CN115784680B - 一种高强度高流变性能的机制砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高强度高流变性能的机制砂混凝土及其制备方法，属于混凝土制造技术领域。其中机制砂混凝土由以下重量份数的组分组成：水泥17.47～18份、整形机制砂14～15份、河砂14～15份、减水剂0.11～1份、水8～9份、石头44～45份。本发明将山砂母岩进行整形，得到不同粒径的整形机制砂，再经过大量的实验，得到了不同粒径的整形机制砂和河沙的质量占比，在保证混凝土强度和流动性的前提下，最大程度用整形机制砂代替河沙。通过对整形机制砂粒径分布的选择，在用于混凝土时，能够就地取材，综合利用机制砂，采用当地水泥，减少了外购原材料比例，大大降低了生产成本，有利于机制砂混凝土推广应用。

Description

一种高强度高流变性能的机制砂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土制备技术领域，具体涉及一种高强度高流变性能的机制砂混凝土及其制备方法。
背景技术
机制砂又叫人工砂，是经过岩石开采、机械破碎、筛分而成的，公称粒径小于5mm的岩石颗粒粉末，因为其中含有少量泥，现在有许多设备可以对其进行了冲洗。砂是混凝土的主要材料，随着建筑业的发展，砂的用量越来越大，质量要求越来越高，天然砂资源却越来越少，机制砂的利用可以减少天然砂的资源，既环保又经济。普通混凝土主要以水泥、河砂、石头等为原材料，因为河砂为地区性材料，其成本高，导致普通混凝土的原材料价格高。并且有些地区明令禁止对河砂进行开采，这对工程的应用十分不利。因此，根据就地取材的原则，采用当地的机制山砂代替一部分河沙，按照普通混凝土的使用需求生产机制砂，再结合当地的水泥一起制造机制砂混凝土，减少外购原材料比例，可降低混凝土的原材料成本。
采用机制砂制备混凝土时，需要解决机制砂自身缺陷带来的不利影响。机制砂主要采用石灰岩加工，使得机制砂的坚固性较差，且机制砂内部更容易形成裂隙，降低了普通混凝土的强度，对混凝土的强度提升有限，而且机制砂的掺入量也要控制在30％以下。机制砂相比河砂颗粒棱角更多，表面比河砂更粗糙，采用机制砂加工混凝土，对混凝土的流动性有较大影响。
综上所述，目前采用机制砂制备混凝土时，存在强度不够和流变性不佳的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度高流变性能的机制砂混凝土及其制备方法，可以解决现有技术中采用机制砂制备混凝土存在强度不够和流变性不佳的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种高强度高流变性能的机制砂混凝土，由以下重量份数的组分组成：水泥17.47～18份、整形机制砂14～15份、河砂14～15 份、减水剂0.11～1份、水8～9份、石头44～45份；
所述整形机制砂包括如下组份：
粒径为2.36mm～4.75mm的机制砂颗粒的重量占比为0.24％；
粒径为1.18mm～2.36mm的机制砂颗粒的重量占比为20.22％；
粒径为0.6mm～1.18mm的机制砂颗粒的重量占比18.41％；
粒径为0.075mm～0.6mm的机制砂颗粒的重量占比55.35％；
粒径小于0.075mm的机制砂颗粒重量占比5.78％。
进一步的，所述整形机制砂采用抗压强度为135MPa、比表面积为1083.5m2/kg的山砂母岩作为原料。
进一步的，所述整形机制砂的重量与所述河砂的重量比为1:1。
进一步的，所述水泥为硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，强度等级在52.5 以上。
进一步的，所述减水剂为减水率32％以上的聚羧酸减水剂；所述减水剂的含固量在35％以上。
第二方面，本发明提供一种高强度高流变性能的机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
按照上述整形机制砂的组份及重量占比准备机制砂原料；
按照上述机制砂混凝土的组份及重量份准备混凝土原料；
按照以下顺序将混凝土原料投入搅拌机：先将整形机制砂、河沙、水泥和石头干拌120秒，再将水与减水剂的混合液投入搅拌机，搅拌180秒以上，直至搅拌机中的混合物成混凝土状态。
进一步的，所述搅拌机采用立轴行星式搅拌机。
第三方面，本发明提供一种建筑材料，用于建筑领域，包括上述高强度高流变性能的机制砂混凝土。
