CN107721317A - 玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种玄武岩和聚乙烯醇(PVA)混杂纤维混凝土及制备方法。在混凝土基质中,掺有占混凝土基质体积分数0.05％的玄武岩纤维和0.05％的PVA纤维。在常温下,采用纤维撒入法：(1)将砂子和石子投入到搅拌机中搅拌60‑80s；(2)投入水泥和粉煤灰并搅拌60‑80s；(3)将水和减水剂充分混合并加入搅拌机搅拌120‑150s,得到混凝土基质；(4)预先将武岩纤维与PVA纤维两种纤维混合并使两种纤维高度分散后,用手将其均匀撒入步骤(3)所得混凝土基质中并搅拌120‑150s,即得到玄武岩和PVA混杂纤维混凝土。该种混凝土较传统混凝土相比具有更好韧性、抗裂性能，提高了混凝土的力学性能和使用寿命，可广泛应用于道路、桥梁、房建、大坝等工程，推广了玄武岩纤维在混凝土中的应用。

Description

玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土及制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种改性混凝土,本发明也涉及的是一种改性混凝土的制备方法。具体地说是一种纤维改性混凝土及制备方法。
背景技术
混凝土是一种具有低抗拉强度和低拉伸应变极限的复合材料。一般情况下，纤维的加入可以显著地提高混凝土的工程性能，如拉伸，弯曲，冲击性能，疲劳和磨损强度，变形能力，韧性和开裂后的承载能力。由于高耐腐蚀性、高韧性和足够的耐久性，纤维混凝土(FRC)尤为广泛地应用在军事和海洋领域，例如在强化结构、抗爆结构、海洋平台、海底石油工程开发等。
各种类型的纤维可用于水泥和混凝土的复合材料，如钢或有机纤维。在目前所使用的纤维中，钢纤维具有高的弹性模量和刚度，因此钢纤维的加入对提高混凝土的抗压强度和韧性是有效的。但钢纤维容易生锈。加入钢纤维的混凝土可以提高混凝土结构重量和导致混合时的球化效应，从而混凝土的工作性有所下降。玻璃纤维对碱性条件有很高的敏感性。具有化学惰性并且较硬的碳纤维具有高成本和各向异性的缺点。合成纤维，主要是聚合物纤维等，通常有低的弹性模量，低熔点，与无机基质的界面结合差的缺点。新材料提供了在混凝土复合材料创新应用的承诺。
公开号为CN1686906A、名称为《高性能混杂纤维增强混凝土》的专利文件所公开的技术方案中,所用的纤维为碳纤维、钢纤维,其中用碳纤维来提高强度不仅价格昂贵更难以适应工程上大量使用,钢纤维不仅存在易锈蚀的致命问题,而且用量大也间接提高了工程造价难以大量推广公开号为CN102584137A、名称为《一种多元低弹模混杂纤维增强再生混凝土制备方法》的专利文件所公开的技术方案中,主要目的在于废物利用,对混凝土自身性能改善较小,所使用的低弹模纤维只能在混凝土硬化前期起到阻裂的效果,强度方面的贡献微小,耐久性方面的性能更是未提及。因此,从耐久性方面和工程造价方面考虑有必要对现有纤维混凝土做进一步改进。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种纤维用量少，价格便宜，能在满足强度要求的前提下提高混凝土的耐久性、降低工程造价的玄武岩和聚乙烯醇(PVA)混杂纤维混凝土。本发明的目的还在于提供一种玄武岩和PVA混杂纤维混凝土的制备方法。
技术方案：本发明的一种玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土，是在混凝土基质中，掺有占混凝土基质体积分数0.05％的玄武岩纤维和0.05％的聚乙烯醇纤维。
其中，所述的混凝土基质，在1立方所述混凝土基质中有：43-45kg粉煤灰、391-393kg水泥、1208-1210kg石子、518-520kg砂子、168-170kg水、4-5kg减水剂。
所述玄武岩纤维为短切纤维，单丝直径15-30um，长度20-25mm，抗拉强度大于等于2000MPa，弹性模量大于等于85GPa，断裂伸长率大于等于2.5％。
所述聚乙烯醇纤维为短切纤维，单丝直径15-30um，长度20-25mm，抗拉强度大于等于1200MPa，弹性模量大于等于35GPa，断裂伸长率6-8％。
