CN107337393B - 自密实纤维增强混凝土及其搅拌方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自密实纤维增强混凝土的搅拌方法及配合比，搅拌时水和胶凝材料分两批添加，第一批水的重量与全部胶凝材料重量的水胶比为0.20～0.22；先搅拌增稠剂和第一批胶凝材料；然后加入减水剂和第一批水；再分批加入第二批胶凝材料；再投入短切纤维；砂子在短切纤维分散后添加；最后加入第二批水和消泡剂。本发明从加入第一批水开始至全部胶凝材料加入，基体搅拌粘稠所需的时间将会远远小于全部胶凝材料一次加入的时间，使整个搅拌过程相对较短，更有利于工程运用；短切纤维在基体中的分散效果较好，基体流动性好；配比的准确性高；纤维分散效果好。

Description

自密实纤维增强混凝土及其搅拌方法
技术领域
本发明属于水泥基复合材料技术领域，尤其涉及一种自密实纤维增强混凝土及其搅拌方法。
背景技术
随着土木工程的迅速发展，混凝土得到了广泛地运用。其中，普通混凝土具有抗拉强度低、易收缩开裂、韧性差等缺点；钢筋混凝土虽可有效改善普通混凝土韧性差，避免普通混凝土的脆性破坏，但开裂强度并没有得到提高，开裂后的混凝土使得钢筋失去保护而锈蚀，严重影响的钢筋混凝土结构的耐久性；纤维增强混凝土使用纤维掺入混凝土中，利用纤维的桥联作用改善混凝土韧性和拉伸强度，可以很好的解决混凝土浇筑初期收缩开裂，将其作为钢筋混凝土结构的保护层可以限制裂缝的开展，进而保护钢筋不被腐蚀提高结构耐久性，因此，在现有的土木施工中，纤维增强混凝土的使用率最高。
由于纤维在混凝土中的分散效果对其性能的发挥至关重要，随着纤维掺量的增加，纤维在混凝土中的分散效果变差，混凝土的和易性越来越差，对工程运用带了的困难。而在长期的实践过程后，我们得知，纤维分散需要基体有足够的粘稠度，胶凝材料颗粒小，加水后粘稠度大，水胶比为0.2～0.3时基体粘稠度比较适合纤维分散，在此范围内随着水胶比的降低纤维分散性越好。
但是，如果选用水胶比为0.2～0.3的基体配料进行一次投入搅拌，搅拌粘稠所需要的时间往往长达几十分钟或更长几个小时，耗时过长，这对于工程运用有很大的限制。有的使用者为能快速达到搅拌粘稠度，可能会将搅拌机的转速调至最高，这样不仅会时搅拌机超负荷运行，造成机器内部给零件的过渡磨损，让搅拌机的使用寿命大大减短，而在高速搅拌过程中，基体还会被无限甩出，使原本应该配搅出一公斤的混凝土，实际只剩0.9公斤或者更少，材料浪费率巨大；加之在甩出过程中，不同材料的比重不一，其甩出的比例与混凝土基体的配合比肯定无法保持一致，这就致使最后搅拌出的混凝土与实际所需混凝土的性能相差甚远，因此该方式基本不被采用的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在保证纤维分散效果和混凝土和易性的情况下，实现快速搅拌成型，提高施工效率的自密实纤维增强混凝土及其搅拌方法。
本发明提供的这种自密实纤维增强混凝土的搅拌方法，包括如下步骤：
(1)、根据工程需要配比胶凝材料、砂子、减水剂、消泡剂、增稠剂和水，胶凝材料包括水泥、粉煤灰和硅粉，粉煤灰为一级超细粉煤灰，砂子颗粒粒径大小为0～0.6mm，减水剂采用固含量为40％的HSC高性能减水剂，增稠剂为HPMC增稠剂；
(2)、将水和胶凝材料分成两批，第一批水的重量与全部胶凝材料重量的水胶比为0.22；
(3)、将增稠剂和第一批胶凝材料投入搅拌机中慢速搅拌，第一批胶凝材料为全部胶凝材料的60％～70％；
(4)、将减水剂和第一批水加入步骤(3)所述的搅拌机中慢速搅拌粘稠；
(5)、将第二批胶凝材料分多次加入步骤(4)所述的搅拌机中，每加入一次搅拌粘稠后再加入下次，待加入全部胶凝材料后快速搅拌粘稠；
(6)、将短切纤维加入步骤(5)所述的搅拌机中，先慢速搅拌，再快速搅拌；
(7)、将砂子加入步骤(6)所述的搅拌机中，快速搅拌；
(8)、将第二批水和消泡剂慢慢加入步骤(7)所述的搅拌机中后再慢速搅拌。