本发明的高强度高流变性能的机制砂混凝土及其制备方法，将山砂母岩进行整形，得到不同粒径的整形机制砂，再经过大量的实验，得到了不同粒径的整形机制砂和河沙的质量占比，在保证混凝土强度和流动性的前提下，最大程度用整形机制砂代替河沙，能够大幅度提高整形山砂在胶凝材料中的比例，且对机制砂混凝土的性能有积极影响。本发明的机制砂混凝土，通过对整形机制砂粒径分布的选择，在用于混凝土时，能够就地取材，综合利用机制砂，采用当地水泥，减少了外购原材料比例，大大降低了生产成本，有利于机制砂混凝土推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例一至实施例三中的整形山砂的粒度分布图：
图2是本发明中整形山砂对比普通河砂的粒度分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一
本实施例的高强度高流变性能的机制砂混凝土，由以下组份组成，水泥 17.47kg、整形机制砂14.79kg、河砂14.79kg、减水剂0.11kg、水8.54kg、石头45kg。
上述整形机制砂包括如下组份：
粒径为2.36mm～4.75mm的机制砂颗粒的重量占比为0.24％；
粒径为1.18mm～2.36mm的机制砂颗粒的重量占比为20.22％；
粒径为0.6mm～1.18mm的机制砂颗粒的重量占比18.41％；
粒径为0.075mm～0.6mm的机制砂颗粒的重量占比55.35％；
粒径小于0.075mm的机制砂颗粒重量占比5.78％。
进一步的，整形机制砂采用抗压强度为135MPa、比表面积为1083.5m2/kg 的山砂母岩作为原料，采用干法制砂，采用立轴冲击式破碎制砂设备和可调式空气负压筛分设备得到不同粒径的整形机制砂。
上述机制砂混凝土中，水泥为硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，强度等级在52.5以上。
减水剂为减水率32％以上的聚羧酸减水剂；减水剂的含固量在35％以上。
水采用自来水。
上述机制砂混凝土制备方法包括以下步骤：
按照上述整形机制砂的组份及重量占比准备机制砂原料；
按照上述机制砂混凝土的组份及重量份准备混凝土原料；
按照以下顺序将混凝土原料投入搅拌机：先将整形机制砂、河沙、水泥和石头干拌120秒，再将水与减水剂的混合液投入搅拌机，搅拌180秒以上，直至搅拌机中的混合物成混凝土状态。
本申请采用立轴行星式搅拌机搅拌。
经过整形后的机制砂能够减少机制砂颗粒之间的摩擦，改善混凝土拌合物的和易性。本实施例中，整形机制砂的重量与河砂的重量为1:1，即整形机制砂占整个含砂量的50％。在发明人采用整形机制砂对混凝土进行优化时，发现随着整形机制砂含量上升，虽然流动性有所改善，但是当整形机制砂掺量超过真个含砂量的50％以后，抗压强度出现明显降低。当整形机制砂在含砂量的占比为 50％时，抗压强度为43.36MPa，然而当整形机制砂在整个混凝土含砂量的占比从50％增加到60％时，抗压强度降低至37.5MPa。
研究发现，这主要是因为石粉在机制砂混凝土中主要起填充作用，而现行规范对石粉的规定是“0.075mm以下的颗粒”，其颗粒大小介于水泥与机制砂之间。机制砂中本身已含有5.78％的0.075mm以下的石粉颗粒，已能提供较好的填充效应，但是添加的整形机制砂细度不够，不能有效填充更小的空隙，因此在掺量超过一个定值(50％)时混凝土强度即开始降低。
进一步的研究发现，当使用的整形机制砂取代胶凝材料的比例在50％以内时，对机制砂混凝土性能有积极影响，抗压强度随着掺的能够达到43.36MPa。而磨细整形机制砂的比例超过50％时，抗压强度最低仅为37.5MPa。
其中有两方面原因，首先，整形机制砂经过磨细，达到与水泥颗粒细度相当甚至更细后，可填充混凝土内部直径更小的微空隙，其替代量可以进一步增加；当整形机制砂替代了部分参与反应的胶凝材料后，机制砂的吸水率影响越严重。随着掺量增加，强度即开始迅速降低。
本实施例的上述机制砂混凝土的组份，是经过发明人不断的验证才得出的上述配比数值。为了验证本实施例的机制砂混凝土的强度和流动性，取根据上述方法制备而成的机制砂混凝土进行实验，28天抗压强度为43.36MPa，扭矩最大为4.08N·m。从抗压强度数值和扭矩数值可以看出，经本实施例的方法制造的机制砂混凝土，其抗压强度可达到C40等级。扭矩数据也很好地验证了本发明的机制砂混凝土的高流变性。
实施例二
