CN1994709A - 一种掺合料裹骨料混凝土制备方法 - Google Patents

一种掺合料裹骨料混凝土制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种掺合料裹骨料混凝土制备方法，所述方法是将骨料表面裹上掺合料包覆层后，再与水泥、水混合搅拌均匀，得到所述的掺合料裹骨料混凝土拌合物，所述掺合料为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①矿渣；②硅粉；③粉煤灰；④煅烧高岭土；所述掺合料与水泥重量比为1∶1～9。本发明所述方法可有效减小甚至消除界面过渡区，大幅度提高混凝土中骨料与水泥石之间的界面粘结强度。与普通搅拌工艺相比，在配合比相同的条件下，混凝土28天抗压强度可提高20～40％。

Description

一种掺合料裹骨料混凝土制备方法
(一)技术领域
发明涉及一种掺合料裹骨料混凝土制备方法，属土木工程混凝土材料技术领域。
(二)背景技术
普通的混凝土搅拌工艺是将水泥、水、细骨料、粗骨料、掺合料共同搅拌成混凝土拌合物。采用这种工艺搅拌成的混凝土，其强度和耐久性较差，其原因是由于在骨料与水泥石的界面形成氢氧化钙的定向富集层。利用改善搅拌工艺提高混凝土的强度，已有多种方法。在日本，采用水泥裹砂工艺改善骨料与水泥石界面粘结强度，从而提高混凝土强度，其特征是先将砂子的表面含水率调整至适当的范围，然后将砂与按配合比设计的全部水泥加入搅拌机共同搅拌，最后加入粗骨料、其余的水及减水剂搅拌成拌合物。水泥裹砂混凝土28天抗压强度提高0～30％。
在国内，中国建筑科学研究院、陕西省建筑科学研究所、冶金部十三冶金建设公司以及常州市建工局研制成水泥裹砂石工艺，其工艺特点是：将按配合比设计所要求的全部砂石和70～75％的水在混凝土搅拌机中搅拌，使粗细骨料润湿，然后加入全部水泥搅拌，使粗细骨料表面附着水泥浆，最后加入其余25～30％的水搅拌成混凝土拌合物，其抗压强度提高10％左右。然而，水泥裹砂和水泥裹砂石混凝土搅拌工艺都难于彻底防止自由水分向骨料界面(尤其是粗骨料界面)的迁移，其强度提高幅度受到限制。
为此，清华大学发明一种低水灰比净浆包裹骨料工艺，其特征是：先将按配合比设计的全部水泥、部分水及全部减水剂，或者全部水泥及部分水，在净浆搅拌机中搅拌成净浆，然后将净浆与粗细骨料在搅拌机中搅拌，使粗细骨料表面包裹一层低水灰比净浆，最后加入其余的水搅拌成混凝土拌合物。与普通搅拌工艺相比，在配合比相同情况下，混凝土28天抗压强度提高20～56％，28天抗压强度相同条件下，单方混凝土水泥用量节约10～20％。
除通过改进搅拌工艺提高混凝土界面粘结强度外，在混凝土中掺加掺合料也具有较好的效果，其原理是掺合料与水泥水化后形成的水化产物Ca(OH)2反应，形成CSH凝胶，从而减少Ca(OH)2向集料表面富集，减小界面过渡区。然而，以上混凝土搅拌工艺生产的混凝土以及掺加掺合料的混凝土中骨料与水泥石之间仍存在界面过渡区，这仍然是混凝土中的薄弱环节，导致混凝土强度和耐久性下降。
(三)发明内容
本发明即是为了提供一种可有效减小甚至消除界面过渡区，大幅度提高混凝土中骨料与水泥石之间界面粘结强度的掺合料裹骨料混凝土制备方法。
为达到发明目的本发明采用的技术方案是：
一种掺合料裹骨料混凝土制备方法，所述方法是将骨料表面裹上掺合料包覆层后，再与水泥、水混合搅拌均匀，得到所述的掺合料裹骨料混凝土拌合物，所述掺合料为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①矿渣；②硅粉；③粉煤灰；④煅烧高岭土；所述掺合料与水泥重量比为1∶1～9。
本方法的原理是通过改变搅拌工艺在骨料表面裹上一层掺合料，吸收水泥水化过程中在骨料表面富集的氢氧化钙，形成CSH凝胶，从而有效减小甚至消除骨料与水泥石之间的界面过渡区，提高混凝土强度。
具体的，所述方法如下：往骨料中加入水混匀使骨料预吸水饱和后，加入掺合料搅拌均匀，再加入全部水泥，搅拌均匀后加入水搅匀，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。所述骨料为粗骨料和细骨料的混合物。所述粗骨料包括天然岩石破碎而成的天然粗骨料和废弃混凝土破碎而成的再生粗骨料，级配为满足国家标准要求的连续级配或间断级配。所述细骨料包括天然河砂、天然岩石破碎而成的人工细骨料，废弃混凝土破碎而成的再生细骨料。
所述细骨料包括满足国家标准要求的粗砂、中砂、细砂或特细砂。
通常的，所述方法在加入水泥时还可加入减水剂，加入量为水泥+掺合料总重量的0.1～2.0％。以改善混凝土拌合物和易性。
所述水泥、掺合料、水、细骨料、粗骨料重量配比为：(水泥+掺合料)∶水∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.4～0.65∶1.5～3.5∶2.0～4.5。
优选的，所述水泥、掺合料、水、细骨料、粗骨料重量配比为：(水泥+掺合料)∶水∶细骨料∶粗骨料∶减水剂＝1∶0.50∶2.40∶3.60∶0.01，掺合料与水泥重量比为1∶9，所述方法如下：往粗细骨料混合物中加入部分水使粗细骨料预吸水饱和后，加入掺合料搅拌均匀，再加入全部水泥和减水剂，搅拌均匀后加入剩余水搅匀，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。
