CN108069666A - 一种大骨料混杂钢纤维二级配混凝土及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大骨料混杂钢纤维二级配混凝土及制备方法，混凝土包括胶凝材料、钢纤维、粗骨料、细骨料及水，所述钢纤维采用不同长度的钢纤维，所述粗骨料采用二级配粗骨料；制备方法包括以下步骤：(1)按照配比取水泥、钢纤维、粗骨料、细骨料和水，将60mm长度的钢纤维放入称量的水中分散后取出；(2)将称量的粗骨料、细骨料和水泥搅拌1min后，边搅拌边加入两种不同长度的钢纤维，搅拌均匀后加入称量的水，继续搅拌1min后，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。本发明制备工艺简单，且制备的二级配混凝土具有较高的强度和韧性。

Description

一种大骨料混杂钢纤维二级配混凝土及制备方法
技术领域
本发明涉及水利工程中混凝土技术领域，特别涉及一种大骨料混杂钢纤维二级配混凝土及制备方法。
背景技术
水利工程中水流情况及其复杂多变，水工建筑物的某些部位持续遭受高速紊流作用，这些高速紊流的内部是由无数个运动着的大小不等的漩涡组成。漩涡除了随水流的总趋势向某一方向运动外，还有旋转、震荡，水流的各质点亦随着漩涡运动、旋转、震荡。同时，水流质点的强烈紊动就产生流速和动水压强的脉动。这使得高速紊流对水工建筑物的某些部位具有较强的冲击、淘刷、磨损、抗渗等问题，尤其当水流中掺有泥沙时，问题变得更为突出。为提高这些部位的混凝土抗冲蚀、抗磨损、抗冲击能力，增加混凝土的强度和韧性，在水利工程中的建筑物等需要采用特殊的混凝土。
钢纤维混凝土是将短细的钢纤维均匀、乱向地分布于混凝土基体中而形成的改性混凝土材料。钢纤维的掺入能改善混凝土的延性和韧性，对混凝土结构的力学性能和变形能力的改善非常明显。然而目前，对钢纤维混凝土的研究主要集中在粗骨料最大粒径不大于25mm的碎石混凝土，在需要强度较大的工程中采用这种粒径的骨料制备的混凝土的强度较小，无法保障工程的强度，为了得到更高强度的混凝土，选择较大粒径的骨料，例如二级配骨料、三级配骨料甚至四级配骨料；但当骨料的粒径超过40mm后，由于骨料的比表面积减小，混凝土中组分的不均性增大，制备的混凝土还具有较差的和易性，容易产生离析，同时还会使混凝土的强度的减小。
因此，有必要对现有技术进行改进以解决上述技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大骨料混杂钢纤维二级配混凝土及制备方法，该混凝土制作工艺简单，且制备的二级配混凝土具有较高的强度和韧性，在水利工程中具有抗冲蚀、抗磨损、抗冲击的作用。具体而言通过以下技术方案实现：
本发明的一种大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，包括胶凝材料、钢纤维、粗骨料、细骨料及水，所述钢纤维采用不同长度的钢纤维，所述粗骨料采用二级配粗骨料。
进一步，所述凝胶材料采用水泥。
进一步，每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥360～394kg、钢纤维39～94kg、粗骨料1023～1108kg、细骨料685～703kg、水209～228kg。
进一步，每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥370～390kg、钢纤维50～85kg、粗骨料1035～1090kg、细骨料688～695kg、水215～225kg。
进一步，每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥384kg、钢纤维80kg、粗骨料1047kg、细骨料690kg、水223kg。
进一步，所述二级配粗骨料中粒径为5～20mm的粗骨料与粒径为20～40mm的粗骨料的质量比为45:55。
进一步，所述钢纤维的长度采用60mm和31.5mm，60mm钢纤维与31.5mm钢纤维的质量比为4:1。
本发明还公开了上述大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比取水泥、钢纤维、粗骨料、细骨料和水，将60mm长度的钢纤维放入称量的水中分散后取出；
(2)将称量的粗骨料、细骨料和水泥搅拌1min后，边搅拌边加入两种不同长度的钢纤维，搅拌均匀后加入称量的水，继续搅拌1min后，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
本发明的有益效果：本发明采用二级配粗骨料，采用最大粒径为40mm的粗骨料，集料的总表面积减小，大大减少了水泥用量，从而降低了工程造价；采用长度分别为60mm和31.5mm的两种钢纤维混掺，不仅能够发挥钢纤维长度和二级配粗骨料粒径之间的耦合作用，还能够发挥不同长度钢纤维之间的混杂效应，从而提高混凝土的韧性，满足水工混凝土结构工程对韧性的要求；本发明的其他有益效果将结合下文具体实施例中进行进一步的说明。
具体实施方式
本实施例中大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，包括胶凝材料、钢纤维、粗骨料、细骨料及水，所述钢纤维采用不同长度的端钩形钢纤维，端钩形钢纤维可以增加钢纤维与混凝土的粘结力，从而增加混凝土的抗压强度，且在混凝土开裂时掺入的端钩形纤维也可以保障混凝土具有良好的强度，从而保障工程的安全性能，所述粗骨料采用二级配粗骨料，其中粗骨料采用普通碎石，二级配粗骨料为粒径为5～20mm的粗骨料和粒径为20～40mm的粗骨料的混合物，细骨料采用细度模数为2.89的天然河砂。
本发明采用二级配粗骨料，采用最大粒径为40mm的粗骨料，集料的总表面积减小，大大减少了水泥用量，从而降低了工程造价；两种不同长度钢纤维混掺不仅能够发挥钢纤维长度和二级配粗骨料粒径之间的耦合作用，还能够发挥不同长度钢纤维之间的混杂效应，从而提高混凝土的韧性，满足水工混凝土结构工程对韧性的要求。
本实施例中，所述凝胶材料采用水泥，水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥。
