一种混凝土的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及了建筑材料制备技术领域，特别涉及了一种混凝土的制备方法及其应用。
背景技术
在一些长大隧洞，特别是引水隧洞、斜井隧洞大多具有小断面、大坡度、大埋深、距离长等特点。衬砌泵送混凝土坍落度一般要求160mm～220mm，为大流动性混凝土；大坡度斜井段牵引有轨运输大流动性混凝时，可能发生重心晃动偏移造成运输设备侧翻倾覆等安全隐患；常规的混凝土运输罐车又因自身罐体设计，正常运输坡度不得大于20％；在小断面大坡度隧洞中因坡度影响罐车有效运输容量不足正常运输量的60％；使得斜井段有轨运输对混凝土施工运输的瓶颈影响极大，造成施工效率低、安全隐患大。这就需要我们发明一种混凝土生产方法来解决大坡度斜井混凝土运输效率低、安全隐患大的问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术由于大流动性混凝土在运输过程中，会造成混凝土运输过程中重心晃移、侧翻倾覆的安全隐患、运输效率低等技术问题，本发明提供了一种混凝土的制备方法，通过此混凝土的制备过程，使得混凝土运输过程中不会出现重心晃移、侧翻倾覆的安全隐患、且运输效率得到了有效提高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按比例将胶凝材料、骨料、外加剂、理论水量5％～30％的水，在拌合站进行拌合，得到第一混合料；所述外加剂是除减水剂以外的外加剂成分，所述骨料是粗集料和细集料；
步骤2、将步骤1得到的第一混合料运输至施工地预定位置，向第一混合料中加入剩余的水和减水剂，二次拌合，得到混凝土。
本发明从混凝土拌制生产工艺上结合工地现场施工条件进行了优化改进，采用二次加水、减水剂拌合的生产混凝土的工艺方法，完成混凝土运输拌合，尤其使得大流动性的混凝土运输过程中不会出现重心晃移、侧翻倾覆的安全隐患、且运输效率得到了有效提高。
进一步的，在运输过程中对第一混合料持续搅拌，保证混凝土不发生离析、漏浆和泌水现象。
进一步的，整车运输的第一混合料运送至施工地进行整车二次拌合，尽可能的做到胶材骨料无损失。
进一步的，所述第一混合料运输存放时间小于120min，优选地所述第一混合料运输存放时间为45min～120min。第一混合料运输存放时间是指步骤1拌合站完成拌合第一混合料后，至步骤2加入减水剂和剩余的水二次拌合的时间间隔。因现场管理疏忽、工序衔接不紧凑，致使运输时间和储存时间过长，水泥遇水后水化反应充分发生而影响凝结。为确定干料储存时间，保证干料在未发生水化热反应前开始拌合浇筑，经多次试验确定，干料水化热反应时间为45min－120min。大于120min混凝土工作性能下降且影响强度。故现场加强管控杜绝干料运输储存超过120min，确保混凝土质量。经过发明人大量的实验研究验证干料在洞内(温度15℃，湿度70％)存放在2个小时以内，二次加水拌和后混凝土初凝和强度基本满足设计要求。如果储存时间达到3个小时就会出现凝结时间过长且强度偏低的后果。如果时间超过5个小时水泥水化反应充分释放后混凝土就不会凝结直接影响到工程质量。其中运输存放时间是指从初步拌合完成，到进行第二次加水、减水剂时间间隔。
进一步的，所述混凝土的坍落度为160mm～220mm。该混凝土具有大流动性的特性，尤其适用于在一些长大隧洞，特别是引水隧洞、斜井隧洞等的衬砌。
进一步的，所述胶凝材料包括水泥和粉煤灰；所述骨料包括砂、小碎石、大碎石；按每方的重量计，
水泥270kg/m3～300kg/m3；
粉煤灰60kg/m3～75kg/m3；
砂720kg/m3～750kg/m3；
小碎石330kg/m3～375kg/m3；
大碎石770kg/m3～800kg/m3；
减水剂3.1kg/m3～3.5kg/m3；
水155kg/m3～175kg/m3；
