一种用机制砂配制的高强、免振自密实混凝土的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种机制砂配制的高强、免振自密实混凝土，主要由水、胶凝材料、机制砂和碎石组成，其特征在于，其主要技术参数如下，混凝土中水胶比为0.21~0.32，水粉比：0.65~0.83，砂率：44%~60%，单位浆体体积量：0.45~0.53。本发明机制砂配制的高强、免振自密实混凝土具有高流动性、不离析、均匀性和稳定性，浇筑时依靠其自身重量流动，无需振捣而达到密实，在施工过程中克服截面转换中开裂的问题，实现了降低劳动量、加快施工速度、减少施工噪音、节约建筑成本等一系列目标。
【专利说明】-种用机制砂配制的高强、免振自密实混凝土
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机制砂配制的混凝土，特别涉及一种机制砂配制的高强度混凝 土，尤其是机制砂配高强、免振自密实混凝土。
【背景技术】
[0002] 混凝土是建筑市场中最大宗的消耗性材料，其中高强混凝土更是在超高层建筑中 得到广泛应用的基础建材。随着我国城市建设步伐的加快，混凝土用量、砂石的消耗量极为 惊人。目前我国多数地区配制高强混凝土使用的是天然砂，然而天然砂的资源在短时间内 是不可再生的。为此国务院和各地政府相继采取一系列控制措施，并出台了禁采或限采天 然砂的规定，例如2001年国务院颁布了《长江河道采砂管理条例》规定从2002年开始，整 个长江采砂量控制在每年5000t。湖北省恩施州的天然砂资源已经枯竭，无砂可用。随着基 本建设的日益发展，天然砂短缺的状况越发的突显，严重制约了工程建设的进度和质量。
[0003] 据统计2001年发布的国家标准GB/T14684-2001《建设用砂》规定，机制砂中粒径 小于75um的颗粒划入石粉范围，机制砂中石粉含量的限值按照混凝土强度分级确定。用于 C60以上混凝土的机制砂，其石粉含量限制在3 %以下；对于强度等级为C30?C60的混凝 土及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土，机制砂中石粉含量限制在5%以下；对于强度等级 低于C30的混凝土和建筑砂浆，机制砂中石粉含量限制在7%以下。
[0004] 但是，目前人们对机制砂研究还比较匮乏，缺少科学的认识，难以接受机制砂石 粉，存在机制砂质量不如天然砂的误解。有的地区或部门唯恐石粉或机制砂影响工程质量， 限制机制砂的应用范围，更有甚者在建施工招标文件规定："C30(不含C30)以上混凝土墩 高30m及以上的桥梁墩身，桥梁上部构造混凝土均不得使用机制砂，必须使用天然砂……"。 种种不接受石粉乃至不接受机制砂的现象，严重制约了机制砂的研究与应用。
[0005] 虽然，中国行业标准《普通混凝土用砂石质量标准及检修方法》（JGJ52)将机制砂 中的石粉含量放宽，即将强度等级放宽为5% (大于等于C60)、7% (介于C30?C60之间）、 10% (小于C30)。对机制砂的应用起到了一定的促进作用，但是行业内普遍缺少对机制砂 的了解，具体应用中更是无从下手。
[0006] 另外，由于机制砂含有石粉的特性，直接按照天然砂的配比，混合得到的混凝土常 常会出现泌水、离析等问题，而且机制砂对于高强混凝土的外加剂也十分敏感，导致机制 砂难以应用在高强混凝土的配制中。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术对机制砂的偏见，针对应用机制砂配制的高强混 凝土容易泌水、离析，对于外加剂敏感等问题，提供一种性能优越的机制砂配制的混凝土， 尤其是一种机制砂配制的高强、免振自密实混凝土。并在优选情况下，确保用机制砂配制的 高强混凝土具有良好的流动性、易振捣均匀性，并克服截面转换中开裂的问题。最终实现降 低劳动量、加快施工速度、减少施工噪音、节约建筑成本等一系列目标。
