CN115849813A - 一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土及其制备方法。本发明中的骨料全用风积沙的建筑用混凝土，由包含以下质量份数的原料制备而成：水泥400～600份、风积沙1000～1300份、水270～320份、矿物掺合料100～350份、减水剂10～30份、分散剂12.5～22.5份、纤维0.9～2.8份。本发明制备的全风积沙混凝土解决了天然河砂、石子匮乏地区制作混凝土的技术问题；利用粉煤灰和矿粉的玻璃微珠效应和火山灰效应提升了混凝土拌合物的流动性和混凝土后期的抗压强度；利用分散剂对纤维进行充分离散，解决了纤维直接掺入混凝土中造成的结团、絮凝现象。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土及其制备方法。
背景技术
2022年联合国环境规划署(UNEP)数据显示，全球的砂石消耗量每年高达500亿吨，比过去的20年中增加了两倍，砂子已经成为世界上仅次于水的第二大消耗量资源。在河砂短缺的今天，占地球上陆地表面积20％的风积沙还没有在城市的建设中派上用场。
风积沙是一种由风力侵蚀、搬运、沉积下来的沙，其表面光滑，粒径极小，为天然不良级配，多见于沙漠戈壁地区。1985年黄河北岸的孟州地区就利用当地风积沙充当细骨料代替普通河砂进行混凝土条形基础的施工，长安大学和西安公路研究所关于毛乌素沙漠风积沙性能的研究成果，被成功地运用到了榆靖高速公路上。但是由于风积沙颗粒过细，细颗粒会增加比表面积，致使配制混凝土时，需水量和水泥用量很高，因此会降低混凝土的和易性能、增加水化热和引起干缩效应，目前研究大多都局限于用风积沙替代河砂这种层面。
因此如何合理的减小全风积沙混凝土早期自收缩，减小混凝土裂缝，配制满足工作性能和力学性能要求的建筑用混凝土值得进一步加深研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土及其制备方法，解决现有技术中骨料全用风积沙材料导致混凝土干缩效应增加的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土，由包含以下质量份数的原料制备而成：
水泥400～600份、风积沙1000～1300份、水270～320份、矿物掺合料100～350份、减水剂10～30份、分散剂12.5～22.5份、纤维0.9～2.8份。
优选的，在上述一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土中，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
优选的，在上述一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土中，所述矿物掺合料为粉煤灰、矿粉中的一种或两种，当所述矿物掺合料由粉煤灰与矿粉两种组成时，所述粉煤灰占矿物掺合料的33.3～66.7wt％，所述矿粉占矿物掺合料的33.3～66.7wt％。
优选的，在上述一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土中，所述粉煤灰的等级为二级或以上级别，所述粉煤灰的烧失量≤8％，所述粉煤灰的含水量≤1％，所述粉煤灰中三氧化硫的含量≤3％，所述粉煤灰通过0.045mm方孔筛筛余量≤25％。
优选的，在上述一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土中，所述矿粉为S95级矿粉，所述矿粉中无机物的含量>30％，所述矿粉的烧失量≤1％，所述矿粉的含水量≤1％，所述矿粉中三氧化硫含量≤4％。
优选的，在上述一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土中，所述减水剂为高性能聚羧酸减水剂，所述减水剂的减水率>30％。
优选的，在上述一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土中，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐溶液，所述聚丙烯酸铵盐溶液的浓度为25～40wt％。
优选的，在上述一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土中，所述纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维或碳纤维，所述纤维的长度为5～20mm。
