CN105236849A - 一种短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土。其各组分之间的重量比为：水泥：粉煤灰：硅灰：石英砂：短切特细不锈钢微丝：水：减水剂＝1：(0.25～0.35)：(0.25～0.35)：(1.0～1.5)：(0.14～0.22)：(0.30～0.40)：(0.005～0035)，所用短切特细不锈钢微丝的直径为6～30μm，长度为6～12mm，并经常规搅拌及养护工艺而成。本发明通过加入低掺量不锈钢微丝、调整细集料级配及水灰比大幅度提高了活性粉末混凝土基体的强度和韧性，解决了薄板构件钢纤维易于外露的问题，工程应用范围广，且生产工艺简单，生产成本低；粉煤灰的使用对废渣利用，保护环境有重要意义。

Description

一种短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土，具体地说是将一种短切特细不锈钢微丝用于提高活性粉末混凝土的强度和韧性，属于纤维增强水泥基材料制备领域。
背景技术
现有普遍使用的活性粉末混凝土中使用的钢纤维直径范围为0.15-0.25mm，石英砂粒径范围为25～100目，且多使用石英粉，水灰比为0.16～0.25，并通过高温养护或蒸压养护获得高强性能。这类活性粉末混凝土的缺点在于：1)钢纤维掺量低时，纤维根数少，增强增韧效果有限，已有研究中钢纤维占水泥质量的0.25％～0.30％时，活性粉末混凝土的抗折强度最高只能增加70％～75％；2)钢纤维掺量高时，使得活性粉末混凝土的工作性较差，限制了活性粉末混凝土的工程应用范围；3)将其用于路面板、大跨度桥面板等部位时，在外荷载的长期冲击磨耗作用下，钢纤维裸露在表面，容易锈蚀，降低了构件的长期使用性能，且对行车带来不便；4)采用石英粉做超细填料，并使用粒度较小的石英砂作为细骨料，同时采用较低的水灰比，会增大活性粉末混凝土的早期收缩及脆性；5)高温养护或蒸压养护增大了制备活性粉末混凝土构件的能源消耗。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种强度高，韧性好，制造成本低，应用范围广，且能解决薄板构件钢纤维外露问题的短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土。
技术解决方案：
一种短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土按重量比包括水泥：粉煤灰：硅灰：石英砂：短切特细不锈钢微丝：水：减水剂＝1：0.25～0.35：0.25～0.35：1.0～1.5：0.14～0.22：0.30～0.40：0.005～0.035；所述短切特细不锈钢微丝的直径为6～30μm，长度为6～12mm，延伸率＞1％，抗拉强度为1200～1800MPa。
进一步地，在上述技术方案中，所述石英砂的粒径为20～120目，石英砂的SiO2含量≥99-99.5％，Fe2O3含量≤0.005％。
进一步地，在上述技术方案中，所述石英砂的粒径采用不同目数范围的石英砂混合制备而成，20～40目：40～70目：70～120目＝0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2。
进一步地，在上述技术方案中，所使用的水泥标号为P·O42.5R，粉煤灰为Ⅱ级灰，所述硅灰的比表面积为16000～20000m2/kg。
本发明提供一种上述短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土的制备方法，搅拌流程为先将水泥、粉煤灰、硅灰、短切特细不锈钢微丝、水及部分减水剂混合，在水泥胶砂搅拌机中低速搅拌1～3分钟后，高速搅拌3～5分钟，暂停1分钟的同时加入石英砂，低速搅拌1～2分钟，加入剩余的减水剂后，再高速搅拌4～6分钟。
进一步地，在上述技术方案中，养护制度为在20±1℃水中养护至7～14天后置于空气中养护至规定龄期28-56天。
表1本发明混凝土的强度范围
表2本发明混凝土的韧性范围
表3本发明混凝土的变形性能范围
本发明采用短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土，可在低掺量下显著提高活性粉末混凝土基体的强度及韧性；并通过选择合理颗粒级配的石英砂、采用粉煤灰替代部分水泥及相对较高的水灰比，在保证活性粉末混凝土工作性的同时，降低其制作成本，改善其韧性。短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土的主要作用机理有三方面：①短切特细不锈钢微丝与活性粉末混凝土基体的适应性好，界面粘结强度高，对基体本身有增强增韧作用；②在荷载施加过程中，活性粉末混凝土内部的短切特细不锈钢微丝可限制微裂纹的发展与汇合，并可跨越裂纹传递荷载，同时能够屏蔽裂纹尖端应力，对试件的侧面膨胀变形起到约束作用，进而提高活性粉末混凝土的抗压与抗折强度；③在外荷载增大过程中，短切特细不锈钢微丝的拔出、偏转及剥离消耗大量能量，进而提高了活性粉末混凝土的断裂能及压缩韧性。
发明有益效果
短切特细不锈钢微丝的特殊材质使其在使用过程中不受锈蚀的影响；微丝直径小，可在低掺量下形成有效的增强网络，提高活性粉末混凝土基体的强度及韧性；微丝柔软度高，可扩展活性粉末混凝土的应用范围，解决薄板状构件钢纤维易外露的缺陷；合理级配石英砂的选择、粉煤灰的掺入及较高水灰比的选用，可降低单方水泥用量及对养护环境的要求，保证了满足工程要求的工作性，并使得短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土的韧性进一步改善，对节约资源，保护环境有重要意义。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
活性粉末混凝土抗折和立方体抗压强度的测试方法参照GB/T17671-1999水泥胶砂强度测定方法(ISO法)。
活性粉末混凝土棱柱体抗压强度的测试方法参照GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法。
断裂能和压缩韧性采用上述试验得到的荷载-位移曲线积分运算而得。
应变采用在上述试验过程中粘贴应变片测试所得。
本实施例中短切特细不锈钢微丝购自山东莱芜龙志工贸有限公司，该产品是采用日本新日316L型不锈钢拉拔而成，直径为6～30μm，长度为6～12mm，延伸率＞1％，抗拉强度为1200～1800MPa。
本实施例中所述的减水剂是巴斯夫化学建材(中国)有限公司生产的高早强型高性能减水剂RHEOPLUS411系列。
实施例1
本发明是将一种短切特细不锈钢微丝用于增强活性粉末混凝土，制备出成本低、性能优异、应用范围广的新的活性粉末混凝土。
本实施例中混凝土各组分的重量比为水泥：粉煤灰：硅灰：石英砂：短切特细不锈钢微丝：水：减水剂＝1：0.25：0.30：1.4：0.18：0.38：0.034，其中水泥640kg/m3。其所用短切特细不锈钢微丝的直径为6～10μm，长度为10mm。
第一步：先将水泥、粉煤灰、硅灰、短切特细不锈钢微丝、水及部分减水剂混合，在水泥胶砂搅拌机中低速搅拌2分钟后，高速搅拌3分钟；第二步：暂停1分钟的同时加入石英砂，低速搅拌1分钟；第三步：加入剩余的减水剂，高速搅拌4分钟，即得短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土浆体。
短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土试件在标准养护箱内养护24小时后拆模，在20±1℃水中养护至14天后置于空气中养护至28天。
对比例1
与实施例1不同之处在于组分中不含有短切特细不锈钢微丝。
实施例2
本发明是将一种短切特细不锈钢微丝用于增强活性粉末混凝土，制备出成本低、性能优异、应用范围广的新的活性粉末混凝土。
本实施例中混凝土各组分的重量比为水泥：粉煤灰：硅灰：石英砂：短切特细不锈钢微丝：水：减水剂＝1：0.25：0.30：1.4：0.18：0.38：0.011，其中水泥650kg/m3。其所用短切特细不锈钢微丝直径为20～30μm，长度为10mm。
第一步：先将水泥、粉煤灰、硅灰、短切特细不锈钢微丝、水及部分减水剂混合，在水泥胶砂搅拌机中低速搅拌2分钟后，高速搅拌3分钟；第二步：暂停1分钟的同时加入石英砂，低速搅拌1分钟；第三步：加入剩余的减水剂，高速搅拌4分钟，即得短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土浆体。
短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土试件在标准养护箱内养护24小时后拆模，在20±1℃水中养护至14天后置于空气中养护至28天。
性能测试
短切特细不锈钢微丝对活性粉末混凝土强度、韧性及变形性能的影响如表1-表3所示。
表1短切特细不锈钢微丝对活性粉末混凝土强度的影响
表2短切特细不锈钢微丝对活性粉末混凝土韧性的影响
表3短切特细不锈钢微丝对活性粉末混凝土变形性能的影响