慢速搅拌时搅拌机的转速为60～70转/分钟，快速搅拌时搅拌机的转速为120～130转/分钟。
在保证本发明胶凝材料不被甩出的情况下减少搅拌时间，所述步骤(5)中的第二批胶凝材料分3～4次加入，每次加入慢速搅拌一定时间后，在保证材料混合料不被甩出时进行快速搅拌。
所述步骤(6)中的短切纤维选用长度为6～12mm的碳纤维、耐碱玻璃纤维、钢纤维或者三者混掺，碳纤维对应的体积掺量不超过5.0vol.％，玻璃纤维对应的体积掺量不超过3.0％，钢纤维对应的体积掺量不超过15.0vol.％，慢速搅拌时间为30秒，快速搅拌时间为1.5分钟。
所述步骤(7)中快速搅拌时间为1分钟。
所述步骤(8)中慢速搅拌时间为2分钟。
本发明还提供一种适用于上述搅拌方法的自密实纤维增强混凝土，其各组分的质量配合比为：水泥15％～25％，粉煤灰20％～30％，硅粉2％～5％，砂子30％～40％，减水剂掺量为水泥、粉煤灰与硅粉之和的1.5％～3.5％，消泡剂掺量为减水剂的10％～20％，增稠剂掺量为水泥、粉煤灰、硅粉与砂子之和的0.1％～0.2％，水为12％～18％，各组分总量满足100％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、在满足纤维分散所需要的水胶比前提下，将胶凝材料和水分两批加入，当第一批胶凝材料加入后，水胶比就会大于0.3，此时搅拌粘稠所需的时间将会大大缩短；待搅拌粘稠后再逐步加入第二批胶凝材料，在加入第二批胶凝材料过程中基体不被甩出的情况下，使用快速搅拌，又可以显著缩短基体粘稠所需时间。因此，从加入第一批水开始至全部胶凝材料加入，基体搅拌粘稠所需的时间将会远远小于全部胶凝材料一次加入的时间，使整个搅拌过程相对较短，更有利于工程运用。
2、短切纤维体积掺量较高，在基体中的分散效果较好，基体流动性好。
3、将纤维与其他配料按要求分批加入搅拌，可有效地的实现对不同加入料选择不同的搅拌速度，即可以保证搅拌时胶凝材料不被甩出，确保配比的准确性；又能满足纤维分散时所需要的基体之间的摩擦力，使纤维分散效果好，保证混凝土流动性。
4、砂子颗粒较大，在纤维分散之后再加入则更利于纤维的分散。
本发明显著提高了纤维在混凝土中的分散效果，纤维增强混凝土的性能得以充分发挥，拓宽其工程运用，同时降低施工难度，保证施工质量。
具体实施方式
本发明这种自密实纤维增强混凝土的搅拌方法，包括如下步骤：
(1)、根据工程需要配比胶凝材料、砂子、减水剂、消泡剂、增稠剂和水；
(2)、将水和胶凝材料分成两批，第一批水的重量与全部胶凝材料重量的水胶比为0.22；
(3)、将增稠剂和第一批胶凝材料投入搅拌机中慢速搅拌；
(4)、将减水剂和第一批水加入步骤(3)所述的搅拌机中慢速搅拌粘稠；
(5)、将第二批胶凝材料分多次加入步骤(4)所述的搅拌机中，每加入一次搅拌粘稠后再加入下次，待加入全部胶凝材料后快速搅拌粘稠；
(6)、将纤维加入步骤(5)所述的搅拌机中，先慢速搅拌30秒，再快速搅拌1.5分钟；
(7)、将砂子加入步骤(6)所述的搅拌机中，快速搅拌1分钟；
(8)、将第二批水和消泡剂慢慢加入步骤(7)所述的搅拌机中后再慢速搅拌2分钟。
在本发明中，步骤(1)中的胶凝材料包括水泥、粉煤灰和硅粉，砂子颗粒粒径大小为0～0.6mm，减水剂采用固含量为40％的HSC高性能减水剂，增稠剂为HPMC增稠剂；粉煤灰为Ⅰ级超细粉煤灰；步骤(3)中的第一批胶凝材料为全部胶凝材料的60％～70％；步骤(5)中的第二批胶凝材料分3～4次加入，每次加入慢速搅拌一定时间后，在保证材料混合料不被甩出时进行快速搅拌；步骤(6)中的纤维选用长度为6～12mm的碳纤维、耐碱玻璃纤维、钢纤维或者三者混掺；碳纤维对应的体积掺量不超过5.0vol.％，耐碱玻璃纤维对应的体积掺量不超过3.0％，钢纤维对应的体积掺量不超过15.0vol.％。
在整个发明实施工程中，慢速搅拌时搅拌机的转速为60～70转/分钟，快速搅拌时搅拌机的转速为120～130转/分钟。