本发明还提供了一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土的制备方法，包括以下步骤：将风积沙、水泥、矿物掺合料混合形成混合物；减水剂和分散剂加入水中形成混合液，将纤维加入混合液中，再将混合液加入到混合物中，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明制备的骨料全用风积沙的建筑用混凝土工作性能和力学性能良好，解决了部分天然河砂、石子匮乏地区制作混凝土的技术问题；本发明中骨料只用风积沙，方便施工的同时又降低材料成本，发挥了矿物掺合料的填充效应，解决了普通混凝土级配复杂的问题；利用粉煤灰的玻璃微珠效应和矿粉的火山灰效应提升了混凝土拌合物的流动性和混凝土后期的抗压强度；利用分散剂对纤维进行充分离散，解决了纤维直接掺入混凝土中造成的结团、絮凝现象；利用纤维骨架连接作用降低了混凝土因自收缩产生的早期裂缝。具体试验结果如下：
(1)全风积沙混凝土拌合物坍落度值可达到7.2～16.5cm，比相同水胶比下的普通混凝土提高了4.2倍。
(2)拆模后，全风积沙混凝土试块在标准养护条件下3天、7天、28天、60天，抗压强度分别可达到16.52～19.81MPa、22.04～23.49MPa、26.75～40.26MPa、41.08～50.52MPa；28天劈裂抗拉强度可达到2.35～4.06MPa。
(3)相同养护条件下，全风积沙混凝土试块28天、60天抗压强度比相同水胶比下的普通混凝土的强度分别提高了2.2倍、2.1倍。
(4)相同养护条件下，全风积沙混凝土试块比不掺纤维全风积沙混凝土试块28天劈裂抗拉强度提高了1.1倍。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为实施例3中骨料全用风积沙的建筑用混凝土的结构示意图；其中，①为风积沙颗粒，②为纤维，③为由水泥、粉煤灰、矿粉组成的复合胶凝材料。
具体实施方式
本发明提供了一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土，由包含以下质量份数的原料制备而成：
水泥400～600份、风积沙1000～1300份、水270～320份、矿物掺合料100～350份、减水剂10～30份、分散剂12.5～22.5份、纤维0.9～2.8份。
在本发明中，所述水泥的质量份数优选为400～600份，进一步优选为400、420、440、450、460、480、500、520、540、550、560、580或600份，更优选为480、500或520份。
在本发明中，所述风积沙的质量份数优选为1000～1300份，进一步优选为1000、1040、1050、1100、1120、1150、1170、1200、1230、1250、1270或1300份，更优选为1150、1170或1200份。
在本发明中，所述水的质量份数优选为270～320份，进一步优选为270、275、280、285、290、295、300、305、310、315或320份，更优选为295、300或305份。
在本发明中，所述矿物掺合料的质量份数优选为100～350份，进一步优选为100、120、140、150、160、180、200、220、250、260、280、300、320或350份，更优选为220、250或260份。
在本发明中，所述减水剂的质量份数优选为10～30份，进一步优选为10、12、14、15、16、18、20、22、25、28或30份，更优选为18、20或22份。
在本发明中，所述分散剂的质量份数优选为12.5～22.5份，进一步优选为12.5、14、14.5、15、16.5、17、18.5、19、20、21.5或22.5份，更优选为15、16.5或17份。
在本发明中，所述纤维的质量份数优选为0.9～2.8份，进一步优选为0.9、1.2、1.5、1.7、1.9、2、2.1、2.3、2.4、2.7或2.8份，更优选为1.9、2或2.1份。
在本发明中，所述水泥优选为普通硅酸盐水泥，所述水泥的强度等级为42.5。
在本发明中，所述风积沙的含泥量优选为<1％，进一步优选为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9％，更优选为0.2或0.3％。
在本发明中，所述风积沙的粒径优选为≤0.15mm，所述风积沙的粒径为0.075～0.15mm的含量优选为≥90wt％，进一步优选为90、91、92、93、94、95、96、97、98、99或100wt％，更优选为95wt％。
在本发明中，所述矿物掺合料优选为粉煤灰、矿粉中的一种或两种，进一步优选为粉煤灰或粉煤灰与矿粉的混合物，更优选为粉煤灰与矿粉的混合物；当所述矿物掺合料由粉煤灰与矿粉两种组成时，所述粉煤灰优选为矿物掺合料的33.3～66.7wt％，进一步优选为33.3、40、44.5、47.6、50、53.8、55、58.5、60、64或66.7wt％，更优选为50wt％；所述矿粉优选为矿物掺合料的33.3～66.7wt％，进一步优选为33.3、36、40、41.5、45、46.2、50、62.4、65.5、60或66.7wt％，更优选为50wt％。
在本发明中，所述粉煤灰的等级为二级或以上级别，更优选为二级。
在本发明中，所述粉煤灰的烧失量优选为≤8％，进一步优选为1、2、3、4、5、6、7、8％，更优选为1或2％。
