沙漠砂混凝土的製造和使用方法
2023-05-23 22:09:51 4
專利名稱：沙漠砂混凝土的製造和使用方法
技術領域：
本發明涉及一種以沙漠砂為唯一集料的新型混凝土(DS混凝土)材料的製造及其在各種施用對象上的使用方法。
現行的用於普通建築工程的混凝土，大都是以矽酸鹽水泥為膠結劑，以級配的砂礫石作集料經攪拌、澆注、振搗而成形的。這種混凝土對集料的級配有嚴格的要求，即使是新發展的特細砂混凝土技術，也要求特細砂的細度模量不能小於0.7，且通過0.15mm篩的量不得大於30％。沙漠砂的特點是顆粒粒徑細一極細，粒度分選好一極好(顆粒級配差)、片狀礦物含量高。有些沙漠砂通過0.15mm篩的量經常大於60％，而大於0.5mm的砂含量經常低到0％。對於這種沙漠砂，如果仍使用水泥作為膠結劑，不僅水泥用量大增，而且混凝土的強度也會顯著下降，加上它的長時間水浸養護過程，更給在沙漠地區的施工帶來嚴重困難。如果運進大量級配砂礫石作為混合集料，這樣就大大增加了原材料運輸量和混凝土的總成本。
北京大學前曾提出過一項專利申請(專利申清號是92102583.1，公開號為CN1065112A)，該項申請正確地提出了以矽酸鈉水溶液即水玻璃為石化固結劑，以氯化鈣、鋁酸鈉等水溶液為膠凝劑，通過噴灑或灌注工藝在砂面上或砂體中形成石化層或石化體，以此來固沙防塵、修沙漠公路、建沙丘屋。但該項發明中所使用的膠凝劑屬於速效型膠凝劑，所提供的施工工藝為雙液式的噴灑或灌注工藝，這些都不可能採用混凝土的施工工藝進行連續高效率的機械化施工。本項發明正是為了彌補上述不足而提出來的。
本發明方法包括1、DS混凝土的組成材料
(1)集料大多數施用對象都是以沙漠砂及其經粉磨後的細粉(200目以上細度)為唯一集料，在個別施用對象上，(例如沙漠公路磨耗層)需填加礬土、陶瓷、鑄石或其它巖石碎屑。戈壁灘含砂礫土或其它含土質砂可以代替沙漠砂作集料成分。
(2)膠結劑矽酸鈉水溶液即鈉水玻璃是最適用的膠結劑，其適用的模數為1.6—5，比重1.2—2.0。當需要保證混凝土製品具有優良耐水性能時，需將矽酸鋰溶液與矽酸鈉溶液按照Li2O/Na2O摩爾比等於0.3—0.6的比例相互混合，然後在80℃以上溫度下做溫熱處理。
(3)硬化劑許多種天然或人造物質都可作為水玻璃的硬化劑，從經濟實用及可實施性的角度考慮，優先選擇下列硬化劑。
矽酸鹽水泥(玻蘭特水泥)包括普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥及白色矽酸鹽水泥。為了獲得足夠的工作時間需填加起緩凝作用的外加劑，其成份主要為磷酸及磷酸氫二鈉。
氟矽酸鈉在本發明的使用條件可以獲得15—45分鐘的工作時間，為了延長工作時間，可以填加磷酸三鈉、偏硼酸鈉、鹼性水溶性矽油及耐鹼性乳化型矽油作為緩凝劑，其用量為氟矽酸鈉的80—180％。
緩效型硬化劑此種硬化劑使混凝土混合料可以獲得8—24小時的工作時間。對於在高溫氣候下的施工來說，這種硬化劑最為適用。這種緩效型硬化劑包括A、B兩種組分。其中A組分由鑄石粉、陶瓷粉、礬土粉、玻璃粉的一種或幾種材料組成；B組分由焦磷酸鎂、亞磷酸鈣、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋇中的一種或幾種成分組成。B組分與A組分的用量比例為3～30∶30～90。
(4)RC外加劑RC外加劑主要是提高混凝土的耐水性和改善力學性能的外加劑，包括兩種劑型RC—1型外加劑由無素周期表中第4、5、6周期第III—a，IV—a，V—a，VI—a及V—b、VI—b族元素(鎵、銦、鉈、鍺、錫、鉛、砷、銻、鉍、硒、碲、釩、鉻、鉬、鎢)的金屬氧化物及氫氧化物組成，其用量佔水玻璃用量的0.01—20％；RC—2型外加劑由不同有機化合物組成，其中包括亞磷酸三苯脂、呋喃基二糠叉丙酮清漆、丙酮甲醛樹脂、正矽酸脂、聚苯乙氧基矽烷、呋喃基酚醛樹脂丙酮溶液、糠醇酚醛樹脂、馬來酸化酚醛樹脂及糠醇等，其用量為水玻璃的1—30％。
