CN108083721A - 一种沙漠砂钢纤维高性能混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沙漠砂钢纤维高性能混凝土，制备时各质量的配比为——水：水泥：粉煤灰：砂为1：1.47：1.47：1.059，沙漠砂的替代质量为砂子的10％、20％、30％、40％，钢纤维的掺量是混凝土体积的1.5％，聚羧酸高性能减水剂的掺量为混凝土质量的0.055％。本发明用沙漠砂代替一部分河砂，粉煤灰替代部分水泥，不含粗骨料，加入钢纤维，制备出轻质环保、高强度、较高延性的混凝土，对于降低当地工程造价、保护当地环境和合理开发利用当地自然资源具有重要意义。

Description

一种沙漠砂钢纤维高性能混凝土

技术领域

本发明混凝土制备技术领域，特别是沙漠砂钢纤维高性能混凝土。

背景技术

混凝土是建筑结构中使用最广泛的材料，混凝土建筑结构频繁受冲击载荷和地震作用，这些外力的作用会造成建筑建构出现不同程度乃至断裂破坏，改善混凝土材料的性能对提高建筑结构整体的性能有重要的作用，目前我国使用混凝土在性能上有所提高，但也存在以下缺陷：

1)对骨质材料等的过渡开采，致使环境受破坏。随着科学技术的进步、国民生活水平日益提高，为满足混凝土高延性、耐久性，整体提高建筑结构的抗震性能，大量消耗能源开采天然砂石骨料，对环境造成严重破坏。近年来，我国处于大规模基础工程建设时期，既能提高建筑结构抗震性能，也能保证不对自然环境破坏且能变废为宝的混凝土，是后续工程结构的一项重要研究与发展方向。

2)混凝土制备成本较高、性能提高不显著。当前我国西部地区正处于城市基础建设发展的高峰期，对于大型桥梁工程、铁路工程、市政工程中高性能混凝土被广泛应用，高性能混凝土与普通混凝土相比胶凝材料用量较大，制作成本较高，然而混凝土的抗压强度提高后，其抗拉、抗剪强度相对较低，延性相对较差，从而降低了混凝土结构的抗震性能。传统混凝土所采用的天然砂是河、湖等天然水域中形成和堆积的岩石碎屑，近几年来混凝土使用量越来越大，天然砂资源基本枯竭，再者对于西北沙漠地区和沙地地区来讲，沙漠砂资源非常丰富，但建筑材料资源短缺和运输成本费较高，增加了建设成本。制备轻质环保、高延性的混凝土是亟待解决的问题。

3)混凝土的制备过程环保效果差，整体造价高。近些年来，钢纤维应其强度高、价格相对低廉，对基体强度增强增韧显著，被广泛应用于混凝土、砂浆等基体材料中。如果能够就地取材，合理利用廉价的地方资源，最大限度和高效利用工业废渣，制备出轻质环保、高强度、较高延性的混凝土，对于降低当地工程造价、保护当地环境和合理开发利用当地自然资源都具有重要意义。

4)建筑工程常采用的混凝土是由沙、水泥、石等材料组成，工业每生产一吨水泥要排放1吨二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等有害气体，污染自然环境，对人体有害。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供的一种沙漠砂钢纤维高性能混凝土及其制备方法，采用精确钢纤维高强度混凝土配合比，用沙漠砂部分代替河砂，就地取材，充分利用沙漠资源。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种沙漠砂钢纤维高性能混凝土，所述混凝土的组成为水、水泥、粉煤灰、砂，所述砂由河砂与沙漠砂组成，其质量比为(0.9～0.6)：(0.1～0.4) 其中，按质量百分比计，水：水泥：粉煤灰：砂＝1：1.47：1.47：1.059；以水、水泥、粉煤灰、砂混合均匀后的总体积为基数，钢纤维的掺量是混凝土体积的1.5％；

