本發(fā)明涉及混凝土施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高泵送性能的人工砂混凝土。
背景技術(shù)：
由于目前市場上天然河沙緊缺，為響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針，各地政府都大力推廣使用碎石人工砂代替天然河沙。但是在使用碎石人工砂做混凝土?xí)r，極易產(chǎn)生混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定，易出現(xiàn)泌水和離析，致使混凝土的和易性變差，造成混凝土泵送性能變差，泵送距離短，進(jìn)而造成泵管堵塞等一系列問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
綜上所述，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種提高泵送性能的人工砂混凝土，該混凝土不僅降低泌水率，還能提高抗離析能力，從而提高混凝土泵送性能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
一種提高泵送性能的人工砂混凝土，包括如下的重量份數(shù)的組分：水泥250～310份、煤灰100～120份、石頭986～988份、人工砂874～775份、水180～185份和外加劑5.6～7.2份；其中，所述石頭為天然巖石、卵石或礦山廢石經(jīng)機(jī)械破碎、篩分制成的，石頭粒徑規(guī)格為5～30mm；所述外加劑由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比的原料組成：聚羧酸系減水劑83％、引氣劑2％、緩凝劑5％以及去離子水10％。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，包括如下的重量份數(shù)的組分：水泥250份、煤灰100份、石頭986份、人工砂874份、水185份和外加劑5.6份。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，包括如下的重量份數(shù)的組分：水泥280份、煤灰110份、石頭987份、人工砂825份、水182.5份和外加劑6.4份。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，包括如下的重量份數(shù)的組分：水泥310份、煤灰100份、石頭992、人工砂812份、水180份和外加劑7.2份。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，包括如下的重量份數(shù)的組分：水泥310份、煤灰120份、石頭988份、人工砂775份、水180份和外加劑7.2份。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，所述人工砂為玄武巖人工砂，其由如下重量百分比的原料組成：玄武巖粗砂20～25％、玄武巖細(xì)砂60～70％、玄武巖特細(xì)砂5～6％和玄武巖纖維5～8％。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，所述玄武巖纖維是由將0.2～0.5mm的玄武巖中砂均勻后放入窯爐經(jīng)1350～1400℃高溫熔融，成型拉絲，冷卻到180℃～210℃時(shí)與羥丙基甲基纖維素熔融液混合后進(jìn)行二次拉絲，冷卻至常溫制得；其中，所述玄武巖中砂和所述羥丙基甲基纖維素的重量份數(shù)百分比為85～95％：5～15％。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，所述玄武巖纖維長度為5～7mm，單纖維直徑10～15μm。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，所述緩凝劑為木質(zhì)素磺酸鹽類緩凝劑，，其由如下重量分?jǐn)?shù)的原料組成：木質(zhì)素磺酸鈣46～48份，十二烷基苯磺酸鈉5～8份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30～35份，羧基化蔗渣粉末5～8份以及離子水30～40份。
優(yōu)選的，上述技術(shù)方案，所述引氣劑由如下重量分?jǐn)?shù)比的原料組成：豆渣廢液20～25份，糖鈣8～15份，松香熱聚物6～8份，松香粉20～35份，氫氧化鈉3～8份，硫酸1～6份，三聚氰胺5～10份，聚乙烯醇5～15份，十二烷基硫酸鈉3～5份，十二烷基苯磺酸鈉5～13份以及水20～40份。
