CN114276079A - 一种洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法。其中的洞渣石粉掺合料混凝土以重量份数计，其原料包括：洞渣石粉掺合料49～121份，水泥284～436份、砂子730～733份、石子1068～1094份、水154～160份、减水剂6.3～10份；其中，所述洞渣石粉掺合料由洞渣制成，所述洞渣石粉掺合料为细度在5％～30％的石粉掺合料，含水率小于等于1％。通过本发明中的洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法，可以充分利用洞渣固废资源制备得到符合设计要求的混凝土。

Description

一种洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及基础设施建设材料技术领域，尤其涉及一种洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法。

背景技术

目前，我国基础设施建设如火如荼。在施工过程中如果遇到山岭就需要开凿隧道，而开凿隧道又需要排放洞渣。根据交通运输部印发的关于实施绿色公路建设的指导意见,要求公路建设要“零弃方、少借方”，要将传统做法中的弃土加以保存和利用，变废为宝。我国西南地区多山地，高速公路隧道开凿量往往高于其他地区，而受到施工工艺、施工组织等因素的影响，大量隧道开凿产生的洞渣往往得不到合理的利用。如果直接将洞渣弃置于施工现场，不仅存在安全隐患而且也将破坏当地的自然生态系统；而如果将洞渣运输到专门的填埋场，则将产生大笔运输费和处理费。因此，如何合理地处理、利用好开凿隧道过程中产生的洞渣，对于保护环境、促进当地绿色发展甚至节约建设成本都是至关重要的。

因此可知，隧道洞渣的资源化利用对于优化成本、提升效益、保护环境具有重要意义。另一方面，混凝土所用砂、石、掺合料等原材料用量大，价值高，是实现隧道洞渣资源化利用的理想途径。

在现有技术中，多数是将洞渣破碎成机制砂、石子使用。但是，行业相关标准规范对于混凝土用砂石骨料的质量有一定要求，对制石子所用母岩也有相关规定。由于洞渣存在岩矿性质复杂、风化程度不一、伴有泥土混合等特点，其破碎后所形成的砂石骨料大多都存在质量不能满足规范要求的情况，同时也容易对混凝土拌合物的性能造成不良影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法，从而可以充分利用洞渣固废资源制备得到符合设计要求的混凝土。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种洞渣石粉掺合料混凝土，该洞渣石粉掺合料混凝土以重量份数计，其原料包括：

洞渣石粉掺合料49～121份，水泥284～436份、砂子730～733份、石子1068～1094份、水154～160份、减水剂6.3～10份；

其中，所述洞渣石粉掺合料由洞渣制成，所述洞渣石粉掺合料为细度在5％～30％的石粉掺合料，含水率小于等于1％。

较佳的，所述洞渣石粉掺合料混凝土的原料以重量份数计为：

洞渣石粉掺合料78～83份，水泥320～324份、砂子770～776份、石子1068～1073份、水154～160份、减水剂6.3～7.3份。

较佳的，所述洞渣石粉掺合料混凝土的原料以重量份数计为：

洞渣石粉掺合料49～52份，水泥430～438份、砂子726～730份、石子1090～1094份、水158～160份、减水剂9～10份。

较佳的，所述水泥为P·O 42.5级水泥，其比表面积为300～350kg/m²。

较佳的，所述水为自来水；

所述砂子为天然河砂，其细度模数为2.8～3.2，含泥量≤3.0％。

较佳的，所述石子为粒径在5～20mm连续级配碎石，含泥量≤1.0％，压碎指＜12％。

较佳的，所述减水剂为聚羧酸型高性能减水剂，减水率≥25％。

本发明中还提出来一种如上所述的洞渣石粉掺合料混凝土的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

对洞渣原料进行处理，得到符合预设要求的洞渣石粉；

将洞渣石粉作为洞渣石粉掺合料，并将预设掺配比例的洞渣石粉掺合料、水泥、砂子、石子加入到搅拌机中，通过搅拌机搅拌混合预设的第一时长；

将预设掺配比例的水和减水剂加入到搅拌机中，通过搅拌机搅拌混合预设的第二时长；

将搅拌机内的混凝土拌合物装入预设的模具内，养护成型，制得洞渣石粉掺合料混凝土。

较佳的，所述对洞渣原料进行处理，得到符合预设要求的洞渣石粉包括：

使用球磨机或立磨机将粒径为1～20cm的洞渣颗粒磨成细度在5％～30％的石粉掺合料，且使得其含水率小于等于1％。

较佳的，所述对洞渣原料进行处理，得到符合预设要求的洞渣石粉包括：

使用风力选粉机对由洞渣原料制成的洞渣机制砂中的含有的细小颗粒进行风选收集，作为符合预设要求的洞渣石粉。

如上可见，在本发明中的洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法中，由于除了水泥、砂子、石子、水和减水剂之外，所使用的掺合料全部为由洞渣制成的洞渣石粉掺合料，而并未使用粉煤灰、矿粉等常规掺合料，因此可以充分利用洞渣固废资源制备混凝土，且所制备得到的混凝土的拌合物性能良好，力学和拌合物性能满足设计要求，从而可以有效地减少洞渣排放，降低洞渣的运输、处理成本，保护施工现场周围环境，实现了隧道洞渣资源化利用；而且还可以降低掺合料的使用成本，降低混凝土的生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例中的洞渣石粉掺合料混凝土的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

在洞渣建材资源化利用技术中，主要是将洞渣作为路基填料使用，少量用于制作毫米与厘米级别的砂石骨料用于混凝泥土中，很少见利用洞渣制备微米级别的矿物掺合料来使用。

而在利用洞渣生产砂石骨料制备混凝土的技术中，可能还存在以下缺点：

(1)洞渣岩矿性质波动大，所产砂石骨料质量不稳定，且存在潜在碱骨料反应风险。

(2)所制备的混凝土性能波动大。

因此，在本发明的技术方案中，针对基础设施建设过程中，开凿隧道产生的洞渣处理成本高，资源化利用程度低、现有处理技术存在潜在风险的问题，提出了一种洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法，从而可以有效地减少洞渣排放，降低洞渣的运输、处理成本，保护施工现场周围环境，实现了隧道洞渣资源化利用；而且还可以降低掺合料的使用成本，降低混凝土的生产成本。

例如，在本发明的一个具体实施例中，所述洞渣石粉掺合料混凝土，以重量份数计，其原料包括：

洞渣石粉掺合料49～121份，水泥284～436份、砂子730～733份、石子1068～1094份、水154～160份、减水剂6.3～10份；

其中，所述洞渣石粉掺合料由洞渣制成，所述洞渣石粉掺合料为细度在5％～30％(45μm)的石粉掺合料，含水率小于等于1％。

在本发明的上述洞渣石粉掺合料混凝土中，除了水泥、砂子、石子、水和减水剂之外，全部使用了由洞渣制成的洞渣石粉掺合料，而不使用粉煤灰、矿粉等常规掺合料，因此可以充分利用洞渣制备混凝土，减少洞渣排放，降低洞渣的运输、处理成本，保护施工现场周围环境，实现了隧道洞渣资源化利用；而且还可以降低掺合料的使用成本，降低混凝土的生产成本。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述水泥可以是P·O42.5级水泥，其比表面积为300～350kg/m²。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述水可以是自来水。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述砂子可以是天然河砂，其细度模数为2.8～3.2，含泥量≤3.0％。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述石子可以是粒径在5～20mm连续级配碎石，含泥量≤1.0％，压碎指＜12％。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述减水剂可以是聚羧酸型高性能减水剂，减水率≥25％。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用场景的需要，使用不同配合比例的原料来制备相应的洞渣石粉掺合料混凝土。

例如：

具体实施例一：

在本具体实施例一中，所述洞渣石粉掺合料混凝土的原料以重量份数计为：

洞渣石粉掺合料78～83份，水泥320～324份、砂子770～776份、石子1068～1073份、水154～160份、减水剂6.3～7.3份。

具体来说，所述洞渣石粉掺合料混凝土的各种原料的重量可以是：

洞渣石粉掺合料81千克(kg)，水泥324kg、砂子773kg、石子1068kg、水154kg、减水剂6.3kg。

在本发明的技术方案中，使用上述配比的原料制得的洞渣石粉掺合料混凝土，其强度等级可达C30。

具体实施例二：

在本具体实施例二中，所述洞渣石粉掺合料混凝土的原料以重量份数计为：

洞渣石粉掺合料78～83份，水泥320～324份、砂子770～776份、石子1068～1073份、水154～160份、减水剂6.3～7.3份。

具体来说，所述洞渣石粉掺合料混凝土的各种原料的重量可以是：

洞渣石粉掺合料121kg，水泥284kg、砂子773kg、石子1068kg、水154kg、减水剂6.3kg。

在本发明的技术方案中，使用上述配比的原料制得的洞渣石粉掺合料混凝土，其强度等级可达C30。

具体实施例三：

在本具体实施例三中，所述洞渣石粉掺合料混凝土的原料以重量份数计为：

洞渣石粉掺合料49～52份，水泥430～438份、砂子726～730份、石子1090～1094份、水158～160份、减水剂9～10份。

具体来说，所述洞渣石粉掺合料混凝土的各种原料的重量可以是：

洞渣石粉掺合料49kg，水泥436kg、砂子730kg、石子1094kg、水160kg、减水剂10kg。

在本发明的技术方案中，使用上述配比的原料制得的洞渣石粉掺合料混凝土，其强度等级可达C50。

具体实施例四：

在本具体实施例四中，所述洞渣石粉掺合料混凝土的原料以重量份数计为：

洞渣石粉掺合料49～52份，水泥430～438份、砂子726～730份、石子1090～1094份、水158～160份、减水剂9～10份。

具体来说，所述洞渣石粉掺合料混凝土的各种原料的重量可以是：

洞渣石粉掺合料97kg，水泥388kg、砂子730kg、石子1094kg、水160kg、减水剂10kg。

在本发明的技术方案中，使用上述配比的原料制得的洞渣石粉掺合料混凝土，其强度等级可达C50。

另外，在本发明的技术方案中，还提出了一种洞渣石粉掺合料混凝土的制备方法。

图1为本发明实施例中的洞渣石粉掺合料混凝土的制备方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的洞渣石粉掺合料混凝土可以通过如下所述步骤来制备：

步骤11，对洞渣原料进行处理，得到符合预设要求的洞渣石粉。

在本发明的技术方案中，首先需要对洞渣原料进行处理，以得到符合预设要求的洞渣石粉。

其中，所述符合预设要求的洞渣石粉可以是：所述洞渣石粉掺合料为细度在5％～30％(45μm)的石粉掺合料，含水率小于等于1％。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种方法来实现上述的步骤11。以下将以其中的两种具体实现方式为例，对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述步骤11可以是：

使用球磨机或立磨机将粒径为1～20cm的洞渣颗粒磨成细度在5％～30％(45μm)的石粉掺合料，且使得其含水率小于等于1％。

举例来说，在使用立磨机磨粉时，减速机将带动磨盘转动，同时风进入立磨机体内，物料从下料口落到磨盘中央并向边缘移动，经过磨盘的棍道粉磨、碾压，大块物料被压碎，细粒物料进行粒间粉碎。被粉碎的物料向磨盘边缘移动，直到被强气流带走，而较大的颗粒物料又重新掉落到磨盘上继续粉碎，气流中的物料在转子叶片的作用下，大颗粒重新回到磨盘上粉磨，合格的细粉随气流一起出磨，被选粉器收集并排出即为成品粉体。

磨机磨粉对进料含水率要求在6％以内，最高不超10％，粒径为1～20mm。生产效率在95％以上。所产石粉细度为5％～30％(45μm)，含水率≤1％，可以作为符合预设要求的洞渣石粉。

再例如，作为示例，在本发明的另一个具体实施例中，所述步骤11也可以是：

使用风力选粉机对由洞渣原料制成的洞渣机制砂中的含有的细小颗粒进行风选收集，作为符合预设要求的洞渣石粉。

风力选粉机可以通过输送设备将洞渣机制砂输入喂料口，进入打散区，在导流板和反击板的作用下，不同粒径的洞渣机制砂在下落过程中产生不同的下落速度，同时颗粒之间相互碰撞摩擦，这样砂粒表面的粉体被剥离开，在风力作用下迅速的离开砂的表面，经过回收装置获取干净的机制砂和粉体。

风机选粉对进料机制砂的含水率要求控制在2％以内，洞渣机制砂的粒径为1～10mm。生产效率约为10％。所产石粉细度为5％～30％(45μm)，含水率≤1％，可以作为符合预设要求的洞渣石粉。

步骤12，将洞渣石粉作为洞渣石粉掺合料，并将预设掺配比例的洞渣石粉掺合料、水泥、砂子、石子加入到搅拌机中，通过搅拌机搅拌混合预设的第一时长。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述预设的第一时长可以是30～60秒(s)，也可以是其它合适的时长。

步骤13，将预设掺配比例的水和减水剂加入到搅拌机中，通过搅拌机搅拌混合预设的第二时长。

例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述洞渣石粉掺合料、水泥、砂子、石子、水和减水剂的掺配比例，以重量份数计可以是：洞渣石粉掺合料49～121份，水泥284～436份、砂子730～733份、石子1068～1094份、水154～160份、减水剂6.3～10份。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述预设的第二时长可以是10～30s，也可以是其它合适的时长。

步骤14，将搅拌机内的混凝土拌合物装入预设的模具内，养护成型，制得洞渣石粉掺合料混凝土。

因此，通过上述的步骤11～14，即可制备得到本发明中的洞渣石粉掺合料混凝土。

发明人通过仔细研究和多次实验后获知：将洞渣作为原料，通过破碎、筛分、磨细等处理方式之后可以得到一定细度的洞渣石粉，并可将该洞渣石粉作为矿物掺合料来制备混凝土。经试验与工程验证，与粉煤灰、矿粉等常规掺合料相比，上述使用洞渣石粉作为矿物掺合料制成的混凝土的拌合物性能良好，力学和拌合物性能满足设计要求，同时还实现了利废降本，保护环境的目的。

此外，发明人还根据上述的洞渣石粉掺合料混凝土的制备方法，制备得到相应的洞渣石粉掺合料混凝土，并将本发明中的洞渣石粉掺合料混凝土与普通混凝土的性能进行了比较。

对比实验一：

在该对比实验一中，使用了本申请中的两种配比的洞渣石粉掺合料混凝土(可参见具体实施例一和具体实施例二)，以及用于对比的一种C30普通混凝土(即C30对照组)。

该对比实验一中的三种混凝土的配比如下表所示：

表1

该对比实验一中的三种混凝土的拌合物及力学性能如下表所示：

表2

对比实验二：

在该对比实验二中，使用了本申请中的两种配比的洞渣石粉掺合料混凝土(可参见具体实施例三和具体实施例四)，以及用于对比的一种C50普通混凝土(即C50对照组)。

该对比实验二中的三种混凝土的配比如下表所示：

表3

该对比实验二中的三种混凝土的拌合物及力学性能如下表所示：

表4

根据上述表2和表4可知，本发明中所制备得到的洞渣石粉掺合料混凝土在性能上可以达到与掺粉煤灰和矿粉的混凝土相当的强度。

拌合物性能的具体表现为，本发明中的洞渣石粉掺合料混凝土，与双掺粉煤灰和矿粉的混凝土相比，在同等外加剂用量下，拌合物性能基本一致，流动性稍微下降，不明显。

力学性能具体表现为，本发明中的洞渣石粉掺合料，在较粗的状态下，做掺合料使用后，在同等掺量下，与双掺Ⅱ级粉煤灰与S95级矿粉的对照组混凝土，有相当的28天抗压强度。经过进一步磨细处理后，在降低水泥用量，增加掺合料用量，仍可以表现出与对照组有相当的28天抗压强度。在强度增长率上，即掺合料的活性指数上，整体比双掺粉煤灰和矿粉要低，在进一步磨细后，洞渣石粉掺合料的活性会有一定提高。

