CN107500681A - 一种复合纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合纤维混凝土及其制备方法，涉及建筑材料领域，该复合纤维混凝土在以水泥、砂、碎石为主的混凝土体系中，采用了复合纤维、大理石粉和粉煤灰进行掺杂。该复合纤维混凝土的配方合理，能对大理石粉、粉煤灰等工业废料的再利用，变废为宝，降低生产成本。同时，其通过配方中各组分的协同作用，有效地提高了混凝土的整体强度，具有较高的实用价值。上述复合纤维混凝土的制备方法操作简单，对设备要求低，通过简单的混合即可高效地得到上述复合纤维混凝土。其生产成本，适合工业化的大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体而言，涉及一种复合纤维混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。
石粉是石材加工过程中产生的废料，随意排放不仅造成资源的浪费，还会造成环境的污染。将石粉作为混凝土中的掺杂物，不仅可以降低商品混凝土的成本，还可变废为宝，进行资源回收，有效解决我省石材加工企业每年产生数量巨大的石粉利用问题，具有良好的社会效益。目前的相关主要集中在具有一定凝胶活性的石灰石粉上，而对于低活性的大理石粉的研究相对较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合纤维混凝土，其能够对大理石粉加以利用，变废为宝，降低混凝土的整体成本，并且其强度高，具有较高的应用价值。
本发明的另一目的在于提供一种复合纤维混凝土的制备方法，其操作简单，对设备要求低，生产成本低，适合工业化的大规模生产。
本发明的实施例是这样实现的：
一种复合纤维混凝土，按照重量份数计，其原料包括：
水泥30～50份，砂60～80份，碎石70～100份，复合纤维5～10份，大理石粉5～10份，粉煤灰3～5份，水10～20份，减水剂0.5～1份；
其中，所述复合纤维包括钢纤维和碳纤维。
一种上述复合纤维混凝土的制备方法，其包括：
将所述水泥，所述砂，所述碎石，所述复合纤维，所述大理石粉，所述粉煤灰，所述水和所述减水剂均匀混合。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种复合纤维混凝土，其在以水泥、砂、碎石为主的混凝土体系中，采用了复合纤维、大理石粉和粉煤灰进行掺杂。该复合纤维混凝土的配方合理，能对大理石粉、粉煤灰等工业废料的再利用，变废为宝，降低生产成本。同时，其通过配方中各组分的协同作用，有效地提高了混凝土的整体强度，具有较高的实用价值。
本发明的还提供了一种复合纤维混凝土的制备方法，其操作简单，对设备要求低，通过简单的混合即可高效地得到上述复合纤维混凝土。其生产成本，适合工业化的大规模生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种复合纤维混凝土及其制备方法进行具体说明。
一种复合纤维混凝土，按照重量份数计，其原料包括：
水泥30～50份，砂60～80份，碎石70～100份，复合纤维5～10份，大理石粉5～10份，粉煤灰3～5份，水10～20份，减水剂0.5～1份。其中，复合纤维包括钢纤维和碳纤维。
优选地，该复合纤维混凝土，按照重量份数计，其原料包括：水泥35～45份，砂60～70份，碎石70～85份，复合纤维5～8份，大理石粉5～8份，粉煤灰3～5份，水10～20份，减水剂0.5～1份。
该复合纤维混凝土中，以水泥、砂、碎石为主要成分，掺杂有复合纤维、大理石粉和粉煤灰。通过各组分之间的协同作用，对混凝土的整体力学强度具有较强的增强效果。
复合纤维包括钢纤维和碳纤维，碳纤维的强度高，将其掺合到混凝土中，可以显著增强混凝土的强度。但是，碳纤维的成本较高，要先完全靠碳纤维来增加强度，无异会造成混凝土的造价增高。经过发明人的创造性劳动发现，采用相对便宜的钢纤维与碳纤维按照一定比例混合后掺杂到混凝土中，则能在降低成本的同时，明显提高混凝土的强度。同时，发明人发现，当复合纤维的构成中，碳纤维和钢纤维的质量比为1：5～20时，混凝土中个组分比例较为协调，各组分之间混合均匀，得到的混凝土强度较高。
其中，钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成的纤维。复合纤维在混凝土中的分布方式包括三维乱向分布、二维双向分布和一维单向分布。在本发明实施例主要以三维乱向分布为主。复合纤维的掺入，由于复合纤维和混凝土其它成分之间的粘结作用，合理的复合纤维掺入量可以使得复合纤维混凝土的抗拉强度、抗弯强度以及抗剪强度均有较高的提升。
可选地，在本发明实施例中，复合纤维的长度为30～60mm，直径为0.5～1mm。进一步地，复合纤维的抗拉强度为500～1000MPa。经过发明人的创造性劳动发现，满足上述条件的复合纤维，在掺杂过程中，与混凝土中的其它组分之间融合效果较佳，对复合纤维混凝土的整体强度提升较好。
碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料，用含碳的有机纤维,在惰性气氛中经预氧化和高温碳化等多道工序，形成具有石墨状的结构，正是这一种特殊的结构使其获得了特殊的高性能。天然纤维、再生纤维和合成纤维都可用来制备碳纤维。目前，制作碳纤维的主要原材料有人造丝(粘胶纤维)、聚丙烯腈(PNA)纤维和沥青。碳纤维常依据原丝类型分成聚丙烯腈(PNA)基碳纤维、沥青基碳纤维和纤维素基碳纤维三种。
优选地，在本发明实施例中，碳纤维包括聚丙烯腈碳纤维。聚丙烯腈碳纤维的综合性能较好，并且能够大规模的进行生产，利于对成品碳纤维混凝土的质量控制。进一步地，碳纤维的抗拉强度为3300～4000MPa，密度为1.75～1.95g/cm3。经过发明人的创造性劳动发现，满足上述条件的碳纤维，在掺杂过程中，与混凝土中的其它组分之间融合效果较佳，对碳纤维混凝土的整体强度提升较好。