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果：
1、通過配比調(diào)整，使混凝土在運(yùn)輸過程中能夠具有良好的流動(dòng)性能，同時(shí)降低泌水率、增加混凝土粘性、提高抗離析能力，能夠有效避免粗骨料下沉、在混凝土凝固前產(chǎn)生水分滲出到混凝土表面，從而保證混凝土的和易性，保證了泵送性能，能夠有效防止泵送過程中因混凝土泌水引起的管道堵塞等問題；
2、本發(fā)明加入的緩凝劑能推遲水泥水化反應(yīng)，從而延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使新拌混凝土較長時(shí)間保持可塑性，避免停放時(shí)間過長引起混凝土凝結(jié)進(jìn)而造成泵送堵塞；
3、由于最小泵送壓力降低，泵送設(shè)備的耗電量減少，從而降低生產(chǎn)成本；
4、由于最小泵送壓力降低，泵送工作對設(shè)備和管道的磨損大大減輕，延長設(shè)備和管道的使用壽命；
5、減少水泥用量，增加粉煤灰用量，降低成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；
6、減少天然河沙的開采、保護(hù)自然環(huán)境。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
原理及物料選用說明
(1)煤灰選用說明
本發(fā)明所使用的煤灰的細(xì)度為15％。該細(xì)度的煤灰能夠很好地改善混凝土和易性，增加混凝土粘性，提高抗離析能力，其具有的微細(xì)顆粒還有助于截?cái)嗷炷羶?nèi)的泌水通道，減少泌水現(xiàn)象，因而提高了混凝土的穩(wěn)定性，保持混凝土的可泵性。
(2)外加劑的選用說明
本發(fā)明所用的外加劑由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比的組分組成：
聚羧酸系減水劑83％，引氣劑2％、緩凝劑5％以及去離子水10％；
其中，聚羧酸系減水劑由如下實(shí)驗(yàn)方法制得燒瓶中加入224g甲基烯丙醇聚氧乙烯醚以及204g去離子水，攪拌溶解，溶解完全后加入1.5g過硫酸銨，十分鐘后同時(shí)滴加a、b液和c液(a液由23g丙烯酸、3.4g乙酸乙烯酯以及62g去離子水組成；b液由0.56g維生素c、2.52g巰基乙酸以及56g去離子水組成；c液由2.4g濃度為25.4％的雙氧水及57g去離子水組成)。a液滴加3.5小時(shí)，b液和c液滴加4小時(shí)，如果滴加過程中體系溫度超過50℃，需要開啟降溫系統(tǒng)，使反應(yīng)釜內(nèi)溫度維持在40～45℃。滴加結(jié)束后熟化2小時(shí)，然后加10.5g氫氧化鈉進(jìn)行中和，即得到聚羧酸高性能減水劑成品。
(3)引氣劑的選用說明
本發(fā)明的外加劑含有2％的引氣劑，該引氣劑由如下質(zhì)量份數(shù)的原料組成：豆渣廢液20～25份，糖鈣8～15份，松香熱聚物6～8份，松香粉20～35份，氫氧化鈉3～8份，硫酸1～6份，三聚氰胺5～10份，聚乙烯醇5～15份，十二烷基硫酸鈉3～5份，十二烷基苯磺酸鈉5～13份以及水20～40份。優(yōu)選豆渣廢液22份，糖鈣12份，松香熱聚物7份，松香粉30份，氫氧化鈉6份，硫酸4份，三聚氰胺7份，聚乙烯醇10份，十二烷基硫酸鈉4份，十二烷基苯磺酸鈉8份以及水35份
引氣劑能在混凝土中引入大量均勻分布、相互獨(dú)立的類球形微小氣泡，它們在混凝土中起到了滾珠的作用，增加了漿體體積、漿體粘度，使混凝土拌和物的和易性得到了極大的提高，同時(shí)，增加的氣泡使得混凝土的內(nèi)聚力和均勻性都增加，氣泡黏結(jié)著固體顆?？梢詼p小其下沉的趨勢，同時(shí)也減小水的流動(dòng)進(jìn)而降低了混凝土的泌水和離析。
(4)緩凝劑的選用說明