Claims (6)

1.一种短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土，其特征在于：按重量比包括水泥：粉煤灰：硅灰：石英砂：短切特细不锈钢微丝：水：减水剂＝1：0.25～0.35：0.25～0.35：1.0～1.5：0.14～0.22：0.30～0.40：0.005～0.035；所述短切特细不锈钢微丝的直径为6～30μm，长度为6～12mm，延伸率＞1％，抗拉强度为1200～1800MPa。
2.根据权利要求1所述的短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土，其特征在于：所述石英砂的粒径为20～120目；石英砂的SiO2含量≥99-99.5％，Fe2O3含量≤0.005％。
3.根据权利要求1或3所述的短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土，其特征在于：所述石英砂采用不同目数范围的石英砂混合制备而成，20～40目：40～70目：70～120目＝0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2。
4.根据权利要求1所述的短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土，其特征在于：所使用的水泥标号为P·O42.5R，粉煤灰为Ⅱ级灰，所述硅灰的比表面积为16000～20000m2/kg。
5.如权利要求1所述的短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于：搅拌流程为先将水泥、粉煤灰、硅灰、短切特细不锈钢微丝、水及部分减水剂混合，在水泥胶砂搅拌机中低速搅拌1～3分钟后，高速搅拌3～5分钟，暂停1分钟的同时加入石英砂，低速搅拌1～2分钟，加入剩余的减水剂后，再高速搅拌4～6分钟。
6.根据权利要求5所述的短切特细不锈钢微丝增强活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于：养护制度为在20±1℃水中养护至7～14天后置于空气中养护至28～56天。
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