CN102199023A

CN102199023A - 一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆和配置方法

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Publication number: CN102199023A
Application number: CN2011100843225A
Authority: CN
Inventors: 王治军; 李喜安; 耿生明; 宋琰勋; 杜志伟
Original assignee: Xian Changqing Technology Engineering Co Ltd
Current assignee: Xian Changqing Technology Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: CN102199023B

Abstract

本发明涉及建筑砂浆工程技术领域，是一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆和配置方法，这种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆按照风积砂290∶水泥72∶粉煤灰20∶减水剂1.4∶引气剂0.3∶膨胀剂8∶水62∶水玻璃1的比例；其中水玻璃以体积计量，单位为升，其余各配料均以重量计量，单位为千克，同时经过选材、干料混合、液体混合以及配置砂浆的步骤实现。这种利利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆和配置方法具有，性价比高于普通河沙；不用长距离运输，大大缩短工期；以及重大的环境保护意义的特点，具有十分重要的理论与现实意义。

Description

一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆和配置方法

技术领域

本发明涉及建筑砂浆工程技术领域，是一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆和配置方法。

背景技术

天然砂是在漫长的地质年代中形成的不可再生的资源。随着建设规模的扩大，天然优质砂资源会日渐短缺。目前我国不少地方出现了违规掏河、毁地取砂现象，危及河道安全，破坏环境。

随着沙漠地区的石油工程建设投资力度在加大，工程建设需用大量砂、石等原材料，而工程用砂的采购和运输往往却代价不菲。沙漠风积砂属于细砂，目前我国尚无其***的应用规范标准，在沙漠地区将其直接作为工程用砂来使用亦缺少科学依据。

因此, 本着就地取材、物尽其用的原则，利用风积砂的物理化学特性，通过调整配比原则和掺入外加剂的途径，探索利用沙漠风积砂代替普通工程砂，配制出符合工程建设需要的、与普通砂浆和混合砂浆工程物理力学性能相近的风积砂砂浆无疑具有十分重要的理论与现实意义。

目前，关于采用沙漠风积砂作为细骨料来配制建筑砂浆，还没有相关的研究报道，更没有形成一套成熟的技术规范来指导。

发明内容

本发明的目的是：本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的空白，提供一种利用沙漠风积砂配制建筑砂浆的方法。

本发明的技术方案是：涉及一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆，其特征是：这种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆按照以下比例进行配置：

风积砂290：水泥72：粉煤灰20：减水剂1.4：引气剂0.3：膨胀剂8：水62：水玻璃1；

其中水玻璃以体积计量，单位为升，其余各配料均以重量计量，单位为千克。

一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法，其特征是：该利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法按照如下步骤进行：

在步骤s1中，进行风积砂的选取：选取沙漠风积砂进行过筛处理，清除风积砂砾以外的杂物；

在步骤s2中，进行水泥的选取：选用复合硅酸盐水泥；

在步骤s3中，进行粉煤灰外掺料的选取：选用的粉煤灰为二级灰；

在步骤s4中，进行掺合料的选择：以粉煤灰作为掺合料配制砌筑砂浆，选取与步骤s3中相同的粉煤灰；

在步骤s5中，进行复合外加剂的选择：复合外加剂包括减水剂、引气剂和水玻璃；

在步骤s6中，进行膨胀剂的选择：选择UEA膨胀剂（简称U型），U型膨胀剂是硫铝酸盐类膨胀剂；

在步骤s7中，进行干料的拌合：将选择的风积砂、水泥、粉煤灰和膨胀剂充分掺和均匀，风积砂、水泥、粉煤灰和膨胀剂属于干料；

在步骤s8中，进行混合液的配置：用容器A盛水，在水中加入水玻璃、减水剂，并充分搅拌均匀；用容器B盛温度不低于60°的水加入引气剂，并充分搅拌使引气剂充分溶解；然后将容器A和容器B中的液体混合，并充分搅拌均匀；

在步骤s9中，砂浆拌合：将步骤s8中最终配置的液体与步骤s7中拌合的干料以及新加入的水，进行充分的混合并搅拌均匀，然后静置3至5分钟，再进行一次充分搅拌，使外加剂充分发挥作用，得到砂浆；

依照上述步骤配制而成的砂浆即可用于建筑砂浆工程。

所述的水的比例为最小值，即不少于水62的比例。

所述的步骤s2中，水泥的选取当地生产的通用水泥32.5低强度水泥。

所述的步骤5中，减水剂是聚羧酸盐减水剂，聚羧酸盐减水剂的分子是通过“分子设计”人为形成的“梳状”或“树枝状”结构，及在分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的支链；引气剂是十二烷基苯磺酸钠，分子式为C₁₈H₂₉NaO₃S；水玻璃是Na₂O·nSiO₂ ，n=2.4 ，水玻璃的浓度为50%。