本发明所述方法可有效减小甚至消除界面过渡区，大幅度提高混凝土中骨料与水泥石之间的界面粘结强度。与普通搅拌工艺相比，在配合比相同的条件下，混凝土28天抗压强度可提高20～40％。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
混凝土重量配比：(90％水泥+10％硅粉)∶水∶细骨料∶粗骨料∶减水剂＝1∶0.50∶2.40∶3.60∶0.0075
水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥                         5.76kg
硅粉：进口增密硅粉                                 0.64kg
粗骨料：天然碎石，级配为5～25mm，吸水率3.64％      15.3kg
细骨料：天然中砂，吸水率1.48％                     23.0kg
减水剂：SN-II                                      0.048kg
第一次加水量：                                     1.11kg
第二次加水量：                                     3.2kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入1.11kg自来水搅拌30秒——加入0.64kg硅粉搅拌60秒——加入5.76kg水泥、0.048kg减水剂搅拌60秒——加入3.2kg自来水搅拌90秒，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。
上述配合比中第一次加水量为按粗细骨料吸水率计算的粗细骨料总吸水量，第二次加水量为按水灰比计算的加水量。其它实施例中第一次加水量计算方法以及第二次加水量计算方法均与实施例1中的计算方法相同。
效果：本实施例所得混凝土28天抗压强度51.8MPa，与普通工艺相比提高27.9％。
实施例2：
混凝土重量配比：(80％水泥+10％矿渣+10％粉煤灰)∶水∶砂∶石＝1∶0.65∶2.87∶4.12
水泥：PO32.5普通硅酸盐水泥      4.4kg
矿渣：S95级矿渣微粉             0.55kg
粉煤灰：II级粉煤灰              0.55kg
粗骨料：天然碎石，级配为5～40mm，吸水率3.64％    16.2kg
细骨料：天然中砂，吸水率1.48％                   23.2kg
第一次加水量：                                   1.07kg
第二次加水量：                                   3.60kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入1.07kg自来水搅拌30秒——加入0.49kg矿渣和0.49kg粉煤灰搅拌60秒——加入3.92kg水泥搅拌60秒——加入3.20kg自来水搅拌60秒，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。
效果：混凝土28天抗压强度25.8MPa，与普通工艺相比提高33.6％。
实施例3：
混凝土重量配比：(80％水泥+20％粉煤灰)∶水∶砂∶石∶减水剂＝1∶0.40∶1.58∶2.45∶0.01
水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥                         7.2kg
粉煤灰：I级粉煤灰                                  1.8kg
粗骨料：天然碎石，级配为5～20mm，吸水率3.64％      14.2kg
细骨料：天然细砂，吸水率1.72％                     22.1kg
减水剂：SN-II                                      0.09kg
第一次加水量：                                     1.05kg
第二次加水量：                                     3.60kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入1.05kg自来水搅拌60秒——加入1.8kg粉煤灰搅拌60秒——加入7.2kg水泥、0.09kg减水剂搅拌60秒——加入3.60kg自来水搅拌90秒，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。
效果：本发明所得混凝土28天抗压强度61.8MPa，与普通工艺相比提高24.3％。
