂率至47.3，混合料的总表面积及空隙率都增大，需较多水泥浆填充和包裹，在水泥浆不变的情况下，混凝土的流动性减小，不适合泵送。
在一个实施例中，所述搅拌机包括搅拌机构和检测机构。
所述检测机构包括：
图像采集模块，用于采集搅拌混凝土的图像；
计算模块，用于对采集到的混凝土图像进行灰度化计算处理；
控制模块，用于对计算模块所得的计算结果进行阈值比较，判断混凝土搅拌是否均匀，控制搅拌机构是否运行。
所述检测机构执行如下操作：
S201、图像采集模块采用数字显微镜及其搭配的D3K-MS测量软件设备按固定时间间隔采集搅拌混凝土的图像；
S202、计算模块利用加权法对采集到的混凝土图像进行灰度化计算处理：
设A(x，y)为混凝土图像对应像素点红色的分量，B(x，y)为混凝土图像对应像素点绿色的分量，C(x，y)为混凝土图像对应像素点蓝色的分量，w1、w2、w3分别为A(x，y)、B(x，y)、C(x，y)三个分量的加权值，s(x，y)为混凝土对应像素点灰度等级，则：
Figure BDA0003695780660000091
根据识别颜色难易规律，设定加权值w2>加权值w1>加权值w3，取w1＝0.299，w2＝0.587，w3＝0.114，则
s(x，y)＝0.299A(x，y)+0.587B(x，y)+0.114C(x，y)
得到混凝土第一灰度化图像；
S203、计算模块对所述混凝土第一灰度化图像进行降采样，设置降采样系数为p，在所述混凝土第一灰度化图像横向和纵向两个方向上，每隔p个像素点取一个像素点重新组成混凝土第二灰度图像；
S204、计算模块对所述混凝土第二灰度图像的亮度均值v进行计算：
Figure BDA0003695780660000092
其中i表示所述混凝土第二灰度图像灰度等级，L为混凝土第二灰度图像所含灰度级个数，Ti为混凝土第二灰度图像中灰度级为i所含像素点的数量；
S205、计算模块对所述混凝土第二灰度图像的灰度值方差σ进行计算：
Figure BDA0003695780660000093
计算所得第二灰度图像的灰度值方差传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的灰度值方差与预先设定灰度值方差阈值R进行比较，若大于灰度值方差阈值R时判定为混合不均匀，控制模块给搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于灰度值方差阈值R时，控制模块给计算模块发出搅拌均匀信号，执行下一步；
S206、计算模块接收到控制模块信号，对所述混凝土第二灰度图像的灰度值峰态γ进行计算：
Figure BDA0003695780660000101
计算所得第二灰度图像的灰度值峰态传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的灰度值峰态与预先设定灰度值峰态阈值K进行比较，若大于灰度值峰态阈值K时判定为混合不均匀，控制模块向搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于灰度值峰态阈值K时，控制模块向计算模块发出搅拌均匀信号，执行下一步；
S207、计算模块接收到控制模块信号，对所述混凝土第二灰度图像的像素变异系数ψ进行计算：
Figure BDA0003695780660000102
计算所得第二灰度图像的像素变异系数传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的像素变异系数与预先设定像素变异系数阈值W进行比较，若大于像素变异系数阈值W时判定为混合不均匀，给搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于像素变异系数阈值W时，最终判定为混合均匀，给搅拌机构发出停止搅拌信号。
以实施例1泵送机制砂混凝土的制备方法为基础，试验分析了本发明中包含搅拌机构和检测机构的搅拌机对混凝土性能的影响，检测结果见表4：
表4本申请中搅拌机和普通搅拌机对混凝土性能影响测试结果
Figure BDA0003695780660000103
Figure BDA0003695780660000111
上述发明有益效果：本发明中搅拌机用基于图像技术的检测机构对混凝土均匀度实现在线检测，通过图像采集模块采集搅拌机中混凝土图像，然后通过计算模块和控制模块判断搅拌机中混凝土搅拌是否均匀，判断混凝土搅拌不均匀，则控制模块发送继续搅拌信号给搅拌机构，判断混凝土搅拌均匀，控制模块发送停止搅拌信号给搅拌机构，通过实验可以看出，使用本发明中搅拌机可以智能控制搅拌时间，避免搅拌时间过短搅拌不均匀得到的混凝土性能不达标，或搅拌时间过长资源浪费，提高生产效率。
最后应说明的是：以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，并不用以限制本发明创造，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种超长距离泵送机制砂混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：水泥330-350份、掺合料90-110份、细骨料700-750份、粗骨料950-1050份、水170-190份、减水剂7-9份；
