CN105060792A - 一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土 - Google Patents
一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥600~1000份，活性矿物掺合料150~300份，惰性掺合料60~100份，砂900~1300份，减水剂26~35份，水135~160份，超细钢纤维30~100份，阻锈剂7~12份。本发明技术方案采用直径为0.13mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维，以替代普通钢纤维，一方面提升了混凝土的力学性能，另一方面，减少了钢纤维在混凝土中的添加量，降低低掺量钢纤维改性粉末混凝土的生产成本。该低掺量钢纤维改性粉末混凝土整体价格相对低廉，纤维分布均匀性能好，抗折强度、抗冲击性能高，适合建筑工程行业推广使用。
Description
发明领域
本发明涉及混凝土材料领域，尤其是一种采用超细钢纤维的低掺量钢纤维改性粉末混凝土。
背景技术
与一般的混凝土相比，钢纤维粉末具有良好的抗压强度、抗弯曲强度、韧性及较好抗震、抗冲击性能而被应用于建筑工程领域，其获得较佳力学性能的主要原因在于：在混凝土中引入钢纤维结构。而其原理在于通过纤维与粉末混凝土水化产物界面进行结合，提高水化产物在对于抗压强度主要是提高了三维方向的水化产物的变形约束力，在弯曲变形方面主要是界面锚固强度与钢纤维界面产生滑移做功，克服材料的脆性在一定程度上混凝土结构由刚性体转变为弹性体，因此，钢纤维在粉末混凝土结构中是力学指标特别是抗折性能的核心因素。如申请号为201410759790.1名为“一种高性能活性粉末混凝土”的中国发明专利申请公开了一种高性能活性粉末混凝土，主要由以下几种材料组成：水泥、石英砂、石英粉、硅灰、减水剂，碳纤维和水胶；按照质量比配比如下：水泥为1，石英砂为1.1，硅灰为0.25，石英粉为0.3，减水剂为0.02，钢纤维为0.35，水胶为0.18。该混凝土中掺入了普通钢纤维承担界面受拉作用，可以使混凝土的抗压强度达到150Mpa以上，抗折强度达到17Mpa以上，但混凝土结构中的钢纤维大部分没有充分发挥出抗拉强度优势，原因在于：受力过程中，大部分钢纤维在自身没有断裂的情况下由混凝土结构中脱落，并且混凝土内部的钢纤维分布不均匀。另外，在混凝土中钢纤维的掺量体积较大，用量多，其纤维成本占粉末混凝土成本比重一半以上，不利于钢纤维混凝土在建筑行业中推广。
为了解决这一问题，可以在钢纤维混凝土中添加超细钢纤维来代替普通钢纤维，以改善钢纤维的受力情况。在中文文献《剪切型超短超细钢纤维增强混凝土性能研究》（张李等著，详见《价值工程》2013年01期）一文中披露了在粉末混凝土中加入1%~3%剪切性超细钢纤维，可以使混凝土达到14天抗压强度45.4Mpa~65.5Mpa，14天劈裂抗拉强度4.0Mpa~5.9Mpa，14天抗折强度6.8Mpa~8.6Mpa。并且，在混凝土结构内部，超细钢纤维的分布较为均匀，可以比较充分地承担受拉作用，而且，超细钢纤维的掺入量少，比起一般的钢纤维混凝土，其综合造价较低。但是，该种超细钢纤维混凝土的抗压性能，抗折性能，抗拉性能较低，不适合在一些对混凝土强度要求较高的工程中使用。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处，提供一种抗压抗折强度高、钢纤维分布均匀、工作度调整范围大、综合造价低的低掺量钢纤维改性粉末混凝土，以适应建筑工程领域的广泛使用。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥600~1000份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料150~300份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺和料60~100份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂900~1300份；
减水率大于20%的减水剂26~35份；
水135~160份；
直径为0.13mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维30~100份；
阻锈剂7~12份。
在该低掺量钢纤维改性粉末混凝土中，添加上述配比的超细钢纤维，一方面可以是钢纤维在混凝土中减少团聚现象，分布均匀，进而可以比较充分地承担受拉作用，提高混凝土的力学指标；另一方面，添加量比一般在建筑工程应用的钢纤维混凝土中的钢纤维添加量少，降低了混凝土的生产成本。通过加入上述优化配比的矿物活性掺合料和惰性掺和料，以减少混凝土内部孔隙，提高了混凝土的抗渗性、抗腐蚀性和自密实性能。通过添加阻锈剂，可以对超细钢纤维纤维进行了防锈保护，大大降低了粉末混凝土的成本，改善了粉末混凝土中钢纤维流动性不好、自密实性差的情况。
优选地，该低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥700~900份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料200~250份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺合料70~90份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂1050~1150份；
减水率大于20%的减水剂29~32份；
水145~150份；
直径为0.10mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维50~70份；
阻锈剂9~10份。
更优选地，该低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥750份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料275份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺合料80份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂1100份；
减水率大于20%的减水剂30份；
水145份；
直径为0.10mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维65份；
阻锈剂9份。
其中，所述惰性掺合料包括以下重量百分数的原料：石灰石粉30~50%、石英石粉30~50%、纳米碳酸钙粉10~30%。优选地，所述惰性掺合料包括以下重量百分数的原料：石灰石粉40%、石英石粉40%、纳米碳酸钙粉20%。在惰性掺和料中通过加入碳酸钙粉、石灰石粉、石英石粉中的一种或多种，对混凝土起到颗粒致密结构堆积作用，增加低掺量钢纤维改性粉末混凝土的自密实性能。同时其组分颗粒表面能较大，促进水泥水化反应，起到晶核反应作用；其颗粒级配对内部结构产生致密挤压排水作用，可以有效降低水用量。
所述活性矿物掺合料包括以下重量百分数的原料：硅粉20~40%、矿粉10~20%、陶瓷抛光粉20~40%、粉煤灰10~20%、钢渣5~15%。优选地，所述活性矿物掺合料包括以下重量百分数的原料：硅粉30%、矿粉15%、陶瓷抛光粉30%、粉煤灰15%、钢渣10%。活性矿物掺合料参与了混凝土中水泥的二次反应，吸收了混凝土中产生的氢氧化钙，进一步消除了混凝土结构内部离子介质迁移的通道，提高低掺量钢纤维改性粉末混凝土的抗渗性能和抗腐蚀性能。该活性矿物掺合料充分利用了废渣粉、陶瓷抛光粉等廉价资源，降低了低掺量钢纤维改性粉末混凝土的综合造价，有利于绿色生产。
所述砂可以采用河沙、机制砂、石英砂、尾矿砂或山砂中的一种或一种以上。可进行单独使用也可混合使用。
进一步地，所述低掺量钢纤维改性粉末混凝土按照以下步骤制得：
S1、依次将配方限定的超细钢纤维、水泥、矿物活性掺合料、惰性掺和料加入搅拌机搅拌5~6min至均匀；
S2、向S1步骤所得均匀混合物中加入配方限定的减水剂、阻锈剂及水，然后搅拌3~4min至均匀，所得均匀浆体即为所述低掺量钢纤维改性粉末混凝土；
S3、向S2所得混合物中加入砂，然后搅拌1~2min，得到的均匀浆体即为所述低掺量钢纤维改性粉末混凝土。
该混凝土养护采用室温养护24小时后，采用中频加热养护设备进行升温加热恒温至85~90度，养护24小时即可得到预期强度低掺量钢纤维改性粉末混凝土结构。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
（1）本发明技术方案所涉及的低掺量钢纤维改性粉末混凝土的抗压强度可达130~200MPA,抗折强度可达14~28MPA,弹性模量在42GPa以上，抗渗性能在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于50库伦，抗冻融600次循环无重量损失。采用的是直径为0.10mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维，这种超细钢纤维容易随搅拌而均匀分布于混凝土，钢纤维之间团聚现象少，可以比较充分地承担受拉作用而自身不发生脱落现象，而且超细钢纤维的添加量比原来大幅度降低，相同力学性能纤维量是原来的1/3~1/2，使该低掺量钢纤维改性粉末混凝土的生产成本降低。
（2）该低掺量钢纤维改性粉末混凝土采用了阻锈剂对纤维进行了防锈保护，大大降低了粉末混凝土的成本，改善了粉末混凝土纤维过高、流动性不好、自密实性差的问题。引入惰性掺合料降低混凝土水化热高等现象，并且充分利用了废渣粉、陶瓷抛光粉等廉价资源，同时采用环保节能中频加热养护设备养护。材料中废渣可再循环利用，降低了处理费用，使粉末混凝土应用范围更加广泛。
具体实施方式
实施例1
一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥600份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料150份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺和料60份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂900份；
减水率大于20%的减水剂26份；
水135份；
直径为0.13mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维30份；
阻锈剂7份。
其中，所述惰性掺合料包括以下重量百分数的原料：石灰石粉40%、石英石粉40%、纳米碳酸钙粉20%；所述活性矿物掺合料包括以下重量百分数的原料：硅粉30%、矿粉15%、陶瓷抛光粉30%、粉煤灰15%、钢渣10%。
所述低掺量钢纤维改性粉末混凝土按照以下步骤制得：
S1、依次将配方限定的超细钢纤维、水泥、矿物活性掺合料、惰性掺和料加入搅拌机搅拌5min至均匀。
S2、向S1步骤所得均匀混合物中加入配方限定的减水剂、阻锈剂及水，然后搅拌3min至均匀，所得均匀浆体即为所述低掺量钢纤维改性粉末混凝土。
S3、向S2所得混合物中加入砂，然后搅拌1min，得到的均匀浆体即为所述低掺量钢纤维改性粉末混凝土。
实施例2
除低掺量钢纤维改性粉末混凝土、惰性掺和料、活性矿物掺合料的配方不同外，其他条件同实施例1。
一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥1000份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料300份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺和料100份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂1300份；
减水率大于20%的减水剂35份；
水160份；
直径为0.13mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维100份；
阻锈剂12份。
其中，所述惰性掺合料包括以下重量百分数的原料：石灰石粉45%、石英石粉45%、纳米碳酸钙粉10%；所述活性矿物掺合料包括以下重量百分数的原料：硅粉35%、矿粉12%、陶瓷抛光粉35%、粉煤灰13%、钢渣5%。
实施例3
除低掺量钢纤维改性粉末混凝土的配方不同外，其他条件同实施例1。
一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥700份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料200份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺和料70份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂1050份；
减水率大于20%的减水剂29份；
水145份；
直径为0.10mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维50份；
阻锈剂9份。
实施例4
除低掺量钢纤维改性粉末混凝土的配方不同外，其他条件同实施例2。
一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥900份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料250份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺和料90份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂1150份；
减水率大于20%的减水剂32份；
水150份；
直径为0.10mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维70份；
阻锈剂10份。
实施例5
低掺量钢纤维改性粉末混凝土的配方不同外，其他条件同实施例1。
一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥750份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料275份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺合料80份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂1100份；
减水率大于20%的减水剂30份；
水145份；
直径为0.10mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维65份；
阻锈剂9份
对比例1
除了不添加超细钢纤维，改为添加直径为0.18~0.23mm、长度6~18mm的镀铜纤维100份外，其他条件同实施例2。
对比例2
除了惰性掺和料55份，矿物活性掺合料145份外，其他条件同实施例1。
对比例3
除了惰性掺和料105份，矿物活性掺合料305份外，其他条件同实施例2。
使用实施例1~5、对比例1~3所述低掺量钢纤维改性粉末混凝土制备混凝土标准试件,对混凝土结构的结构强度、抗渗性能、电通量、28天碳化情况、抗融冻600次后情况进行测试，测试项目及相应的实验数据如下表：
| 项目 | 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | 抗渗性能 | 电通量/C | 28d碳化检测 | 抗融冻600次后情况 |
| 实施例1 | 147.0 | 15.6 | P30 | 43 | 0 | 无质量损失 |
| 实施例2 | 211 | 28.9 | P30 | 38 | 0 | 无质量损失 |
| 实施例3 | 156 | 19.8 | P30 | 39 | 0 | 无质量损失 |
| 实施例4 | 194 | 22.2 | P30 | 38 | 0 | 无质量损失 |
| 实施例5 | 178 | 21.0 | P30 | 40 | 0 | 无质量损失 |
| 对比例1 | 174 | 18.9 | P30 | 41 | 0 | 无质量损失 |
| 对比例2 | 140 | 13.8 | P30 | 40 | 0 | 无质量损失 |
| 对比例3 | 163 | 17.8 | P30 | 43 | 0 | 无质量损失 |
对比例1不添加超细钢纤维，改为添加直径为0.18~0.23mm、长度6~18mm的镀铜纤维，与实施例2对比，从上表来看，虽然抗融冻600次后并无质量损失，但是其性能不论是抗压、抗折还是抗渗均不如实施例2；对比例2、3与实施例1、2对比，惰性掺和料和矿物活性掺合料不在本发明的最优范围内，从上表来看，对比例2、3虽然抗融冻600次后并无质量损失，但其抗压、抗折、抗渗等性能均不如实施例1、2，可见，通过大量试验，在本发明所选取的惰性掺和料和矿物活性掺合料的范围为最优。
Claims (8)
1.一种低掺量钢纤维改性粉末混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥600~1000份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料150~300份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺合料60~100份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂900~1300份；
减水率大于20%的减水剂26~35份；
水135~160份；
直径为0.13mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维30~100份；
阻锈剂7~12份。
2.根据权利要求1所述的低掺量钢纤维改性粉末混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥700~900份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料200~250份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺合料70~90份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂1050~1150份；
减水率大于20%的减水剂29~32份；
水145~150份；
直径为0.10mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维50~70份；
阻锈剂9~10份。
3.根据权利要求1所述的低掺量钢纤维改性粉末混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
平均粒径30~60μm，强度等级不小于42.5的水泥750份；
平均粒径0.1~60μm、烧失量≤3.0%、28天活性指数不低于100%的活性矿物掺合料275份；
平均粒径0.1~60μm的惰性掺合料80份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的砂1100份；
减水率大于20%的减水剂30份；
水145份；
直径为0.10mm以下、长度6~12mm的超细钢纤维65份；
阻锈剂9份。
4.根据权利要求1所述的低掺量钢纤维改性粉末混凝土，其特征在于，所述惰性掺合料包括以下重量百分数的原料：石灰石粉30~50%、石英石粉30~50%、纳米碳酸钙粉10~30%。
5.根据权利要求1所述的低掺量钢纤维改性粉末混凝土，其特征在于，所述活性矿物掺合料包括以下重量百分数的原料：硅粉20~40%、矿粉10~20%、陶瓷抛光粉20~40%、粉煤灰10~20%、钢渣5~15%。
6.根据权利要求1所述的低掺量钢纤维改性粉末混凝土，其特征在于，所述砂为河沙、机制砂、石英砂、尾矿砂或山砂中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的低掺量钢纤维改性粉末混凝土，其特征在于，所述阻锈剂为亚硝酸钙。
8.根据权利要求1所述的低掺量钢纤维改性粉末混凝土，其特征在于，所述低掺量钢纤维改性粉末混凝土按照以下步骤制得：
S1、依次将配方限定的超细钢纤维水泥、矿物活性掺合料、惰性掺和料加入搅拌机搅拌至均匀；
S2、向S1步骤所得均匀混合物中加入配方限定的减水剂、阻锈剂及水，然后搅拌至分散均匀；
S3、向S2所得混合物中加入砂，然后搅拌，得到的均匀混凝土浆体,该混凝土养护采用室温养护24小时后，采用中频加热养护设备进行升温加热恒温至85~90度，养护24小时即可得到预期强度低掺量钢纤维改性粉末混凝土结构。
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