本实施例的高强度高流变性能的机制砂混凝土，由以下组份组成，水泥18kg、整形机制砂15kg、河砂15kg、减水剂1kg、水8kg、石头44.3kg。
本实施例的整形机制砂的组份、制备方法与实施例一相同，本实施例的机制砂混凝土的制备方法同实施例一相同，在此不赘述。
同样，为了验证本实施例的机制砂混凝土的强度和流动性，取根据本实施例的机制砂混凝土组份及制备方法制备而成的机制砂混凝土，经检测，28天抗压强度为41.23MPa，扭矩最大为3.98N·m。具有良好的抗压强度和流变性能。
实施例三
本实施例的高强度高流变性能的机制砂混凝土，由以下组份组成，水泥18kg、整形机制砂14kg、河砂14kg、减水剂1kg、水9kg、石头44kg。
本实施例的整形机制砂的组份、制备方法与实施例一相同，本实施例的机制砂混凝土的制备方法同实施例一相同，在此不赘述。
同样，为了验证本实施例的机制砂混凝土的强度和流动性，取根据本实施例的机制砂混凝土组份及制备方法制备而成的机制砂混凝土，经检测，28天抗压强度为42.95Mpa，扭矩最大为3.99N·m。具有良好的抗压强度和流变性能。
将上述实施例一至实施例三的机制砂混凝土组份及实验数据整理如下表格所示：
实施例一 实施例二 实施例三
水泥(kg) 17.47 18 18
整形机制砂(kg) 14.79 15 14
河砂(kg) 14.79 15 14
减水剂(kg) 0.11 1 1
水(kg) 8.54 8 9
石头(kg) 45 44.3 44
抗压强度(MPa) 43.36 41.23 42.95
扭矩(N·m) 4.08 3.98 3.99
表1
从上表可以看出，本发明将抗压强度为135MPa、比表面积为1083.5m2/kg 的山砂母岩进行破碎筛选，得到整形后的机制砂，作为混凝土的原料之一，代替一部分成本高的河砂，同样可以达到较高的抗压强度和流变性。在保证混凝土强度和流动性的前提下，降低了混凝土的原材料成本。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度高流变性能的机制砂混凝土，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：水泥17.47～18份、整形机制砂14～15份、河砂14～15份、减水剂0.11～1份、水8～9份、石头44～45份；
所述整形机制砂包括如下组份：
粒径为2.36mm～4.75mm的机制砂颗粒的重量占比为0.24％；
粒径为1.18mm～2.36mm的机制砂颗粒的重量占比为20.22％；
粒径为0.6mm～1.18mm的机制砂颗粒的重量占比18.41％；
粒径为0.075mm～0.6mm的机制砂颗粒的重量占比55.35％；
粒径小于0.075mm的机制砂颗粒重量占比5.78％；
所述整形机制砂的重量与所述河砂的重量比为1:1。
2.根据权利要求1所述的高强度高流变性能的机制砂混凝土，其特征在于，所述整形机制砂采用抗压强度为135MPa、比表面积为1083.5m2/kg的山砂母岩作为原料。
3.根据权利要求1所述的高强度高流变性能的机制砂混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，强度等级在52.5以上。
4.根据权利要求1所述的高强度高流变性能的机制砂混凝土，其特征在于，所述减水剂为减水率32％以上的聚羧酸减水剂；所述减水剂的含固量在35％以上。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的高强度高流变性能的机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照整形机制砂的组份及重量占比准备机制砂原料；
按照机制砂混凝土的组份及重量份准备混凝土原料；
按照以下顺序将混凝土原料投入搅拌机：先将整形机制砂、河沙、水泥和石头干拌120秒，再将水与减水剂的混合液投入搅拌机，搅拌180秒以上，直至搅拌机中的混合物成混凝土状态。
6.根据权利要求5所述的高强度高流变性能的机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，所述搅拌机采用立轴行星式搅拌机。
7.一种建筑材料，用于建筑领域，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的高强度高流变性能的机制砂混凝土。
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