[0008] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0009] -种机制砂配制的混凝土，主要由水、胶凝材料、机制砂和碎石组成，其特征在于， 其主要技术参数如下，
[0010] 混凝土中水胶比为〇· 21?(λ 32，
[0011] 水粉比：0. 65 ?0. 83，
[0012] 砂率：44%?60%，优选为50%?58%，
[0013] 单位浆体体积量：0. 45?0. 53。单位浆体体积优选为0. 47?0. 49,最优选单位 浆体体积为〇. 473?0. 487之间。
[0014] 水胶比的选择对混凝土设计强度的有着极其重要的影响，水胶比越小，胶凝材料 占比越大，则混凝土强度越高，相反则混凝土的强度越低。但是水胶比变小，也会使混凝土 的浆料的黏度上升，凝固性加快，流动性不佳，进而不方便运输及浇筑施工，甚至可能因为 凝固过快引起混凝土中空气无法有效排出，产生孔洞大大降低混凝土的强度，所以高强混 凝土对于水胶比的选择尤其应当慎重，且机制砂由于圆润性低、棱角多，其配制混凝土时更 是容易降低混凝土的流动性、易和性，本发明选择水胶比为〇. 21?0. 32,可以有效的保障 机制砂配混凝土凝固强度及流动性。
[0015] 进一步，优选水胶比为0. 21?0. 27,在此范围内混凝土的强度不但不会因为胶凝 材料的占比下降导致强度降低，反而因为空气排空效果更佳，强度更高。进一步，所述胶凝 材料为水泥，水胶比优选为0. 21?0. 24。所述胶凝材料为水泥和掺和料，所述掺和料为粉 煤灰、矿粉和硅粉中的一种或多种。优选胶凝材料由水泥、粉煤灰、矿粉和硅粉配制而成，其 中水泥、粉煤灰、矿粉和硅粉的比例为74:11:11:4。特别优选水胶比为0. 24,可以提高水 泥的利用效率使之达到最大化，运用最少的水泥材料得到最佳的混凝土配合比，并确保混 凝土的各种性能指标。
[0016] 用于高强混凝土的掺和料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰、钢渣粉和磷渣粉，掺 和料的合理使用，能有效提高新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的耐久性，掺和料能大大 减少混凝土内部由于温度和收缩应力而产生的裂缝，提高混凝土的密实性和抗渗能力
[0017] 水粉比主要影响混凝土的自密实性，在水胶比相同的情况下，水粉比越大，混凝土 的自密实性越好。进一步，水粉比优选为〇. 67?0. 75,水粉比是检验混凝土自密实的主要 指标，调整水粉比在〇. 67?0. 75之间，在确保混凝土强度的情况下，可满足混凝土具有做 最好的自密实性能。更优选水粉比〇. 7?0. 74之间。特别优选水粉比为0. 72,混凝土强度 可以在最佳自密实性能和高强度之间达到完善平衡，达到更好的工作性能。
[0018] 砂率：SP =砂的用量3八砂的用量S+石子用量G) X100%是质量比。砂率的变 动，会使骨料的总表面积有显著改变，从而对混凝土拌合物的和易性有较大影响。机制砂由 于表面多菱角，表面大于天然砂，在混凝土配制过程中需要特别考虑提高砂率，从而使混凝 土具有良好的工作性，提高机制砂制备的混凝土的工作性能及其它各项技术指标。进一步， 优选砂率为50%?57%。砂率的选用主要与砂及碎石本身的级配有直接关系，采用机制砂 时，根据机制砂本身的特点，混凝土砂率的选用适当放大。特别优选砂率：57%。进一步，优 选机制砂细度模数2. 5-3. 0。另外，采用最大公称粒径相对较小的碎石时，砂率应适当增加。 进一步，优选的机制砂的MB值小于1. 4。
