CN110563413A - 一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土及其制备方法，该混凝土各组分的质量比为：水泥4.10‑8.20、纳米级硅质粉0.41‑1.23、微米级硅质粉0.41‑6.15、活性硅钙质粉2.05‑2.46、惰性硅钙质粉2.05‑6.97、机制碎石34.28‑39.12、机制砂37.58‑43.03、高效高性能外加剂0.20‑0.33、改性剂0.04‑0.12、水6.56‑6.97，所述机制碎石为粒径在5.0‑25.0mm连续级配机制石灰石碎石，针片状含量≤5.0%。所述所述机制砂为粒径在5.00mm以下连续级配机制砂，砂细度模数为2.6‑3.2、MB值≤1.0%、石粉含量为8.0‑20.0%。制备的向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，具有和易性好、不泌水、良好的向下泵送等优点，解决了现有普通低标号机制砂混凝土向下泵送时容易造成堵管，造成工期延误或者材料浪费的问题。

Description

一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土及其制备方法。
背景技术
地铁大多都是建在20-50m的地底下，对于混凝土的输送主要有“地底下车转运+泵送”和“直接从地上往地下泵送”两中方式。“地底下车转运+泵送”施工效率较低，“直接从地上往地下泵送”施工效率高，所以在建地铁站项目时大多用“直接从地上往地下泵送”的方式输送混凝土。但由于严格的环保要求，卵石、河砂禁止开采。目前，多应用机制碎石、机制砂制备混凝土。机制碎石、机制砂级配不良、表面粗糙、多棱角、粒型差，因而拌制的机制砂混凝土需水率高、易离析、可泵送性差。尤其在制备低标号机制砂混凝土时，胶凝材料用量少，混凝土离散、粘聚性差、保水性差、流动性差，泵送性及施工性能得不到保证。同时，在向下泵送和过程中，在垂直泵管中无浆体包裹的砂石先落到泵管底部，直接造成混凝土堵管；中途一旦停止泵送，泵管里的混凝土在压力的作用下，浆体流走，剩下砂石，也容易造成堵管；有人通过提高水泥用量改善混凝土工作性来解决这一问题，这种方法虽然有效的避免混凝土堵管，但提高了混凝土的成本。因此，有必要开发一种制备工艺简单、成本低、工作性、泵送性优良向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其能有效的解决机制砂低标号混凝土向下泵送性及工作性问题，避免混凝土堵管发生，造成不必要的损失，加快地铁项目的建设进度。
中国专利公开号CN109336482A于2018年12月8日公开了发明名称为“一种机制砂混凝土及其制备方法”，通过优先水泥、机制碎石、机制砂、超细石粉、外加剂等生物掺配比例的调整，改变搅拌工艺，得到C30-C50机制砂混凝土，其并未解决向下泵送轨道低标号机制砂混凝土的上述问题，同时也并未解决向下泵送轨道低标号机制砂混凝土的向下泵送问题。中国专利公开号CN109455992A于2019年1月12日公开了发明名称为“一种机制砂混凝土及其制备方法”，通过加入微硅灰、粉煤灰、外加剂等改善了混凝土性能，其混凝土28d抗压强度在36.7-38.2Mpa，就是只针对C30混凝土，并没有提到对于向下泵送轨道低标号机制砂混凝土性能进行改善。同时，向下泵送轨道低标号机制砂混凝土研究较少，施工过程中大多用普通低标号混凝土代替，这使得混凝土泵送过程中堵管频发。所以，有必要开发一种制备工艺简单、成本低、工作性、泵送性优良向下泵送轨道低标号机制砂混凝土。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土及其制备方法，具有和易性好、不泌水、良好的向下泵送等优点，同时，制备工艺简单、成本低、绿色环保，以解决现有普通低标号机制砂混凝土向下泵送时容易造成堵管，造成工期延误或者材料浪费的问题。