在本发明中，所述粉煤灰的含水量优选为≤1％，进一步优选为0.1、0.2、0.5、0.7、0.8、0.9或1％，更优选为0.1或0.2％。
在本发明中，所述粉煤灰中三氧化硫的含量优选为≤3％，进一步优选为0.2、0.5、0.8、1、1.3、1.5、1.8、2、2.5、2.8或3％，更优选为0.2或0.5％。
在本发明中，所述粉煤灰通过0.045mm方孔筛筛余量优选为≤25％，进一步优选为0.5、3、5、8、10、12.5、15、18、20.5、23或25％，更优选为0.5或3％。
在本发明中，所述矿粉优选为S95级矿粉。
在本发明中，所述矿粉中无机物的含量优选为>30％，进一步优选为32、35、40、45、50、55、或62％，更优选为45或50％。
在本发明中，所述矿粉的烧失量优选为≤1％，进一步优选为0.2、0.3、0.5、0.7、0.8、0.9或1％，更优选为0.2或0.3％。
在本发明中，所述矿粉的含水量优选为≤1％，进一步优选为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1％，更优选为0.2或0.3％。
在本发明中，所述矿粉中三氧化硫含量优选为≤4％，进一步优选为0.2、0.4、0.8、1、1.5、1.8、2、2.3、2.5、3、3.2、3.5、3.8或4％，更优选为0.2或0.3％。
在本发明中，所述减水剂优选为高性能聚羧酸减水剂，所述减水剂的减水率优选为>30％，进一步优选为32、35、38、40、43、48、50、55或60％，更优选为40或43％。
在本发明中，所述分散剂优选为聚丙烯酸铵盐溶液，所述聚丙烯酸铵盐溶液的浓度优选为25～40wt％，进一步优选为25、28、30、32、34、35、36、38或40wt％，更优选为30或32wt％。
在本发明中，所述纤维优选为聚丙烯纤维、玻璃纤维或碳纤维，进一步优选为聚丙烯纤维或玻璃纤维，更优选为聚丙烯纤维；所述纤维的长度优选为5～20mm，进一步优选为5、7、9、10、11、13、15、16、18或20mm，更优选为10或11mm。
本发明还提供了一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土的制备方法，包括以下步骤：将风积沙、水泥、矿物掺合料混合形成混合物；减水剂和分散剂加入水中形成混合液，将纤维加入混合液中，再将混合液加入到混合物中，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例与对比例中，风积沙：含泥量为0.5％，风积沙的粒径≤0.15mm，其中，风积沙的粒径为0.075～0.15mm的含量为94wt％；水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；粉煤灰：等级为二级，烧失量为2.3％，含水量为0.2％，三氧化硫的含量为2.23％，粉煤灰通过0.045mm方孔筛的筛余量为10％；矿粉：级别为S95级，活性无机物的含量为92％，三氧化硫含量为1.76％，烧失量为0.5％，含水量为0.4％；减水剂：高性能聚羧酸减水剂，减水率为35％；分散剂：聚丙烯酸铵盐溶液，聚丙烯酸铵盐溶液的浓度为30wt％；纤维：聚丙烯纤维，长度为15mm。
实施例1
一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其原料配合比如表1所示。
表1实施例1原料配合比
所述骨料全用风积沙的建筑用混凝土的制备方案，包括以下步骤：
先将风积沙、水泥、粉煤灰混合形成混合物，将减水剂和分散剂加入水中搅拌形成混合液，将纤维加入混合液中搅拌至纤维分散，再将混合液加入到混合物中充分拌合至混凝土充分流化，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土，将上述混凝土成型养护。
经检测上述单掺粉煤灰的骨料全用风积沙的建筑用混凝土坍落度为100mm，养护3天、7天、28天、60天后，抗压强度分别为16.82MPa、23.08MPa、26.75MPa、41.08MPa；28天劈裂抗拉强度为3.37MPa。其中坍落度试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T20080-2016)，抗压强度及劈裂抗拉强度试验参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)。
实施例2
一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其原料配合比如表2所示。
表2实施例2原料配合比
所述骨料全用风积沙的建筑用混凝土的制备方案，包括以下步骤：
先将风积沙、水泥、矿粉混合形成混合物，将减水剂和分散剂加入水中搅拌形成混合液，将纤维加入混合液中搅拌至纤维分散，再将混合液加入到混合物中充分拌合至混凝土充分流化，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土，将上述混凝土成型养护。