[0019] 进一步，所述机制砂中石粉小于10%，石粉的含量对混凝土力学性能基本上无影 响，石粉可以促进混凝土的流动性，但是如果石粉的掺量过高，对混凝土的体积稳定性及耐 久性会产生不利影响，所以均衡之下选用石粉含量小于10%的机制砂较为适宜。优选石粉 含量为5%?9%，可以保证混凝土的稳定性和耐久性都表现较好，同时混凝土的流动性和 原料成分控制也比较理想。
[0020] 单位浆体体积量主要是对混凝土的泵送性能影响较大，筛选合适的浆体体积比例 可以很好的改善混凝土的抗离析性能、通过钢筋间隙等各项性能。优选的浆体体积量以 0. 47?0. 49范围为宜。过高的范围会导致混凝土粘聚性增强，不利于混凝土的工作性，过 低的量会导致高强混凝土的强度无法保证，同时会影响混凝土的包裹性。特别优选单位浆 体体积量：〇. 487,在保证混凝土的粘聚性的同时，工作性也达到最优比，实现高、大流态、免 振自密实的效果。
[0021] 进一步，综上优选一种机制砂配制的混凝土，主要由水、胶凝材料、机制砂和碎石 组成，其主要技术参数如下，混凝土中水胶比为〇. 21?0. 27,水粉比：0. 67?0. 75,砂率： 50 %?58%，单位浆体体积量：0. 47?0. 49。
[0022] 进一步，所述混凝土中还含有外加剂，所述外加剂为高保坍、高减水复合型外加 齐U。所述外加剂的用量为胶凝材料的2.5%?3.2%，优选为3.0%。选用特别的强效 外加剂：减水剂、保坍剂时，也可以调整外加剂的用量为胶凝材料的1%?2. 5%，优选为 2. 1%?2. 4%。
[0023] 进一步，所述外加剂包括减水剂、保坍剂等。减水剂可以是萘系减水剂或聚羧酸系 减水剂，优选为聚羧酸系减水剂。优选的，其中减水剂：保坍剂=7?5 :1?3。
[0024] 进一步，所述粉煤灰为II级F类粉煤灰、所述矿粉和硅粉分别为S95级粒化高炉 矿渣和硅灰。II级F类粉煤灰经过脱硫处理，应用到高强混凝土中可以消除硫分对混凝土 的老化加快作用，有效发挥出粉煤灰减少水泥用量，增强混凝土流态及强度的效果。
[0025] S95级粒化高炉矿渣粉，是经过水淬处理的高炉矿渣，具有高细度，高活性的粉料。 可有效提高混凝土的抗压强度，对抑制碱骨料反应，减少混凝土早期温度裂缝和抗侵蚀能 力有明显效果。
[0026] 进一步，对外加剂的复配方案进行微调整，采用保坍型外加剂时，混凝土各性能指 标良好。
[0027] 进一步，所述混凝土材料的性能指标满足以下一项或多项：
[0028] 坍落扩展度大于700mm，保证混凝土的粘聚性能和保水性，使浇筑过程中的混凝土 品质始终能够很好的保持一致性。最好是大于等于720mm。
[0029] T50流动时间检测，时间小于10秒，最好是小于等于8秒。
[0030] V漏斗通过时间小于20秒，最好是小于等于16秒。
[0031] U型箱试验填充高度差（隔栅型障碍为2型）（mm)小于5_，最好是小于等于2_。
[0032] 混凝土 28d强度大于70MPAa，最好是达到了 90. OMPa，耐久性满足要求。
[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0034] 1.本发明用机制砂制备的混凝土为高强度混凝土，性能优越，具有良好的流动性、 易振捣均匀性。
[0035] 2.本发明并克服现有机制砂配制混凝土浇筑成型后，墙体截面转换中开裂的问 题，提1? 了建筑的品质。
[0036] 3.本发明克服了天然砂原料匮乏，机制砂应用困难等问题，实现降低劳动量、加快 施工速度、减少施工噪音、节约建筑成本等一系列目标。
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
