珊瑚礁砂混凝土及其製備方法與流程

2023-05-14 21:52:11 1

本發明涉及海工混凝土，具體地指一種珊瑚礁砂混凝土及其製備方法。
背景技術：
：我國遠海島礁遠離祖國大陸，物資和淡水資源缺乏，在對這些遠海島礁的建設過程中，傳統建築材料的使用不僅存在海上運輸任務艱巨、運輸成本過高，嚴重製約我國對遠海的大規模建設、管理及資源開發。為了解決這一問題，可以考慮充分利用島礁周圍的原材料來對島礁進行建設，其中，利用珊瑚礁砂細骨料代替河砂拌制混凝土，通過配製一些不需要配筋的海工混凝土結構，如護岸、防波堤等，不僅可以擺脫遠距離海上運輸的制約，而且能夠大幅度節省工程造價。珊瑚礁砂主要由造礁珊瑚屑組成，並含有珊瑚礁砂和其他海洋生物骨骼碎片，其在風和水動力作用下原地堆積或近距離搬運異地堆積形成礁坪，珊瑚礁砂的發育環境、物質組成及結構特徵使之疏鬆多孔且質脆易碎，成為一種特殊的巖土類型。同陸源石英砂相比有著完全不同的工程性質，珊瑚礁砂具有細度模數小，粒型不規則、級配不良，力學性能差，空隙率和吸水率大，細顆粒含量多，易吸附外加劑等特點。現行混凝土主要參照JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》和JGJ51-2002《輕集料混凝土技術規程》這兩個規範進行配比設計，珊瑚礁砂吸水率大、密度小、級配不良，與普通河砂性能差異較大，採用《普通混凝土配合比設計規程》進行配合比設計取得的砂率和水膠比等參數往往與實際存在較大差距，不能滿足要求。由於珊瑚礁砂密度小於河砂，且《輕集料混凝土技術規程》考慮了骨料的吸水性，故現有珊瑚礁砂混凝土配製多按照《輕集料混凝土技術規程》進行配比設計，但其在利用珊瑚礁砂細骨料代替河砂拌制混凝土時，所得混凝土仍然容易出現單位用水量大，外加劑摻量高，混凝土強度低，流動性差，收縮大易開裂，坍落度損失大等缺點。技術實現要素：本發明的目的就是要提供一種珊瑚礁砂混凝土及其製備方法，該珊瑚礁砂混凝土性能優良，具有強度等級高，流動性好，坍落度損失小，不易開裂，及單位用水量小等優點。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種珊瑚礁砂混凝土，單方材料用量，水泥380～420kg，粉煤灰0～40kg，珊瑚砂550～650kg，碎石1150～1250kg，外加劑4.5～6.5kg，抗吸附劑0.27～0.39kg，附加水量35～45kg，淨用水量170～190kg。進一步地，單方材料用量，水泥400～420kg，粉煤灰20～40kg，珊瑚砂600～630kg，碎石1164～1222kg，外加劑5～6.3kg，抗吸附劑0.3～0.33kg，附加水量36～38kg，淨用水量180～185kg。進一步地，所述抗吸附劑為醚類聚羧酸減水劑。更進一步地，所述外加劑為聚羧酸減水劑。一種珊瑚礁砂混凝土的製備方法，針對珊瑚礁砂的級配和粒型，採用綜合考慮骨料粒型、級配及其混凝土工作性能的緊密堆積模型來確定不同流動狀態下的砂率，同時，採用吸水特徵點確定附加水量，然後用所述砂率和所述附加水量替代JGJ51-2002《輕集料混凝土技術規程》中的相應參數後再按照JGJ51-2002《輕集料混凝土技術規程》確定珊瑚礁砂混凝土的配合比。