混凝土优化降本技术

混凝土优化降本技术,一、混凝土优化降本技术概述,三、化学外加剂降本技术方案,四、骨料体系优化降本技术方案,五、 磁化水优化降本技术,二、胶凝材料体系优化配伍技术,六、混凝土配合比优化降本技术,目 录,化学外加剂技术进展 矿物外加剂技术进展 混凝土优化配合比技术进展,一、混凝土优化降本技术概述,传统混凝土,水泥砂 石水,耐久性,环保性,功能性,现代混凝土,化学外加剂,收缩，开裂,第六组分,新型现代混凝土,高性能,智能化,现代社会对 混凝土的要求,混凝土技术变革,优化降本技术路线,一个中心： 优质降本 两个基本点 ： 优配材料 调控构造 三大体系优化：优化胶凝材料体系、优化骨料体系、优化孔隙体系 四项抓手降本：胶凝材料、骨料、化学外加剂、配合比设计 混凝土基本性能：强度、和易性 混凝土构造组成：水泥石 + 骨料 + 孔隙 混凝土原材料：水泥、矿物外加剂、骨料、化学外加剂、水、空气,第 一 代高效减水剂,改性木质磺酸素 经济性 (木材加工副产品) 其内在的缺陷限制: 减水率不够高 在高掺量时凝结时间过长 含气量高 由于木材来源的复杂性其性能可预测性不好,（一）化学外加剂技术进展,第二代高效减水剂,萘磺酸盐系列、三聚氰胺系列 、脂肪酸系列 优点 减水可达 25%，含气量低，中性凝结时间 超 掺 时 性 能 可 预 测 性 好 缺点 新 拌 混 凝 土 坍 落 度 保 持 不 理 想 掺 量减 水 率 非 线 性 关 系,第三代高效减水剂,聚羧酸 (PC) /氧化烯烃结枝(EOPO)共聚物 设计的产品 主链，支链长度，分子量大小，单体，聚合度 更高的减水率，可达 40%。 低 掺 量：线性掺量减水率关系 较小的坍落度损失； 中 性 凝 结 时 间,不同系列的减水剂作用机理,梳状三维相斥作用,双电层作用,耐久性,环保性,高性能,智能化,现代社会对 混凝土的要求,功能性,第六组分,改善型,功能型,智能型,混凝土第六组分的聚类和作用,混凝土第六组分的作用和意义,混凝土第六组分聚类,降低混凝土成本和碳排放量,改善微观结构和宏观性能,混凝土高性能化,赋予特殊功能甚至智能,（二）矿物外加剂技术进展,A、矿物外加剂定义 （1）单一或复合的天然矿物或人造矿物材料； （2）经机械磨细的粉末； （3）可改善砂浆或混凝土性能； B、矿物外加剂分类 矿渣微粉 、粉煤灰、沸石粉 、硅灰 、复合矿物外加剂 C、用途：辅助胶凝材料 （1）水泥混合材； （2）混凝土、砂浆辅助胶凝材料； （3）建筑功能外加剂；,1、矿物外加剂定义、分类与用途,2、矿物外加剂研究与应用进展,（1)矿物外加剂发展三步曲： 掺合料 矿物外加剂 功能矿物外加剂 （降低成本） （改善性能） （赋予功能）,混凝土配合比优化设计原则 原材料优选； 合理的混凝土容重； 根据原材料价格变化调控配合比； 核算单位立方混凝土成本。 配合比优化降本工具数据挖掘技术 建立混凝土原材料和配合比数据库； 分析历史数据，挖掘优化配合比经验； 混凝土配合比自学习、自诊断、自优化专家系统；,(三）混凝土优化配合比技术进展,复合胶凝效应及其效能 复合胶凝材料体系优化配伍技术,二、胶凝材料体系优化配伍技术,优化配伍技术路线,优化设计混凝土胶凝材料总量、组成与配合比 胶凝材料复合胶凝效应配伍优化 胶凝材料体系颗粒群级配优化 矿物外加剂与化学外加剂复合效应,（一）复合胶凝效应及其效能,水泥矿物外加剂 复合胶凝材料体系,复合胶凝效应理论,物理过程,化学过程,物理化学过程,微集料填充效应,颗粒群形状因子效应,诱导激活效应,表面微晶化效应,界面耦合效应,宏观性能,力学性能,渗透性能,尺寸稳定性,微观 