CN101028727B - 水泥混凝土单速二次搅拌方法 - Google Patents

Abstract

一种水泥混凝土单速二次搅拌方法，包括制备水泥砂浆步骤，将重量份为水泥1份、砂子0.85～4.55份、水0.23～0.80份加入到强制式混凝土搅拌机，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒～2.20米/秒，搅拌时间为10～15秒，制备成水泥砂浆；还包括制备水泥混凝土混合料步骤，在制备的水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料1.84～7.42重量份，再加入上述步骤中用水量的2/3，强制式混凝土搅拌机搅拌速度为2.00米/秒～2.20米/秒，搅拌时间为20～25秒，制备成水泥混凝土混合料。经试验，采用本发明制备的水泥混凝土试件比水泥混凝土一次搅拌工艺水泥混凝土试件的抗压强度平均值提高6.3％～22.1％，节约水泥20％。

Description

水泥混凝土单速二次搅拌方法 

技术领域

本发明属于水泥混凝土搅拌工艺技术领域，特别涉及到一种水泥混凝土单速二次搅拌方法。 

背景技术

目前，国内外有关水泥混凝土方面的研究主要集中在原材料的级配、性能及新拌混凝土成型方面，技术比较完善，对水泥混凝土搅拌工艺的研究报道较少。水泥混凝土的搅拌工艺仍然采用一次搅拌和二次搅拌工艺，这两种工艺，水泥等原材料用量较多，生产过程中能耗高、噪声大，设备磨损快。据国家***最新公报(2007年2月28日发布)，2006年我国水泥产量12.4亿吨，比上年增长15.5％，居世界第一位，每生产1立方米混凝土要比发达国家多消耗水泥80公斤，能耗约高15％，每年要多用水泥1.2亿吨，价值人民币420亿元，造成资源浪费和环境污染。 

现有的水泥混凝土一次搅拌工艺采用水泥、粗细骨料等称量，在强制式混凝土搅拌机内干拌后再加入水再进行搅拌，制成水泥混凝土，由于干搅拌阻力大、设备磨损严重，搅拌速度较低，为1.5米/秒左右。这种水泥混凝土一次搅拌工艺的优点是生产设备和工艺步骤简单。该工艺的主要缺点是新拌水泥混凝土砂石表面易形成一层自由水膜，增大了界面区的水灰比，削弱了水泥浆与集料的粘结强度，使水泥浆体的作用远未发挥出来。将新拌水泥混凝土在显微镜下观测，发现仍有10％～30％的水泥颗粒粘聚成微小的水泥团，水泥水化不充分。在实践中发现，水泥混凝土的破坏往往发生在水泥石与骨料的界面之间，裂缝容易从界面区产生和扩展，导致水泥混凝土建筑物的使用寿命降低，影响到人们的生命财产安全。 

现有的水泥混凝土二次搅拌工艺采用两种方式，一种是将水泥与水在高速水泥搅浆机中进行搅拌制成水泥浆，水泥浆加入到强制式混凝土搅拌机内，再加入粗细骨料，搅拌，制成水泥混凝土，这种方式的主要缺点是水泥浆的搅拌速度较高，搅拌速度为4.5米/秒～6米/秒，出现甩浆和粘锅现象，搅拌成水泥浆后加入强制式搅拌机低速搅拌，搅拌速度为1.5米/秒，不能实现单机搅拌，需配置两台水泥混凝土搅拌机，增加了设备投资，增大了生产成本。另一种方式是将水泥、粗骨料、 部分水加入到强制式混凝土搅拌机内，搅拌，再加入细骨料和剩余水进行搅拌，制成水泥混凝土，这种方式的主要缺点是粗骨料与水直接搅拌，很容易在粗骨料界面之间形成水膜，增大了新拌水泥混凝土界面过渡区水灰比，削弱了水泥浆与集料的粘结强度，影响到水泥混凝土硬化后的强度和耐久性。 

在水泥混凝土制备技术领域当前迫切需解决的技术问题是提供一种工艺简单、水泥混凝土硬化后强度高、节约原材料、生产成本低的工艺。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述水泥混凝土一次搅拌和二次搅拌工艺的缺点，提供一种设计合理、工艺简单可行、提高混凝土的强度、节约原材料的水泥混凝土单速二次搅拌工艺。 

解决上述技术问题所采用的技术方案包括下述工艺步骤： 

1、制备水泥砂浆 

将水泥、砂子、水按下述重量份加入到强制式混凝土搅拌机： 

        水泥                                               1份 

        砂子                                      0.85～4.55份 

        水                                         0.23～0.80份 

搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒～2.20米/秒，搅拌时间为10～15秒，制备成水泥砂浆。 