所述的步骤8中，容器A、容器B中的水量能够充分溶解复合外加剂。

所述的步骤s9中，砂浆拌合时，加入的新的水量根据施工需要砂浆的稠、稀程度确定。

本发明的特点是：

（1）性价比高于普通河沙

采用成本收益比来分析投入与受益的对比关系，可以较全面地评价沙漠砂拌制的砌筑砂浆的利弊和经济效果。性价比指所能达到的性能与经济投入的比值。以性价比作为成本收益比的量化指标。

CPI＝(∏Xi)/M

CPI—性价比，定义为单位人民币（元）的材料性能乘积；

Xi—砌筑砂浆的各项性能指标。采用标准化处理后的和易性、强度、收缩值三项指标；

M—每立方米砌筑砂浆的造价(元/m3)。

满足工程实践要求的普通河沙砂浆性能指标见表1和表2，其造价计算结果见表3及表4；本发明以毛乌素沙漠风积砂为细骨料配制的砂浆造价计算结果见表5，根据上述方法，将普通河沙砂浆的性能指标及经济指标规定为1，依此对风积砂砂浆（Q₅）的性能指标和经济指标进行标准化处理，依照上述方法计算得到的Q₅砂浆的性价比列入表6及表7。由计算结果可见，虽然二者造价相差无几，但以风积砂作为细骨料配制的砂浆的性价比明显高于普通河沙作为细骨料配制的砂浆。

表1 普通河沙砂浆性能指标配比1

表2 普通河沙砂浆性能指标配比2

Figure 2011100843225100002DEST_PATH_IMAGE003

表3 普通河沙砂浆单方造价计算表（配比1）

表4 普通河沙砂浆单方造价计算表（配比2）

Figure 2011100843225100002DEST_PATH_IMAGE005

表5 沙漠风积砂为细骨料配制的砂浆单方造价计算表（说明：沙漠砂、水未计入价格成本。Q₅配合比拌制出砂浆体积约为1.05m³, 因此实际单方砂浆的价格成本为215.87元。）

表6：Q₅ 风积砂砂浆性价比计算结果（以配比1普通砂浆为参考）

Figure 2011100843225100002DEST_PATH_IMAGE007

表7：Q₅ 风积砂砂浆性价比计算结果（以配比2普通砂浆为参考）（2）不用长距离运输，大大缩短工期

在沙漠地区随处可见用之不尽、取之不竭的风积砂，其分布厚度自地表以下常可达数十米。因此利用毛乌素沙漠风积砂作为细骨料配制砂浆，可以就地取材，从而避免长途运输河沙而造成大量时间浪费，进而大大缩短施工工期。

（3）对环境保护意义重大

天然河沙是在漫长的地质年代中形成的不可再生的资源。随着建设规模的扩大，天然优质砂资源会日渐短缺。利用毛乌素沙漠风积砂代替普通河沙配制砂浆，不但可以缩短工期，而且可以极大程度上避免因违规掏河、毁地取砂等现象，从而在保护河道安全，保护环境不致遭受破坏等方面具有十分重要的理论与现实意义。

附图说明

下面将结合实施例对本发明作进一步的说明：

图1是实施例利用沙漠风积砂配制建筑砂浆的方法的流程图；

图2是水泥技术指标；

图3是粉煤灰技术指标；

图4是配置体积1.05m³的砂浆的配合比例图。

具体实施方式

实施例1

以毛乌素沙漠风积砂为例，选用毛乌素沙漠风积砂进行建筑砂浆配置。

这种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆按照以下比例进行配置：

其中水的比例为最小值，即所需水量不少于水62的比例。

如图1所示，该利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法按照如下步骤进行：

在步骤s1中，进行风积砂的选取：通过选取毛乌素沙漠风积砂过筛，清除风积砂砾以外的杂物；普通的过筛处理，以清除杂物为目的，对目数不作要求。

在步骤s2中，进行水泥的选取：如图2所示，选用秦岭水泥有限公司生产的P.C 32.5通用复合硅酸盐水泥，水泥标准稠度用水量为27%，安定性合格，抗压强度3d为21.1MPa，抗压强度28d为36.8MPa，抗折强度3d为3.70MPa，抗折强度28d为6.10MPa。本着就地取材和节约成本的目的，选择当地生产的低强度水泥，较低的水泥强度在砂浆中用量较大，使砂浆中浆体相对较多，因而砂浆流动性能够增大，保水性能够增强。

在步骤s3中，进行粉煤灰外掺料的选取：如图3所示，选用陕西户县第二热电厂粉煤灰，属二级灰，细度（0.045mm筛余量）为18%，需水量比为94%，烧失量为13%，含SO₃为1.1%。