实施例4：
混凝土重量配比：(60％水泥+20％粉煤灰+20％矿渣)∶水∶砂∶石∶减水剂＝1∶0.55∶2.94∶3.25∶0.01
水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥                                 3.72kg
粉煤灰：II级粉煤灰                                         1.24kg
矿渣：S95级矿渣微粉                                        1.24kg
再生粗骨料：废弃砼破碎而成，级配为5～16mm，吸水率8.82％    18.2kg
细骨料：天然中砂，吸水率1.48％                             20.1kg
减水剂：SN-II                                              0.062kg
第一次加水量：                                             2.04kg
第二次加水量：                                             3.40kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入2.04kg自来水搅拌30秒——加入1.24kg粉煤灰和1.24kg矿渣微粉搅拌60秒——加入3.72kg水泥、0.062kg减水剂搅拌30秒——加入3.40kg自来水搅拌120秒，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。
效果：本实施例所得混凝土28天抗压强度42.6MPa，与普通工艺相比提高34.3％。
实施例5：
混凝土配合比：(85％水泥+15％煅烧高岭土)∶水∶砂∶石＝1∶0.55∶2.94∶3.25
水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥                               5.27kg
煅烧高岭土：                                             0.93kg
再生粗骨料：废弃砼破碎而成，级配为5～20mm，吸水率8.82％  18.2kg
细骨料：天然中砂，吸水率1.48％                           20.1kg
减水剂：SN-II                                            0.062kg
第一次加水量：                                           2.04kg
第二次加水量：                                           3.40kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入2.04kg自来水搅拌30秒——加入0.93kg煅烧高岭土，搅拌60秒——加入5.27kg水泥、0.062kg减水剂搅拌30秒——加入3.40kg自来水搅拌120秒，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。效果：本实施例所得混凝土28天抗压强度46.8MPa，与普通工艺相比提高44.1％。
实施例6：
混凝土重量配比：(70％水泥+30％粉煤灰)∶水∶砂∶石∶减水剂＝1∶0.55∶1.95∶3.56∶0.014
水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥                           4.83kg
粉煤灰：II级粉煤灰                                   2.07kg
粗骨料：天然砂岩骨料，级配为5～20mm，吸水率2.36％    24.6kg
细骨料：人工中砂，吸水率2.18％                       13.5kg
减水剂：SN-II                                        0.1kg
第一次加水量：                                       0.87kg
第二次加水量：                                       3.80kg
工艺条件：
称量粗细骨料投入搅拌机——加入0.87kg自来水搅拌30秒——加入2.07kg粉煤灰，搅拌60秒——加入4.83kg水泥、0.1kg减水剂搅拌30秒——加入3.80kg自来水搅拌120秒，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。
效果：本实施例所得混凝土28天抗压强度42.4MPa，与普通工艺相比提高28.1％。
实施例7：