本发明的玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土的制备方法如下：
1)将砂子和石子投入到搅拌机中搅拌60-80s；
2)投入水泥和粉煤灰并搅拌60-80s；
3)将水和减水剂充分混合并加入搅拌机搅拌120-150s，得到混凝土基质；
4)预先将武岩纤维与聚乙烯醇纤维两种纤维混合并使两种纤维高度分散后，将其均匀撒入步骤3)所得混凝土基质中并搅拌120-150s，即得到玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土；
其中，43-45kg/m3粉煤灰、391-393kg/m3水泥、1208-1210kg/m3石子、518-520kg/m3砂子、168-170kg/m3水、4-5kg/m3减水剂，玄武岩纤维1.3-1.5kg/m3和PVA纤维0.6-0.8kg/m3。
为了克服已有技术存在的不足和缺陷,本发明提供了一种玄武岩一PVA混杂纤维混凝土及其制备方法。该种混凝土纤维用量少,价格便宜,纤维来源环保,不仅提高了混凝土的力学性能，而且提高了耐久性能，还降低工程造价。玄武岩纤维是一种新型材料,它抗拉强度高、耐高温、耐酸碱性能强、热稳定性优越,与砂浆、混凝土的亲和力优良；PVA纤维因其独特的分子结构，与水泥具有良好的亲和性能，耐碱和耐气候性能良好。在水泥混凝土(或砂浆)中加入PVA纤维，能有效控制砼(或砂浆)因塑性收缩及温度变化等因素引起的裂纹，防止及抑制裂缝的形成及发展，提高砼的抗弯强度、抗冲击强度及抗裂强度，有效改善砼的抗渗、抗冲击及抗震能力；该种混凝土较传统混凝土相比具有更好韧性、抗裂性能，提高了混凝土的力学性能和使用寿命，可广泛应用于道路、桥梁、房建、大坝等工程，推广了玄武岩纤维在混凝土中的应用。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、纤维制造原料来源广泛,工艺简单,性能优异,价格低廉。玄武岩纤维是用玄武岩矿石经过高温熔融后快速拉制而成,它具有抗拉强度高、弹性模量大、耐高温、耐酸碱性能强和热稳定性优越等优点,玄武岩纤维与砂浆、混凝土的亲和力都具有明显的优点；PVA纤维因其独特的分子结构，与水泥具有良好的亲和性能，耐碱和耐气候性能良好。
2、力学性能的提高。高弹性模量的玄武岩纤维使得混凝土劈裂抗拉强度和劈拉强度。
3、耐久性能好。高弹性模量与低弹性模量纤维搭配,从不同尺度上改善了混凝土的性能,使其具有更好的抗开裂，抗收缩，抗渗性能。
4、经济效益好。低掺量的混合纤维就可以获得理想的力学性能及耐久性,减少了后期维修工作量,与普通混凝土相比工程造价并没有提高很多。
附图说明
图1是水泥浆体包裹纤维形态的扫描电镜图。
图2是试件破坏后纤维分布的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明的玄武岩一PVA混杂纤维混凝土,以C45混凝土为基质,混杂纤维为低掺量的玄武岩纤维和PVA纤维组成。
所述混凝土基质成分为43.5kg/m3粉煤灰、391.5kg/m3水泥、1209kg/m3石子、519kg/m3砂子、168kg/m3水、4.54kg/m3减水剂，并分别以体积分数0.05％、0.1％、0.15％将混杂纤维加入到混凝土基质中。
对各组分材料的品质可以有如下的要求：
所述玄武岩纤维为短切纤维,单丝直径15-30um,长度20-25mm,抗拉强度大于等于2000MPa,弹性模量大于等于85GPa,断裂伸长率大于等于2.5％。
所述PVA纤维为短切纤维,单丝直径15-30um,长度20-25mm,抗拉强度大于等于1200MPa,弹性模量大于等于35GPa,断裂伸长率6-8％。
所述水泥为的硅酸盐水泥。
所述砂子为中砂,细度模数为2.3-3.0。
所述石子为碎石,粒径为5-20mm。
所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
本发明的玄武岩和聚丙烯混杂纤维混凝土的制备步骤：
(1)将砂子和石子投入到搅拌机中搅拌60-80s；
(2)投入水泥和粉煤灰并搅拌60-80s；