所述水泥为海螺P.II42.5R水泥；
所述掺合料为粉煤灰；
所述细骨料为河砂和机制砂混合料，河砂和机制砂质量比为1：1；
所述细骨料中河沙的细度模数为1.8-2.2，吸水率小于等于0.3%；机制砂的细度模数为2.3-2.7，采用连续级配，其中粒径在0.315mm以下的机制砂所占的比例大于等于15%；
所述粗骨料为碎石或卵石中的一种或两种，和瓜米石；
所述粗骨料中碎石和/或卵石采用连续级配，粒径范围为5-25mm；瓜米石的粒径范围为5-16mm。
2.根据权利要求1所述一种超长距离泵送机制砂混凝土，其特征在于，所述超长距离泵送机制砂混凝土由以下重量份数的原料制成：水泥342份、掺合料97份、细骨料728份、粗骨料1004份、水180份、减水剂7.9份。
3.根据权利要求1所述一种超长距离泵送机制砂混凝土，其特征在于，所述粉煤灰优选为优质II级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述一种超长距离泵送机制砂混凝土，其特征在于，所述机制砂中粒径在0.315mm以下的机制砂所占的比例优选大于20%。
5.如权利要求1-4中任一项所述的超长距离泵送机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水泥和掺和料加入搅拌机中混合均匀，加入细骨料和粗骨料，搅拌混合均匀，得到拌合料；
S2、将减水剂加入水中混合均匀后加入到搅拌机中的拌合料中，搅拌均匀，得到所述超长距离泵送机制砂混凝土。
6.根据权利要求5所述一种超长距离泵送机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，所述搅拌机包括：搅拌机构和检测机构。
7.根据权利要求6所述一种超长距离泵送机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，所述检测机构包括：
图像采集模块，用于采集搅拌混凝土的图像；
计算模块，用于对采集到的混凝土图像进行灰度化计算处理；
控制模块，用于对计算模块所得的计算结果进行阈值比较，判断混凝土搅拌是否均匀，控制搅拌机构是否运行。
8.根据权利要求6所述一种超长距离泵送机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，所述检测机构执行如下操作：
S201、图像采集模块采用数字显微镜及其搭配的D3K-MS测量软件设备按固定时间间隔采集搅拌混凝土的图像；
S202、计算模块利用加权法对采集到的混凝土图像进行灰度化计算处理，得到第一灰度化图像；
S203、计算模块对混凝土第一灰度化图像进行降采样，设置降采样系数为p，在所述第一灰度化图像上横向和纵向两个方向每隔p个像素点取一个像素点重新组成第二灰度图像；
S204、计算模块对所述第二灰度图像的亮度均值进行计算：
；
其中表示所述混凝土第二灰度图像灰度等级，L为混凝土第二灰度图像所含灰度级个数，为混凝土第二灰度图像中灰度级为所含像素点的数量；
S205、计算模块对所述第二灰度图像的灰度值方差进行计算：
；
计算所得第二灰度图像的灰度值方差传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的灰度值方差与预先设定灰度值方差阈值R进行比较，若大于灰度值方差阈值R时判定为混合不均匀，控制模块给搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于灰度值方差阈值R时，控制模块给计算模块发出搅拌均匀信号，执行下一步；
S206、计算模块接收到控制模块信号，对所述第二灰度图像的灰度值峰态进行计算：
；
计算所得第二灰度图像的灰度值峰态传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的灰度值峰态与预先设定灰度值峰态阈值K进行比较，若大于灰度值峰态阈值K时判定为混合不均匀，控制模块向搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于灰度值峰态阈值K时，控制模块向计算模块发出搅拌均匀信号，执行下一步；
S207、计算模块接收到控制模块信号，对所述第二灰度图像的像素变异系数进行计算：
；
计算所得第二灰度图像的像素变异系数传输给控制模块，控制模块将第二灰度图像的像素变异系数与预先设定像素变异系数阈值W进行比较，若大于像素变异系数阈值W时判定为混合不均匀，给搅拌机构发出继续搅拌信号，继续进行搅拌，若小于或等于像素变异系数阈值W时，最终判定为混合均匀，给搅拌机构发出停止搅拌信号。
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