水泥既能在空气中又能在水中硬化，保持和发展其强度；采用42.5等级的普通硅酸盐水泥强度高、干缩性小、耐磨性较好、抗碳化性较好和抗折强度高，且普通硅酸盐水泥的水化反应速度较快，因此水化热较大，具有良好的抗冻性，可以应用在水利工程中，起到很好的抗冻效果。
本实施例中，每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥360～394kg、钢纤维39～94kg、粗骨料1023～1108kg、细骨料685～703kg、水209～228kg。
本实施例中，每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥370～390kg、钢纤维50～85kg、粗骨料1035～1090kg、细骨料688～695kg、水215～225kg。
本实施例中，每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥384kg、钢纤维80kg、粗骨料1047kg、细骨料690kg、水223kg。
按照配比制备的混凝土具有良好的强度和韧性，钢纤维和粗骨料之间的耦合作用提高混凝土的韧性和强度，混凝土中加入细骨料有助于混凝土更加紧密结实，从而延长混凝土的使用寿命，不仅节省成本，而且可以保障使用该混凝土工程的安全性。
本实施例中，所述二级配粗骨料中粒径为5～20mm的粗骨料与粒径为20～40mm的粗骨料的质量比为45:55。
二级配粗骨料可以增强制备的混凝土的强度，粗骨料中的大粒径和小粒径的合适的配比可以减小混凝土的孔隙率，不仅可以减少水泥的使用量，降低成本，而且可以使制备的混凝土的均匀、成型密实。
本实施例中，所述钢纤维的长度采用60mm和31.5mm，其中长度为60mm钢纤维的型号为RC80/60-BN，直径为0.75mm，长径比为80，抗拉强度1100MPa；长度为31.5mm钢纤维的型号为CW04-0.75/31.5，直径为0.75mm，长径比为42，抗拉强度1100MPa；60mm钢纤维与31.5mm钢纤维的质量比为4:1。
钢纤维均匀、乱向地分布于混凝土中，可以提高混凝土的抗拉强度和韧性，钢纤维的长径比较大时，可以提高混凝土的抗拉强度，同时混凝土的流动性减小，钢纤维的长径比较小时，可以改变混凝土的流动性，两种不同长径比的钢纤维协同作用，既可以提高混凝土的抗拉强度，也不会使混凝土的流动性过小，防止混凝土出现蜂窝、麻面等现象；两种不同长度的钢纤维在混凝土中相互配合，发挥混杂效应，可以大大提高混凝土的强度；当60mm钢纤维与31.5mm钢纤维的质量比为4:1时，其可以最大限度的增加混凝土的强度。
本实施例中，所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比取水泥、钢纤维、粗骨料、细骨料和水，长度为60mm的钢纤维是成排的，将长度为60mm的钢纤维放入称量的水中分散后取出，待用；
(2)将称量的粗骨料、细骨料和水泥搅拌1min后，边搅拌边加入两种不同长度的钢纤维，搅拌均匀后加入称量的水，继续搅拌1min后，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
该制备工艺简单，不需要严苛的外界条件，也不需要较多的仪器，即可制备具有良好强度和韧性的混凝土，不仅可以降低工程成本，且保障工程的强度和安全性能。
大骨料混杂钢纤维二级配混凝土具体制备过程及将制备的混凝土标准养护后进行弯曲韧性测试，具体如实施例1至实施例9所示：
实施例1
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥360kg，长度为60mm的钢纤维31.2kg，长度为31.5mm钢纤维7.8kg，粒径为5～20mm的粗骨料460.35kg，粒径为20～40mm的粗骨料562.65kg，细骨料685kg，水209kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
实施例2
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥360kg，长度为60mm的钢纤维53.2kg，长度为31.5mm钢纤维13.3kg，粒径为5～20mm的粗骨料479.48kg，粒径为20～40mm的粗骨料586.02kg，细骨料694kg，水218.5kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
实施例3
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥360kg，长度为60mm的钢纤维75.2kg，长度为31.5mm钢纤维18.8kg，粒径为5～20mm的粗骨料498.6kg，粒径为20～40mm的粗骨料609.4kg，细骨料703kg，水228kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
实施例4
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥377kg，长度为60mm的钢纤维31.2kg，长度为31.5mm钢纤维7.8kg，粒径为5～20mm的粗骨料460.35kg，粒径为20～40mm的粗骨料562.65kg，细骨料685kg，水209kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
实施例5
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥384kg，长度为60mm的钢纤维64kg，长度为31.5mm钢纤维16kg，粒径为5～20mm的粗骨料471kg，粒径为20～40mm的粗骨料576kg，细骨料690kg，水223kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
实施例6
