CN105367003B - 一种掺杂增强混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺杂增强混凝土及其制备方法，涉及混凝土工程材料技术领域。本发明的掺杂增强混凝土，包括混凝土主料和钢屑，其中钢屑和混凝土主料的体积百分比为0.2~2：100。混凝土主料包括水泥、水、细集料和粗集料，其中水泥、水、细集料和粗集料的体积比1：0.45：1.3：2.6。钢屑长短不同，其中各种长度的钢屑重量百分比为：长度为5~10mm的钢屑25~35%、长度为15~30mm的钢屑40~50%、长度为35~60mm的钢屑20~30%。本发明有效回收利用了车削钢屑，并通过车削钢屑的合理掺杂得到了力学性能显著提升的掺杂增强混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土工程材料技术领域，更具体地说，涉及一种广泛应用于桥梁、道路的掺杂增强混凝土及其制备方法。
背景技术
纤维增强混凝土FRC是以水泥浆、砂浆或混凝土为基材，以纤维为增强材料组成的一种复合材料。在基体中掺入抗拉强度高、延伸率大的纤维可以有效限制在外力作用下，水泥基体中裂纹的扩展。在受载初期，基体和纤维共同承受外力，其中前者是外力的主要承受者；但当基体开裂后，横跨裂缝的纤维变为外力的主要承受者，从而有效阻止了裂纹的迅速扩展。这种掺杂纤维的存在，从微观机制上改变了基体的力学性能，并可以按使用要求来设计材料，这使得纤维增强混凝土有着出色的应用前景，对其的研究也成为混凝土研究的热点。
目前，钢纤维混凝土是纤维混凝土中最重要的发展方向之一。钢纤维混凝土是以混凝土为基体，以随机乱向分布于混凝土基体中的钢纤维作为增强材料组成的复合材料。钢纤维在钢纤维混凝土中起到阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展，从而改善混凝土的变形能力、韧性，抗拉强度以及由主拉应力控制的抗弯、抗剪等强度。但是，现有技术中钢纤维的价格较为昂贵，这大大提高了钢纤维混凝土的制造成本，不利于其进一步推广使用。
针对钢纤维混凝土制造成本高的问题，现有技术中已有人提出使用金属切削废屑代替钢纤维来制造混凝土的技术方案，如公开号：CN 103880341A，公开日为2014年6月25日，发明创造名称为：一种混凝土组合物和混凝土及其制备方法，该申请案公开了一种混凝土组合物和混凝土及其制备方法，混凝土组合物含有水泥、砂、石料、粉煤灰和铁屑，石料包含高钛重矿渣。该申请案的混凝土组合物具有成本低、对环境友好的优点。但是，该申请案的不足之处在于：采用上述方案制造的的混凝土制造工艺较复杂，且采用的石料包含高钛重矿渣，制造成本较高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明克服了现有钢纤维混凝土制造成本高的不足，提供了一种广泛应用于桥梁、道路的掺杂增强混凝土及其制备方法，有效回收利用了车削钢屑，并通过车削钢屑的合理掺杂得到了力学性能显著提升的掺杂增强混凝土，且其制造成本较低。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的掺杂增强混凝土，包括混凝土主料和钢屑，其中钢屑和混凝土主料的体积百分比为0.2～2：100。
作为本发明更进一步的改进，所述混凝土主料包括水泥、水、细集料和粗集料，其中水泥、水、细集料和粗集料的体积比1：0.45：1.3：2.6。
作为本发明更进一步的改进，所述钢屑长短不同，其中各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 25～35％
长度为15～30mm的钢屑 40～50％
长度为35～60mm的钢屑 20～30％。
作为本发明更进一步的改进，所述钢屑的材料为45号钢。
作为本发明更进一步的改进，所述细集料为沙子，所述粗集料为碎石。
本发明的掺杂增强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，然后依次经过清水、体积分数为0.2的洗洁精和体积分数为0.1的稀盐酸液三道清洗，最后烘干钢屑后备用；
步骤二：将步骤一中得到的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明利用车削钢屑掺杂到混凝土中，在不增加成本的前提下，得到了质量优良的掺杂增强混凝土，利用车削废料改善了混凝土的抗压强度、破坏载荷等力学性能，有效地解决了车削钢屑的回收利用问题，符合可持续发展战略的需要，符合节能环保的要求。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合具体的实施例和对比例对本发明作详细描述。
实施例1
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 25％
长度为15～30mm的钢屑 45％
长度为35～60mm的钢屑 30％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为1：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
对比例1
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑：100％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为1：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
实施例2
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 35％
长度为15～30mm的钢屑 40％
长度为35～60mm的钢屑 25％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为1：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
对比例2
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为15～30mm的钢屑：100％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为1：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
实施例3
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 30％
长度为15～30mm的钢屑 50％
长度为35～60mm的钢屑 20％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为1：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
对比例3
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为35～60mm的钢屑：100％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为0.2～2：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