本發(fā)明所用的外加劑含有5％的緩凝劑，緩凝劑為木質(zhì)素磺酸鹽類緩凝劑其由如下重量分?jǐn)?shù)的原料組成：木質(zhì)素磺酸鈣46～48份，十二烷基苯磺酸鈉5～8份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30～35份，羧基化蔗渣粉末5～8份以及去離子水30～40份。優(yōu)選：木質(zhì)素磺酸鈣47份，十二烷基苯磺酸鈉6份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸32份、羧基化蔗渣粉末8份以及去離子水35份。本發(fā)明所用的木質(zhì)素磺酸鹽類緩凝劑具有優(yōu)良的坍落度保持能力，其能將水泥水化產(chǎn)物的堿性介質(zhì)與游離的ca2+生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物，在水化初期降低了液相中的ca2+的濃度，延遲了ch的析晶，同時(shí)還可以吸附于水泥水化顆粒表面，與“富硅層”中的氧離子生成氫鍵，在水泥顆粒表面形成一層保護(hù)膜，抑制其水化反應(yīng)的進(jìn)行，從而產(chǎn)生緩凝作用。隨著水化過程的進(jìn)行雖然這種不穩(wěn)定的絡(luò)合物將其自行分解，水化將繼續(xù)正常進(jìn)行，但并不影響水泥后期水化。而且羧基化蔗渣粉末對金屬離子具有較強(qiáng)的吸附作用，由于這種吸附作用，能很好鎖住水分、水泥和砂漿，從而延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使新拌混凝土較長時(shí)間保持可塑性，避免停放時(shí)間過長引起混凝土凝結(jié)進(jìn)而造成泵送堵塞。該產(chǎn)品的加入可以提高減水劑的分散性，延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，不影響混凝土強(qiáng)度的發(fā)展。
(5)石頭的選用說明
本發(fā)明的所用的石頭為天然巖石、卵石或礦山廢石經(jīng)機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑規(guī)格為5～30mm，本發(fā)明的實(shí)施例中優(yōu)選用玄武巖石，石頭粒徑規(guī)格為5～25mm。
實(shí)施例1：
人工砂選擇：
本實(shí)施例混凝土所用的人工砂原石料優(yōu)選玄武巖，其制砂工藝為：
開采石場清除植被及覆蓋層后，分梯段鉆孔爆破，送入粗碎車間受料坑由型旋回式破碎機(jī)和顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎，粗碎后經(jīng)中碎破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎后篩分小于35mm料徑的碎石送至立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制得粒徑小于5mm的砂粒。
將粒徑小于5mm的砂粒進(jìn)行篩分出0.5～5mm的玄武巖粗砂、0.2～0.5mm的玄武巖中砂、0.05～0.2mm的玄武巖細(xì)砂，0.05mm以下的玄武巖特細(xì)砂。
將0.2～0.5mm的玄武巖中砂進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過程是：將0.2～0.5mm的玄武巖中砂均勻后放入窯爐經(jīng)1350～1400℃高溫熔融，成型拉絲，冷卻到180℃～210℃時(shí)與羥丙基甲基纖維素熔融液混合后進(jìn)行二次拉絲，冷卻至常溫制得玄武巖纖維，玄武巖纖維長度為5～7mm，單纖維直徑10～15μm,長度優(yōu)選6.5mm,單纖維直徑優(yōu)選12μm，玄武巖中砂與羥丙基甲基纖維素重量分?jǐn)?shù)百分比為85～95％：5～15％，優(yōu)選90:10。
將玄武巖粗砂、玄武巖細(xì)砂、玄武巖特細(xì)砂和玄武巖纖維按如下重量百分比制備本實(shí)施例所用的人工砂，即玄武巖人工砂:玄武巖粗砂25％、玄武巖細(xì)砂65％、玄武巖特細(xì)砂5％和玄武巖纖維5％。
利用羥丙基甲基纖維素對將0.2～0.5mm的玄武巖中砂改性成玄武巖纖維，一方面是利用里羥丙基甲基纖維素本身所具有的穩(wěn)定性、潤滑性以及保水性，同時(shí)結(jié)合玄武巖纖維極性分子具有極佳的水泥基體的親和能力和具有良好的自分散性的特性，吸收混凝土散開的能量以阻止離析、泌水，而且玄武巖纖維分散性好能有效防止團(tuán)聚，制備的混凝土的流動(dòng)性好，有利于進(jìn)行泵送，另外混凝土凝結(jié)后玄武巖纖維起著連接作用，能夠提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和耐久度。
人工砂混凝土制備：
按如下重量份數(shù)稱取原料：水泥250份、煤灰100份、石頭986份、玄武巖人工砂874份、水185份和外加劑5.6份。