进一步地，大理石粉，是大理石加工过程中产生的废料，直接弃置不仅造成了资源的浪费，还会造成环境的污染。将大理石粉掺杂于复合纤维混凝土中，可有效改善混凝土细微颗粒的级配，即改善粉体材料在混凝土中的粒度分布，产生密实堆积填充效应，使混凝土的孔结构优化，同时改善混凝土拌合物的和易性。另一方面，大理石粉以碳酸钙为主，碳酸钙的掺入可使混凝土中硅酸三钙水化放热速率明显增加，水化诱导期缩短，从而提高混凝土的早期强度。
可选地，大理石粉的粒径为5～50μm，大理石粉的比表面积为400～600m2/kg。细小的颗粒以及较大的比表面积，有利于大理石粉对混凝土中的空隙更好的填充，从而有利于混凝土结构的密实。经过发明人创造性劳动发现，上述范围粒度和比表面积的大理石粉，对混凝土中的空隙填充效果较好，与其它掺和成分之间配合较好，获得的混凝土产品强度较高。
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随意排放同样会造成环境的污染。将粉煤灰作为混凝土的掺合料不仅可以实现废物利用，还能保护环境。同时，粉煤灰中的SiO2和Al2O3可以与混凝土水化后产生的Ca(OH)2之间发生二次水化生成硅酸钙及铝酸钙，有利于增强混凝土的后期强度。
可选地，粉煤灰的粒径为10～100μm，粉煤灰的比表面积为300～500m2/kg。细小的颗粒以及较大的比表面积，有利于粉煤灰对混凝土中的空隙更好的填充，从而有利于混凝土结构的密实。经过发明人创造性劳动发现，上述范围粒度和比表面积的粉煤灰，对混凝土中的空隙填充效果较好，与其它掺和成分之间配合较好，获得的混凝土产品强度较高。
进一步地，水泥为水硬性胶凝材料，采用水硬性胶凝材料能够为混凝土提供良好的力学性能，同时其在水中和空气中均能得到良好的硬化，提升了混凝土的使用范围。优选地，水硬性胶凝材料为铝酸盐水泥或硅酸盐水泥；铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50％的熟料，再磨细制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥硬化速度较快，具有抗腐蚀和耐热强度高等性能。
同时，砂的粒度为0.5～2.5mm，碎石的粒度为5～15mm。砂和碎石在混凝土中起到骨架作用，给混凝土提供强度。通过对砂和碎石粒度的限定，可以使砂和碎石能够更好的和上述掺合料之间形成配合，从而提高混凝土产品的整体性能。
减水剂为萘系减水剂和聚羧酸减水剂中的至少一种。减水剂能够促使水泥颗粒相互分散，降低水泥颗粒间的滑动阻力，絮凝结构解体，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。进一步优选地，减水剂为聚羧酸减水剂。聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂的复配产品。其掺量低、减水率高、增强效果明显，混凝土和易性优良，无离析、泌水现象且能降低水泥早期水化热，有利于大体积混凝土和夏季施工。
一种上述复合纤维混凝土的制备方法，其包括：
将水泥，砂，碎石，复合纤维，大理石粉，粉煤灰，水和减水剂均匀混合。其操作简单，对设备要求低，通过简单的混合即可高效地得到上述复合纤维混凝土。其生产成本，适合工业化的大规模生产。
优选地，将上述各组分通过高速搅拌机进行混合，搅拌速率1500-2500r/min，以达到更加充分的混合。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种复合纤维混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥30份，砂60份，碎石100份，钢纤维5份，碳纤维1份，大理石粉5份，粉煤灰5份，水20份，减水剂0.5份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为2.5mm；碎石粒度为15mm；钢纤维长30mm，直径0.5mm，抗拉强度为500MPa；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，密度1.75g/cm3，抗拉强度3500MPa；大理石粉的比表面积为412m2/kg；粉煤灰的比表面积为306m2/kg；减水剂为高效聚羧酸减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，钢纤维，碳纤维，大理石粉，粉煤灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率1500r/min。
实施例2
本实施例提供一种复合纤维混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥50份，砂80份，碎石90份，钢纤维9份，碳纤维1份，大理石粉5份，粉煤灰3份，水10份，减水剂1份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为0.5mm；碎石粒度为5mm；钢纤维长60mm，直径0.5mm，抗拉强度为800MPa；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，密度1.84g/cm3，抗拉强度3400MPa；大理石粉的比表面积为594m2/kg；粉煤灰的比表面积为421m2/kg；减水剂为高效聚羧酸减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，钢纤维，碳纤维，大理石粉，粉煤灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率2500r/min。
实施例3