实施例4
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 25％
长度为15～30mm的钢屑 45％
长度为35～60mm的钢屑 30％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为0.2：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
实施例5
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 25％
长度为15～30mm的钢屑 45％
长度为35～60mm的钢屑 30％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为0.5：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
实施例6
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 25％
长度为15～30mm的钢屑 45％
长度为35～60mm的钢屑 30％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为1.5：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
实施例7
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 25％
长度为15～30mm的钢屑 45％
长度为35～60mm的钢屑 30％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为2：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
对比例4
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土，将上述制备的混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
对比例5
将退火过的45号钢的车削钢屑进行分拣、剪切，得到长短不同的钢屑，其中控制各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 25％
长度为15～30mm的钢屑 45％
长度为35～60mm的钢屑 30％
将上述钢屑依次经过清水清洗5分钟，主要除去灰尘和其他杂质；体积分数为0.2的洗洁精浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，充分去油，再用自来水清洗3分钟；体积分数为0.1的稀盐酸液浸泡2分钟，然后搅拌3分钟，去除难以去除的铁锈和杂质，再用自来水冲洗3分钟；最后烘干钢屑后备用。需要注意的是，钢屑即洗即用，先分拣、剪切、测长度和称重后，再清洗，防止生锈。
将32.5号普通硅酸盐水泥、水、沙子和碎石的按照体积比1：0.45：1.3：2.6的比例投入拌合设备，搅拌形成混凝土主料，再将烘干后的钢屑投入放置有混凝土主料的拌合设备，搅拌均匀后出料，得到掺杂增强混凝土；其中控制钢屑和混凝土主料的体积百分比为2.5：100。最后将上述制备的掺杂增强混凝土制备成尺寸为150×150×150mm的方形试块，进行力学性能测试。
各实施例和对比例中的具体制备参数对比及各实施例和对比例中制备的方形试块力学性能对比如下所示：
表1：各实施例和对比例中的具体制备参数对比
表2：各实施例和对比例中制备的方形试块力学性能对比
| 实施例或对比例编号 | 抗压强度/Mpa | 破坏载荷/KN | 抗折强度/Mpa |
| 实施例1 | 36.87 | 17.56 | 3.51 |
| 对比例1 | 33.69 | 15.08 | 2.89 |
| 实施例2 | 36.77 | 17.62 | 3.48 |
| 对比例2 | 33.78 | 15.21 | 2.97 |
| 实施例3 | 36.79 | 17.59 | 3.53 |
| 对比例3 | 33.85 | 15.44 | 3.01 |
| 实施例4 | 33.23 | 15.82 | 3.01 |
| 实施例5 | 35.45 | 16.73 | 3.32 |
| 实施例6 | 37.74 | 18.62 | 3.63 |
| 实施例7 | 38.51 | 19.31 | 3.71 |
| 对比例4 | 30.67 | 14.21 | 2.78 |
| 对比例5 | 38.55 | 19.36 | 3.75 |
本发明的发明人经过大量实验意外地发现，在现有混凝土的制备过程中掺杂一定量的钢屑能够得到一种掺杂增强混凝土，该掺杂增强混凝土的各项力学性能均得到了显著的提升；发明人通过实验总结，进一步发现，仅仅掺杂单一均匀长度的钢屑，其对于混凝土的抗压强度、破坏载荷和抗折强度提升效果有限，而采用各种长度的钢屑按如下重量百分比进行掺杂：长度为5～10mm的钢屑25～35％，长度为15～30mm的钢屑40～50％，长度为35～60mm的钢屑20～30％，其对于混凝土的抗压强度、破坏载荷和抗折强度提升效果明显，具体可参照实施例1～3和对比例1～3。
由实施例1、4、5、6和7，以及对比例4、5可知，当钢屑和混凝土主料的体积百分比为0.2：100时，掺杂增强混凝土的抗压强度、破坏载荷和抗折强度开始有明显提升，此后掺杂增强混凝土的抗压强度、破坏载荷和抗折强度随着钢屑掺杂量的增大明显增大，但是，当钢屑和混凝土主料的体积百分比大于2：100时，掺杂增强混凝土的抗压强度、破坏载荷和抗折强度提升效果开始变得有限，此时继续通过增加钢屑掺杂量来提升抗压强度、破坏载荷和抗折强度的意义不大。因此，本发明将钢屑和混凝土主料的体积百分比控制在0.2～2：100，以保证掺杂增强混凝土良好的综合力学性能。
本发明将车削钢屑通过简单的分拣、剪切和清洗重新利用，掺杂到混凝土中得到钢屑增强混凝土，既提高了混凝土的力学性能，又合理地再利用了钢屑废料，降低了生产成本，符合节能与环保的趋势，有很好的应用前景。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种掺杂增强混凝土，其特征在于：包括混凝土主料和钢屑，其中钢屑和混凝土主料的体积百分比为0.2～2：100；
所述钢屑长短不同，其中各种长度的钢屑重量百分比为：
长度为5～10mm的钢屑 25～35％
长度为15～30mm的钢屑 40～50％
长度为35～60mm的钢屑 20～30％。
2.根据权利要求1所述的掺杂增强混凝土，其特征在于：所述混凝土主料包括水泥、水、细集料和粗集料，其中水泥、水、细集料和粗集料的体积比1：0.45：1.3：2.6。
3.根据权利要求1所述的掺杂增强混凝土，其特征在于：所述钢屑的材料为45号钢。
4.根据权利要求2所述的掺杂增强混凝土，其特征在于：所述细集料为沙子，所述粗集料为碎石。
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