本发明自密实纤维增强混凝土各组分的质量配合比为：水泥15％～25％，粉煤灰20％～30％，硅粉2％～5％，砂子30％～40％，减水剂掺量为水泥、粉煤灰与硅粉之和的1.5％～3.5％，消泡剂掺量为减水剂的10％～20％，增稠剂掺量为水泥、粉煤灰、硅粉与砂子之和的0.1％～0.2％，水为12％～18％，各组分总量满足100％。
本发明不仅仅可适用于上述配合比，可以对给定的配合比进行多次试验确定给定配合比的初始水胶比和第一批胶凝材料的加入比例。
以下为选用相同配合比材料和不同短切纤维运用不同搅拌方式的实验数据：
实施例一
(1)根据工程需要，选用水泥389kg/m3、Ⅰ级超细粉煤灰467kg/m3、硅粉49kg/m3、0～0.6mm砂子815kg/m3、HSC高性能减水剂19.15kg/m3(固含量为40％)、消泡剂2.7kg/m3、HPMC增稠剂0.34kg/m3、水350kg/m3，总体水胶比为0.4；搅拌机采用JJ-5型水泥胶砂搅拌机，并使用上口直径70mm、下口直径100mm、高度60mm的圆台体对新拌合物进行坍落扩展直径测量，记录初始搅拌粘稠时间；
(2)、将上述水分成两批，第一批水的重量与全部水泥、粉煤灰和硅粉重量和的水胶比为0.22；
(3)、将增稠剂、水泥、粉煤灰和硅粉投入搅拌机中干拌2分钟；
(4)、将减水剂和第一批水加入步骤(3)所述的搅拌机中搅拌粘稠，时间为13分钟又5秒；
(5)、将2.0％体积掺量的长度为6mm的短切碳纤维加入加入步骤(4)所述的搅拌机中搅拌；
(6)、将砂子加入步骤(5)所述的搅拌机中搅拌；
(7)、将第二批水和消泡剂慢慢加入步骤(6)所述的搅拌机中后再搅拌。
最终测得流动坍落度直径约为28cm，搅拌粘稠时间15分钟又5秒。
实施例二
使用2.0％体积掺量的长度为6mm的短切耐碱玻璃纤维代替实施例一中的2.0％体积掺量的长度为6mm的短切碳纤维，重复实施例一中的步骤1至7，最终测得流动坍落度直径约为19cm，搅拌粘稠时间13分钟又30秒。
实施例三
(1)、根据工程需要，选用水泥389kg/m3、Ⅰ级超细粉煤灰467kg/m3、硅粉49kg/m3、0～0.6mm砂子815kg/m3、HSC高性能减水剂19.15kg/m3(固含量为40％)、消泡剂2.7kg/m3、HPMC增稠剂0.34kg/m3、水350kg/m3，总体水胶比为0.4；搅拌机采用JJ-5型水泥胶砂搅拌机，并使用上口直径70mm、下口直径100mm、高度60mm的圆台体对新拌合物进行坍落扩展直径测量，记录初始搅拌粘稠时间；
(2)、将水、水泥、粉煤灰和硅粉分成两批，第一批水的重量与全部胶凝材料重量的水胶比为0.22，第一批水泥、粉煤灰和硅粉为全部水泥、粉煤灰和硅粉的70％；
(3)、将增稠剂和第一批水泥、粉煤灰和硅粉投入搅拌机中慢速搅拌；
(4)、将减水剂和第一批水加入步骤(3)所述的搅拌机中慢速搅拌粘稠时间为2分钟；
(5)、将第二批水泥、粉煤灰和硅粉分多次加入步骤(4)所述的搅拌机中，每加入一次搅拌粘稠后再加入下次，待加入全部胶凝材料后快速搅拌粘稠时间为55秒；
(6)、将2.0％体积掺量的长度为6mm的短切碳玻璃纤维加入步骤(5)所述的搅拌机中，先慢速搅拌30秒，再快速搅拌1.5分钟；
(7)、将砂子加入步骤(6)所述的搅拌机中，快速搅拌1分钟；
(8)、将第二批水和消泡剂慢慢加入步骤(7)所述的搅拌机中后再慢速搅拌2分钟。
最终测得流动坍落度直径约为29cm，搅拌粘稠时间总和为2分钟又55秒。
实施例四
(1)、根据工程需要，选用水泥389kg/m3、Ⅰ级超细粉煤灰467kg/m3、硅粉49kg/m3、0～0.6mm砂子815kg/m3、HSC高性能减水剂19.15kg/m3(固含量为40％)、消泡剂2.7kg/m3、HPMC增稠剂0.34kg/m3、水350kg/m3，总体水胶比为0.4；搅拌机采用JJ-5型水泥胶砂搅拌机，并使用上口直径70mm、下口直径100mm、高度60mm的圆台体对新拌合物进行坍落扩展直径测量，记录初始搅拌粘稠时间；