本实施例提供一种复合纤维混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥40份，砂70份，碎石85份，钢纤维5份，碳纤维0.5份，大理石粉10份，粉煤灰5份，水20份，减水剂1份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为1.0mm；碎石粒度为8mm；钢纤维长45mm，直径0.8mm，抗拉强度为800MPa；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，密度1.90g/cm3，抗拉强度4000MPa；大理石粉的比表面积为568m2/kg；粉煤灰的比表面积为498m2/kg；减水剂为高效聚羧酸减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，钢纤维，碳纤维，大理石粉，粉煤灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率2000r/min。
实施例4
本实施例提供一种复合纤维混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥45份，砂65份，碎石80份，钢纤维5份，碳纤维0.25份，大理石粉5份，粉煤灰5份，水10份，减水剂0.5份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为2.5mm；碎石粒度为5mm；钢纤维长30mm，直径1mm，抗拉强度为600MPa；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，密度1.95g/cm3，抗拉强度3300MPa；大理石粉的比表面积为435m2/kg；粉煤灰的比表面积为386m2/kg；减水剂为高效聚羧酸减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，钢纤维，碳纤维，大理石粉，粉煤灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率1500r/min。
实施例5
本实施例提供一种复合纤维混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥35份，砂75份，碎石100份，钢纤维7.5份，碳纤维1.5份，大理石粉8份，粉煤灰5份，水15份，减水剂0.5份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为1.0mm；碎石粒度为15mm；钢纤维长60mm，直径0.5mm，抗拉强度为650MPa；碳纤维为纤维素基碳纤维，密度1.91g/cm3，抗拉强度3900MPa；大理石粉的比表面积为435m2/kg；粉煤灰的比表面积为469m2/kg；减水剂为萘系减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，钢纤维，碳纤维，大理石粉，粉煤灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率2500r/min。
实施例6
本实施例提供一种复合纤维混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥50份，砂80份，碎石100份，钢纤维6份，碳纤维0.5份，大理石粉10份，粉煤灰3份，水20份，减水剂1份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为2.5mm；碎石粒度为5mm；钢纤维长30mm，直径0.5mm，抗拉强度为500MPa；碳纤维为沥青基碳纤维，密度1.82g/cm3，抗拉强度3700MPa；大理石粉的比表面积为565m2/kg；粉煤灰的比表面积为326m2/kg；减水剂为萘系减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，钢纤维，大理石粉，粉煤灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率1500r/min。
对比例1
本对比例提供一种混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥30份，砂60份，碎石100份，大理石粉5份，粉煤灰5份，水20份，减水剂0.5份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为2.5mm；碎石粒度为15mm；大理石粉的比表面积为412m2/kg；粉煤灰的比表面积为306m2/kg；减水剂为高效聚羧酸减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，大理石粉，粉煤灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率1500r/min。
对比例2
本对比例提供一种混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥30份，砂60份，碎石100份，钢纤维5份，碳纤维1份，粉煤灰5份，水20份，减水剂0.5份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为2.5mm；碎石粒度为15mm；钢纤维长30mm，直径0.5mm，抗拉强度为500MPa；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，密度1.75g/cm3，抗拉强度3500MPa；粉煤灰的比表面积为306m2/kg；减水剂为高效聚羧酸减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，钢纤维，粉煤灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率1500r/min。