外加剂0～5kg/m3。
本发明提供的上述原料制备的混凝土具有较大流动性的特性，在混凝土运输过程中会存在重心晃移、侧翻倾覆的安全隐患，通过上述制备方法制备，可以使得运输过程更高效，更安全，其中所述外加剂是膨胀剂、减缩剂、抗冻剂等中的一种或几种。
进一步的，步骤1中的用水量是理论水量的10％～18％。优选地，步骤1中的用水量是理论水量的10％～16％。步骤1中加水量过多会出现第一混合料黏附运输车辆壁，而出现难以卸料的问题；加水量过少会出现第一混合料粗细骨料分离的问题。
进一步的，所述混凝土的砂率为38％～39％。所述砂率为重量百分比，砂率太小不能完全包裹粗骨料出现粗细骨料堆积分离现象，砂率太大相应的强度要受到影响并且砂的含水也会影响到干料的拌合问题。
进一步的，粉煤灰重量是胶凝材料总重量的10％-20％。拌合站第一混合料运输到施工地二次加水拌合还需一段时间，让第一混合料水泥水化热反应缓慢，经试验掺粉煤灰用量到胶凝材料的10％～20％，抑制水泥水化热反应，确保拌合第一混合料的储存时间久不失效，经试验储存2个小时内对混凝土质量无影响。
进一步的，所述小碎石的粒径为5mm～10mm。
进一步的，所述大碎石的粒径为10mm～30mm。
本发明提供了一种上述混凝土的制备方法的应用，用于制备坡度在25％以上的斜井隧洞混凝土。
进一步的，所述拌合站位于隧洞外。
进一步的，所述施工地位于隧洞内。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、采用本发明提供的混凝土制备方法可以解决运输流态混凝土的安全问题。
2、采用本发明提供的混凝土制备方法极大的提升了混凝土运输效率、节约成本，提高了施工效益。
3、采用本发明提供的混凝土制备方法在小断面大坡度这种特殊的施工环境下，充分利用绞车运输系统、配备洞内拌和机、控制原材料、调整配合比、改善第一混合料运输储存参数、开展洞内混凝土运输浇筑工艺试验、制定混凝土养护及外观修补措施，使得混凝土质量得到保证，完成了施工任务。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
某施工项目，其承建的总干4#隧洞末端(186+136～200+214)段长14.08km，最大埋深450m，采用47#～50#超大坡度斜井支洞进入施工，支洞坡度分别为28.66％、35.46％、35.56％、40.83％，支洞段均采用绞车牵引运输，与总干隧洞内无轨自驱运输联合运输，各支洞平均独头施工长度1.7km，最大独头施工长度1.9km。斜井支洞设计断面净空3.65m，净高3.2m总干4#隧洞围岩工程地质为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，设计断面为城门洞型，净宽3.6m，净高5m。
需要向这种超大坡小断面斜井隧道中运输混凝土，混凝土的配合比设定为水泥280kg/m3；粉煤灰68kg/m3；砂731kg/m3；小碎石358kg/m3；大碎石790kg/m3；减水剂3.48kg/m3；水163kg/m3。所述小碎石的粒径为5mm～10mm。所述大碎石的粒径为10mm～20mm。混凝土强度为C25，混凝土具有大流动性，坍落度为200mm；在小断面大坡度隧洞中因坡度影响罐车有效运输容量不足正常运输量的60％；大坡度斜井段牵引有轨运输大流动性混凝时，可能发生重心晃动偏移造成运输设备侧翻倾覆等安全隐患。
为此，采用本发明二次拌合的混凝土制备方法，洞外先在拌合站将水泥280kg/m3；粉煤灰68kg/m3；砂731kg/m3；小碎石358kg/m3；大碎石790kg/m3；24kg/m3进行拌合，得到第一混合料，然后用4m3罐车将第一混合料运输到洞内，所用时间为2小时，并且运输过程中自行旋转搅拌，保证混凝土不发生离析、漏浆和泌水现象，在洞内将剩余水、3.48kg/m3减水剂加入第一混合料，并进行整罐车拌合，尽可能的做到胶材骨料无损失，洞内采用5m3罐车运输混凝土至工作面，实施浇筑作业。