【具体实施方式】
[0042] 本发明中部分专业名词解释如下：
[0043] 砂率，是混凝土中砂质量比上砂质量加石材质量之和。
[0044] 水胶比，是水的质量比上胶凝材料的质量比。所述胶凝材料包括水泥和掺和料，所 述掺和料为粉煤灰、矿粉和硅粉。
[0045] 单位体积浆体量占比，是指单位体积混凝土中水、外加剂及粉体的体积之和的占 t匕。例如1立方的混凝土中水、外加剂及粉体的体积为0. 512m3,则占比为0. 512。
[0046] 水粉比，是指单位体积拌合水与单位体积粉体量的体积之比。如混凝土配制过程 中，单方混凝土中水用量为0. 16m3,粉体体积为0. 23m3,则水粉比为0. 70。
[0047] -种机制砂配制的混凝土，主要由以下成分组成，水、胶凝材料、机制砂、碎石组 成，其主要技术参数，该混凝土中水胶比为0. 24,水粉比：0. 72,砂率：57%，单位浆体体积 量：0.487。
[0048] 优选的，在配制C70高强大流态混凝土时，选用石粉含量在（7±2) %的机制砂。
[0049] 优选的，在配制C70高强大流态混凝土时，使用水泥掺加 II级F类粉煤灰、S95级 粒化高炉矿渣和硅灰作为掺和料，各胶凝材料比例为74:11:11:4,水胶比为0. 24。
[0050] 优选的，在固定水胶比的情况下，当混凝土砂率增大，混凝土强度无明显变化，当 采用砂率57%，各工作性指标可满足免振混凝土的工作性要求。
[0051] 优选的，对外加剂的复配方案进行微调整，采用保坍型外加剂时，混凝土各性能指 标良好。
[0052] 优选的，各性能指标为枬落扩展度720mm，T50检测结果为8s，V漏斗通过时间16s， U型箱试验填充高度差（隔栅型障碍为2型）（mm)为2mm，混凝土 28d强度达到了 90. OMPa， 耐久性满足要求。
[0053] 下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本 发明的范围。本发明中未特别说明的比例均为重量比。
[0054] 机制砂的原料筛选及测试方法
[0055] 1.机制砂的筛分试验和细度模数计算
[0056] 按标准JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》6. 1规定的方法， 制取 500g 试样,用套筛（4. 75mm、2. 36mm、1. 18mm、1. 6mm、0. 3mm、0. 15mm 方孔筛各一只，并附 有筛底和筛盖）进行筛分，称出各号筛的筛分量，计算分计筛余百分率和累计筛余百分率， 然后计算细度模数。
[0057] 2.机制砂亚甲蓝MB值得测定
[0058] 按照之（JGJ52-2006)6. 11节规定的方法，制取2. 36mm以下的砂样200. 0g。测试 试样亚甲蓝MB值。
[0059] 3.机制砂石粉含量和天然砂泥量的测定
[0060] 制取2个500g的砂样在清水中侵泡2h，按照JGJ52-2006之6. 8节规定的方法测 定。
[0061] 4.泥块含量的测定
[0062] 烘干冷却，筛除小于1. 18mm的颗粒后，取200g试样，浸泡24h用手在水中碾碎泥 块，按照JGJ52-2006之6. 10节所规定的方法测定。
[0063] 5.压碎指标法坚固性试验
[0064] 按照 JGJ52-2006 之 6. 12 节规定的方法筛分成 4. 75. 0 ?2. 36mm、2. 36 ?1. 18mm、 1. 18?0. 6mm和0. 6?0. 3mm四个粒级，每级1000g备用。取单粒级试样300g倒入受压 钢模后放置压块，按该标准6. 12. 4规定的方法加荷至25kN后卸荷，用该粒级的下限筛对压 过的试样进行筛分，按规定计算单粒级压碎值指标。取三次试验结果的算术平均值为单粒 级压碎值，取四级砂样压碎值指标值的加权平均数作为砂的压碎值。