配置好原料組分后制備本發(fā)明的混凝土，制備時(shí)先向混凝土攪拌機(jī)主機(jī)內(nèi)同時(shí)加入人工砂、水泥、煤灰和水，并攪拌60s；再向攪拌機(jī)主機(jī)內(nèi)加入外加劑，并攪拌20～30s；最后向攪拌機(jī)主機(jī)內(nèi)加入石頭料，攪拌均勻后即可。制備時(shí)先混合膠凝材料而后加入石頭料，石頭料可以很好的分散混凝土中的膠凝材料顆粒，達(dá)到均化混凝土的目的，有效避免了因泵送過程發(fā)生膠凝材料團(tuán)聚而造成泵送管道堵塞的問題。
按照實(shí)施例1的配比，制成強(qiáng)度等級為c25的混凝土。
實(shí)施例2：
采用實(shí)施例1中的方法制備出0.5～5mm的玄武巖粗砂、0.2～0.5mm的玄武巖中砂、0.05～0.2mm的玄武巖細(xì)砂、0.05mm以下的玄武巖特細(xì)砂；將0.2～0.5mm的玄武巖中砂與羥丙基甲基纖維素結(jié)合，按實(shí)施例1中說明的方法制備玄武巖纖維。
將玄武巖粗砂、玄武巖特細(xì)砂、玄武巖特細(xì)砂和玄武巖纖維按重量百分比22％：65％：5％：8％制備玄武巖人工砂。
按如下重量份數(shù)稱取原料：水泥280份、煤灰110份、石頭987份、玄武巖人工砂825份、水182.5份和外加劑6.4份。
配置好原料后按實(shí)施例1的方法制備本實(shí)施例的混凝土。
按照實(shí)施例2的配比，能夠制成強(qiáng)度等級為c30的混凝土。
實(shí)施例3：
人工砂選擇：
采用實(shí)施例1中的方法制備出0.5～5mm的玄武巖粗砂、0.2～0.5mm的玄武巖中砂、0.05～0.2mm的玄武巖細(xì)砂、0.05mm以下的玄武巖特細(xì)砂；將0.2～0.5mm的玄武巖中砂與羥丙基甲基纖維素結(jié)合，按實(shí)施例1中說明的方法制備玄武巖纖維。
將玄武巖粗砂、玄武巖特細(xì)砂、玄武巖特細(xì)砂和玄武巖纖維按重量百分比20％：62％：6％：7％制備玄武巖人工砂。
按如下重量份數(shù)稱取原料：水泥310份、煤灰100份、石頭992份、玄武巖人工砂812份、水180份和外加劑7.2份。
配置好原料后按實(shí)施例1的方法制備本實(shí)施例的混凝土。
按照實(shí)施例3的配比，能夠制成強(qiáng)度等級為c35的混凝土。
實(shí)施例4：
采用實(shí)施例1中的方法制備出0.5～5mm的玄武巖粗砂、0.2～0.5mm的玄武巖中砂、0.05～0.2mm的玄武巖細(xì)砂、0.05mm以下的玄武巖特細(xì)砂；將0.2～0.5mm的玄武巖中砂與羥丙基甲基纖維素結(jié)合，按實(shí)施例1中說明的方法制備玄武巖纖維。
將玄武巖粗砂、玄武巖特細(xì)砂、玄武巖特細(xì)砂和玄武巖纖維按重量百分比20％：70％：5％：5％制備玄武巖人工砂。
按如下重量份數(shù)稱取原料：水泥310份、煤灰120份、石頭988份、玄武巖人工砂775份、水180份和外加劑7.2份。
配置好原料后按實(shí)施例1的方法制備本實(shí)施例的混凝土。
按照實(shí)施例4的配比，能夠制成強(qiáng)度等級為c40的混凝土。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比：
對比例(常用混凝土配比)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示：
表1
本發(fā)明的實(shí)施例數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2所示：
表2
按照上述對比例的配比與本發(fā)明混凝土配合比制得各強(qiáng)度等級的混凝土，進(jìn)行性能比較：
①最小泵送壓力比較(單位mpa)：
從上表中看出，本發(fā)明在各強(qiáng)度等級的最小泵送壓力均小于對比例，說明使用本發(fā)明配方制作的混凝土在泵送時(shí)要求泵送設(shè)備的最小壓力低，不僅減小了泵送設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)功率，降低耗電量，而且對設(shè)備和管道的磨損大大減輕，延長設(shè)備和管道的使用壽命。
②塌落度比較(單位mpa)：