本发明的技术方案是：一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，该混凝土各组分的质量比为：水泥4.10-8.20、纳米级硅质粉0.41-1.23、微米级硅质粉0.41-6.15、活性硅钙质粉2.05-2.46、惰性硅钙质粉2.05-6.97、机制碎石34.28-39.12、机制砂37.58-43.03、高效高性能外加剂0.20-0.33、改性剂0.04-0.12、水6.56-6.97；
所述向下泵送是指混凝土垂直向下或斜向下0-50m泵送到底部弯管，经水平管0-200m的“L型”泵送，所述轨道低标号机制砂混凝土是指城市地铁轨道C10、C15、C20或C25强度等级用于回填、垫层、防水保护层等非主要结构部位低标号机制砂混凝土。
进一步的，所述纳米级硅质粉为微硅灰，比表面积20000m2/kg，强度活性≥120%。
进一步的，所述活性硅钙粉为磷渣粉、钢渣粉、玻璃粉中的一种，比表面积400-500m2/kg。
进一步的，所述惰性硅钙质粉为石灰石粉、玄武岩粉的一种，比表面积为400-600m2/kg。
进一步的，所述机制碎石为粒径在5.0-25.0mm连续级配机制石灰石碎石，针片状含量≤5.0%。
进一步的，所述机制砂为粒径在5.00mm以下连续级配机制砂，砂细度模数为2.6-3.2、MB值≤1.0%、石粉含量为8.0-20.0%。
进一步的，所述改性剂为纤维素醚。
进一步的，所述高效高性能外加剂为减水率不低于28.0%的外加剂。
一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按各组分质量比称量好水泥、纳米级硅质粉、微米级硅质粉、活性硅钙矿粉、惰性硅钙质粉、机制碎石、机制砂、高效高性能外加剂、改性剂、水；
步骤二：将称好的改性剂和水充分搅拌混合5min，得到混合液；
步骤三：将称好的水泥、纳米级硅质粉、微米级硅质粉、活性硅钙矿粉、惰性硅钙质粉、机制碎石、机制砂至于混凝土搅拌机中干拌2min充分混合的混合干料，然后将混合液置于混合干料中搅拌，搅拌均匀后倒入高效高性能外加剂搅拌3min，得到向下泵送轨道低标号机制砂混凝土。
本发明的作用机理是：通过“优化胶材体系+优化骨料体系”实现一种工作性、泵送性优良的向下泵送轨道低标号机制砂混凝土。“优化胶材体系”是通过加入纳米级、微米级颗粒等的胶材，调整胶凝材料的颗粒级配，提高胶凝体系密实度，改善混凝土的工作性、泌水性。具体是指，纳米级硅质粉，其发挥除了“活性效应”外，纳米级硅质粉颗粒微细，比水泥颗粒细两个数量级，能填充水泥及其他胶材颗粒间存在的孔隙，胶材体系颗粒密堆积，可以减少泌水、减少80%的毛细孔数量，并减小毛细孔径，改善整个胶材体系的级配结构，密实胶材体系，确保新拌混凝土的匀质性、稳定性，防止混凝土在向下泵送过程中由于压力作用产生离析、泌水，发生堵管；微米级硅质粉，主要由大量的球体实心微珠组成，表面光滑、需水量小，其球体“滚珠效应”能提高向下泵送轨道低标号机制砂混凝土的流动性、泵送性，使得混凝土在泵送过程中更加顺滑。活性硅钙质粉具有一定活性，除了能替代部分水泥外，活性硅钙矿粉为工业固体废弃物加工而得，成本较低，同时能弥补了泵送轨道低标号机制砂混凝土浆体不足，改善粘聚性的，降低混凝土的离析、泌水。惰性硅钙质粉，来源广，其低需水性、低表面能，使得其在混凝土中具有良好的减水和分散效应，让胶凝材料分散更均匀，填充效率更高。同时惰性硅钙质粉的掺入进一步提高了泵送轨道低标号机制砂混凝土的总浆体量，使得混凝土的流动性更加优异，进一步提高泵送性；高效高性能外加剂，其高的减水作用，可以降低混凝土用水量，降低混凝土的泌水可能性，其良好有缓凝、引气、增稠、保塌作用，可以保证混凝土具有良好的工作性、泵送性的同时，保证混凝土具有良好的工作性保证时间，不至于混凝土工作性损失太快，不利于泵送施工。改性剂纤维素醚在水中溶解后，由于表面活性作用保证了胶凝材料在体系中有效地均匀分布，其作为一种保护胶体，“包裹”住固体颗粒，并在其外表面形成一层润滑膜，使混凝土体系更稳定，在向下泵送过程中在压力作用不发生离析、泌水。良好的粘聚性也使得混凝土在向下泵送过程中不会发生粗骨料与浆体分离而堵管。