2、制备水泥混凝土混合料 

在步骤1制备的水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料1.84～7.42重量份，再加入步骤1中用水量的2/3，搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒～2.20米/秒，搅拌时间为20～25秒，制备成水泥混凝土混合料。 

本发明的制备水泥砂浆步骤1中将水泥、砂子、水优选按下述重量份加入到强制式混凝土搅拌机： 

          水泥                                             1份 

          砂子                                          1～4份 

          水                                         .3～0.6份 

搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度优选为2.00米/秒～2.15米/秒，搅拌时间为10～15秒，制备成水泥砂浆。在制备水泥混凝土混合料步骤2中，在步骤1制备的水泥砂浆中优选加入5～40mm连续级配碎石料2.00～6.00重量份，再加入 步骤1中用水量的2/3，搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度优选为2.00米/秒～2.15米/秒，搅拌时间为20～25秒，制备成水泥混凝土混合料。 

本发明的制备水泥砂浆步骤1中将水泥、砂子、水最佳按下述重量份加入到强制式混凝土搅拌机： 

          水泥                                              1份 

          砂子                                           2.14份 

          水                                            0.324份 

搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度最佳为2.00米/秒，搅拌时间最佳为15秒，制备成水泥砂浆。在制备水泥混凝土混合料步骤2中，在步骤1制备的水泥砂浆中最佳加入5～40mm连续级配碎石料4.16重量份，再加入步骤1中用水量的2/3，搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度最佳为2.00米/秒，搅拌时间最佳为25秒，制备成水泥混凝土混合料。 

本发明与水泥混凝土一次搅拌和二次搅拌工艺相比，在各原料混合搅拌时，能够快速、均匀搅拌，减少了搅拌时间，不出现甩料、粘锅现象。采用本发明、水泥混凝土一次搅拌工艺制备的水泥混凝土制作的试件进行了对比试验，试验结果表明，采用本发明制备的水泥混凝土试件比水泥混凝土一次搅拌工艺水泥混凝土试件的抗压强度平均值提高6.3％～22.1％，节约水泥20％。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。 

实施例1 

以水泥用量100kg制备水泥混凝土为例所用的原料及其制备工艺步骤如下： 

1、制备水泥砂浆 

将水泥、砂子、水按下述重量加入到强制式混凝土搅拌机： 

        水泥                                              100kg 

        砂子                                              214kg 

        水                                                32.4kg 

搅拌速度为2.0米/秒，搅拌时间为15秒，制备成水泥砂浆。 

2、制备水泥混凝土混合料 

在步骤1制备的水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料416kg，再加入水21.6kg，搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为25秒，制备成水泥混凝土混合料。

实施例2 

以水泥用量100kg制备水泥混凝土为例所用的原料及其制备工艺步骤如下： 

1、制备水泥砂浆 

将水泥、砂子、水按下述重量加入到强制式混凝土搅拌机： 

       水泥                                              100kg 

       砂子                                               85kg 

       水                                                 23kg 

强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为10秒，制备成水泥砂浆。 

2、制备水泥混凝土混合料 

在步骤1制备的水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料184kg，再加入水15.33kg，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为20秒，制备成水泥混凝土混合料。 

实施例3 

以水泥用量100kg制备水泥混凝土为例所用的原料及其制备工艺步骤如下： 

1、制备水泥砂浆 

将水泥、砂子、水按下述重量加入到强制式混凝土搅拌机： 

        水泥                                            100kg 

        砂子                                            455kg 

        水                                               80kg 

强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.20米/秒，搅拌时间为15秒，制备成水泥砂浆。 

2、制备水泥混凝土混合料 

在步骤1制备的水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料742kg，再加入水53.33kg，强制式混凝土搅拌机搅拌速度为2.20米/秒，搅拌时间为25秒，制备成水泥混凝土混合料。 

实施例4 

以水泥用量100kg制备水泥混凝土为例所用的原料及其制备工艺步骤如下： 

在实施例2的制备水泥砂浆工艺步骤1中，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为15秒，在制备水泥混凝土混合料工艺步骤2中，强制式 混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为25秒。所用的原料配比与实施例2相同。 

实施例5 

以水泥用量100kg制备水泥混凝土为例所用的原料及其制备工艺步骤如下： 

在实施例2的制备水泥砂浆工艺步骤1中，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.20米/秒，搅拌时间为10秒，在制备水泥混凝土混合料工艺步骤2中，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.20米/秒，搅拌时间为20秒。所用的原料配比与实施例2相同。 