2、DS混凝土的配合比對於不同的施用對象，不同的使用要求，混凝土可以有不同的配合比，下面列舉兩種主要的配比。
配比1，對於100重量份水玻璃，填加沙漠砂550—700份，沙漠砂粉20—200份，矽酸鹽水泥10—60份，緩效型硬化劑0—100份，緩凝劑磷酸氫二鈉0.1—15份，水5—50份，必要時添加RC外加劑。
配比2，對於100重量份水玻璃填加沙漠砂550—700份、沙漠砂粉20—200份，氟矽酸鈉0—20份，緩效型硬化劑0—100份，水5—50份，必要時添加RC外加劑。
3、DS混凝土的施用對象和實施工藝施用對象包括修築砂質沙漠公路、修地坪、修鑽機坪臺、造磚及預製件、修院牆或屋牆等。
實施工藝包括以下各步驟(1)將沙漠砂粉與緩效型硬化劑(對於配比②還包括氟矽酸鈉)混勻後再與沙漠砂混勻；(2)(對於配比①)將磷酸氫二鈉溶解後再與矽矽酸鹽水泥攪拌成水泥漿液，並放置30分鐘待用；(3)將RC外加劑加入水玻璃並攪拌成水玻璃漿液；(4)將水泥漿與水玻璃液拌勻，然後立即用路拌機、強制式攪拌機或人工將水玻璃混合液與第(1)步驟所形成的拌合物拌勻；(5)用平板式振動壓實機或用振動式壓路機振動壓實成型或用造磚機衝壓成型；(6)在0℃以上自然溫度下或在加溫熱條件下養護。
(1)修築砂質沙漠公路的主要技術措施是
a、基層施工方法基層施工的一個難點是路拌機械難以在鬆散的砂面上行走，因此給實施路拌施工帶來困難。本發明提出以下技術措施解決這個難題。
先在經過整平壓實的砂面上攤鋪一層(5—10cm)用強制式攪拌機拌出的混凝土混合料，並用振動式壓路機進行壓實。在拌合料尚未硬化之前，用路拌機再把它打碎，並與新加入的水玻璃混合液、下層幹砂和粉一次性攪拌均勻，隨後再次用振動壓路機壓實，基層便修成了。基層的厚度以15—25cm為宜。
b、面層施工方法在基層表面先噴灑一層含有硬化劑的水玻璃漿液，將用強制式攪拌機拌成的混合料攤鋪其上，然後再在上麵攤鋪一層加有礬土、鑄石或其它堅硬巖石碎屑的拌合料，經振動式壓路機壓實，再用鋼滾式壓路機找平，必要時對表面層做加溫熱處理，經14天養護後向表面噴灌5—20％的氯化鈣溶液，10—30％的丙烯酸鹽溶液或甲基丙烯酸甲脂綜合液等，用以增加表面層的密實性和強度。
修築地坪或鋪鑽機坪臺基本上與修築砂質沙漠公路的技術措施相同。
(2)造磚和預製件造磚時可減少水玻璃和水的用量，採用造磚機一次衝壓成型，造預製件時可增加水玻璃和水的用量，採用注模振搗工藝成型。
(3)修院牆或屋牆用表面光潔的模板固定成牆體形狀，用植物油、動物油或矽油塗於模板內側，然後採用注膜振搗工藝或平板振動壓實工藝成型。
本發明方法的優點1、用緩效型硬化劑或採用緩凝劑，使工作時間可以隨意調節，為在乾燥炎熱條件下的施工提供了可行性保證。
2、由於採用沙漠砂代替級配砂礫石，節省了大批運輸費用，同時用廉價的礦物原料或工業廢料代替價格昂貴的化工原料，從而大大降低了混凝土的成本。據計算在距砂礫石供應地200公裡的沙漠腹地，DS混凝土的造價僅相當於砂礫石混凝土造價的三分之一至四分之一。
3、所提供的施工工藝有利於採用現有設備進行大規模機械化施工，從而提高施工進度。
4、所用主要原材料(例如矽質原料和純鹼)都是沙漠環境中儲量豐富的礦種，有利於就地取材生產原材料。
為了更清楚地說明本發明，列舉以下實施例，但這些對本發明的範圍無任何限制。
實例1 水玻璃 100克內蒙細砂 640克砂粉 180克普通矽酸鹽水泥425號 60克磷酸氫二鈉 3.6克水 25克實例2 水玻璃 100克新疆塔裡木細砂 600克砂粉 30克礬土粉 30克鑄石鑄 30克氟矽酸鈉 10克焦磷酸鎂 5克碳酸鈣 10克水 30克
權利要求