按实施例1相同方法制备掺合料裹骨料混凝土，其中粗骨料选用天然骨料和再生骨料两种，天然骨料为天然石灰石破碎而成的碎石，级配为5～25mm；吸水率为3.84％，再生骨料为废弃混凝土破碎而成的再生骨料，原混凝土强度为25～30MPa，再生骨料级配为5～25mm，吸水率为6.78％，细骨料为天然中砂，水泥选用PO42.5，掺合料选用矿渣(S95)、粉煤灰(II级灰)、增密硅粉以及其中两种以上的复合，减水剂选用SN-II，其重量配比为(水泥+掺合料)∶水∶细骨料∶粗骨料∶减水剂＝1∶0.50∶2.40∶3.60∶0.01，养护条件为标准养护，按表1所述组成分别制备掺合料裹骨料混凝土，另取相同组分原料，按普通工艺，即将所有原料一起混合搅拌，制得混凝土作为对照，并分别测定抗压强度，结果如表1所示。由表1可见：与普通搅拌工艺相比，在配合比相同的条件下，混凝土7天和28天抗压强度分别可提高20～50％和20～40％。
                表1：不同掺合料制得混凝土抗压强度测定结果
粗骨料品种 水泥+掺合料重量组成                fc，7               fc，28
  普通工艺   本工艺     提高百分数   普通工艺   本工艺     提高百分数
天然骨料     100％水泥   15.7   -     -   39.2   -     -
    80％水泥+20％硅粉   16.4   22.5     37.2   40.5   51.8     27.9
    80％水泥+20％矿渣   15.2   19.8     30.3   39.5   48.3     22.3
    80％水泥+20％粉煤灰   13.9   16.8     20.9   37.8   47.5     25.7
    80％水泥+2％硅粉+18％粉煤灰   14.6   18.4     26.0   38.4    48.2     25.5
    80％水泥+10％矿渣+10％粉煤灰   14.5   18.3     26.2   37.5    46.8     24.8
再生骨料     100％水泥   10.7   -     -   27.8    -     -
    80％水泥+20％硅粉   10.8   16.5     52.8   29.2    39.3     34.6
    80％水泥+20％矿渣   9.7   14.1     45.4   26.9    35.8     33.1
    80％水泥+20％粉煤灰   8.6   11.7     36.0   25.7    33.3     29.6
    80％水泥+2％硅粉+18％粉煤灰   9.1   12.7     39.6   26.5    35     32.1
    80％水泥+10％矿渣+10％粉煤灰   9.2   12.7     38.0   26    36.8     41.5

Claims (8)

1.一种掺合料裹骨料混凝土制备方法，其特征在于所述的方法是将骨料表面裹上掺合料包覆层后，再与水泥、水混合搅拌均匀，得到所述的掺合料裹骨料混凝土，所述掺合料为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①矿渣；②硅粉；③粉煤灰；④煅烧高岭土；所述掺合料与水泥重量比为1∶1～9。
2.如权利要求1所述的掺合料裹骨料混凝土制备方法，其特征在于所述方法如下：往骨料中加入水混匀使骨料预吸水饱和后，加入掺合料搅拌均匀，再加入全部水泥，搅拌均匀后加入水搅匀，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。
3.如权利要求1或2所述的掺合料裹骨料混凝土制备方法，其特征在于所述骨料为粗骨料和细骨料的混合物。
4.如权利要求3所述的掺合料裹骨料混凝土制备方法，其特征在于所述方法在加入水泥时还加入减水剂，加入量为水泥+掺合料总重量的0.1％～2.0％。
5.如权利要求3所述的掺合料裹骨料混凝土制备方法，其特征在于所述粗骨料为天然岩石破碎而成的天然粗骨料或废弃混凝土破碎而成的再生粗骨料。
6.如权利要求3所述的掺合料裹骨料混凝土制备方法，其特征在于所述细骨料为天然河砂、天然岩石破碎而成的人工细骨料或废弃混凝土破碎而成的再生细骨料。
7.如权利要求3所述的掺合料裹骨料混凝土制备方法，其特征在于所述水泥、掺合料、水、细骨料、粗骨料重量配比为：(水泥+掺合料)∶水∶细骨料∶粗骨料＝1∶0.4～0.65∶1.5～3.5∶2.0～4.5。
8.如权利要求1所述的掺合料裹骨料混凝土制备方法，其特征在于所述水泥、掺合料、水、细骨料、粗骨料重量配比为：(水泥+掺合料)∶水∶细骨料∶粗骨料∶减水剂＝1∶0.5∶2.40∶3.60∶0.01，掺合料与水泥重量比为1∶9，所述方法如下：往粗细骨料混合物中加入部分水使粗细骨料预吸水饱和后，加入掺合料搅拌均匀，再加入全部水泥和减水剂，搅拌均匀后加入剩余水搅匀，即得所述的掺合料裹骨料混凝土。
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