结构,微细观 理化过程,微细观理化过程,微集料效应,E,E1,E2,诱导离子或分子,介稳态复合体系,活化的介稳态复合体系,诱导激活效应,介稳复合体系,水化产物,晶核相,结晶,表面微晶化效应,复合胶凝效应之效能,1、改善硬化混凝土力学性能 （1） 微 集 料 效应： （2）诱导激活效应； （3) 表面微晶化效应 2、改善新拌混凝土流变性 （1）辅助减水 ： 1) 微集料级配效应； 2) 颗粒群形状因子效应； 3) 改善流变学参数 （2）改善坍落度损失： 1) 微粉高比表面积保水效应; 2) 水化产物形态与分布；,1、水泥品种优选原则 三优先原则 优先选用纯硅酸盐水泥 优先选用高强度等级水泥 优先选用富余标号高的水泥 三不宜原则 不宜用立窑水泥 不宜用C3A高水泥 不宜用超细磨水泥,（二）复合胶凝材料体系优化配伍,硅酸盐水泥(混合材掺量：I 0% ,II5) 普通水泥(混合材掺量：615)、 火山灰水泥(2050)、矿渣水泥(2070) 粉煤灰水泥(2040)、复合水泥(1550) 熟料强度 60-68MPa，难以生产42.5等级以下的 硅酸盐水泥和普通水泥。,通用水泥品种,C30 混凝土优选高等级强度水泥案例,配伍设计原则异类组合配伍、双掺优于单掺 高铝中硅类低钙粉煤灰、偏高岭土、烧煤矸石 高钙类 矿渣微粉、高钙粉煤灰、钢渣 高硅类 硅灰、稻壳灰 配伍设计内容 水泥矿物外加剂复合胶凝体系优化配伍； 胶凝材料体系颗粒群级配配伍 复合胶凝效应效能与配伍组分比例,2、矿物外加剂配伍设计,矿物外加剂复合配伍案例,28d强度提高5-10%，塌落度损失改善,诱导激活效应,高钙类玻璃相与高铝中硅玻璃相复合体系的诱导活化,水解,玻璃相,溶液,Ca2+,SiO44-,SO4-,AO2-,AFt,结晶,E,E1,E2,矿渣粉煤灰复合胶凝效应,29,粉煤灰水化7d表面 已有一层水化产物,矿渣水化7d水化产物 与水泥石融为一体,水化产物显微形貌,化学外加剂优化匹配降本方案 自配外加剂降本技术方案 优化混凝土孔结构降本技术 外加剂分掺法降本技术,三、化学外加剂降本技术方案,化学外加剂降本技术路线,优化匹配 量身定制 分掺降耗 调控气泡,（一）化学外加剂优化匹配降本方案,优化匹配原则 根据混凝土强度等级选用 根据胶凝材料种类选用 根据骨料特性选用 技术指标：减水率强度塌落度损失 经济指标：单位立方混凝土成本,兼容性评判： 坍落度损失 离析和泌水 兼容性差原因及其对策： 可溶性硫酸盐少：补充硫酸钠等可溶性硫酸盐 低碱水泥：调整可溶性碱量为0.4%0.6。,化学外加剂与胶凝材料兼容性调控,C10-C30 泵送剂 减水率814% 木质素磺酸盐系为主， 单价：10001800元/吨 C35-C50 高效减水剂 减水率1518% 萘系、脂肪酸系为主， 单价：15002500元/吨 C50-C80 高效减水剂 减水率2540% 聚羧酸系，单价：30005000元/吨 优化匹配外加剂可降低外加剂费用10%20%,强度等级与外加剂优化匹配降本方案,复合化学外加剂工厂将成为商品混凝土公司的附属车间； 复合外加剂的性能设计将成为混凝土配合比设计的附属内容； 复合外加剂配制技术将是混凝土工艺师的基本技能。