[0065] 6.表观密度的测定
[0066] 制取300g试样装入容量瓶，注入冷开水至接近500ml的刻度静置24h，按照GB/ T14684-2001之6. 2节规定的方法进行测定，去两次试验结果的算术平均值。
[0067] 7.堆积密度与空隙率的测定：按JGJ52-2006中6. 5节规定的方法进行测定。
[0068] 8.水泥标准稠度用水量、凝结时间、安全性检验方法
[0069] 依据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安全性检验方法》（GB/T1346-2001)进行， 将水泥、石粉和/或FA按设计比例混合500g，先按不变水量法（142. 5ml)试验，初步测定其 中一个试样的标准稠度用水量，然后用调整水量法逐个测定全部试样的标准稠度用水量。
[0070] 9.水泥胶砂流动度的测定
[0071] 依照GB/T2419《水泥胶砂流动度测定方法》，采用高60mm、上口内径70mm和下口内径 100mm的截锥圆模，提模跳桌跳动30次，测砂胶底面最大扩散直径及与其垂直直径的平均值。
[0072] 10.水泥胶砂强度试验方法
[0073] 依照68/117671-1999水泥胶砂强度检验方法（150法）（丨肚150 679:1989)，一 锅砂胶成三条40mm*40mm*160mm棱柱试体，每锅材料需用量为水泥450g、标准砂1350g、水 225g。每组6条试体，至3天龄期时取其中一锅的二条试体和另一锅的一条试体测试胶砂 前度，余下三条试体在28天龄期时测试胶砂强度。三条试体测试抗折度后，折断成六个试 块用于测试抗压强度。
[0074] 11.混凝土性能测试及指标
[0075] 混凝土性能包括流动性、抗离析性和填充性，主要采用以下实验进行检测:坍落扩展度 试验、T50流动时间，L型仪，V漏斗试验（T50试验）和U型箱试验、全量仪进行检测，见下表1。
[0076] 表 1
[0077]
【权利要求】
1. 一种机制砂配制的混凝土，主要由水、胶凝材料、机制砂和碎石组成，其特征在于，其 主要技术参数如下，混凝土中水胶比为0. 21、. 32,水粉比：0. 65、. 83,砂率：44%~60%，单 位浆体体积量：〇. 45?0. 53。
2. 根据权利要求1所述机制砂配制的混凝土，其特征在于，所述机制砂中石粉小于 10%。
3. 根据权利要求1或2所述机制砂配制的混凝土，其特征在于，水胶比为0. 21、. 24， 特别优选水胶比为〇. 24。
4. 根据权利要求1或2所述机制砂配制的混凝土，其特征在于，水粉比为0. 7~0. 74,特 别优选水粉比为〇. 72。
5. 根据权利要求1或2所述机制砂配制的混凝土，其特征在于，砂率为509Γ57%，特别 优选砂率：57%。
6. 根据权利要求1或2所述机制砂配制的混凝土，其特征在于，单位浆体体积量： 0. 473、. 487。
7. 根据权利要求1或2所述机制砂配制的混凝土，其特征在于，所述胶凝材料包括水泥 和掺和料，所述掺和料为粉煤灰、矿渣和硅灰。
8. 根据权利要求7所述机制砂配制的混凝土，其特征在于，胶凝材料中水泥、粉煤灰、 矿渣和硅灰的比例为74 :11 :11 :4,水胶比为0. 24。
9. 根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，所述混凝土中还含有外加剂。
【文档编号】C04B14/06GK104230223SQ201410418724
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】蒲建明, 钟之义, 邓美球, 薛晓芳 申请人:中铁二局股份有限公司