本发明涉及混凝土生产技术领域，特别是涉及一种高稳定性的泵送结构陶粒混凝土及其制备方法。
背景技术：
随着国家对墙材改革与建筑节能工作日益重视和支持，墙体应用主要从自重轻、节能保温性能好、高强耐久性、安全性高和可持续发展方向进行设计和应用。陶粒混凝土作为一种有良好保温隔热性能的轻骨料混凝土，在工程中得到大量应用，特别是全轻混凝土在建筑屋面、楼地面大量使用作为保温层已经取得了成功。陶粒混凝土因自身重量较轻在相同强度的情况下较普通混凝土重量减少1/4-1/5，越来越多地被用于大跨桥梁以减少结构自重。因此近年来，高强陶粒混凝土做建筑结构使用以其独特的优势正逐步得到广大设计者的青睐。但是，受轻集料混凝土原材料本身特殊性能的影响，与普通混凝土相比，陶粒混凝土的泵送性较差，大多商品混凝土搅拌站生产的陶粒混凝土很难达到泵送施工的要求。其中主要原因有：1.陶粒密度较小，在生产、运输、泵送过程中容易上浮、分层、离析；2.陶粒属于内部多孔材料，吸水率高，导致陶粒混凝土在出机时工作状态良好，运至现场状态变差；3.在泵送过程中，受到泵压的情况下浆体及水份容易进入陶粒内部孔，导致混凝土拌合物性能突变，流动性、包裹性变差，整体变得干涩，从而导致泵送困难甚至堵管。陶粒混凝土容重越小、流动性越大越容易出现上述问题。结构陶粒混凝土的用量一般较大，无法进行泵送施工，这将严重阻碍陶粒混凝土在结构工程中的应用，这也是目前结构陶粒混凝土用于建筑结构案例较少的重要原因之一。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高稳定性的泵送结构陶粒混凝土及其制备方法，用于解决现有技术中混凝土流动性和包裹性差，在生产、运输、泵送过程中容易上浮、分层、离析，难以达到泵送。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种高稳定性的泵送结构陶粒混凝土，包括如下重量份的原料：水泥100份、粉煤灰10-25份、矿粉0-35份、硅灰5-12份、人工砂120-160份、陶粒145-200份、陶砂0-60份、泵送剂1.0-2.2份、纤维素纤维0.8-1.5份、摩擦剂1-2.5份、粘度调节剂0.08-0.18份、水38-55份。
优选地，包括如下重量份的原料：水泥100份、粉煤灰10-18份、矿粉20-30份、硅灰5-11份、人工砂125-150份、陶粒147-200份、陶砂0-50份、泵送剂1.2-2.1份、纤维素纤维0.9-1.4份、摩擦剂1.1-2.3份、粘度调节剂0.09-0.17份、水38-55份。
在本发明的一些实施例中，所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，矿粉为s95矿粉，硅灰中细度小于1μm的物料占80wt％以上，平均粒径为0.1-0.3μm。
在本发明的一些实施例中，所述人工砂细度模数为2.5-2.7，粒径范围在0.15-0.3mm的物料不低于15wt％，mb值小于1.4，石粉含量不大于7wt％。
在本发明的一些实施例中，所述陶粒选自粘土陶粒、粉煤灰陶粒、页岩陶粒、淤泥陶粒中的至少一种，其外形为圆球形或者碎石形，粒径小于15mm，堆积密度为600-950kg/m3，筒压强度大于4.0mpa。
在本发明的一些实施例中，所述陶砂粒径小于4.75mm，粒径为0.15-1.18mm的物料占65wt％以上。
在本发明的一些实施例中，所述泵送剂由聚羧酸减水剂、缓凝剂、引气剂、麦芽糊精、水组成，所述引气剂为脂肪醇磺酸盐类引气剂。
在本发明的一些实施例中，所述泵送剂购自江苏苏博特新材料有限公司，型号sbt-a，该泵送剂由聚羧酸减水剂、缓凝剂、引气剂、麦芽糊精、水组成，引气剂为脂肪醇磺酸盐类引气剂。
在本发明的一些实施例中，纤维素纤维长度为20-45mm，线密度为600特克斯。