,技术发展趋势,（二）自配外加剂降本技术方案,适合于生产规模30万方/年混凝土公司 混凝土搅拌站外加剂车间建设方案： 车间面积：约200平方米 生产设备投资：约10万元 生产工人：2名 技术员：1名 自配外加剂可降低外加剂费用30%40%,技术方案,表面活性剂：各系列减水剂 缓凝剂：蔗糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸等； 引气剂：K12、松香皂类等 早强剂：三乙醇胺、硫酸钠等 促凝剂：碱金属盐类 防冻剂：亚硝酸盐类 建筑功能外加剂张雄主编 （化学工业出版社）,化学外加剂主要组分与作用,化学外加剂复配技术与原理,产 品： 泵送剂 减水率1517%，掺量1.0% 原材料与价格：改 性 木 纳 M1 4000元/吨 孔结构调控剂 AE 9500元/吨 葡 萄 糖 酸 钠 Sug 5500元/吨 高 效 减 水 剂 Sn 5000元/吨 配 方： M1 Sn AE Sug Water 14 6 2 2 76 成 本： 1150元/吨 市售价格1900-2000元/吨 适 用 范 围 ： C10-C40,39,复配外加剂降本案例,孔结构调控剂机理 适宜掺量范围，提高混凝土有效含气量2%3% 调控制气泡尺寸级配，使其各自在混凝土运输、泵送、浇捣和硬化各阶段发挥作用； 与减水剂复合使用，改善其减水效果； 孔结构调控剂效能 混凝土和易性明显改善，外加剂减水率提高20%。 改善混凝土塌落度损失，节约减水剂用量。 混凝土容重降低2%3%，节省材料，降低混凝土成本。 改善混凝土泌水性和泵送性，降低设备磨损。,（三）优化混凝土孔结构降本技术,应用优化混凝土孔结构降本案例,某年产30万方混凝土公司 使用孔结构调控外加剂每年原 材料盘盈100多万元，泵车泵阀使 用寿命延长1倍。,适用于骨料含泥量较高、粉煤灰品质比较差的情况 （1） 外加剂1 + 水 （2） 外加剂2 外加剂分掺法可降低外加剂费用10%20%,混凝土,（四）外加剂分掺法降本技术,四、骨料体系统化技术方案,骨料级配优化调控技术 机制砂降本技术方案 再生骨料降本技术方案,骨料占混凝土质量70-80%,优化骨料体系技术路线,调控骨料颗粒群参数 利用废渣资源降本和免税 应用机制砂降本,骨料级配调控原则与方法 调控骨料颗粒级配曲线形成自紧密堆积 骨料颗粒形貌整形工艺 良好骨料的级配是改善混凝土和易性最有效技术途径； 自紧密堆积体系强度最佳。,（一）骨料级配优化调控技术,自紧密堆积与骨料级配优化区域,适用于天然细骨料匮乏、细骨料有害杂质高的情况,有机杂质：妨碍水泥水化、影响强度； 吸附外加剂，影响和易性； 泥、泥块：降低界面粘结，增加用水量，影响强度； 吸附外加剂，影响和易性；,有害杂质的危害性,（ 二）机制砂降本技术方案,机制砂特性,优 点 1、价格比天然砂低许多； 2、质量稳定，有害杂质少； 3、同水胶比混凝土强度高于天然砂； 缺 点 1、颗粒形貌不如天然砂，混凝土流动性不及天然砂； 2、石粉含量高，需水量比较高；,机制砂应用关键技术,1、根据机制砂特质调整混凝土配合比 适当提高砂率 适当提高浆体体积 2、配制机制砂专用外加剂 采用高效减水剂 复合使用孔结构调节剂,50,机制砂优化降本案例,外加剂成本降低25% 28d强度提高20%,再生骨料特性,优 点 1、价格比天然粗骨料低许多，混凝土可免税； 2、残存水泥尚存活性，骨料-水泥石界面粘结 强度高； 3、同水胶比混凝土强度高于天然粗骨料。 缺 点 1、砂浆孔隙吸水，导致需水量比较高； 2、建筑垃圾来源复杂、质量不稳定。,（三）再生骨料降本技术方案,再生骨料应用关键技术,1、根据再生粗骨料特质调整混凝土配合比 根据有效水胶比放大用水量 2、配制再生粗骨料混凝土专用外加剂 采用高效减水剂 复合使用孔结构调节剂和调凝剂,五、磁化水优化降本技术,磁化水作用机理 磁化水应用效能 磁化水应用技术,磁化水降本技术路线,应用磁化水效应改善混凝土 强度或和易性,用磁化水拌制混凝土不需添加任何化学物质，不产生环境污染，只需把磁化器并入搅拌机的供水管道，操作简单，设备费用低廉。