在步骤s4中，进行掺合料的选择：以粉煤灰作为掺合料配制砌筑砂浆，煤灰是具有球状外形的细小颗粒，其微观状态为玻璃体，主要成分是SiO₂ 、Al₂O₃ 、Fe₂O₃。

建筑工程的砌筑砂浆大多采用水泥砂浆或水泥石灰砂浆，以石灰膏作为掺合料。但是实际工程中发现石灰膏重量不稳定，导致砌筑砂浆强度低，易产生裂缝，而且石灰粉的价格比粉煤灰高，从保证重量和降低成本方面考虑，弃用石灰膏，以粉煤灰作为掺合料配制砌筑砂浆。在水泥砂浆中用粉煤灰替代等重量的水泥，体积相对于水泥来说大约增加30%，增大了浆体与砂的体积比，大量的浆体充填于砂颗粒间的空隙，包裹并润滑砂颗粒，减少了砂粒间的摩擦阻力，砂浆拌合物的流动性提高，同时对保水性也有一定的改善。掺加粉煤灰对砌筑砂浆强度的影响，主要取决于粉煤灰的潜在火山灰活性作用，这种活性作用主要指粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、活性氧化铝与水泥砂浆中的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水硬性胶凝物质。掺入粉煤灰的砌筑砂浆随着龄期增加，粉煤灰活性逐渐发挥，硬化砂浆后期的物理力学性能会得到可靠保证。

水泥粉煤灰混合砌筑砂浆既能满足砌筑砂浆的施工及规范要求，又能为建筑工程节约大量石灰，利于降低成本，粉煤灰作为工业废弃物在砂浆的应用符合国家环保政策，经济效益和社会效益显著。

在步骤s5中，进行复合外加剂的选择：复合外加剂包括减水剂、引气剂和水玻璃；由于风积砂较细，砂浆需水量太大，本发明选择由减水剂、引气剂、水玻璃组成的复合外加剂，掺加后砂浆的用水量明显下降，在砂浆拌合物稠度基本相同的情况下，其用水量减少约15%。

减水剂是聚羧酸盐减水剂，由山西凯迪建材有限公司生产，规格型号为KDSP-1。聚羧酸盐减水剂的分子是通过“分子设计”人为形成的“梳状”或“树枝状”结构，及在分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的支链。聚羧酸系高效减水剂的减水分散作用机理是以静电斥力、空间位阻（又称立体效应、立体排斥效应）、络合作用为主兼具水化膜润滑作用、润湿作用等几种作用相互叠加的结果，通过破坏絮凝结构释放出游离水，而使水泥粒子分散。聚羧酸系减水剂在水泥颗粒上形成吸附形态的主要物质与分散减水剂一般均为阴离子表面活性剂,其分子结构中含有很多活性基团,可以吸附在水泥颗粒及其水化物上,形成具有一定厚度的吸附层和一定的吸附形态,从而大大改变了固液界面的物化性质和颗粒之间的作用力。聚羧酸系高性能减水剂分子中的磺酸基（-SO3H）和羧基(-COOH)提供了吸附点和静电斥力,使减水剂分子定向吸附在水泥颗粒表面,部分极性基团指向液相,亲水基团的电离作用使得水泥颗粒表满带上电性相同的电荷,形成双电层。当水泥颗粒相互靠近,电层之间相互重叠时,水泥颗粒之间就产生静电斥力,水泥颗粒絮凝结构解体,颗粒相互分散,释放出包裹于絮团中的自由水,从而有效地增大拌合物的流动性。聚羧酸减水剂分子中含有大量的极性基团,如羧基(-COOH)、羟基(-OH)、磺酸基（-SO3H）、醚键（R-O-R′）和氨基(-NH2)等,这些极性基团都具有较强的亲水作用,可与水分子缔合形成氢键,提高水泥颗粒表面的润湿性,使水浸透到颗粒间的更狭小的细孔中。减水剂分子吸附在水泥颗粒表面后,在水泥颗粒表面形成一层具有一定机械强度的溶剂水化膜,水化膜的形成可破坏水泥颗粒的絮凝结构,使水泥颗粒充分分散,并产生阻碍凝聚的效果。

引气剂是十二烷基苯磺酸钠，分子式为C₁₈H₂₉NaO₃S，由天津市红岩化学试剂厂生产；砂浆中加入十二烷基磺酸钠后，由于表面活性剂的作用，降低了水的表面张力及表面能，在砂浆经搅拌时容易产生气泡，同时表面活性剂在气泡表面富集吸附于气泡表面做定向排列，形成单分子吸附膜，使液膜具有机械强度且不易破裂。十二烷基磺酸钠的作用，其微小封闭气泡，在砂浆拌合物中起到了滚珠轴承的作用，降低了砂浆拌合物流动过程中砂粒间的摩擦阻力，使砂浆拌合物的流动性大大提高，且保水性良好，施工操作方便。