可选的，所述水泥P.O 42.5普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。

可选的，所述混凝土中添加有减水率为30％聚羧酸高性能减水剂，所述减水剂添加量为所述水、水泥、粉煤灰、河砂、总质量的0.055％。

可选的，所述钢纤维直径为0.2mm,长度为13mm。

可选的，所述河砂为黄河水洗河砂，其直径Dmax＝1.18mm，所述沙漠砂平均直径为0.238mm。

可选的，所述的河砂与沙漠砂质量比为:0.9：0.1或0.8：0.2或0.7:0.3 或0.6:0.4。

本发明沙漠砂钢纤维高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1:将按比例称取河砂和沙漠砂混合搅拌1min，再将按比例称取的水泥、粉煤灰倒入搅拌机中，先倒入水泥搅拌1分钟，然后将称取粉煤灰倒入搅拌机中搅拌2分钟；

S2:按比例称取钢纤维，加入钢纤维搅拌1min；

S3:按比例称取的减水剂和水，将减水剂倒入水中使其减水剂充分的分散开后，再将其倒入搅拌机中搅拌5分钟，即得所述混凝土。

可选的，S3水温度为5～35℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)在建筑原材料中用沙漠砂代替一部分建筑使用的河砂，满足工程设计的同时，就地取材，合理的利用当地沙漠资源；

2)用粉煤灰代替部分水泥，利用地方材料和工业废料，减少有害气体排放，有环保的效果；

3)该混凝土与普通混凝土相比，不含粗骨料，为轻质材料；材料中加入钢纤维，抗折强度和抗弯强度显著提升，高于普通混凝土；

4)混凝土材料中加入钢纤维，抗折强度和抗弯强度高于普通混凝土，抗压强度可达到高强混凝土的要求。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明创造受国家自然青年科学基金项目(51408328、11162015)、宁夏青年科技人才托举工程资助，参照R/ECC联肢剪力墙结构基于最优屈服机制的抗震性能设计理论与方法(51408328)与沙漠砂混凝土动态破坏机理(11162015)作为研究理论基础。

实施例一：

本发明的一种沙漠砂钢纤维高性能混凝土由以下原材料制备而成：

水：水泥：粉煤灰：砂＝1：1.47：1.47：1.059，称取水3.38kg、水泥 4.97kg、煤粉灰4.97kg、河砂3.58kg，河砂为黄河水洗河砂，此处河砂未用沙漠砂替代，其直径Dmax＝1.18mm。选取P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

将河砂、水泥和粉煤灰倒入搅拌机中搅拌2分钟，加入所称取的钢纤维，钢纤维掺量是以水、水泥、粉煤灰、砂混合均匀后的总体积为基数的混凝土体积的1.5％，换算可得质量为1050.7g,钢纤维选用镀铜微丝钢纤维，其直径为0.2mm,长度为13mm，加入钢纤维后搅拌1min，之后，将加入减水剂的水缓慢倒入搅拌机中搅拌5分钟，可得所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土。其中，将减水剂10g倒入水3.38L水中，减水剂为减水率为30％的聚羧酸高效减水剂，减水剂的作用是增加水化效率，减少单位用水量，增加强度，节省水泥用量及改善尚未凝固的混凝土的和易性，防止混凝土成分的离析，提高抗渗性，减水透水性等，减水剂的添加量为所述水、水泥、粉煤灰、河砂、总质量的0.055％，将减水剂倒入水中使减水剂充分分散；煤粉灰为工业废料，一般工厂使用填满的方式处理，本发明充分利用工业废气无，变废为宝，将其加工至Ⅰ级粉煤灰用于混凝土中，替代50％水泥使用量，水泥的生产会导致空气排放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体，因此，使用粉煤灰替代水泥，对环境的保护有所贡献。

按实施例一的方法制备的混凝土，制作三块尺寸为70.7mm×70.7mm× 70.7mm抗压性能的试块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后,测量劈裂抗拉性能的试块尺寸为100mm×100mm×100mm,制作三块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度和劈裂抗拉强度数据统计，结果见(表一)：