在本发明的一些实施例中，所述摩擦剂包括苯磺酸钠、1，2-二氯乙烯、纳米碳酸钙。
在本发明的一些实施例中，所述纳米碳酸钙bet比表面积为40-55m2/g。
在本发明的一些实施例中，按重量计，所述摩擦剂中苯磺酸钠：1，2-二氯乙烯：纳米碳酸钙＝1:2:1.5。
在本发明的一些实施例中，所述粘度调节剂选自羟丙基甲基纤维素、可再分散乳胶粉中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述粘度调节剂中羟丙基甲基纤维素与可再分散乳胶粉的重量比为1:3。
在本发明的一些实施例中，所述羟丙基甲基纤维素的100目通过率大于100％，比重1.26-1.31g/cm3，2％水溶液表面张力为42-50mn/m，甲氧基含量超过35％。
在本发明的一些实施例中，所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、高级脂肪酸乙烯酯共聚形成的三元共聚胶粉，羰基含量不低于40％，堆积密度为400-500g/cm3，平均粒径90μm，粘度大于2000pa·s。
本发明第二方面提供上述泵送结构陶粒混凝土的制备方法，包括如下步骤：
s1、将陶粒、陶砂浸泡于水中，再沥水至陶粒、陶砂处于饱和面干状态；
s2、将步骤s1中制得的饱和面干状态的陶粒、陶砂放入憎水隔离剂中进行浸泡处理，再沥水至表面无明水；
s3、按配方量将纤维素纤维、摩擦剂、步骤s2中制得的陶粒、陶砂混合，备用；
s4、按配方量将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、粘度调节剂混合，备用；
s5、按配方量将人工砂、步骤s3中制得的陶粒和陶砂、步骤s4中制得的物料混合，备用；
s6、按配方量将泵送剂、水加入步骤s5制得的物料中，搅拌均匀，制得所述高稳定性的泵送结构陶粒混凝土。
在本发明的一些实施例中，所述步骤s2中，憎水隔离剂中聚硅氧烷与硬脂酸的重量比为(2.5-4)：1，憎水隔离剂对陶粒的孔起到封闭作用，特别是在泵送压力作用下可以减少水泥浆体进入陶粒内部孔洞中，保证了混凝土中起包裹、流动作用的水泥浆量；其次，憎水效果可以减少陶粒对混凝土中自由水的吸收量，以保证混凝土的和易性。聚硅氧烷与硬脂酸的重量比过大会对混凝土强度带来负面的影响，比例过小会导致在泵压下孔的封闭效果减弱。
在本发明的一些实施例中，所述步骤s1中，陶粒、陶砂的浸泡时间为24h。
在本发明的一些实施例中，所述步骤s2中，所述憎水隔离剂的质量浓度≤10％。
在本发明的一些实施例中，所述步骤s2中，所述憎水隔离剂的质量浓度为10％。
在本发明的一些实施例中，所述步骤s2中，浸泡时间≥1h。
在本发明的一些实施例中，所述步骤s2中，浸泡时间为1h。
在本发明的一些实施例中，所述步骤s3-s6的搅拌均在双卧轴强制式搅拌机中进行。
如上所述，本发明的一种高稳定性的泵送结构陶粒混凝土及其制备方法，具有以下有益效果：本发明通过对陶粒使用前的改性处理，使用摩擦剂、粘度调节剂增加陶粒与水泥浆体之间的摩擦阻力，实现有效控制陶粒混凝土在运输、泵送过程中产生的陶粒上浮、分离严重现象；另外，加入少量纤维素纤维，利用纤维素纤维的物理缠绕作用，保持陶粒与水泥浆体之间的整体性，使得混凝土均有良好的匀质性，本发明通过物理和化学作用两方面的手段，从混凝土本身出发，在本质上解决了结构陶粒混凝土不易泵送这一技术难题。
如果不采用天然砂，现有混凝土难以达到施工要求，一般情况下，不采用天然砂的混凝土会使得混凝土的和易性较差，导致混凝土的匀质性不良，而本发明中使用的人工砂有特别的条件要求，人工砂细度模数为2.5-2.7，粒径范围在0.15-0.3mm的物料不低于15wt％，mb值小于1.4，石粉含量不大于7wt％，在此要求下配制得到和易性能良好的混凝土，本发明制得的结构陶粒混凝土使用的细集料全为人工砂，不使用河砂等天然砂，减少天然资源的开采，对环境保护具有积极意义。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以下实施例中，泵送剂购自江苏苏博特新材料有限公司，型号sbt-a，该泵送剂由聚羧酸减水剂、缓凝剂、引气剂、麦芽糊精、水组成，引气剂为脂肪醇磺酸盐类引气剂。