实施例6 

以水泥用量100kg制备水泥混凝土为例所用的原料及其制备工艺步骤如下： 

在实施例3的制备水泥砂浆工艺步骤1中，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为15秒，在制备水泥混凝土混合料工艺步骤2中，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为25秒。所用的原料配比与实施例3相同。 

实施例7 

以水泥用量100kg制备水泥混凝土为例所用的原料及其制备工艺步骤如下： 

在实施例3的制备水泥砂浆工艺步骤1中，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.20米/秒，搅拌时间为10秒，在制备水泥混凝土混合料工艺步骤2中，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.20米/秒，搅拌时间为20秒。所用的原料配比与实施例3相同。 

为了确定本发明最佳的工艺步骤，发明人进行了大量的实验室研究试验，各种试验情况如下： 

试验仪器：气压式含气量测定仪，型号为HC—8L，由北京京申精密仪器厂生产；抗压强度试验机，最大载荷为1000KN，由苏州华瑞科技仪器有限公司生产。 

实验材料：标号为32.5R的普通硅酸盐水泥，由陕西秦岭水泥厂生产；细骨料为中砂，粗骨料为粒径5～40mm连续级配的碎石料。 

1、水泥混凝土单速二次搅拌工艺参数优化试验 

对水泥砂浆搅拌时间、水泥砂浆搅拌速度、水泥混凝土搅拌时间、水泥混凝土搅拌速度、水泥砂浆加水量五因素在不同水平下进行正交试验。 

(1)设计水泥混凝土配比

按照《普通水泥混凝土配合比设计规程》(JGJ/T55-96)设计水泥、砂子、5～40mm连续级配碎石料、水的重量比为1：2.14：4.16：0.54。试验安排见表1所示。 

表1水泥混凝土单速二次搅拌工艺参数优化正交试验安排 

因素C，即砂浆搅拌速度各水平的选取分别按砼搅拌速度的2～5倍选取。 

(2)实验方法 

将100kg水泥、214kg砂子、用水量的60％即32.4kg水加入到强制式混凝土搅拌机，搅拌，制备成水泥砂浆，在水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料416kg，再加入用水量的40％即21.6kg的水，搅拌，制备成水泥混凝土混合料。 

根据GB/T9142-2000规定方法，用气压式含气量测定仪测定水泥混凝土混合料的含气量值，制备水泥混凝土试件，按GB/T50081-2002规定方法成型，制成水泥混凝土试件，用抗压强度试验机测定水泥混凝土试件的抗压强度。试验结果见表2。 

表2水泥混凝土单速二次搅拌工艺参数正交试验结果 

为了分析确定各个参数的合理取值范围及匹配关系，按照数理统计的方法对上述正交试验结果进行极差分析，结果见表3。 

极差分析如下： 

①水泥砂浆搅拌时间对各指标的影响 

从表3看出，对匀质性指标ΔM(混凝土拌合物中砂浆密度相对误差)和ΔG(单位体积混凝土拌合物中粗骨料质量相对误差)，分别是第一位和第二位的影响因素；对R(硬化混凝土试件抗压强度平均值)和Cv(硬化混凝土试件抗压强度利差系数)，分别是第一位和第五位的影响因素，可见水泥砂浆搅拌时间(因素A)对ΔM、ΔG、 R、Cv的影响均较大。当砂浆搅拌时间为15秒时，ΔM和ΔG最小，R最大，而Cv与最小值接近，说明物料的ΔM、ΔG、R、Cv均较好。本发明采用砂浆搅拌的最佳时间为15秒。 

②混凝土搅拌时间对各指标的影响 

从表3看出，对匀质性指标ΔM和ΔG，分别是第四位和第三位的影响因素；对强度指标R和Cv，分别是第四位和第二位的影响因素，可见砼搅时间(因素B)对于水泥混凝土拌合物的R、Cv影响较大。当水泥混凝土搅拌时间为25秒时各指标较优。本发明采用水泥混凝土搅拌的最佳时间为25秒。 

③水泥砂浆用水量对各指标的影响 

从表3看出，对R和Cv，分别是第四和第一位的影响因素；对ΔM和ΔG，仍是第四位和第一位的影响因素，可见水泥砂浆用水量(因素E)对ΔM、ΔG、R、Cv影响较大。E为60％时，水泥混凝土的ΔM、ΔG、R、Cv较好，并且强度较高。 