(2)、将水、水泥、粉煤灰和硅粉分成两批，第一批水的重量与全部胶凝材料重量的水胶比为0.22，第一批水泥、粉煤灰和硅粉为全部水泥、粉煤灰和硅粉的70％；
(3)、将增稠剂和第一批水泥、粉煤灰和硅粉投入搅拌机中慢速搅拌；
(4)、将减水剂和第一批水加入步骤(3)所述的搅拌机中慢速搅拌粘稠时间为2分钟又10秒；
(5)、将第二批水泥、粉煤灰和硅粉分多次加入步骤(4)所述的搅拌机中，每加入一次搅拌粘稠后再加入下次，待加入全部胶凝材料后快速搅拌粘稠时间为1分钟又5秒；
(6)、将用2.0％体积掺量的长度为6mm的短切玻璃纤维加入步骤(5)所述的搅拌机中，先慢速搅拌30秒，再快速搅拌1.5分钟；
(7)、将砂子加入步骤(6)所述的搅拌机中，快速搅拌1分钟；
(8)、将第二批水和消泡剂慢慢加入步骤(7)所述的搅拌机中后再慢速搅拌2分钟。
最终测得流动坍落度直径约为20cm，搅拌粘稠时间总和为3分钟又15秒。
由上述数据我们可以很容易看出，在使用相同配合比材料时，胶凝材料分批搅拌远达到粘稠度的时间远比一次全部搅拌达到粘稠度的时间要少很多，更适合实现工程的高效运用。

Claims (7)

1.一种自密实纤维增强混凝土的搅拌方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）、根据工程需要配比胶凝材料、砂子、减水剂、消泡剂、增稠剂和水，胶凝材料包括水泥、粉煤灰和硅粉，粉煤灰为一级超细粉煤灰，砂子颗粒粒径大小为0～0.6 mm，减水剂采用固含量为40%的HSC高性能减水剂，增稠剂为HPMC增稠剂；
（2）、将水和胶凝材料分成两批，第一批水的重量与全部胶凝材料重量的水胶比为0.22；
（3）、将增稠剂和第一批胶凝材料投入搅拌机中慢速搅拌，第一批胶凝材料为全部胶凝材料的60%～70%；
（4）、将减水剂和第一批水加入步骤（3）所述的搅拌机中慢速搅拌粘稠；
（5）、将第二批胶凝材料分多次加入步骤（4）所述的搅拌机中，每加入一次搅拌粘稠后再加入下次，待加入全部胶凝材料后快速搅拌粘稠；
（6）、将短切纤维加入步骤（5）所述的搅拌机中，先慢速搅拌，再快速搅拌；
（7）、将砂子加入步骤（6）所述的搅拌机中，快速搅拌；
（8）、将第二批水和消泡剂慢慢加入步骤（7）所述的搅拌机中后再慢速搅拌。
2.根据权利要求1所述的自密实纤维增强混凝土的搅拌方法，其特征在于：慢速搅拌时搅拌机的转速为60～70转/分钟，快速搅拌时搅拌机的转速为120～130转/分钟。
3.根据权利要求1所述的自密实纤维增强混凝土的搅拌方法，其特征在于：所述步骤（5）中的第二批胶凝材料分3～4次加入，每次加入慢速搅拌一定时间后，在保证材料混合料不被甩出时进行快速搅拌。
4.根据权利要求1所述的自密实纤维增强混凝土的搅拌方法，其特征在于：所述步骤（6）中的短切纤维选用长度为6～12 mm的碳纤维、耐碱玻璃纤维、钢纤维或者三者混掺，碳纤维对应的体积掺量不超过5.0vol.%，耐碱玻璃纤维对应的体积掺量不超过3.0%，钢纤维对应的体积掺量不超过15.0vol.%，慢速搅拌时间为30秒，快速搅拌时间为1.5分钟。
5.根据权利要求1所述的自密实纤维增强混凝土的搅拌方法，其特征在于：所述步骤（7）中快速搅拌时间为1分钟。
6.根据权利要求1所述的自密实纤维增强混凝土的搅拌方法，其特征在于：所述步骤（8）中慢速搅拌时间为2分钟。
7.一种适用于权利要求1至6任一所述搅拌方法的自密实纤维增强混凝土，其各组分的质量配合比为：水泥15%～25%，粉煤灰20%～30%，硅粉2%～5%，砂子30%～40%，减水剂掺量为水泥、粉煤灰与硅粉之和的1.5%～3.5%，消泡剂掺量为减水剂的10%～20%，增稠剂掺量为水泥、粉煤灰、硅粉与砂子之和的0.1%～0.2%，水为12%～18%，各组分总量满足100%。
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