可再分散乳胶粉为购自湖州美欣霍普生物科技有限公司的琥珀牌可再分散乳胶粉。
按重量计，摩擦剂中苯磺酸钠：1，2-二氯乙烯：纳米碳酸钙＝1:2:1.5。
粘度调节剂中羟丙基甲基纤维素与可再分散乳胶粉的重量比为1:3。
以下实施例中，憎水隔离剂的质量浓度均为10％，该百分比过大会对混凝土的强度带来负面影响，过小则需要延长浸泡时间才能达到相应的最佳效果，10％是实验确定的最佳浓度。
当然，对于增水隔离剂，10％以下的质量浓度均适用于本发明，优选为2-10％，更优选为5-10％，更优选为8-10％，更优选为10％。
实施例1
一种高稳定性的泵送结构陶粒混凝土，包括如下重量份的原料：
水泥100份、粉煤灰18份、硅灰5份、人工砂150份、陶粒200份、陶砂50份、泵送剂1.2份、纤维素纤维1.4份、摩擦剂2.3份、粘度调节剂0.17份、水55份。
本实施例中混凝土的制备方法包括如下步骤：
s1、将陶粒、陶砂浸泡于水中，浸泡24h，再沥水至陶粒、陶砂处于饱和面干状态；
s2、将步骤s1中的饱和面干状态的陶粒、陶砂放入浓度为10％的自制憎水隔离剂溶液(憎水隔离剂中聚硅氧烷与硬脂酸的重量比为2.5:1，聚硅氧烷与硬脂酸的总重量在整个水溶液重量中的占比为10％，该百分比过大会对混凝土的强度带来负面影响，过小则需要延长浸泡时间才能达到相应的最佳效果，这也是实验确定的最佳浓度)中浸泡1h，再沥水至表面无明水；
s3、按配方量将s2中的陶粒、陶砂放入搅拌机，再加入摩擦剂和纤维素纤维进行混合，搅拌30秒，备用；
s4、按配方量将水泥、粉煤灰、硅灰、粘度调节剂放入前述搅拌机，充分搅拌混匀；
s5、按配方量将s3中的处理好的陶粒、人工砂加入步骤s4中混合均匀的粉料中拌和均匀；
s6、按配方量将全部泵送剂、占总用量85％(重量)的水加入步骤s5所得物料中，搅拌均匀，制得混凝土，备用；
s7、按配方量将剩余15％的水加入s6制得的混凝土中，搅拌均匀，制得高稳定性的泵送结构陶粒混凝土。
上述步骤s3-s7均在商品混凝土搅拌生产线采用双卧轴强制式搅拌机进行。
实施例2
一种高稳定性的泵送结构陶粒混凝土，包括如下重量份的原料：
水泥100份、粉煤灰15份、矿粉10份、硅灰5份、人工砂142份、陶粒186份、陶砂29份、泵送剂1.6份、纤维素纤维1.15份、摩擦剂1.7份、粘度调节剂0.16份、水50份。
本实施例中混凝土的制备方法包括如下步骤：
s1、将陶粒、陶砂浸泡于水中，浸泡24h，再沥水至陶粒、陶砂处于饱和面干状态；
s2、将步骤s1中的饱和面干状态的陶粒、陶砂放入质量浓度为10％的自制憎水隔离剂(憎水隔离剂中聚硅氧烷与硬脂酸的重量比为3:1)中浸泡1h，再沥水至表面无明水；
s3、按配方量将s2中的陶粒、陶砂放入搅拌机，再加入摩擦剂和纤维素纤维进行混合，搅拌30秒，备用；
s4、按配方量将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、粘度调节剂放入前述搅拌机，充分搅拌混匀；
s5、按配方量将s3中的处理好的陶粒、人工砂加入步骤s4中混合均匀的粉料中拌和均匀；
s6、按配方量将全部泵送剂、占总用量85％(重量)的水加入步骤s5所得物料中，搅拌均匀，制得混凝土，备用；
s7、按配方量将剩余15％的水加入s6制得的混凝土中，搅拌均匀，制得高稳定性的泵送结构陶粒混凝土。
上述步骤s3-s7均在商品混凝土搅拌生产线采用双卧轴强制式搅拌机进行。
实施例3
一种高稳定性的泵送结构陶粒混凝土，包括如下重量份的原料：