同时由于改性剂纤维素醚自身分子结构特点，使混凝土中的水分不易失去，并在较长的一段时间内逐步释放，赋予混凝土良好的保水性和工作性，使得混凝土在泵送过程中，具有良好的稳定性，不发生泌水。“优化骨料体系”，指通过调整机制砂、碎石的级配，同时限制整机制砂的细度、MB值、石粉含量及碎石的针片状指标等来优化骨料体系提高混凝土的工作性、泵送性。具体是指，机制砂为连续级配，是为了使机制砂自身密实堆积，孔隙少、需要更少的浆体。机制砂MB值得限制是为了减少高MB值砂对混凝土工作性的不利影响。机制砂石粉含量的限制是为了给混凝土提供惰性粉料以再次弥补低标号混凝土的浆体量不足，再次提高混凝土的工作性。碎石的针片状含量≤5.0%是为了降低针片状对混凝土工作性的影响。
本发明的有益效果是：
1、本发明应环保要求，利用机制砂石代替了天然砂石，符合当今绿色环保的发展理念。应用了“优化胶材体系”+“优化骨料体系”的方法克服因机制砂石级配不良、表面粗糙、多棱角、粒型差等特点，使得拌制的混凝土性能差的问题，特别是轨道低标号机制砂混凝土很容易出现泌水、离析、流动性差、粘聚性差等问题。同时，关于轨道向下泵送低标号混凝土技术，研究很少，本发明正好填补这方面的空白。
2、本发明在于解决了向下泵送轨道低标号机制砂混凝土技术。本发明通过“优化胶材体系”+“优化骨料体系”改善向下泵送轨道低标号机制砂混凝土的和易性，使其具有良好的粘聚性、保水性，在压力情况下保持良好的稳定性。使得低标号机制砂混凝土具有看良好的向下泵送性能。
具体实施方式
一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，按如下步骤制备：
步骤一：按实施例1-8的质量比称量好水泥、纳米级硅质粉、微米级硅质粉、活性硅钙矿粉、惰性硅钙质粉、机制碎石、机制砂、高效高性能外加剂、改性剂、水；
步骤二：将称好的改性剂和水充分搅拌混合5min，得到混合液；
步骤三：将称好的水泥、纳米级硅质粉、微米级硅质粉、活性硅钙矿粉、惰性硅钙质粉、机制碎石、机制砂至于混凝土搅拌机中干拌2min充分混合的混合干料，然后将混合液置于混合干料中搅拌，搅拌均匀后倒入高效高性能外加剂搅拌5min，得到向下泵送轨道低标号机制砂混凝土。
所述向下泵送是指混凝土垂直向下或斜向下0-50m泵送到底部弯管，经水平管0-200m的“L型”泵送，所述轨道低标号机制砂混凝土是指城市地铁轨道C10、C15、C20或C25强度等级用于回填、垫层、防水保护层等非主要结构部位低标号机制砂混凝土。
所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O 42.5和普通硅酸盐水泥P.O 52.5中的一种。
所述纳米级硅质粉为微硅灰，比表面积20000m2/kg，强度活性≥120%。
所述微米级硅质粉为粉煤灰，达到《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）要求。
所述活性硅钙粉为磷渣粉、钢渣粉、玻璃粉中的一种，比表面积400-500m2/kg。
所述惰性硅钙质粉为石灰石粉、玄武岩粉的一种，比表面积为400-600m2/kg。
所述机制碎石为粒径在5.0-25.0mm连续级配机制石灰石碎石，针片状含量≤5.0%。
所述机制砂为粒径在5.00mm以下连续级配机制砂，砂细度模数为2.6-3.2、MB值≤1.0%、8.0%≤石粉含量为8.0-20.0%。
所述改性剂为纤维素醚。
所述高效高性能外加剂为减水率不低于28.0%的外加剂，具有缓凝、引气、增稠、保塌作用。
所述水为为符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）的自来水。
对照组未加入纳米级硅质粉、活性硅钙矿粉、惰性硅钙质粉和改性剂，拌和方式及其它原材料与本实施方式相同。
对照组和实施例1-8的组分质量配比如下表：
水泥 纳米级硅质粉 微米级硅质粉 活性硅钙矿粉 惰性硅钙质粉 机制碎石 机制砂 高效高性能外加剂 改性剂 水
对照组 8.20 0 4.10 0 0 40.22 40.22 0.31 0 6.95
