CN103964787A - 一种高掺量混合钢纤维混凝土及制备方法 - Google Patents

一种高掺量混合钢纤维混凝土及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高掺量混合钢纤维混凝土制备方法，包括胶凝材料、水、混合钢纤维和减水剂，所述的胶凝材料为水泥和粉煤灰，所述混合钢纤维为两种以上不同尺寸的钢纤维。本发明可生产出一种具有高强和抗裂等功能的钢纤维混凝土，钢纤维体积掺量可达到6%甚至以上，克服了混凝土中钢纤维掺量较高时搅拌易出现结团现象等问题，混凝土抗压强度可提高50%以上。本发明配合比设计合理，高效可行，特别适用于强度及抗冲击要求较高的钢纤维混凝土。

Description

一种高掺量混合钢纤维混凝土及制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及钢纤维混凝土；该混凝土可在桥梁结构和桥面工程、铁路轨枕、地下洞室支护等方面得到广泛应用。
背景技术
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入适量的钢纤维而浇筑形成的一种新型混凝土复合材料，与普通混凝土相比，钢纤维混凝土的力学性能明显提高，其抗拉强度一般可提高2倍左右，抗冲击强度的提高更为明显。上世纪初期，美国学者通过研究在普通混凝土中掺入钢纤维后，强度和稳定性得以提高。此后，美、英、法、德等国相继发布了钢纤维混凝土专利，钢纤维混凝土的研究得到了飞速地发展且在建筑结构、桥梁工程、铁路隧道、地下工程及军事工程等方面得到了广泛应用。
我国对钢纤维混凝土的研究开始于70年代，至今已在钢纤维混凝土的基本性能和增强机理方面都取得了显著的成果。随着社会经济的发展，我国在钢纤维混凝土的研究和应用方面还存在着较大差距，现有的技术还不能完全满足工程上的需要，这些方面的结构设计理论和相关的施工技术还需进一步研究，以使钢纤维混凝土更好地应用于各工程领域。
钢纤维混凝土具有显著的经济技术效益，可降低配筋率，减少混凝土用量，缩短施工周期及提供工程质量等。然而由于目前工程的需要，对混凝土强度的要求越来越高，目前工程上应用的钢纤维混凝土的钢纤维掺量一般不超过3%，根据纤维增强机理理论，当纤维掺量达到一定程度时，混凝土在搅拌中会出现结团现象。当钢纤维混凝土破坏时，观察破坏面发现，钢纤维是被拔出与混凝土基体脱离，而不是被拉断，因此提高钢纤维与基体间的粘结强度是增强混凝土强度的控制因素之一。为获得更高强度的混凝土，需在钢纤维的种类和掺量方面做更多突破。事实上，单一的改变纤维的特性，比如增加长径比、改善纤维的形状等，取得了一些成效，但不是很理想，因增加长径比使得搅拌时更易结团，从而降低掺量。目前为克服纤维间距理论的缺陷——忽略了纤维的复合增强作用和多种纤维所产生的的耦合作用等因素，也有学者将单一钢纤维和其他纤维混合，取得了理想的效果，但是钢纤维的掺量因其长径比制约还是较低。这些不利因素严重制约了钢纤维混凝土的发展，特别是当钢纤维的掺量大于3%时，采用目前技术和工艺制备的钢纤维混凝土就会出现严重的结团现象。
因此，有必要研制出一种高掺量钢纤维混凝土，在钢纤维掺量较高（大于3%）时，与普通的混凝土同样搅拌施工，也能分布均匀、不结团，从而具有更高抗压、抗冲击性能，更好的应用于工程需要。
发明内容
为了使钢纤维混凝土在制备过程中不易结团，提高钢纤维混凝土的抗压强度、抗冲击性能，本发明提供一种高掺量混合钢纤维混凝土及其制备方法。
一种高掺量混合钢纤维混凝土包括基准混凝土和混合钢纤维，所述混合钢纤维为两种以上不同尺寸和形状的钢纤维，混合钢纤维按体积百分比的掺量为1.0～8%。
高掺量混合钢纤维混凝土所用原料和重量如下：
水泥 700～800Kg
粉煤灰 110～120 Kg
石子 500～600 Kg
沙子 300～400 Kg
水 300～350 Kg
减水剂 1～2 Kg
混合钢纤维 100～500 Kg
其中水泥和粉煤灰为胶凝材料；石子和沙子为集料。
所述的混合钢纤维可以是同一类型的钢纤维按照不同的长度组合而成，也可以是不同类型的钢纤维按照不同的长度组合而成；所述钢纤维为碳素钢纤维、或者端钩型钢纤维、或者镀铜钢纤维。
所述水泥为强度等级42.5级或52.5级的普通硅酸盐水泥。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的减水剂为萘系减水剂、多羧酸系减水剂。
制备高掺量混合钢纤维混凝土的具体操作步骤如下：
（1）称量：按照权利要求2所述的配方称取各原料；
（2）将石子过20mm方孔筛，以防止超大粒径影响级配；
（3）上料及搅拌：在投料前先润湿搅拌锅，然后依次加入石子、沙子、水泥、粉煤灰，开机混合均匀，得到初混料；
（4）加入钢纤维：在搅拌状态下，在初混料中缓缓地依次加入碳素钢纤维、端钩型钢纤维和镀铜钢纤维，紧接着加入减水剂，继续搅拌至均匀；再在搅拌的状态下加入水，继续搅拌4～8min；
（5）浇筑成型，即得高掺量混合钢纤维混凝土预制件。
本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：
1. 本发明的钢纤维混凝土中钢纤维的掺量可达到6%甚至以上，而在搅拌过程中不出现结团现象，并保证混凝土的和易性，易于浇筑和泵送；
2. 采用本发明制备的钢纤维混凝土，由于复合效应使混凝土的韧性更强、强度更高，在相同掺量下，混合钢纤维混凝土比单一钢纤维混凝土可提高3%～12%；
3. 本发明的制备方法简单，设计合理，便于操作，可广泛应用于建筑结构、水利工程、桥梁工程、铁路隧道、地下工程及军事工程等领域。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地描述。
以下实施例所用原材料的来源说明：水泥选用的是海螺公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，其性能符合GB175—1999的规定；粉煤灰选用的是一级粉煤灰，其性能指标符合GB/T1596—2005的规定；减水剂选用的是萘系固体FDN-Ⅰ高效减水剂；钢纤维选用的分别是鞍山市铁西区昌宏钢纤维厂生产碳素钢纤维，碳素钢纤维的长度为6.0～7.3mm，抗拉强度达到2850MPa；江苏常州武进东南新型建筑材料厂生产的新型特种钢纤维，即端钩型钢纤维，其长度为28.0～30.0mm，抗拉强度达到750MPa；鞍山市铁西区昌宏钢纤维厂生产的镀铜钢纤维，镀铜钢纤维的长度为13.0～14.2mm，抗拉强度达到2860MPa。
实施例1
一种高掺量混合钢纤维混凝土，它的原料和重量组成如下：
原料 重量
（1）胶凝材料：
水泥 787 Kg
粉煤灰 119 Kg
（2） 集料
石子 597 Kg
沙子 382 Kg
（3） 水 317 Kg
（4） 减水剂 1.85 Kg
（5） 碳素钢纤维 156 Kg
（6） 端钩型钢纤维 156 Kg
（7） 镀铜钢纤维 156 Kg。
一种高掺量混合钢纤维混凝土制备方法，包括以下步骤：
（1）原材料的预处理：石子过15mm方孔筛，以防止超大粒径影响级配；
（2）称量：按照配比称取各原料重量份；
（3）上料及搅拌：先用水使搅拌机机筒的筒壁润滑，然后依次加入石子、沙子、水泥、粉煤灰，开启搅拌机，将材料搅拌混合均匀；
（4）加入钢纤维：在搅拌状态下缓缓地依次加入碳素钢纤维、端钩型钢纤维和镀铜钢纤维，紧接着加入减水剂，继续搅拌至均匀；再在搅拌的状态下加入水，直至搅拌完成；
（5）浇筑成型：当搅拌均匀后，出料，浇筑成型，放在标准养护室养护，测得28天强度即可。
本实例制备的钢纤维混凝土的钢纤维体积掺量为6%，28天抗压强度为73.6MPa，与基准素混凝土比较，抗压强度提高了52.4%。
实施例2
一种高掺量混合钢纤维混凝土，它的原料和重量组成如下：
原料 重量
（1）胶凝材料：
水泥 787 Kg
粉煤灰 119 Kg
（2） 集料
石子 597 Kg
沙子 382 Kg
（3） 水 317 Kg
（4） 减水剂 1.85 Kg
（5） 碳素钢纤维 312 Kg
（6） 端钩型钢纤维 156 Kg
本实例制备的钢纤维混凝土的钢纤维体积掺量为6%，28天抗压强度为68.38MPa，与基准素混凝土比较，抗压强度提高了41.6%。
实施例2的混凝土的制备方法同实施例1。