经检测上述单掺矿粉的骨料全用风积沙的建筑用混凝土坍落度为165mm，养护3天、7天、28天、60天后，抗压强度分别为18.02MPa、22.04MPa、38.64MPa、46.16MPa；28天劈裂抗拉强度为3.24MPa。其中坍落度试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T20080-2016)，抗压强度及劈裂抗拉强度试验参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)。
实施例3
一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其原料配合比如表3所示。
表3实施例3原料配合比
所述骨料全用风积沙的建筑用混凝土的制备方案，包括以下步骤：
先将风积沙、水泥、粉煤灰、矿粉混合形成混合物，将减水剂和分散剂加入水中搅拌形成混合液，将纤维加入混合液中搅拌至纤维分散，再将混合液加入到混合物中充分拌合至混凝土充分流化，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土，将上述混凝土成型养护。
经检测上述复掺粉煤灰与矿粉的骨料全用风积沙的建筑用混凝土坍落度为73mm，养护3天、7天、28天、60天后，抗压强度分别为17.99MPa、23.49MPa、40.26MPa、50.52MPa；28天劈裂抗拉强度为4.06MPa。其中坍落度试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T20080-2016)，抗压强度及劈裂抗拉强度试验参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)。
实施例4
一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其原料配合比如表4所示。
表4实施例4原料配合比
所述骨料全用风积沙的建筑用混凝土的制备方案，包括以下步骤：
先将风积沙、水泥、粉煤灰、矿粉混合形成混合物，将减水剂和分散剂加入水中搅拌形成混合液，将纤维加入混合液中搅拌至纤维分散，再将混合液加入到混合物中充分拌合至混凝土充分流化，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土，将上述混凝土成型养护。
经检测上述复掺粉煤灰与矿粉的骨料全用风积沙的建筑用混凝土坍落度为76mm，养护3天、7天、28天、60天后，抗压强度分别为16.52MPa、22.18MPa、38.97MPa、48.21MPa；28天劈裂抗拉强度为2.42MPa。其中坍落度试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T20080-2016)，抗压强度及劈裂抗拉强度试验参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)。
实施例5
一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其原料配合比如表5所示。
表5实施例5原料配合比
所述骨料全用风积沙的建筑用混凝土的制备方案，包括以下步骤：
先将风积沙、水泥、粉煤灰、矿粉混合形成混合物，将减水剂和分散剂加入水中搅拌形成混合液，将纤维加入混合液中搅拌至纤维分散，再将混合液加入到混合物中充分拌合至混凝土充分流化，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土，将上述混凝土成型养护。
经检测上述复掺粉煤灰与矿粉的骨料全用风积沙的建筑用混凝土坍落度为72mm，养护3天、7天、28天、60天后，抗压强度分别为19.81MPa、22.33MPa、35.36MPa、43.26MPa；28天劈裂抗拉强度为2.35MPa。其中坍落度试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T20080-2016)，抗压强度及劈裂抗拉强度试验参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)。
对比例1
一种无辅助胶凝材料的建筑用混凝土，其原料配合比如表6所示。
表6对比例1原料配合比
所述无辅助胶凝材料的建筑用混凝土的制备方案，包括以下步骤：
先将风积沙、水泥混合形成混合物，将减水剂和分散剂加入水中搅拌形成混合液，将纤维加入混合液中搅拌至纤维分散，再将混合液加入到混合物中充分拌合至混凝土充分流化，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土，将上述混凝土成型养护。