实施例1 4.10 0.82 6.15 2.05 2.05 36.56 41.39 0.20 0.12 6.56
实施例2 4.10 0.82 4.10 2.46 3.69 36.56 41.39 0.23 0.10 6.56
实施例3 4.10 1.23 2.05 1.23 6.97 34.28 43.03 0.27 0.08 6.76
实施例4 5.74 0.41 4.10 2.46 3.28 36.83 39.90 0.25 0.06 6.56
实施例5 4.92 0.82 4.10 1.23 5.33 38.14 38.14 0.27 0.08 6.97
实施例6 6.65 0.41 0.41 2.05 4.08 37.34 38.90 0.27 0.07 6.97
实施例7 7.38 0.41 3.28 1.23 3.69 39.12 37.58 0.31 0.04 6.97
实施例8 8.20 0.41 3.28 2.05 2.05 36.89 39.80 0.33 0.04 6.97
对照组和实施例1-8的各组分材料指标如下表：
水泥 纳米级硅质粉 微米级硅质粉 活性硅钙矿粉 惰性硅钙质粉
对照组 P.O42.5 / F类II级 / /
实施例1 P.O42.5 硅灰 F类II级 磷渣粉（500m<sup>2</sup>/kg） 石灰石粉（500m<sup>2</sup>/kg）
实施例2 P.O42.5 硅灰 F类II级 磷渣粉（500m<sup>2</sup>/kg） 玄武岩粉（480m<sup>2</sup>/kg）
实施例3 P.O52.5 硅灰 F类II级 钢渣粉（450m<sup>2</sup>/kg) 石灰石粉（400m<sup>2</sup>/kg）
实施例4 P.O42.5 硅灰 F类II级 钢渣粉（450m<sup>2</sup>/kg) 石灰石粉（600m<sup>2</sup>/kg）
实施例5 P.O52.5 硅灰 F类II级 玻璃粉（400m<sup>2</sup>/kg) 石灰石粉（550m<sup>2</sup>/kg）
实施例6 P.O42.5 硅灰 F类II级 钢渣粉（450m<sup>2</sup>/kg) 石灰石粉（500m<sup>2</sup>/kg）
实施例7 P.O52.5 硅灰 F类II级 玻璃粉（400m<sup>2</sup>/kg) 玄武岩粉（500m<sup>2</sup>/kg）
实施例8 P.O52.5 硅灰 F类II级 钢渣粉（450m<sup>2</sup>/kg) 石灰石粉（500m<sup>2</sup>/kg）
说明：机制碎石、机制砂、高效高性能外加剂、改性剂、水等各为一种材料，前面已经做了具体说明，在上表中不在做具体说明。
对照组和实施例1-8的混凝土新拌性能指标如下表：
扩展度/mm 坍落度/mm （静置）泌水情况 （压力）泌水情况 粘聚性 泌浆情况 工作性、泵送性描述
对照组 400 180 静置20min泌水明显 泌水严重 差 泌浆严重 混凝土流动性差，泵送性差
实施例1 500 200 静置无泌水 泌水率小 良好 无泌浆 流动性、包裹性、泵送性良好
实施例2 520 210 静置无泌水 泌水率小 良好 无泌浆 流动性、包裹性、泵送性良好
实施例3 560 220 静置无泌水 泌水率小 良好 无泌浆 流动性、包裹性、泵送性良好
实施例4 580 230 静置无泌水 泌水率小 良好 无泌浆 流动性、包裹性、泵送性良好
实施例5 540 220 静置无泌水 泌水率小 良好 无泌浆 流动性、包裹性、泵送性良好
实施例6 560 210 静置无泌水 泌水率小 良好 无泌浆 流动性、包裹性、泵送性良好
实施例7 600 240 静置无泌水 泌水率小 良好 无泌浆 流动性、包裹性、泵送性良好
实施例8 580 230 静置无泌水 泌水率小 良好 无泌浆 流动性、包裹性、泵送性良好