進一步地，所述珊瑚礁砂混凝土的製備方法，包括以下步驟：1)確定砂率：利用緊密堆積模型公式：來確定珊瑚礁砂混凝土的砂率，其中，A為固體顆粒通過篩孔大小d的百分比；D為體系最大粒徑；b為膠凝體系佔幹混料總體系的百分比；n為分布指數；2)確定附加水量：找到珊瑚礁砂吸水速度快慢變化的臨界點，以此臨界點時的吸水量作為珊瑚礁砂混凝土的附加水量；3)用步驟1)中確定的砂率和步驟2)中確定的附加水量替代JGJ51-2002《輕集料混凝土技術規程》中的砂率和附加水量，然後將水泥，粉煤灰，珊瑚砂，碎石，外加劑，抗吸附劑及水按照JGJ51-2002《輕集料混凝土技術規程》進行配比，製得珊瑚礁砂混凝土。進一步地，所述步驟1)中包括以下具體步驟：①確定b值：按照最大堆積密度確定砂石比後，在相同水膠比下，採用珊瑚礁砂配製N(N≥5)組常態混凝土，調整膠凝材料用量，作圖得出坍落度與b值的關係，根據要求的珊瑚礁砂混凝土坍落度選取相應b值；②確定n值：另取所述N組常態混凝土的幹混料進行篩分試驗，對N組累計過篩率曲線進行最小二乘法的冪函數非線性回歸，所得冪指數即為分布指數n值；③繪製模型曲線：根據b值，n值及所述緊密堆積模型公式得出模型曲線；④計算砂率：根據模型曲線計算出珊瑚礁砂混凝土中水泥，珊瑚礁砂，及碎石各自的用量比例，即可得到砂率。進一步地，所述步驟2)中包括以下具體步驟：①對珊瑚礁砂進行吸水率試驗，根據試驗結果作出吸水率隨時間變化曲線，在曲線上找到拐點作為飽水特徵點；②根據所述拐點對應的吸水率計算出珊瑚礁砂的吸水量作為珊瑚礁砂混凝土的附加水量。進一步地，所述珊瑚礁砂混凝土的砂率為30～35％。更進一步地，所述珊瑚礁砂混凝土的附加水量為35～45kg/單方材料。與現有技術相比，本發明具有以下優點：其一，相比《輕集料混凝土技術規程》中未考慮到骨料級配差和粒型的不規則，本發明針對珊瑚礁砂級配差和粒型不規則的特點，採用綜合考慮骨料粒形、級配及其混凝土工作性能的緊密堆積模型來確定不同流動狀態下珊瑚礁砂混凝土的砂率，解決了用現有方法製備珊瑚礁砂混凝土流動性差和強度等級低的缺點。其二，《輕集料混凝土技術規程》雖然考慮到了骨料的吸水性，但該規範中是通過計算骨料1h吸收水分的質量作為附加水量，而本發明針對珊瑚礁砂吸水率大的特點，採用吸水特徵點確定附加水量，通過試驗研究發現，珊瑚礁砂吸水具有早期快後期慢的特點，而且在某一時間(不一定為1h)存在一個明顯的拐點，在該拐點之前水分能夠較快的進入珊瑚礁砂孔隙內，而超過該時間點，水分進入孔隙內的速率就會變慢，因此，本發明選取此拐點時珊瑚礁砂的吸水量作為附加水量更為準確，製得的珊瑚礁砂混凝土性能明顯優於按照原規範配製的。其三，本發明對珊瑚砂混凝土的砂率和附加水量取值進行了優化，砂率由現有的36～40％修正為30～35％，附加水量由現有的10～15kg/單方材料修正為35～45kg/單方材料，製得的珊瑚礁砂混凝土具有強度等級高，流動性好，坍落度損失小，不易開裂，及單位用水量小等優點。附圖說明圖1為採用珊瑚礁砂配製的常態混凝土的b值與坍落度關係圖。圖2為S1組常態混凝土幹混料的線性回歸曲線。圖3為珊瑚礁砂緊密堆積模型曲線。圖4為珊瑚礁砂吸水率-時間關係圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，便於更清楚地了解本發明，但它們不對本發明構成限定。實施例1～3針對珊瑚礁砂級配差和粒型不規則的特點，採用綜合考慮骨料粒形、級配及其混凝土工作性能的緊密堆積模型來確定不同流動狀態下混凝土的砂率，緊密堆積模型公式為：其中，A為固體顆粒通過篩孔d的百分比；D為體系最大粒徑；b為膠凝體系佔總體系的百分比，取決於混凝土的和易性要求；n為分布指數。