经检测上述无辅助胶凝材料的建筑用混凝土坍落度为65mm，养护3天、7天、28天、60天后，抗压强度分别为26.43MPa、27.98MPa、36.45MPa、40.69MPa；28天劈裂抗拉强度为2.27MPa。其中坍落度试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T20080-2016)，抗压强度及劈裂抗拉强度试验参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)。
对比例2
一种普通建筑用混凝土，其原料配合比如表7所示。
表7对比例2原料配合比
所述普通建筑用混凝土的制备方案，包括以下步骤：
先将河砂、水泥、粉煤灰、矿粉、石子混合形成混合物，将减水剂和分散剂加入水中搅拌形成混合液，将纤维加入混合液中搅拌至纤维分散，再将混合液加入到混合物充分拌合至混凝土充分流化，形成上述普通混凝土，将上述混凝土成型养护。
经检测上述普通建筑用混凝土坍落度为14mm，养护28天、60天后，抗压强度分别为12.24MPa、16.33MPa。其中坍落度试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T20080-2016)，抗压强度试验参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)。
对比例3
一种无纤维的建筑用混凝土，其原料配合比如表8所示。
所述无纤维的建筑用混凝土的制备方法，包括以下步骤：
先将风积沙、水泥、粉煤灰、矿粉混合形成混合物，将减水剂加入水中搅拌形成混合液，再将混合液加入到混合物中充分拌合至混凝土充分流化，得到无纤维的建筑用混凝土，将上述混凝土成型养护。
表8对比例3原料配合比
经检测上述无辅助胶凝材料的建筑用混凝土坍落度为6.5cm，养护3天、7天、28天、60天后，抗压强度分别为26.43MPa、27.98MPa、36.45MPa、40.69MPa；28天劈裂抗拉强度为1.86MPa。其中坍落度试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T20080-2016)，抗压强度及劈裂抗拉强度试验参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其特征在于，由包含以下质量份数的原料制备而成：
水泥400～600份、风积沙1000～1300份、水270～320份、矿物掺合料100～350份、减水剂10～30份、分散剂12.5～22.5份、纤维0.9～2.8份。
2.根据权利要求1所述的骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1或2所述的骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料为粉煤灰、矿粉中的一种或两种，当所述矿物掺合料由粉煤灰与矿粉两种组成时，所述粉煤灰占矿物掺合料的33.3～66.7wt％，所述矿粉占矿物掺合料的33.3～66.7wt％。
4.根据权利要求3所述的骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其特征在于，所述粉煤灰的等级为二级或以上级别，所述粉煤灰的烧失量≤8％，所述粉煤灰的含水量≤1％，所述粉煤灰中三氧化硫的含量≤3％，所述粉煤灰通过0.045mm方孔筛筛余量≤25％。
5.根据权利要求4所述的骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其特征在于，所述矿粉为S95级矿粉，所述矿粉中无机物的含量>30％，所述矿粉的烧失量≤1％，所述矿粉的含水量≤1％，所述矿粉中三氧化硫含量≤4％。
6.根据权利要求4或5所述的骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其特征在于，所述减水剂为高性能聚羧酸减水剂，所述减水剂的减水率>30％。
7.根据权利要求6所述的骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐溶液，所述聚丙烯酸铵盐溶液的浓度为25～40wt％。
8.根据权利要求7所述的骨料全用风积沙的建筑用混凝土，其特征在于，所述纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维或碳纤维，所述纤维的长度为5～20mm。
9.权利要求1～8任一项所述的骨料全用风积沙的建筑用混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将风积沙、水泥、矿物掺合料混合形成混合物；减水剂和分散剂加入水中形成混合液，将纤维加入混合液中，再将混合液加入到混合物中，得到骨料全用风积沙的建筑用混凝土。
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2022
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