一种基于剪切稀化效应的自密实混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土生产技术领域，具体为一种基于剪切稀化效应的自密实混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.目前，混凝土搅拌站生产混凝土是将所有原材料一起倒入搅拌装置后搅拌完成，不注重胶凝材料和骨料倒入搅拌的先后顺序。为提高生产效率，改善拌合物性能，降低耗能，调整物料搅拌顺序来生产混凝土不失为一种更好的生产方法。目前通过调整搅拌顺序来改善混凝土性能的生产方法主要是采取分次投料，在保证砂、石、胶凝材料等原材料质量的基础上，严格按照混凝土配合比进行投料，首先投入砂和水搅拌，随后投入胶凝材料搅拌成砂浆，最后加入石子，使浆体包裹石子。目前实现该生产方法，主要有两种生产方案：第一种是砂、石分次送料，中间斗两次开门。具体方法为在第一次投料时，打开中间斗门，向主搅拌机放入砂和胶凝材料，等搅拌均匀后，再次将中间斗打开，投入石子进行搅拌。但是该方法因为采用单一料斗，需要严格控制原材料的运输和投入时间，往往因无法精确控制送料时间和搅拌时间，会造成搅拌时间大幅度延长，使得混凝土生产效率低，无法体现出该工艺高效节能的优越性。第二种是对装置进行改造，设立双中间斗，可左右平行，可上下叠加。具体方法为在双中间斗内分别存放砂子和石子，然后依次倒入搅拌机搅拌，这种方法比普通工艺节约能耗15％，但由于该种方法对双中间斗的布置较高，因此经常出现溢料或者混料的问题。总体来说搅拌站目前实现上述生产混凝土的两种技术手段各有不同，前者高效优质，后者降低了生产能耗。但前者时间控制要求极为精确，后者易出现溢料和混料现象。
3.金尾矿泥是金矿石经破碎、球磨、浮选出金精矿后经压滤处理后剩余的固废。泡花碱渣是石英砂在高温烧碱中溶解生成硅酸钠后剩余的固废。脱硫石膏是热电厂烟气脱硫产生的固废。这三种固废的含水率较高(约为15～20％)，颗粒细小(平均粒径约为10μm)等特点。传统的混凝土搅拌方法无法将上述颗粒细小的固体废弃物搅拌均匀，无法实现这些固体废弃物在混凝土中直接使用。


技术实现要素：

4.为了实现金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏在自密实混凝土中的资源化利用，本发明采用分步搅拌的生产思路，考虑金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏具有含水率高、颗粒细小的特点，改进混凝土生产工艺，本发明提出了一种基于剪切稀化效应的自密实混凝土及其制备方法，能够实现金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏在自密实混凝土中的资源化利用，并提高自密实混凝土的拌合物性能与力学性能。
5.为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
6.本发明提供了一种基于剪切稀化效应的自密实混凝土，由净浆与预湿骨料混合搅拌均匀得到，所述净浆由水泥、改性金尾矿泥、水和减水剂快速搅拌得到，所述预湿骨料由砂子、石子和水搅拌得到；
7.包含的各原料按以下重量份组成：
[0008][0009]
其中净浆与预湿骨料中用水量的质量比为80～90：10～20；
[0010]
所述改性金尾矿泥由金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏按质量比86～90：6～8：4～6快速搅拌制得；本发明采用的改性金尾矿泥既能够使得固废材料颗粒实现良好的粒度分布，又能够发挥脱硫石膏和泡花碱渣的协同活性激发效应，进而提高自密实混凝土的综合性能。
[0011]
所述金尾矿泥为黄金尾矿经压滤处理后得到的块状物质；
[0012]
所述泡花碱渣为生产硅酸钠后产生的废渣。
[0013]
所述水泥为符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》gb 175规定的水泥。
[0014]
所述砂、石应符合现行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》jgj 52的规定。
[0015]
所述聚羧酸减水剂符合现行业标准《聚羧酸系高性能减水剂》jg/t 223-2017的规定。
[0016]
所用混凝土拌合水用量等于混凝土设计用水量减去砂、石、金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏的含水总量。
[0017]
本发明提出了一种上述自密实混凝土的制备方法，所述制备方法采用的生产装置包括净浆搅拌机、骨料搅拌机和混凝土搅拌机，净浆搅拌机和骨料搅拌机平行放置于混凝土搅拌机顶部且净浆搅拌机和骨料搅拌机均与混凝土搅拌机之间管道连接，其中净浆搅拌机内设置有双立轴/套轴搅拌装置，骨料搅拌机和混凝土搅拌机内均设置有卧轴式搅拌装置；所述净浆搅拌机侧部设置有粉料进料口和液体进料口，顶部设置出风口，底部设置净浆出料口，内部包括旋转叶片及分散叶片；所述骨料搅拌机顶部设置有骨料进料口和骨料进水口，底部设置有骨料出料口；所述混凝土搅拌机顶部分别设置有净浆入料口和骨料入料口，底部设置混凝土出料口。
[0018]
其具体制备工艺包括以下步骤：
[0019]
(1)在净浆搅拌机内倒入全部的水泥、改性金尾矿泥和减水剂，再称取混凝土配合比中拌合水质量的80％～90％水倒入净浆搅拌机，快速搅拌均匀，形成净浆；通过调整转速，使浆体粘度处于最小范围区间；
[0020]
(2)将砂子、石子和剩余用量的水倒入骨料搅拌机，搅拌至骨料表面无附着石粉，形成预湿骨料；
[0021]
(3)先将预湿骨料倒入混凝土搅拌机，再打开净浆搅拌机仓门，将净桨倒入混凝土搅拌机，搅拌均匀形成自密实混凝土。
[0022]
步骤(1)中所述净浆搅拌机通过导线还连接有电流感应器作为浆体粘度测量设备。根据电流数据，通过终端调整叶片转速，保证浆体粘度处于最小值范围区间内。所述电流感应器直接连接在净浆搅拌机电源线上，或净浆搅拌机中的双立轴/套轴搅拌装置连接另一电源与电流感应器相连。
[0023]
步骤(1)所述骨料搅拌机内设置摄像设备，可以随时监控骨料表面预处理状态。当骨料表面石粉包裹较多，难以清除，则应延长搅拌时间，或调整用水量，直至满足要求。
[0024]
有益效果：
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0026]
(1)基于剪切稀化效应的混凝土生产工艺中：
①
通过净浆搅拌机的套轴双搅拌叶片不同的转速可以提高浆体中颗粒的均匀性，并通过调整转速可以发挥浆体的剪切稀化效应，提高净浆流动性以及对骨料的包裹效果。
②
通过骨料搅拌机对骨料的预湿处理，实现了骨料表面杂质的去除，便于浆体在骨料表面更好的粘附，提高骨料与浆体的界面结合强度，进而提高混凝土的力学性能。
③
净浆和预处理后的骨料混合搅拌，可以实现短时间内净浆对骨料更好的包裹效果，节约生产时间；且两者能够混合的更加均匀。
④
净浆搅拌机、骨料搅拌机和混凝土搅拌机可以同时进行工作，互不影响，节约生产时间，提高生产效率。
[0027]
(2)在上述改良的生产方法的基础上，实现了改性金尾矿泥在混凝土中的良好应用。金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏的含水率高、颗粒细小，不宜搅拌均匀，在传统的混凝土生产工艺中易搅拌成团，严重影响混凝土性能稳定性，无法实现其在混凝土中的应用。金尾矿泥、泡花碱渣和脱硫石膏的含水率高、颗粒细小，搅拌成的浆体均匀性差，团聚严重，但在基于剪切稀化效应的混凝土生产工艺中，通过净浆搅拌机转速调节，可以实现掺合料的颗粒均匀化，确保不同颗粒在浆体中实现良好分散，有效避免了混凝土传统搅拌过程中金尾矿泥、脱硫石膏和泡花碱渣胶黏性大、易团聚的不利影响，实现了固体废弃物在自密实混凝土中的良好应用。
附图说明：
[0028]
图1为本发明所述混凝土制备工艺采用的生产装置整体剖切结构示意图。
[0029]
图1中各标注为：1、净浆搅拌机，11、液体进料口，12、粉料进料口，13、出风口，14、双立轴/套轴搅拌装置，15、旋转叶片；16、分散叶片，17、净浆出料口，2、骨料搅拌机，21、卧轴式搅拌装置，22、骨料进料口，23、骨料进水口，24、骨料出料口，3、混凝土搅拌机，31、卧轴式搅拌装置，32、混凝土出料口，4、电流感应器。
具体实施方式：
[0030]
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
本发明提供了一种基于剪切稀化效应的自密实混凝土的制备方法，所述制备方法采用的生产装置包括净浆搅拌机1、骨料搅拌机2和混凝土搅拌机3，净浆搅拌机1和骨料搅拌机2平行放置于混凝土搅拌机3顶部且净浆搅拌机1和骨料搅拌机2均与混凝土搅拌机3之
间管道连接；其中净浆搅拌机1内设置有双立轴/套轴搅拌装置14，骨料搅拌机2和混凝土搅拌机3内均设置有卧轴式搅拌装置21，31；所述净浆搅拌机内部设有旋转叶片15及分散叶片16，所述混凝土搅拌机3顶部分别设置有净浆入料口和骨料入料口，底部设置混凝土出料口32；
[0032]
所述净浆搅拌机1侧部设置有粉料进料口12和液体进料口11，顶部设置出风口13，底部设置净浆出料口17；所述骨料搅拌机2顶部设置有骨料进料口22和骨料进水口23，底部设置有骨料出料口24。
[0033]
其具体工艺步骤如下：
[0034]
(1)在净浆搅拌机内倒入全部的水泥、改性金尾矿泥和减水剂，再称取混凝土配合比中拌合水质量的80％～90％水倒入净浆搅拌机，快速搅拌均匀，形成净浆；通过调整转速，使浆体粘度处于最小范围区间；
[0035]
(2)将砂子、石子和剩余用量的水倒入骨料搅拌机，搅拌至骨料表面无附着石粉，形成预湿骨料；
[0036]
(3)先将预湿骨料倒入混凝土搅拌机，再打开净浆搅拌机仓门，将净桨倒入混凝土搅拌机，搅拌均匀形成自密实混凝土。
[0037]
步骤(1)中所述净浆搅拌机内设置电流感应器作为浆体粘度测量设备。根据电流数据，通过终端调整叶片转速，保证浆体粘度处于最小值范围区间内。所述电流感应器直接连接在净浆搅拌机电源线上，或净浆搅拌机中的双立轴/套轴搅拌装置连接另一电源与电流感应器相连。
[0038]
步骤(1)所述骨料搅拌机内设置摄像设备，可以随时监控骨料表面预处理状态。当骨料表面石粉包裹较多，难以清除，则应延长搅拌时间，或调整用水量，直至满足要求。
[0039]
实施例1：
[0040]
所述c30自密实混凝土包括以下重量份的原料：水泥350份，改性金尾矿泥120份(金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏质量比为86:8:6)，砂子855份，石子用量855份，水用量210份，聚羧酸减水剂9.5份。
[0041]
所述自密实混凝土制备方法包括以下步骤：
[0042]
1)在净浆搅拌机内倒入全部的水泥、改性金尾矿泥和减水剂，再称取混凝土配合比中拌合水质量的80％～90％水倒入净浆搅拌机，快速搅拌均匀，形成净浆。通过电流感应器电流大小调整转速，使浆体粘度处于最小范围区间。
[0043]
2)将砂子、石子和总用水量10％～20％的水倒入骨料搅拌机，搅拌至骨料表面无附着石粉，形成预湿骨料。
[0044]
3)先将预湿骨料倒入混凝土搅拌机(3)，再打开净浆搅拌机仓门，将净桨倒入混凝土搅拌机(3)，搅拌均匀形成自密实混凝土。
[0045]
实施例2：
[0046]
所述c35自密实混凝土包括以下重量份的原料：水泥380份，改性金尾矿泥110份(金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏质量比为90:6:4)，砂子831份，石子用量864份，水用量205份，聚羧酸减水剂10份。
[0047]
所述自密实混凝土制备方法包括以下步骤：
[0048]
1)在净浆搅拌机内倒入全部的水泥、改性金尾矿泥和减水剂，再称取混凝土配合
比中拌合水质量的80％～90％水倒入净浆搅拌机，快速搅拌均匀，形成净浆。通过电流感应器电流大小调整转速，使浆体粘度处于最小范围区间。
[0049]
2)将砂子、石子和总用水量10％～20％的水倒入骨料搅拌机，搅拌至骨料表面无附着石粉，形成预湿骨料。
[0050]
3)先将预湿骨料倒入混凝土搅拌机(3)，再打开净浆搅拌机仓门，将净桨倒入混凝土搅拌机(3)，搅拌均匀形成自密实混凝土。
[0051]
实施例3：
[0052]
所述c40自密实混凝土包括以下重量份的原料：水泥410份，改性金尾矿泥100份(金尾矿泥、泡花碱渣、脱硫石膏质量比为88:7:5)，砂子805份，石子用量875份，水用量200份，聚羧酸减水剂10.5份。
[0053]
所述自密实混凝土制备方法包括以下步骤：
[0054]
1)在净浆搅拌机内倒入全部的水泥、改性金尾矿泥和减水剂，再称取混凝土配合比中拌合水质量的80％～90％水倒入净浆搅拌机，快速搅拌均匀，形成净浆。通过电流感应器电流大小调整转速，使浆体粘度处于最小范围区间。
[0055]
2)将砂子、石子和总用水量10％～20％的水倒入骨料搅拌机，搅拌至骨料表面无附着石粉，形成预湿骨料。
[0056]
3)先将预湿骨料倒入混凝土搅拌机(3)，再打开净浆搅拌机仓门，将净桨倒入混凝土搅拌机(3)，搅拌均匀形成自密实混凝土。
[0057]
实施例1～3中，净浆搅拌机、骨料搅拌机和混凝土搅拌机可以同时进行，因此实际生产中可以大幅度缩短生产时间。并分别对实施例1～3中的原料采用传统搅拌工艺生产混凝土作为对比例，传统搅拌工艺为将各原料组分直接混合。对各实施例及对比例生产的混凝土性能如下表1所示。
[0058]
表1各实施例及对比例中的混凝土的性能测试
[0059][0060]
从表1中可以看出，相较于传统搅拌工艺，实施例1～3采用剪切稀化生产工艺制备的自密实混凝土其扩展度提高了180～200mm，这明混凝土拌和物的流动性提高，和易性得到较大程度改善；同时28d抗压强度提高了6～10mpa，说明通过剪切稀化效应可以明显提高混凝土的力学性能。
[0061]
因此，采用本发明所述的基于剪切稀化效应的生产方式，实现了金尾矿泥、泡花碱渣和脱硫石膏在自密实混凝土中的资源化利用，获得了良好的自密实混凝土工作性能和力学性能。
[0062]
尽管已经示出和描述了本发明专利的实施例，对于本领域的技术人员而言，可以理解在不脱离本发明专利的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明专利的范围由所附权利要求及其等同物限定。