步驟1)確定珊瑚砂混凝土的砂率①確定b值在相同水膠比下，通過調整膠凝材料(水泥、粉煤灰等)用量，採用珊瑚礁砂配製S1～S7共7組常態混凝土，研究混凝土擴展度與b值的關係，b為膠凝體系佔幹混料總體系的百分比。其中，S1～S7組混凝土的配比如下表1所示。表1通過試驗，作圖得出b值與混凝土坍落度的關係如圖1所示。②確定n值對以上S1～S7的7組混凝土幹混料進行篩分試驗，混凝土幹混料篩分試驗結果如表2所示。表2對S1～S7共7組累計過篩率曲線進行最小二乘法的冪函數非線性回歸，其中，S1組混凝土幹混料回歸分析結果如圖2所示，所得冪指數即為分布指數n。通過回歸分析，各組的分布指數結果如表3所示。表3根據S1～S7這7組配合比的分布指數結果可看出，分布指數n取0.35較為適宜。結合圖1結果，從而得出混凝土緊密堆積模型參數取值範圍，該取值範圍如表4所示。表4③繪製模型曲線由表4可查出，當取珊瑚礁砂混凝土坍落度為180mm時，b值為20，n為0.35，根據前述緊密堆積模型公式得出珊瑚礁砂緊密堆積模型曲線，該模型曲線如圖3所示。④計算砂率根據圖3所示的珊瑚礁砂緊密堆積模型曲線，經該模型曲線計算出珊瑚礁砂混凝土坍落度為180mm時混凝土中水泥(粉體)，珊瑚礁砂(細骨料)、碎石(粗骨料)各自的用量比例，然後由砂率＝珊瑚礁砂用量比例/(珊瑚礁砂用量比例+粗骨料用量比例)，得到砂率約為34％。步驟2)附加水量確定採用吸水特徵點確定附加水量，對珊瑚礁砂進行吸水率試驗，具體試驗方法如下：在容量瓶中放置一定量的珊瑚礁砂，加入80％的水，搖動2min，定容，隨著珊瑚礁砂吸水，液面會下降，在一定時間內再次定容，稱取質量，計算吸水質量。依此方法，根據48h內的吸水率實驗結果，繪製珊瑚礁砂的吸水特性曲線，該曲線如圖4所示。從圖4中可以看出珊瑚礁砂吸水特徵點在6％，附加水量為珊瑚砂6％的吸水量。步驟3)珊瑚礁砂混凝土配合比設計由前述步驟1)和步驟2)可知，珊瑚礁砂混凝土配合比砂率為34％，附加用水量為珊瑚礁砂質量的6％。根據《輕集料混凝土技術規程》(JGJ51-2002)進行配合比設計，得到實施例1～3的珊瑚礁砂混凝土配合比如下：實施例1：單方材料用量，水泥380kg，粉煤灰20kg，珊瑚砂630kg，碎石1222kg，外加劑4.5kg，抗吸附劑0.28kg，附加水量36kg，淨用水量175kg。實施例2：單方材料用量，水泥400kg，粉煤灰20kg，珊瑚砂600kg，碎石1164kg，外加劑5.0kg，抗吸附劑0.30kg，附加水量36kg，淨用水量180kg。實施例3：單方材料用量，水泥420kg，粉煤灰40kg，珊瑚砂600kg，碎石1164kg，外加劑6.3kg，抗吸附劑0.33kg，附加水量38kg，淨用水量185kg。實施例1～3中的外加劑採用聚羧酸減水劑，抗吸附劑採用醚類聚羧酸減水劑，其酸醚比為3.5:1，側鏈分子量為2500。實施例1～3的珊瑚礁砂混凝土的性能測試結果如表5所示。表5實施例坍落度/mm1h坍落度損失/mm28d抗壓強度/Mpa12005032.922055537.932106045.9由表5數據可以看出，本發明的珊瑚礁砂混凝土具有坍落度損失小，抗壓強度高的特性，其性能明顯優於現有參照規範配製的珊瑚砂混凝土。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp