CN105236839A - 防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土及配制方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土及配制方法和应用，所述纤维混凝土的组成成分：水泥：硅灰：矿渣粉：石英砂：水：减水剂：增稠剂质量比为1：(0.05～0.15)：(0.08～0.20)：(1.2～1.5)：(0.18～0.25)：(0.02～0.04)：(0.02～0.04)；所述消泡剂的掺量为减水剂掺量的4％～5％。本发明纤维混凝土制作的超薄板和薄壳构件具有高强度、高抗冲击能力、裂缝控制能力、能量吸收能力以及高韧性的特点，本配制方法下的纤维混凝土防裂抗渗薄板壳管构件在浇筑成型后可兼做其他构件的防护板壳管和外保护层，能够显著提高混凝土超薄板壳管构件的耐久性和使用寿命，大大降低工程成本。

Description

防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土及配制方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑新型薄板、薄壳、薄管应用技术领域，具体地，涉及一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土及配制方法和应用。

背景技术

现有的混凝土板及壳构件具有重量大、体积大、防裂抗渗功能差等缺点，从而造成在制作、运输、安装、维护、安全等成本的增加且费工费力。耐久性问题一直以来是钢筋混凝土构件所面临的主要问题之一，普通的薄板、薄壳混凝土构件表面在外部自然环境、海洋环境以及地下环境影响下，其耐久性将面临严峻考验。

此外，对于水工构件、港海构件来说，抗裂和抗渗能力尤为重要，抗裂和抗渗能力的不足将严重影响构件的耐久性和使用寿命。

以上几点一直以来是民用建筑、水工构件、港海构件、桥涵隧洞等施工和使用过程中较难解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土及配制方法和应用，所述纤维混凝土及其构件具有优异的抗裂抗渗功能，拼装方便等性能，改善了利用传统混凝土配制的薄板及薄壳所带来的不利因素。

为实现以上目的，本发明的技术方案是：

根据本发明的第一方面，提供一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，所述纤维混凝土的组成成分包括水泥、活性矿物掺合料、细骨料、减水剂、增稠剂、水、消泡剂和纤维；其中：所述活性矿物掺合料包括硅灰和矿渣粉；所述细骨料为石英砂；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述水泥：硅灰：矿渣粉：石英砂：水：减水剂：增稠剂质量比为1：(0.05～0.15)：(0.08～0.20)：(1.2～1.5)：(0.18～0.25)：(0.02～0.04)：(0.02～0.04)；所述消泡剂的体积掺量为减水剂掺量的4％～5％；所述纤维的体积掺量为整个混凝土的1.55％～3.7％。

优选的，所述纤维采用镀铜细钢纤维和聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维等非金属短纤维中的一种或一种以上混合。

更优选的，所述镀铜细钢纤维的长度在12～19mm之间，直径需≤240μm，体积掺量为1.5％～3.5％。

更优选的，所述非金属纤维的长度在12～19mm之间，体积掺量为0.05～0.2％。

优选的，所述石英砂的颗粒最大不超过0.5mm。

优选的，所述减水剂的减水率不低于25％。

对于纤维来说，太长在超薄构件中不宜均匀分布，容易产生一系列的内部缺陷，太短起到的效果不佳，且和混凝土之间，以及各纤维之间产生的协同作用较弱，同时这个长度的纤维也是市场上的常见纤维。对于直径的选择来说是一个道理，主要还是通过试验确定的最佳纤维尺寸，对混凝土性能的提高具有全面性。石英砂的粒径超过0.5mm时，对超薄构件中产生负面影响。减水剂的减水率是通过试验确定的最佳减水率。

本发明所述纤维混凝土的水泥基复合材料由水泥、活性矿物掺合料、细骨料、纤维、减水剂、消泡剂、水和增稠剂组成，其抗压强度≥160MPa；弹性模量≥42Gpa；抗折强度≥22MPa；抗弯极限强度≥26MPa；抗冲击强度≥15kJ/m²。

本发明所述水泥基复合材料的断裂韧性≥35000J/m²；测定的氯离子渗透性在5-10库仑间波动；300次快速冻融循环后，试样未起层；吸水率小于1％；根据抗渗要求，需密实性能较好，要求浇筑时水泥基复合材料的流动度≥25cm。

根据本发明的第二方面，提供一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土的配制方法，所述方法包括如下步骤：

一、原材料的准备

将水泥、硅灰、矿渣粉、石英砂和水按规定比例进行称量，并控制误差范围不超过5‰；聚羧酸高效减水剂、消泡剂和纤维称量误差范围不超过2‰；称量结束后放置在器皿中，以免造成损失；

二、搅拌

先将水泥、硅灰、矿渣粉和石英砂放入搅拌容器中进行至少1min的干拌，至各材料均匀混合；将纤维分次加入搅拌容器，低速搅拌直到混合均匀；将减水剂、消泡剂和增稠剂溶于75％的水中，然后加入搅拌容器中，并快速搅拌至水与各类材料均匀混合；之后再将剩余的30％的水加入其中，并高速搅拌直至拌合物均与呈流态；

所述75％的水，30％的水，指的是占总用水量的水的体积百分含量；

所述低速搅拌的速度在150-250r/min，快速搅拌的速度在450-550r/min，高速搅拌的速度在1100-1300r/min。

优选地，所述低速搅拌至少1min，快速搅拌至少5min，高速搅拌至少5min。

根据本发明的第三方面，提供一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土的应用，即：所述纤维混凝土用于制造出厚度小于或等于15mm的防裂抗渗超薄板及薄壳构件。具体为：

(1)将呈流态的纤维混凝土浇注到模具中，在浇注的同时进行振捣，使浆体充分填充到模具之中；

(2)采用水溶液养护，即首先将浇注好的构件在模具中静置养护24h，然后拆除模具，将构件放入水溶液中养护28d后取出。

优选地，预制时须水平放置模板浇筑装置进行浇筑制作。

本发明所述纤维混凝土超薄板壳管构件的浇筑和养护不受季节变化的干扰，可实现连续预制生产。

本发明所述纤维混凝土可制造出厚度小于或等于15mm的防裂抗渗超薄板及薄壳构件，其中：薄板构件包括预制楼梯板、预制墙板、预制阳台、预制下水道盖板、屋面板、隔墙板以及空心板等；薄壳构件包括筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等类型。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明的纤维混凝土所制备的超薄板壳管的抗水渗透和抗氯离子渗透性能等都远远高于普通混凝土制备的薄板壳管，而且具有高抗冲击能力、裂缝控制能力、能量吸收能力以及高韧性等高性能特点。本配制方法下的纤维混凝土防裂抗渗超薄板壳管构件在浇筑成型后可兼做其他构件的防护板壳管和外保护层，在使用过程中具有很高承载能力，能够显著提高混凝土薄板壳管构件的耐久性和使用寿命，大大降低工程成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中制备的防裂抗渗纤维混凝土超薄板示意图；

图2为本发明一实施例中制备的保温复合板横断面示意图；

图3为本发明一实施例中制备的防裂抗渗纤维混凝土管道示意图；

图中：1纤维混凝土超薄板，2保温材料，3组合槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，所述纤维混凝土的组成成分包括水泥、硅灰、矿渣粉、石英砂、聚羧酸高效减水剂、增稠剂、消泡剂、镀铜细钢纤维以及非金属纤维，其中：水泥：硅灰：矿渣粉：石英砂：水：聚羧酸高效减水剂：增稠剂质量比为1：0.07：0.12：1.4：0.20：0.03：0.02；消泡剂的掺量为减水剂掺量的4％～5％；镀铜细钢纤维的长度在12～19mm之间，直径需≤240μm，体积掺量为1.5％～3.5％；非金属纤维的长度在12～19mm之间，体积掺量为0.05～0.2％。

本实施例所配制的纤维混凝土的抗压强度为176MPa；弹性模量为52Gpa；抗折强度为28MPa；抗弯极限强度为31MPa；抗冲击强度为18kJ/m²。

本实施例所配制的纤维混凝土的断裂韧性为38500J/m²；测定的氯离子渗透性为5.8库仑；300次快速冻融循环后，试样未起层；吸水率为0.8％；根据抗渗要求，需密实性能较好，浇筑时水泥基复合材料的流动度为31cm。

本实施例可预制出厚度低于15mm、长宽超过1米的超薄板构件，如图1所示，此构件可为底板、屋面板预制空心板等。

实施例2：

本实施例提供一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，所述纤维混凝土的组成成分包括水泥、硅灰、矿渣粉、石英砂、聚羧酸高效减水剂、增稠剂、消泡剂、镀铜细钢纤维以及非金属纤维，其中：水泥：硅灰：矿渣粉：石英砂：水：聚羧酸高效减水剂：增稠剂质量比为1：0.09：0.16：1.4：0.22：0.02：0.03；消泡剂的掺量为减水剂掺量的4％～5％；镀铜细钢纤维的长度在12～19mm之间，直径需≤240μm，体积掺量为1.5％～3.5％；非金属纤维的长度在12～19mm之间，体积掺量为0.05～0.2％。

本实施例所配制的纤维混凝土的抗压强度为158MPa；弹性模量为49Gpa；抗折强度为23MPa；抗弯极限强度为26MPa；抗冲击强度为15kJ/m²。

本实施例所配制的纤维混凝土的断裂韧性为35700J/m²；测定的氯离子渗透性为5.8库仑；300次快速冻融循环后，试样未起层；吸水率为0.7％；根据抗渗要求，需密实性能较好，浇筑时水泥基复合材料的流动度为32cm。

本实施例可预制出厚度低于15mm的纤维混凝土超薄板1，在纤维混凝土超薄板1中填充保温材料2，如泡沫板以及泡沫混凝土，形成复合保温板，如图2所示，此复合保温板具有强度高、稳定性好、质量轻以及耐久性好等优点。本实施例复合保温板是有超薄板和填充物组成，这种板一般是预制复合而成。因此，组合槽3的作用是便于相邻复合板保温板的组合连接，方便施工组装。

实施例3

本实施例提供一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，所述纤维混凝土的组成成分包括水泥、硅灰、矿渣粉、石英砂、聚羧酸高效减水剂、增稠剂、消泡剂、镀铜细钢纤维以及非金属纤维，其中：水泥：硅灰：矿渣粉：石英砂：水：聚羧酸高效减水剂：增稠剂质量比为1：0.15：0.20：1.4：0.25：0.02：0.04；消泡剂的掺量为减水剂掺量的4％～5％；镀铜细钢纤维的长度在12～19mm之间，直径需≤240μm，体积掺量为1.5％～3.5％；非金属纤维的长度在12～19mm之间，体积掺量为0.05～0.2％；

本实施例所配制的纤维混凝土的抗压强度为178MPa；弹性模量为53Gpa；抗折强度为27MPa；抗弯极限强度为31MPa；抗冲击强度为20kJ/m²。

本实施例所配制的纤维混凝土的断裂韧性为39000J/m²；测定的氯离子渗透性为6.3库仑；300次快速冻融循环后，试样未起层；吸水率为0.9％；根据抗渗要求，需密实性能较好，浇筑时水泥基复合材料的流动度为29cm。

本实施例可预制出厚度低于15mm的地下混凝土管道，如图3所示，此管道具有质量轻、强度高、防裂抗渗性能好以及使用年限长等优点。

实施例4

按照上述任一实施例中的纤维混凝土组分，提供其制备方法，包括如下步骤：

一、原材料的准备

将水泥、硅灰、矿渣粉、石英砂和水按规定比例进行称量，并控制误差范围不超过5‰；聚羧酸高效减水剂、消泡剂和纤维称量误差范围不超过2‰；称量结束后放置在专门的器皿中，以免造成损失；

二、搅拌

先将水泥、硅灰、矿渣粉和石英砂放入搅拌容器中进行至少1min的干拌，至各材料均匀混合；将纤维分次加入搅拌容器，利用搅拌机低速搅拌1min以上，直到混合均匀；将减水剂、消泡剂和增稠剂溶于75％的水中，然后加入搅拌容器中，并快速搅拌5min左右，至水与各类材料均匀混合；之后再将剩余的30％的水加入其中，并高速搅拌5min以上，直至拌合物均与呈流态。