综上所述，在本发明的技术方案中，由于在上述洞渣石粉掺合料混凝土中，除了水泥、砂子、石子、水和减水剂之外，所使用的掺合料全部为由洞渣制成的洞渣石粉掺合料，而并未使用粉煤灰、矿粉等常规掺合料，因此可以充分利用洞渣固废资源制备混凝土，且所制备得到的混凝土的拌合物性能良好，力学和拌合物性能满足设计要求，从而可以有效地减少洞渣排放，降低洞渣的运输、处理成本，保护施工现场周围环境，实现了隧道洞渣资源化利用；而且还可以降低掺合料的使用成本，降低混凝土的生产成本。

另外，本发明中的洞渣石粉的获取方式简单、成本较低，相比于现有技术中的复合粉掺合料，本发明中的洞渣石粉掺合料的成本可以减少约79.5％；并且，还可用上述的洞渣石粉代替部分水泥，在生产的混凝土品质符合相关规范要求的基础上，可以进一步降低混凝土的生产成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种洞渣石粉掺合料混凝土，其特征在于，该洞渣石粉掺合料混凝土以重量份数计，其原料包括：

洞渣石粉掺合料49～121份，水泥284～436份、砂子730～733份、石子1068～1094份、水154～160份、减水剂6.3～10份；

其中，所述洞渣石粉掺合料由洞渣制成，所述洞渣石粉掺合料为细度在5％～30％的石粉掺合料，含水率小于等于1％。

2.根据权利要求1所述的洞渣石粉掺合料混凝土，其特征在于，所述洞渣石粉掺合料混凝土的原料以重量份数计为：

洞渣石粉掺合料78～83份，水泥320～324份、砂子770～776份、石子1068～1073份、水154～160份、减水剂6.3～7.3份。

3.根据权利要求1所述的洞渣石粉掺合料混凝土，其特征在于，所述洞渣石粉掺合料混凝土的原料以重量份数计为：

洞渣石粉掺合料49～52份，水泥430～438份、砂子726～730份、石子1090～1094份、水158～160份、减水剂9～10份。

4.根据权利要求1所述的洞渣石粉掺合料混凝土，其特征在于：

所述水泥为P·O 42.5级水泥，其比表面积为300～350kg/m²。

5.根据权利要求1所述的洞渣石粉掺合料混凝土，其特征在于：

所述水为自来水；

所述砂子为天然河砂，其细度模数为2.8～3.2，含泥量≤3.0％。

6.根据权利要求1所述的洞渣石粉掺合料混凝土，其特征在于：

所述石子为粒径在5～20mm连续级配碎石，含泥量≤1.0％，压碎指＜12％。

7.根据权利要求1所述的洞渣石粉掺合料混凝土，其特征在于：

所述减水剂为聚羧酸型高性能减水剂，减水率≥25％。

8.一种如权利要求1～7中任一项所述的洞渣石粉掺合料混凝土的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

对洞渣原料进行处理，得到符合预设要求的洞渣石粉；

将洞渣石粉作为洞渣石粉掺合料，并将预设掺配比例的洞渣石粉掺合料、水泥、砂子、石子加入到搅拌机中，通过搅拌机搅拌混合预设的第一时长；

将预设掺配比例的水和减水剂加入到搅拌机中，通过搅拌机搅拌混合预设的第二时长；

将搅拌机内的混凝土拌合物装入预设的模具内，养护成型，制得洞渣石粉掺合料混凝土。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述对洞渣原料进行处理，得到符合预设要求的洞渣石粉包括：

使用球磨机或立磨机将粒径为1～20cm的洞渣颗粒磨成细度在5％～30％的石粉掺合料，且使得其含水率小于等于1％。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述对洞渣原料进行处理，得到符合预设要求的洞渣石粉包括：

使用风力选粉机对由洞渣原料制成的洞渣机制砂中的含有的细小颗粒进行风选收集，作为符合预设要求的洞渣石粉。

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