1.一種混凝土的製造和使用方法，其施用對象包括修築砂質沙漠公路、修地坪、修鑽機坪臺、造磚及預製件、修院牆或屋牆等，其特徵在於(1)DS混凝土的組成成分以沙漠砂及其粉劑(包括戈壁灘的含礫石砂土和其它含土質砂)為唯一的或主要的集料成分，以模數為4—5，比重1.2—2的矽酸鈉水溶液即鈉水玻璃或者矽酸鈉與矽酸鋰經溫熱處理的混合物為膠結劑，以矽酸鹽水泥、氟矽酸鈉、緩效型硬化劑為硬化劑，必要時加入RC外加劑。(2)DS混凝土的配合比包括配比1，對於100重量份水玻璃，填加沙漠砂550—700份，砂粉20—200份，矽酸鹽水泥10—60份，緩效型硬化劑0—100份，緩凝劑磷酸氫二鈉0.1—15份，水5—50份，必要時添加RC外加劑。配比2，對於100重量份水玻璃填加沙漠砂550—700份，砂粉20—200份，氟矽酸鈉0—20份，緩效型硬化劑0—100份，水5—50份，必要時添加RC外加劑。(3)DS混凝土的施工工藝包括以下各步驟(1)將沙漠砂粉與緩效型硬化劑(對於配比2還包括氟矽酸鈉)充分混勻後再與沙漠砂混勻；(2)(對於配比1)將磷酸氫二鈉溶解後再與矽酸鹽水泥攪拌成水泥漿液，並放置30分鐘待用；(3)將RC外加劑加入水玻璃並攪勻；(4)將水玻璃溶液與水泥漿液(配比1)拌勻，然後立即用路拌機、強制式攪拌機或人工方法與步驟(1)所得的拌合物拌勻；(5)用振動壓路機或其它壓實機械壓實成型；(6)在0℃以上自然溫度下或在加溫熱條件下養護。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於，所述的膠結劑矽酸鈉水溶液按照Li2O/Na2O摩爾比為0.3—0.6的比例與矽酸鋰水溶液混合，並在80℃以上溫度下加溫熱處理，以使其具有優良的耐水性能。
3.按照權利要求1的方法，其特徵在於，所述的緩效型硬化劑包括A、B兩種組分。其中A組分由鑄石粉、陶瓷粉、礬土粉、玻璃粉中的一種或幾種材料組成，B組分由焦磷酸鎂、亞磷酸鈣、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋇中的一種或幾種成分組成。B組分與A組分的用量比例為3—30∶30—90。
4.按照權利要求1的方法，其特徵在於，所述的RC外加劑包括兩種劑型。RC—1型外加劑由元素周期表中第4、5、6周期第III—a，IV—a，V—a，VI—a及V—b、VI—b族元素具體是指鎵、銦、鉈、鍺、錫、鉛、砷、銻、鉍、硒、碲、釩、鉻、鉬、鎢的金屬氧化物及氫氧化物組成，其用量佔水玻璃用量的0.01—20％。RC—2型外加劑由不同種類的有機化合物組成，其中包括亞磷酸三苯脂、呋喃基二糠叉丙酮清漆、丙酮甲醛樹脂、正矽酸脂、聚苯乙氧基矽烷、呋喃基酚醛樹脂丙酮溶液、糠醇酚醛樹脂、馬來酸化酚醛樹脂及糠醇等，其用量為水玻璃用量1—30％。
5.按照權利要求1的方法，其特徵在於，所述的施用對象為修沙漠公路基層。其技術方法是先在經過壓實整平的路基上攤鋪一層(5—10cm)用強制式攪拌機拌出的混凝土混合料，並用振動式壓路機壓實。在拌合料尚未硬化之前用路拌機再把它打碎，並與下層的幹砂及粉的混合料和新加入的水玻璃和水泥混和液一併攪拌均勻，隨後再次用振動壓路機壓實。
6.按照權利要求1的方法，其特徵在於，所述的施用對象為修沙漠公路面層。其技術方法為基層表面先噴灑一層含有硬化劑的水玻璃漿液，將用強制式攪拌機拌成的混合料攤鋪其上，然後再在上麵攤鋪一層拌有礬土、鑄石或其它堅硬巖屑的碎石的拌合料，經振動式壓路機壓實，再用鋼滾式壓路機找平，必要時對表面做加溫熱處理，經14天養護後向表面層噴灌5—20％的氯化鈣溶液，10—30％的丙烯酸鹽溶液或甲基丙烯酸甲脂綜合溶液，用以增加表面層的密實性和強度。
全文摘要
一種新型混凝土的製造及使用方法。這種混凝土用沙漠砂代替級配砂礫石料，使在沙漠中可以就地取材加工混凝土，從而節省了大量運輸費用；通過用廉價的天然礦物原料和工業廢料代替昂貴的化工原料，降低了原材料成本；用緩效型硬化劑代替速效型硬化劑，並採用攪拌、振動壓實成型工藝，使大規模連續機械化施工成為可能。DS混凝土在修築沙漠公路、造地坪、修鑽機坪臺、造磚及預製件、修院牆或屋牆等沙漠工程中都將得到廣泛的應用。
文檔編號C04B14/06GK1119173SQ9411521
公開日1996年3月27日 申請日期1994年9月24日 優先權日1994年9月24日
發明者倪亞範, 馬瑞志 申請人:倪亞範, 馬瑞志