從上表中看出，本發(fā)明的初始坍塌度和1小時(shí)后的坍塌度均優(yōu)于對比例，說明本發(fā)明的和易性更好，而且本發(fā)明在初始1小時(shí)內(nèi)的平均坍塌度僅為5mm遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對比例的15mm，說明本發(fā)明的混凝土坍塌度變化小，在運(yùn)輸過程中能夠保持良好的流動(dòng)性能，不易凝結(jié)；同時(shí)也說明本發(fā)明加入的緩凝劑能推遲水泥水化反應(yīng)，從而延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使新拌混凝土較長時(shí)間保持可塑性，避免停放時(shí)間過長引起混凝土凝結(jié)進(jìn)而造成泵送堵塞。
③強(qiáng)度比較：
從上表中看出，本發(fā)明在各強(qiáng)度等級的7d強(qiáng)度比對比例的強(qiáng)度低，但在28d的強(qiáng)度與對比例的強(qiáng)度幾乎一致，說明加入的緩凝劑對混凝土后期各項(xiàng)性能不會(huì)造成不良影響。
④泌水率比較：
從上表中看出，本發(fā)明在各強(qiáng)度的泌水率比對比例的泌水率低很多，能夠有效避免粗骨料下沉、在混凝土凝固前產(chǎn)生水分滲出到混凝土表面，從而保證混凝土的和易性，保證了泵送性能，能夠有效防止泵送過程中因混凝土泌水引起的管道堵塞等問題。
⑤泵送能力比較
根據(jù)混凝土泵的最大出口壓力、配管情況、混凝土性能指標(biāo)和輸出量按下式計(jì)算：
lmax＝pmax/δph
k1＝(3.00-0.01s1)*102＝(3.00-0.01*170)*102＝130
k2＝(4.00-0.01s1)*102＝(4.00-0.01*170)*102＝230
式中l(wèi)max--混凝土泵的最大水平輸送距離(m)；
pmax--混凝土泵的最大出口壓力(pa/m)；
δph--混凝土在水平輸送管內(nèi)流動(dòng)每米產(chǎn)生的壓力損失(pa/m)；
γ0--混凝土輸送管半徑(m)；
k1--粘著系數(shù)(pa)；
k2--速度系數(shù)(pa/m/s)；
s1--混凝土坍落度，對比例取18cm,本發(fā)明的混凝土的坍落度取＝(205+215+220)/3≈213mm＝21.3cm；
t2/t1--混凝土泵分配閥切換時(shí)間與活塞推壓混凝土?xí)r間之比。一般取0.3；
v2--混凝土拌合物在輸送管內(nèi)的平均流速(m/s)；
α2--徑向壓力與軸向壓力之比，對普通混凝土取0.90。
混凝土泵的最大水平輸送距離按120m，最大垂直輸送距離按200m，彎管水平換算長度按24m,軟管水平換算長度按20m計(jì)算共364m.
因?qū)Ρ壤淖畲笏奖盟途嚯x為：
lmax＝pmax/δph，則lmax＝pmax/δph＝18mpa/21310pa/m＝845m
本發(fā)明的混凝土的最大水平泵送距離為：
lmax＝pmax/δph，則lmax＝pmax/δph＝21.3mpa/21310pa/m＝999.5m
故本發(fā)明的混凝土輸送管道的配管整體水平換算長度364m遠(yuǎn)小于計(jì)算所得的最大水平泵送距離999.5m遠(yuǎn)大于845m，說明本發(fā)明的混凝土的泵送性能好。
本發(fā)明的人工砂還可以是河卵石、鵝卵石和石英石等材料加工制作成的人工砂，人工砂粒徑及規(guī)格與玄武巖一致，制備本發(fā)明的混凝土?xí)r用量為874～775份。
綜上，按照本發(fā)明混凝土配合比制得各等級強(qiáng)度的混凝土具有如下有益效果：
1、通過配比調(diào)整，使混凝土在運(yùn)輸過程中能夠具有良好的流動(dòng)性能，同時(shí)降低泌水率、增加混凝土粘性、提高抗離析能力，能夠有效避免粗骨料下沉、在混凝土凝固前產(chǎn)生水分滲出到混凝土表面，從而保證混凝土的和易性，保證了泵送性能，能夠有效防止泵送過程中因混凝土泌水引起的管道堵塞等問題；
2、本發(fā)明加入的緩凝劑能推遲水泥水化反應(yīng)，從而延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使新拌混凝土較長時(shí)間保持可塑性，避免停放時(shí)間過長引起混凝土凝結(jié)進(jìn)而造成泵送堵塞；
3、由于最小泵送壓力降低，泵送設(shè)備的耗電量減少，從而降低生產(chǎn)成本；
4、由于最小泵送壓力降低，泵送工作對設(shè)備和管道的磨損大大減輕，延長設(shè)備和管道的使用壽命；
5、減少水泥用量，增加粉煤灰用量，降低成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；
6、減少天然河沙的開采、保護(hù)自然環(huán)境。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。