Claims (7)

1.一种高掺量混合钢纤维混凝土，包括基准混凝土和混合钢纤维，其特征在于：所述混合钢纤维为两种以上不同尺寸和形状的钢纤维，混合钢纤维按体积百分比的掺量为1.0～8%。
2.根据权利要求1所述的一种高掺量混合钢纤维混凝土，其特征在于所用原料和重量如下：
水泥 700～800Kg
粉煤灰 110～120 Kg
石子 500～600 Kg
沙子 300～400 Kg
水 300～350 Kg
减水剂 1～2 Kg
混合钢纤维 100～500 Kg
其中水泥和粉煤灰为胶凝材料；石子和沙子为集料。
3.根据权利要求2所述的一种高掺量混合钢纤维混凝土，其特征在于：所述的混合钢纤维可以是同一类型的钢纤维按照不同的长度组合而成，也可以是不同类型的钢纤维按照不同的长度组合而成；所述钢纤维为碳素钢纤维、或者端钩型钢纤维、或者镀铜钢纤维。
4.根据权利要求2所述的一种高掺量混合钢纤维混凝土，其特征在于：所述水泥为强度等级42.5级或52.5级的普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求2所述的一种高掺量混合钢纤维混凝土，其特征在于：所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
6.根据权利要求2所述的一种高掺量混合钢纤维混凝土，其特征在于：所述的减水剂为萘系减水剂、多羧酸系减水剂。
7.制备权利要求1所述的一种高掺量混合钢纤维混凝土，其特征在于具体操作步骤如下：
（1）称量：按照权利要求2所述的配方称取各原料；
（2）将石子过20mm方孔筛，以防止超大粒径影响级配；
（3）上料及搅拌：在投料前先润湿搅拌锅，然后依次加入石子、沙子、水泥、粉煤灰，开机混合均匀，得到初混料；
（4）加入钢纤维：在搅拌状态下，在初混料中缓缓地依次加入碳素钢纤维、端钩型钢纤维和镀铜钢纤维，紧接着加入减水剂，继续搅拌至均匀；再在搅拌的状态下加入水，继续搅拌4～8min；
（5）浇筑成型，即得高掺量混合钢纤维混凝土预制件。
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