水玻璃是Na₂O·nSiO₂ ，n=2.4 ，其浓度为50%；水玻璃溶液自身所具有的粘稠状态可使砂浆拌合物的保水性有一定提高,泌水现象有所下降。相比甲基纤维素，水玻璃一般不会降低砂浆的抗压强度。有文献表明固相粉煤灰颗粒和液相水玻璃之间会发生固液两相反应。当粉煤灰和水玻璃溶液混合后，其中的铝硅玻璃相在激发剂的作用下发生解聚作用形成低聚的[SiO₄]和[AlO₄]。随后低聚态的[SiO₄]和[AlO₄]产生缩聚作用形成了[Mx(AlO₂)y(SiO₂)z·nMOH·mH₂O]胶体，该胶体很快在粉煤灰颗粒表面沉淀。并将没有反应的粉煤灰颗粒粘结起来，最终形成粉煤灰基矿物聚合物，具有一定的力学强度水平。

在步骤s6中，进行膨胀剂的选择：选择UEA膨胀剂（简称U型），U型膨胀剂是硫铝酸盐类膨胀剂。针对选用的3.25水泥，这里选择由西安聚能特种工程有限责任公司生产，规格型号为JN1229-B低碱U型，掺量为10%；UEA膨胀剂的各组分在水化的初期、中后期均有钙矾石生成，能够使得水泥强度的发展和膨胀作用协调起来，使膨胀期在较长一段时间具有补偿收缩能力。

如图4所示，以配置体积为1.05m³砂浆为例，采取以下各原料的数据。

在步骤s7中，进行干料的拌合：将选择的风积砂1450kg、水泥360kg、粉煤灰100kg和膨胀剂40kg充分掺和均匀，风积砂、水泥、粉煤灰和膨胀剂属于干料。

在步骤s8中，进行混合液的配置：用容器A盛水1.5L，在水中加入水玻璃5L、减水剂7kg，并充分搅拌均匀；用容器B盛温度不低于60°的水0.5L加入引气剂150g，并充分搅拌使引气剂充分溶解；然后将容器A和容器B中的液体混合，并充分搅拌均匀。

容器A、容器B中的水量能够充分溶解复合外加剂。

在步骤s9中，砂浆拌合：将步骤s8中最终配置的液体与步骤s7中拌合的干料以及新加入的水，进行充分的混合并搅拌均匀，然后静置3至5分钟，再进行一次充分搅拌，使外加剂充分发挥作用，得到砂浆。新加入水量根据施工需要砂浆的稠、稀程度确定。

依照上述步骤配制而成的砂浆即可用于建筑砂浆工程。

实施例2：如图1、2所示，实施例2中配置砂浆的比例、流程与实施例1相同，不同的是：本着就地取材和节省成本的目的，选择当地沙漠风积砂和当地生产的通用水泥，并根据所选用的水泥使用合适的添加剂，按照该流程和比例可以配制出适合建筑用的建筑砂浆。

同时，天然河沙是在漫长的地质年代中形成的不可再生的资源。随着建设规模的扩大，天然优质砂资源会日渐短缺。利用沙漠风积砂代替普通河沙配制砂浆，不但可以缩短工期，而且可以极大程度上避免因违规掏河、毁地取砂等现象，从而在保护河道安全，保护环境不致遭受破坏等方面具有十分重要的理论与现实意义，同时本着就地取材的原则，用沙漠风积砂代替普通河沙配制砂浆，可以减少运输成本，降低工程成本。

Claims

1.一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆，其特征是：这种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆按照以下比例进行配置：

2.一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法，其特征是：该利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法按照如下步骤进行：

在步骤s2中，进行水泥的选取：选用复合硅酸盐水泥；

依照上述步骤配制而成的砂浆即可用于建筑砂浆工程。

3.根据权利要求1中所述的一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆，其特征是：所述的水的比例为最小值，即不少于水62的比例。

4.根据权利要求2中所述的一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法，其特征是：所述的步骤s2中，水泥的选取当地生产的通用水泥，即采用32.5低强度水泥。

5.根据权利要求2中所述的一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法，其特征是：所述的步骤5中，减水剂是聚羧酸盐减水剂，聚羧酸盐减水剂的分子是通过“分子设计”人为形成的“梳状”或“树枝状”结构，及在分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的支链；引气剂是十二烷基苯磺酸钠，分子式为C₁₈H₂₉NaO₃S；水玻璃是Na₂O·nSiO₂ ，n=2.4 ，水玻璃的浓度为50%。

6.根据权利要求2中所述的一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法，其特征是：所述的步骤8中，容器A、容器B中的水量能够充分溶解复合外加剂。

7.根据权利要求2中所述的一种利用沙漠风积砂配制的建筑砂浆的配置方法，其特征是：所述的步骤s9中，砂浆拌合时，加入新的水量根据施工需要砂浆的稠、稀程度确定。