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥377kg，长度为60mm的钢纤维75.2kg，长度为31.5mm钢纤维18.8kg，粒径为5～20mm的粗骨料498.6kg，粒径为20～40mm的粗骨料609.4kg，细骨料703kg，水228kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
实施例7
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥394.00kg，长度为60mm的钢纤维31.20kg，长度为31.5mm钢纤维7.8kg，粒径为5～20mm的粗骨料460.35kg，粒径为20～40mm的粗骨料562.65kg，细骨料685kg，水209kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
实施例8
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥394kg，长度为60mm的钢纤维53.2kg，长度为31.5mm钢纤维13.3kg，粒径为5～20mm的粗骨料479.48kg，粒径为20～40mm的粗骨料586.02kg，细骨料694kg，水218.5kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
实施例9
所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)每1m3混凝土，按照重量份取以下组分：水泥394kg，长度为60mm的钢纤维75.2kg，长度为31.5mm钢纤维18.8kg，粒径为5～20mm的粗骨料498.6kg，粒径为20～40mm的粗骨料609.4kg，细骨料703kg，水228kg，长度为60mm的钢纤维是成排的，将其放入称量的水中，使其分散开，待用；
(2)长度为60mm的钢纤维分散后，取出，将称量的粗骨料、细骨料和水泥进行搅拌1min，然后边搅拌，边加入两种钢纤维，待其搅拌均匀后加水，再搅拌1min，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
将得到的混凝土进行标准养护，养护完成后，参照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13：2009)，进行弯曲韧性测试，得到的弯曲韧性指数及弯拉强度，具体性能如表1所示。
表1实施例1至实施例9大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的弯曲韧性指数及弯拉强度的性能参数。
弯曲韧性指数I5 弯曲韧性指数I10 弯曲韧性指数I20 弯拉强度(MPa)
实施例1 3.84 7.51 14.31 4.18
实施例2 3.96 7.21 14.98 4.41
实施例3 4.01 8.16 16.27 4.53
实施例4 3.94 7.94 15.18 4.24
实施例5 4.18 8.42 17.11 4.46
实施例6 4.21 8.27 16.38 4.60
实施例7 4.07 8.34 15.96 4.28
实施例8 4.19 8.52 16.88 4.55
实施例9 4.30 8.73 17.23 4.71
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，其特征在于：包括胶凝材料、钢纤维、粗骨料、细骨料及水，所述钢纤维采用不同长度的钢纤维，所述粗骨料采用二级配粗骨料。
2.根据权利要求1所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，其特征在于：所述凝胶材料采用水泥。
3.根据权利要求2所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，其特征在于：每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥360～394kg、钢纤维39～94kg、粗骨料1023～1108kg、细骨料685～703kg、水209～228kg。
4.根据权利要求3所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，其特征在于：每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥370～390kg、钢纤维50～85kg、粗骨料1035～1090kg、细骨料688～695kg、水215～225kg。
5.根据权利要求4所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，其特征在于：每1m3混凝土，按照重量份包括以下组分：
水泥384kg、钢纤维80kg、粗骨料1047kg、细骨料690kg、水223kg。
6.根据权利要求5所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，其特征在于：所述二级配粗骨料中粒径为5～20mm的粗骨料与粒径为20～40mm的粗骨料的质量比为45:55。
7.根据权利要求6所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土，其特征在于：所述钢纤维的长度采用60mm和31.5mm，60mm钢纤维与31.5mm钢纤维的质量比为4:1。
8.一种权利要求1～7任一项所述的大骨料混杂钢纤维二级配混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按照配比取水泥、钢纤维、粗骨料、细骨料和水，将60mm长度的钢纤维放入称量的水中分散后取出；
(2)将称量的粗骨料、细骨料和水泥搅拌1min后，边搅拌边加入两种不同长度的钢纤维，搅拌均匀后加入称量的水，继续搅拌1min后，得到大骨料混杂钢纤维二级配混凝土。
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