对比例3
本对比例提供一种混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥30份，砂60份，碎石100份，钢纤维5份，碳纤维1份，大理石粉5份，水20份，减水剂0.5份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为2.5mm；碎石粒度为15mm；钢纤维长30mm，直径0.5mm，抗拉强度为500MPa；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，密度1.75g/cm3，抗拉强度3500MPa；大理石粉的比表面积为412m2/kg；减水剂为高效聚羧酸减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，钢纤维，大理石灰，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率1500r/min。
对比例4
本对比例提供一种混凝土，按重量份数计，其包括：
水泥30份，砂60份，碎石100份，水20份，减水剂0.5份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；砂的粒度为2.5mm；碎石粒度为15mm；减水剂为高效聚羧酸减水剂。
其制备方法为：
将水泥，砂，碎石，水和减水剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速率1500r/min。
试验例
采用实施例1～6所提供的复合纤维混凝土以及对比例1～4所提供的混凝土，，根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对其力学强度进行测试，测试结果如表1所示。
表1.混凝土强度测试结果
由表1可以看出，本发明实施例1～6所提供的复合纤维混凝土的抗压强度在7天即可达到44MPa以上，28天达到54MPa以上。对比例1与实施例1相比缺少了复合纤维，其强度明显降低，7天强度仅为28.9MPa，28天仅为34.7MPa。对比例2和对比例3与实施例1相比，分别缺少了大理石粉和粉煤灰，在强度上均有一定程度的降低，对比例3中含有大理石，早期强度高于对比例2，但对比例2中含有粉煤灰，经过二次水化作用，其后期强度高于对比例3。对比例4中不含复合纤维、大理石粉和粉煤灰作为掺合料，其强度最低，7天和28天强度分别仅为25.7MPa和31.2MPa。可见，本发明实施例所提供的一种复合纤维混凝土的强度更高。
本发明实施例提供了一种复合纤维混凝土，其在以水泥、砂、碎石为主的混凝土体系中，采用了复合纤维、大理石粉和粉煤灰进行掺杂。该复合纤维混凝土的配方合理，能对大理石粉、粉煤灰等工业废料的再利用，变废为宝，降低生产成本。同时，其通过配方中各组分的协同作用，有效地提高了混凝土的整体强度，具有较高的实用价值。
本发明的还提供了一种复合纤维混凝土的制备方法，其操作简单，对设备要求低，通过简单的混合即可高效地得到上述复合纤维混凝土。其生产成本，适合工业化的大规模生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合纤维混凝土，其特征在于，按照重量份数计，其原料包括：
水泥30～50份，砂60～80份，碎石70～100份，复合纤维5～10份，大理石粉5～10份，粉煤灰3～5份，水10～20份，减水剂0.5～1份；
其中，所述复合纤维包括钢纤维和碳纤维。
2.根据权利要求1所述的复合纤维混凝土，其特征在于，按照重量份数计，其原料包括：
所述水泥35～45份，所述砂60～70份，所述碎石70～85份，所述复合纤维5～8份，所述大理石粉5～8份，所述粉煤灰3～5份，所述水10～20份，所述减水剂0.5～1份。
3.根据权利要求1所述的复合纤维混凝土，其特征在于，所述水泥为水硬性胶凝材料；优选地，所述水泥为铝酸盐水泥或硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的复合纤维混凝土，其特征在于，所述复合纤维所述碳纤维和所述钢纤维的质量比为1：5～20。
5.根据权利要求4所述的复合纤维混凝土，其特征在于，所述钢纤维的长度为30～60mm，直径为0.5～1mm；优选地，所述钢纤维的抗拉强度为500～1000MPa。
6.根据权利要求4所述的复合纤维混凝土，其特征在于，所述碳纤维的抗拉强度为3300～4000MPa；所述碳纤维的密度为1.75～1.95g/cm3。
7.根据权利要求1所述的复合纤维混凝土，其特征在于，所述大理石粉的粒径为5～50μm，所述大理石粉的比表面积为400～600m2/kg。
8.根据权利要求6所述的复合纤维混凝土，其特征在于，所述粉煤灰的粒径为10～100μm，所述粉煤灰的比表面积为300～500m2/kg。
9.根据权利要求1所述的复合纤维混凝土，其特征在于，所述砂的粒度为0.5～2.5mm，所述碎石的粒度为5～15mm。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的复合纤维混凝土的制备方法，其特征在于，包括：
将所述水泥，所述砂，所述碎石，所述复合纤维，所述大理石粉，所述粉煤灰，所述水和所述减水剂均匀混合。
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2017
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