由上表可以明显的看出，实施例1-8与对照组对比，对照组的扩展度、坍落度小，混凝土的和易性差，不利于泵送，尤其是在向下泵送过程中容易堵管，同时对照组在静置或压力情况下都泌水、泌浆，粘聚性差，容易产生浆骨分离而造成堵管，而实施例1-8通过“优化胶材体系”+“优化骨料体系”提升了混凝土新拌性，扩展度、坍落度均分别达到500mm、200mm以上，在静置或压力情况下泌水、泌浆都得到很大改善，粘聚性也优良，同时混凝土的流动性、包裹性、泵送性良好，满足向下泵送及施工要求。
对照组和实施例1-8的抗压强度性能如下表，均满足标准要求：
对照组 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
28天抗压强度（Mpa） 20.6 14.2 16.7 15.7 18.6 17.9 22.5 25.6 29.7
由上表实施例1-8可知，通过调整各材料组分比例，可以使得低标号向下泵送混凝土满足C10、C15、C20、C25的强度要求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其特征在于，该混凝土各组分的质量比为：水泥4.10-8.20、纳米级硅质粉0.41-1.23、微米级硅质粉0.41-6.15、活性硅钙质粉2.05-2.46、惰性硅钙质粉2.05-6.97、机制碎石34.28-39.12、机制砂37.58-43.03、高效高性能外加剂0.20-0.33、改性剂0.04-0.12、水6.56-6.97；
所述向下泵送是指混凝土垂直向下或斜向下0-50m泵送到底部弯管，经水平管0-200m的“L型”泵送，所述轨道低标号机制砂混凝土是指城市地铁轨道C10、C15、C20或C25强度等级机制砂混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其特征在于，所述纳米级硅质粉为微硅灰，比表面积20000m2/kg，强度活性≥120%。
3.根据权利要求1所述的一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其特征在于，所述活性硅钙粉为磷渣粉、钢渣粉、玻璃粉中的一种，比表面积400-500m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其特征在于，所述惰性硅钙质粉为石灰石粉、玄武岩粉的一种，比表面积为400-600m2/kg。
5.根据权利要求1所述的一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其特征在于，所述机制碎石为粒径在5.0-25.0mm连续级配机制石灰石碎石，针片状含量≤5.0%。
6.根据权利要求1所述的一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其特征在于，所述机制砂为粒径在5.00mm以下连续级配机制砂，砂细度模数为2.6-3.2、MB值≤1.0%、石粉含量为8.0-20.0%。
7.根据权利要求1所述的一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其特征在于，所述改性剂为纤维素醚。
8.根据权利要求1所述的一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土，其特征在于，所述高效高性能外加剂为减水率不低于28.0%的外加剂。
9.一种向下泵送轨道低标号机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按各组分质量比称量好水泥、纳米级硅质粉、微米级硅质粉、活性硅钙矿粉、惰性硅钙质粉、机制碎石、机制砂、高效高性能外加剂、改性剂、水；
步骤二：将称好的改性剂和水充分搅拌混合5min，得到混合液；
步骤三：将称好的水泥、纳米级硅质粉、微米级硅质粉、活性硅钙矿粉、惰性硅钙质粉、机制碎石、机制砂至于混凝土搅拌机中干拌2min充分混合的混合干料，然后将混合液置于混合干料中搅拌，搅拌均匀后倒入高效高性能外加剂搅拌3min，得到向下泵送轨道低标号机制砂混凝土。
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