以上分析确定本发明水泥砂浆搅拌的最佳时间为15秒、水泥混凝土搅拌的最佳时间为25秒、水泥砂浆的最佳用水量为总用水量的60％。 

2、水泥砂浆和水泥混凝土搅拌速度正交试验 

试验1中的水泥砂浆搅拌速度(因素C)和水泥混凝土搅拌速度(因素D)对各指标的影响均较大，试验过程中，当水泥砂浆搅拌速度高于2.8米/秒为水泥混凝土搅拌速度1.4米/秒的2倍时，搅拌机的甩浆粘锅现象比较严重，功率消耗较大。本试验调整水泥砂浆和水泥混凝土搅拌速度的水平，结合搅拌时间、水泥砂浆用水量因素的选取，进行了进一步的正交试验，确定搅拌速度的较优水平，同时验证搅拌时间、水泥砂浆用水量的试验结果。 

试验结果见表4。

表4水泥砂浆和水泥混凝土搅拌速度的正交试验结果 

采用与表3相同的数理统计方法对表4的试验结果进行极差分析，极差分析确定水泥砂浆和水泥混凝土搅拌速度为2.0米/秒、水泥砂浆搅拌时间为10秒、水泥混凝土搅拌时间为20秒、水泥砂浆用水量为总用加水量的60％。 

综合表3和表4极差分析的结果得出本发明的工艺参数为： 

水泥砂浆和水泥混凝土搅拌速度最佳                 2.00米/秒 

水泥砂浆搅拌时间                                  10～15秒 

水泥混凝土搅拌时间                                20～25秒 

水泥砂浆用水量                              总用水量的60％ 

为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1制备的水泥混凝土试件与采用水泥混凝土二次搅拌工艺以及水泥混凝土一次搅拌工艺制作的水泥混凝土试件进行了对比试验，测试破坏力并按下式： 

R_i＝F_i/S 

计算抗压强度，式中R为抗压强度，F为破坏力，S为试件受压面积，i为试件标号。各种试验情况如下： 

1、本发明与水泥混凝土二次搅拌工艺和水泥混凝土一次搅拌工艺对比试验 

(1)设计水泥混凝土配比 

按照《普通水泥混凝土配合比设计规程》(JGJ/T55-96)设计水泥、砂子、5～40mm连续级配碎石料、水的重量比为1：2.14：4.16：0.54。

(2)实验方法 

采用本发明制备的水泥混凝土制作水泥混凝土试件：将100kg水泥、214kg砂子、总用水量的60％即32.4kg水加入到强制式混凝土搅拌机，搅拌，制备成水泥砂浆，在水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料416kg，再加入总用水量的40％即21.6kg水，搅拌，制备成水泥混凝土混合料。制备水泥混凝土试件，按GB/T50081-2002规定方法成型，养护7天，制成水泥混凝土试件。 

按水泥混凝土二次搅拌工艺制备的水泥混凝土制作水泥混凝土试件：将100kg水泥和54kg水加入高速搅浆机制成水泥净浆，水泥净浆加入到强制式混凝土搅拌机，加入214kg砂子和5～40mm连续级配碎石料416kg，搅拌，制成水泥混凝土混合料，制备水泥混凝土试件，按GB/T50081-2002规定方法成型，养护7天，制成水泥混凝土试件。 

按水泥混凝土一次搅拌工艺制备的水泥混凝土制作水泥混凝土试件：将100kg的水泥、214kg砂子、5～40mm连续级配碎石料416kg加入到强制式混凝土搅拌机，搅拌，加入54kg水，再搅拌，制成水泥混凝土混合料，制备水泥混凝土试件，按GB/T50081-2002规定方法成型，养护7天，制成水泥混凝土试件。 

将采用本发明、水泥混凝土二次搅拌工艺、水泥混凝土一次搅拌工艺制备的水泥混凝土试件用抗压强度试验机测试破坏力并计算抗压强度。 

(3)试验结果 

测试结果见表5。 

表5采用本发明与水泥混凝土二次搅拌和水泥混凝土一次搅拌工艺制作的试件对比测验结果 

试验结果表明，本发明水泥砂浆和水泥混凝土的搅拌时间为30秒制备的水泥混凝土的抗压强度比水泥混凝土二次搅拌40秒制备的水泥混凝土的抗压强度分别提高4.4％、比水泥混凝土一次搅拌40秒制备的水泥混凝土的抗压强度提高29.6％。 