,（一）磁化水作用机理,1. 磁化水: 一定流速的水通过磁场（磁化器），由于切割磁力线使水的性质发生微观改变，简称为磁化水。,2磁水器 能制备磁化水的装置称为磁水器。 按磁场形式的方式可将磁水器分为永磁式和电磁式两种； 按磁场位置又可将磁水器分为内磁式和外磁式两种。,（一）磁化水作用机理,3磁化水特性 水分子是极性分子，分子间存在一种电性吸引力，在普通水中，这种电性吸引力使单个水分子首位相接形成多分子的综合体分子团。 当水流过磁场时，由于洛仑兹力使极性分子组成的分子团破裂变成单个分子。这些单分子重新整齐排列，增强了水分子间的电性吸引力，提高了水的活性。,（一）磁化水作用机理,（1）加速水泥水化进程： 磁化水极性增强，吸附性能增大以及使离子水合作用增强，显著加速水泥水化速度，H和OH的生成加快，促使水泥水化的诱导期缩短。另外磁化水还有促进凝聚和结晶作用。使Ca2和OH离子生成Ca(OH)2加快，水化接触点增多，CSH凝胶与Ca(OH)2含量增多，Ca(OH)2尺寸减小，尤其是早期更加明显。,4. 磁化水对混凝土作用机理,（2）改善水泥石孔结构： 由于磁化水增大了水泥水化速度和细化了水化产物晶体尺寸，孔结构特征得到改善，粗大孔和毛细孔减少，过渡孔增加，500的累计孔径增加，使得水泥石结构均匀密实，从而有利于磁化水混凝土宏观物理，力学性能如强度、抗渗、抗冻等方面的提高。,（3）改善界面过渡区结构： 水经磁化后，极性增强，加速了水化作用，Ca(OH)2析出加快，使浆一集界面上的Ca(OH)2结晶细化，减少了孔隙，强化了界面结构，使界面谷区显微硬度值增大，界面结构得到显著改善。,（二）磁化水应用效能,混凝土和易性改善，单位用水量减少约10公斤。 混凝土塌落度损失降低 混凝土强度提高10%30% 降低水泥用量，节约成本。,应用磁化水化案例之一,使用磁化水每方混凝土减水8-10公斤，混凝土塌落度损失改善。,磁化水装置：永磁式磁水器，其优点是不需能源，同时结构简单，操作维护方便。主要技术参数如下：磁场强度：7000高斯；水处理量：25T /h。,磁化水装置：电磁磁式磁水器，优点是磁场强度容易调节，而且可以达到很高的磁场强度，同时磁场强度不受时间和温度影响、稳定性好，但其需要外界提供激磁电源。 主要技术参数：磁场强度：10000高斯；水处理量：20T /h 效能：提高混凝土强度、节约水泥用量 试样 抗压强度 MPa 空白混凝土 28.0 磁化水混凝土 32.0,应用磁化水化案例之二,（三）磁化水应用技术,水磁化器应用技术 水磁化效应的有效时间 磁化水与外加剂及胶凝材料的兼容性,六、混凝土配合比优化设计,传统混凝土配合比设计方法分析 现代砼配合比设计基本概念 现代混凝土配合比优化方法,（一）传统混凝土配合比设计方法分析,设计理论：水灰比定则为唯一理论和计算依据 缺乏其他明确理念和规律 设计方法：源于的四组分砼配合比 简单修正引入化学外加剂和矿物外加剂组分 调控经验：基于统计经验 在生产工艺控制方面比较欠缺，情况复杂化后无所适从 性能指标：强度、塌落度、抗渗性 指标简单不能表征和控制高性能混凝土品质,（二）现代混凝土配合比设计基本概念,（1）现代混凝土配合比设计内容 胶凝材料体系设计 浆体体系设计 化学外加剂体系设计 骨料体系设计 混凝土配合比设计,科学性：以现代混