水泥100份、粉煤灰15份、矿粉20份、硅灰8份、人工砂136份、陶粒155份、泵送剂1.9份、纤维素纤维0.95份、摩擦剂1.3份、粘度调节剂0.11份、水40.5份。
本实施例中混凝土的制备方法包括如下步骤：
s1、将陶粒浸泡于水中，浸泡24h，再沥水至陶粒处于饱和面干状态；
s2、将步骤s1中的饱和面干状态的陶粒放入质量浓度为10％的自制憎水隔离剂(憎水隔离剂中聚硅氧烷与硬脂酸的重量比为3.5:1)中浸泡1h，再沥水至表面无明水；
s3、按配方量将s2中的陶粒放入搅拌机，再加入摩擦剂和纤维素纤维进行混合，搅拌30秒，备用；
s4、按配方量将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、粘度调节剂放入前述搅拌机，充分搅拌混匀；
s5、按配方量将s3中的处理好的陶粒、人工砂加入步骤s4中混合均匀的粉料中拌和均匀；
s6、按配方量将全部泵送剂、占总用量85％(重量)的水加入步骤s5所得物料中，搅拌均匀，制得混凝土，备用；
s7、按配方量将剩余15％的水加入s6制得的混凝土中，搅拌均匀，制得高稳定性的泵送结构陶粒混凝土。
上述步骤s3-s7均在商品混凝土搅拌生产线采用双卧轴强制式搅拌机进行。
实施例4
一种高稳定性的泵送结构陶粒混凝土，包括如下重量份的原料：
水泥100份、粉煤灰10份、矿粉35份、硅灰11份、人工砂125份、陶粒147份、泵送剂2.1份、纤维素纤维0.9份、摩擦剂1.1份、粘度调节剂0.09份、水38份。
本实施例中混凝土的制备方法包括如下步骤：
s1、将陶粒浸泡于水中，浸泡24h，再沥水至陶粒处于饱和面干状态；
s2、将步骤s1中的饱和面干状态的陶粒放入质量浓度为10％的自制憎水隔离剂(憎水隔离剂中聚硅氧烷与硬脂酸的重量比为4:1)中浸泡1h，再沥水至表面无明水；
s3、按配方量将s2中的陶粒放入搅拌机，再加入摩擦剂和纤维素纤维进行混合，搅拌30秒，备用；
s4、按配方量将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、粘度调节剂放入前述搅拌机，充分搅拌混匀；
s5、按配方量将s3中的处理好的陶粒、人工砂加入步骤s4中混合均匀的粉料中拌和均匀；
s6、按配方量将全部泵送剂、占总用量85％(重量)的水加入步骤s5所得物料中，搅拌均匀，制得混凝土，备用；
s7、按配方量将剩余15％的水加入s6制得的混凝土中，搅拌均匀，制得高稳定性的泵送结构陶粒混凝土。
上述步骤s3-s7均在商品混凝土搅拌生产线采用双卧轴强制式搅拌机进行。
对比例
对比例为常规结构陶粒混凝土，其配比如下表1所示。
表1对比例的混凝土配合比
表1中，增稠剂：纤维素醚，粘度10万pa*s；人工砂：普通人工砂，细度模数2.8-3.1；天然砂：细度模数1.1-1.4；其他组分与实施例相同。
具体制备方法为：将陶粒、陶砂浸泡于水中，浸泡24h，再沥水至陶粒、陶砂处于饱和面干状态，然后，将陶粒、陶砂与其他组分混合，制得常规结构陶粒混凝土。
表2各实施例及对比例制得的泵送结构陶粒混凝土性能检测结果
从表2可以发现，本发明的通过增加纤维、摩擦剂以及憎水隔离剂浸泡陶粒、陶砂制得的高稳定性泵送结构陶粒混凝土在可泵送性能方面取得了显著提升，特别是混凝土在受到泵压前后的分层度以及压力泌水率两大指标方面，分层度、压力泌水率越小，说明混凝土中陶粒与浆体的整体性越好，越不易分离，整个混凝土形成了一种砂浆包裹粗集料的连续性流态物质，这对泵送提供了保障，避免了泵送过程中产生堵管现象。
综上所述，本发明通过合理加入泵送剂、摩擦剂、粘度调节剂，并采用憎水隔离剂浸泡陶粒和陶砂，有效解决陶粒混凝土在生产、运输、泵送过程中陶粒容易上浮、分层、离析、不易泵送等技术难题。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。