2、本发明与水泥混凝土一次搅拌工艺所用水泥的比较试验 

(1)设计水泥混凝土配比 

按照《普通水泥混凝土配合比设计规程》(JGJ/T55-96)设计水泥、砂子、5～ 40mm连续级配碎石料、水的重量比为1：2.14：4.16：0.54。 

(2)实验方法 

采用本发明制备不同水泥用量的水泥混凝土试件：将100kg水泥、214kg砂子、用水量的60％即32.4kg水加入到强制式混凝土搅拌机，搅拌，制备成水泥砂浆，在水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料416kg，加入用水量的40％即21.6kg的水，搅拌，制备成第一罐水泥混凝土混合料；水泥用量为90kg，砂子、5～40mm连续级配碎石料、水用量与100kg水泥的用量相同，制备成第二罐水泥混凝土混合料；水泥用量为85kg，砂子、5～40mm连续级配碎石料、水用量与100kg水泥的用量相同，制备成第三罐水泥混凝土混合料；水泥用量为80kg，砂子、5～40mm连续级配碎石料、水用量与100kg水泥的用量相同，制备成第四罐水泥混凝土混合料。用以上四锅水泥混凝土混合料制备水泥混凝土试件，按GB/T50081-2002规定方法成型，养护7天，制成含水泥不同的四种规格的水泥混凝土试件。 

采用水泥混凝土一次搅拌工艺制备水泥混凝土试件：将100kg的水泥、214kg砂子、416kg碎石料加入到强制式混凝土搅拌机，搅拌，加入54kg水，再搅拌，制成混凝土混合料。用该水泥混凝土混合料制备水泥混凝土试件，按GB/T50081-2002规定方法成型，养护7天，制成水泥混凝土试件。将采用本发明制备的四种不同水泥用量的水泥混凝土试件和水泥混凝土一次搅拌工艺制备的水泥混凝土试件用抗压强度试验机测试破坏力F_i并计算抗压强度R_i和抗压强度平均值R。 

(3)试验结果 

试验结果见表6。 

表6采用本发明与水泥混凝土一次搅拌工艺不同水泥用量的比较试验结果 

试验结果表明，采用本发明工艺在减少水泥用量10％、15％、20％，制备的水泥混凝土试件的抗压强度平均值分别为25.9MPa、25.15MPa、22.55MPa，分别比水泥混凝土一次搅拌工艺不减少水泥制备的水泥混凝土试件的抗压强度平均值提高22.1％、18.6％、6.3％，证明采用本发明工艺节约水泥效果明显。

表3正交试验的试验结果极差分析 

Claims (3)

1.一种水泥混凝土单速二次搅拌方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)制备水泥砂浆

将水泥和砂子和水按下述重量份加入到强制式混凝土搅拌机：

水泥                1份

砂子                0.85～4.55份

水                  0.23～0.80份

搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒～2.20米/秒，搅拌时间为10～15秒，制备成水泥砂浆；

(2)制备水泥混凝土混合料

在步骤(1)制备的水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料1.84～7.42重量份，再加入步骤(1)中用水量的2/3，搅拌，强制式混凝土搅拌机搅拌速度为2.00米/秒～2.20米/秒，搅拌时间为20～25秒，制备成水泥混凝土混合料。

2.一种水泥混凝土单速二次搅拌方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)制备水泥砂浆

将水泥和砂子和水按下述重量份加入到强制式混凝土搅拌机：

水泥                1份

砂子                1～4份

水                  0.3～0.6份

搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒～2.15米/秒，搅拌时间为10～15秒，制备成水泥砂浆；

(2)制备水泥混凝土混合料

在步骤(1)制备的水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料2.00～6.00重量份，再加入步骤(1)中用水量的2/3，搅拌，强制式混凝土搅拌机搅拌速度为2.00米/秒～2.15米/秒，搅拌时间为20～25秒，制备成水泥混凝土混合料。

3.一种水泥混凝土单速二次搅拌方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)制备水泥砂浆

将水泥和砂子和水按下述重量份加入到强制式混凝土搅拌机：

水泥                1份

砂子                2.14份

水                  0.324份

搅拌，强制式混凝土搅拌机的搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为15秒，制备成水泥砂浆；

(2)制备水泥混凝土混合料

在步骤(1)制备的水泥砂浆中加入5～40mm连续级配碎石料4.16重量份，再加入步骤(1)中用水量的2/3，搅拌，强制式混凝土搅拌机搅拌速度为2.00米/秒，搅拌时间为25秒，制备成水泥混凝土混合料。