实施例2
混凝土原料
水泥300kg/m3；粉煤灰75kg/m3；砂745kg/m3；小碎石375kg/m3；大碎石800kg/m3；减水剂3.30kg/m3；水155kg/m3。所述小碎石的粒径为5mm～10mm。所述大碎石的粒径为10mm～30mm。混凝土强度为C25，混凝土具有大流动性，坍落度为180mm。
采用本发明二次拌合的制备方法，先将水泥300kg/m3；粉煤灰75kg/m3；砂745kg/m3；小碎石375kg/m3；大碎石800kg/m3；水18.6kg/m3进行拌合，得到第一混合料，将第一混合料运输至施工现场，所用时间为1.5小时，在施工现场向第一混合料中加入剩余的水、3.30kg/m3减水剂进行二次拌合，得到混凝土，经检测混凝土的强度、流动性等性能合格。
实施例3
混凝土原料
水泥280kg/m3；粉煤灰66kg/m3；砂725kg/m3；小碎石345kg/m3；大碎石790kg/m3；减水剂3.39kg/m3；水170kg/m3。所述小碎石的粒径为5mm～10mm。所述大碎石的粒径为10mm～20mm。混凝土强度为C25，混凝土具有大流动性，坍落度为220mm。
采用本发明二次拌合的制备方法，先将水泥280kg/m3；粉煤灰66kg/m3；砂725kg/m3；小碎石345kg/m3；大碎石790kg/m3；水17kg/m3。进行第一次拌合，得到第一混合料，将第一混合料运输至施工现场，所用时间为1.8小时，在施工现场向第一混合料中加入剩余的水、3.39kg/m3减水剂进行二次拌合，得到混凝土，经检测混凝土的强度、流动性等性能合格。
实施例4-12
第一次拌合用水量实验
实施例4-12与实施例1的混凝土原料完全相同，实施例4-12相对于实施例1改变了第一次拌合用水量，其他原料用量及制备方法与实施例1完全相同，并研究了第一次拌合不同用水量对第一混合料状态及运输状态的影响，测试结果如表1所示。
表1实施例4-12第一次拌合不同用水量对第一混合料状态及运输状态的影响测试结果
从表1的数据可以看出第一次拌合用水量直接影响了第一混合料的状态及第一混合料运输的状态，研究发现用水量过多，会导致胶凝材料与粗细骨料结合紧密，出现第一混合料黏附运输车辆壁，难以卸料；用水过少，会导致骨料松散、结合不紧密，虽然已卸车但是粉尘严重，造成原料浪费。从表1可以看出第一次拌合用水量占总水量的10％～18％时，第一混合料呈松散状，胶凝材料与骨料结合良好；优选地，第一次拌合用水量占总水量的10％～16％。
实施例13-20
实施例13-20将实施例10得到的第一混合料从初步拌合完成，到进行第二次加水、减水剂时间的间隔进行比较分析。研究运输储存时间不同对于二次拌合后混凝土强度硬性，从而确定在运输及储存过程中，第一混合料可储存的合适时间范围，运输储存时间对于制备的混凝土强度硬性结果如表2所示。
表2实施例13-20第一混合料储存时间及二次拌合后混凝土强度
因现场管理疏忽、工序衔接不紧凑，致使运输时间和储存时间过长，水泥遇水后水化反应充分发生而影响凝结。为确定干料储存时间，保证干料在未发生水化热反应前开始拌合浇筑，经多次试验确定，干料水化热反应时间为45min－120min。大于120min混凝土工作性能下降且影响强度。故现场加强管控杜绝干料运输储存超过120min，确保混凝土质量。
经试验验证干料存放在2个小时以内，二次加水拌和后混凝土初凝和强度基本满足设计要求。如果储存时间达到3个小时就会出现凝结时间过长且强度偏低的后果。如果时间超过5个小时水泥水化反应充分释放后混凝土就不会凝结直接影响到工程质量。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