实施例5

在上述实施例4的基础上，将配制出来的纤维混凝土用于制造出厚度小于或等于15mm的防裂抗渗超薄板及薄壳构件，包括如下步骤：

超薄板壳管构件的浇注：将呈流态的拌合物浇注到模具中，在浇注的同时进行振捣，使浆体充分填充到模具之中；

超薄板壳管构件的养护：采用水溶液养护，即首先将浇注好的构件在模具中静置养护24h，然后拆除模具，将构件放入水溶液中养护28d后取出。

本发明所述纤维混凝土超薄板壳管构件的浇筑和养护不受季节变化的干扰，可实现连续预制生产；预制时须水平放置模板浇筑装置进行浇筑制作；并且可以根据实际情况通过调整薄板及薄壳的形状尺寸、高度和跨度大小来满足不同的需求，而且制作方法简单、施工方便、使用周期长。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，其特征在于，所述纤维混凝土的组成成分包括水泥、活性矿物掺合料、细骨料、减水剂、增稠剂、水、消泡剂和纤维；其中：

所述活性矿物掺合料包括硅灰和矿渣粉；

所述细骨料为石英砂；

所述减水剂为聚羧酸高效减水剂；

所述水泥：硅灰：矿渣粉：石英砂：水：减水剂：增稠剂质量比为1：(0.05～0.15)：(0.08～0.20)：(1.2～1.5)：(0.18～0.25)：(0.02～0.04)：(0.02～0.04)；

所述消泡剂的体积掺量为减水剂掺量的4％～5％；

所述纤维的体积掺量为整个混凝土的1.55％～3.7％。

2.根据权利要求1所述的一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，其特征在于，所述纤维采用镀铜细钢纤维和聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维的非金属纤维中的一种或一种以上混合。

3.根据权利要求2所述的一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，其特征在于，所述镀铜细钢纤维的长度在12～19mm之间，直径≤240μm，体积掺量为1.5％～3.5％。

4.根据权利要求2所述的一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，其特征在于，所述非金属纤维的长度在12～19mm之间，体积掺量为0.05～0.2％。

5.根据权利要求1所述的一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，其特征在于，所述石英砂的颗粒的粒径最大不超过0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土，其特征在于，所述减水剂的减水率不低于25％。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土的配制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

一、原材料的准备

将水泥、硅灰、矿渣粉、石英砂和水按规定比例进行称量，并控制误差范围不超过5‰；聚羧酸高效减水剂、消泡剂和纤维称量误差范围不超过2‰；称量结束后放置在器皿中，以免造成损失；

二、搅拌

先将水泥、硅灰、矿渣粉和石英砂放入搅拌容器中进行至少1min的干拌，至各材料均匀混合；将纤维分次加入搅拌容器，低速搅拌直到混合均匀；将减水剂、消泡剂和增稠剂溶于75％的水中，然后加入搅拌容器中，并快速搅拌至水与各类材料均匀混合；之后再将剩余的30％的水加入其中，并高速搅拌直至拌合物均与呈流态；

所述75％的水，30％的水，指的是总用水量的水的体积；

所述低速搅拌的速度在150-250r/min，快速搅拌的速度在450-550r/min，高速搅拌的速度在1100-1300r/min。

8.根据权利要求7所述的防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土的配制方法，其特征在于，所述低速搅拌至少1min，快速搅拌至少5min，高速搅拌至少5min。

9.一种根据权利要求1-6任一项所述的防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土的应用，其特征在于，所述纤维混凝土用于制造出厚度小于或等于15mm的防裂抗渗超薄板及薄壳构件。

10.一种根据权利要求9所述的防裂抗渗超薄板壳管构件的纤维混凝土的应用，其特征在于，所述防裂抗渗超薄板及薄壳构件，制造方法如下：

(1)将呈流态的纤维混凝土浇注到模具中，在浇注的同时进行振捣，使浆体充分填充到模具之中；

(2)采用水溶液养护，即首先将浇注好的构件在模具中静置养护24h，然后拆除模具，将构件放入水溶液中养护28d后取出。