(3)将水和减水剂充分混合并加入搅拌机搅拌120-150s,得到混凝土基质；
(4)预先将武岩纤维与PVA纤维两种纤维混合并使两种纤维高度分散后,用手将其均匀撒入步骤(3)所得混凝土基质中并搅拌120-150s,即得到玄武岩和PVA混杂纤维混凝土。
为了更加明确的阐述本发明,下面举实例来验证本发明的效果。
力学性能：抗压和劈拉实验采用100*100*100mm棱柱试块，抗折强度采用100*100*400mm棱柱试块，测试结果如下：
注：P0表示素混凝土BPFRC表示玄武岩-PVA混杂纤维混凝土1、2、3分别代表体积分数为0.05％、0.1％、0.15％
由上表可以得到混凝土中加入混杂纤维，其力学性能都有不同程度的提高。当纤维掺量为0.05％～0.15％时，28d的抗压强度分别提高了1.5％、11.8％、9.4％；28d的抗折强度分别提高了1.4％、17.2％、13.6％；28d的劈拉强度分别提高了7.9％、14.4％、11.7％。
早期抗裂：钢制模具尺寸为600mm×600mm×100mm。试验时混凝土试件表面风速为2.5m/s(风速计实测)。
由上表可知当混杂纤维掺量为0.05％、0.1％、0.15％时，混凝土单位面积上的总开裂面积比基准组分别降低了38％、60％和45％。
早期收缩：采用接触法，样品尺寸为100*100*400mm的棱柱。每组应为3个试件。
由上表可知：纤维的加入可以明显降低混凝土的早期收缩；虽然前14d，BPFRC-2的收缩比BPFRC-1和BPFRC-3要多，但28d之后，BPFRC-2的收缩值是最小的。
抗渗性能：采用渗水高度法；试模采用上口直径为175mm、下口直径为185mm和高度为150的圆台。
由上表可知BPFRC-2的抗渗性能最好。由此可见混杂纤维可以提高混凝土力学与耐久性能，而且当混杂纤维的体积掺量为0.1％是效果最好。

Claims (5)

1.一种玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土，其特征是在混凝土基质中，掺有占混凝土基质体积分数0.05％的玄武岩纤维和0.05％的聚乙烯醇纤维。
2.根据权利要求所述的玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土，其特征是所述的混凝土基质，在1立方所述混凝土基质中有：43-45kg粉煤灰、391-393kg水泥、1208-1210kg石子、518-520kg砂子、168-170kg水、4-5kg减水剂。
3.根据权利要求所述的玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土，其特征是：所述玄武岩纤维为短切纤维，单丝直径15-30um，长度20-25mm，抗拉强度大于等于2000MPa，弹性模量大于等于85GPa，断裂伸长率大于等于2.5％。
4.根据权利要求所述的玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土，其特征是：所述聚乙烯醇纤维为短切纤维，单丝直径15-30um，长度20-25mm，抗拉强度大于等于1200MPa，弹性模量大于等于35GPa，断裂伸长率6-8％。
5.一种如权利要求1所述的玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土的制备方法，其特征是该制备方法如下：
1)将砂子和石子投入到搅拌机中搅拌60-80s；
2)投入水泥和粉煤灰并搅拌60-80s；
3)将水和减水剂充分混合并加入搅拌机搅拌120-150s，得到混凝土基质；
4)预先将武岩纤维与聚乙烯醇纤维两种纤维混合并使两种纤维高度分散后，将其均匀撒入步骤3)所得混凝土基质中并搅拌120-150s，即得到玄武岩和聚乙烯醇混杂纤维混凝土；
其中，43-45kg/m3粉煤灰、391-393kg/m3水泥、1208-1210kg/m3石子、518-520kg/m3砂子、168-170kg/m3水、4-5kg/m3减水剂，玄武岩纤维1.3-1.5kg/m3和PVA纤维0.6-0.8kg/m3。
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