表一

实施例二：水：水泥：粉煤灰：砂＝1：1.47：1.47：1.059，称取水3.38kg、水泥4.97kg、煤粉灰4.97kg、河砂3.22kg(所选取的河砂与沙漠砂质量比为 0.9:0.1，所用沙漠砂质量为0.36kg，)，河砂为黄河水洗河砂，其直径 Dmax＝1.18mm，所述沙漠砂平均直径为0.238mm，沙漠砂可以是甘肃、宁夏、腾格里沙漠砂、陕西榆林等地区的沙漠砂，本实施例中选取腾格里沙漠砂、 P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

将所称取的河砂与沙漠砂倒入搅拌机中搅拌1min，再将称取的水泥 4.97kg倒入搅拌1min，再将称取的粉煤灰4.97kg倒入搅拌2min，煤粉灰为工业废料，一般工厂使用填满的方式处理，本发明充分利用工业废气无，变废为宝，将其加工至Ⅰ级粉煤灰用于混凝土中，替代50％水泥使用量。水泥的生产会导致空气排放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体，因此，使用粉煤灰替代水泥，对环境的保护有所贡献，节约混凝土的造价成本，且能够保证混凝土的特性。

其次加入所称取的钢纤维，实验中选用衡水方德丝网制品厂生产的钢纤维，钢纤维为水、水泥、粉煤灰、砂混合均匀后的总体积为基数，钢纤维的掺量是混凝土体积的1.5％，换算可得质量为1050.7g,钢纤维为镀铜微丝钢纤维，钢纤维直径为0.2mm,长度为13mm，加入后再搅拌1分钟。

最后将称取的减水剂10g倒入3.38kg水中，减水剂为减水率为30％的聚羧酸高效减水剂，减水剂的作用是增加水化效率，减少单位用水量，增加混凝土强度，改善尚未凝固的混凝土的和易性，防止混凝土成分的离析，提高抗渗性，减水透水性等，减水剂的添加量为所述水、水泥、粉煤灰、河砂、总质量的0.03％～0.3％，优选0.055％，将减水剂倒入水中使减水剂充分分散，将水倒入搅拌机搅拌5分钟后，可得所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土。

按实施例二的方法制备的混凝土，制作三块尺寸为70.7mm×70.7mm× 70.7mm抗压性能的试块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后,测量劈裂抗拉性能的试块尺寸为100mm×100mm×100mm,制作三块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度和劈裂抗拉强度数据统计，结果见(表二)：

表二

实施例三：水：水泥：粉煤灰：砂＝1：1.47：1.47：1.059，称取水3.38kg、水泥4.97kg、煤粉灰4.97kg、河砂2.86kg(所选取的河砂与沙漠砂质量比为0.8:0.2，所用沙漠砂质量为0.72kg，其质量比约等于0.8:0.2)，河砂为黄河水洗河砂，其直径Dmax＝1.18mm，所述沙漠砂平均直径为0.238mm，沙漠砂可以是甘肃、宁夏、腾格里沙漠砂、陕西榆林等地区的沙漠砂，本实施例中选取腾格里沙漠砂，P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

将所称取的河砂与沙漠砂倒入搅拌机中搅拌1min，再将称取的水泥 4.97kg倒入搅拌1min，再将称取的粉煤灰4.97kg倒入搅拌2min，煤粉灰为Ⅰ级粉煤灰，用于混凝土中替代50％水泥使用量。

其次加入所称取的钢纤维，钢纤维为水、水泥、粉煤灰、砂混合均匀后的总体积为基数，钢纤维的掺量是混凝土体积的1.5％，换算可得质量为 1050.7g,钢纤维为镀铜微丝钢纤维，钢纤维直径为0.2mm,长度为13mm，加入后再搅拌1分钟。

最后将称取的减水剂10g倒入3.38kg水中，减水剂为减水率为30％的聚羧酸高效减水剂，减水剂的作用是增加水化效率，减少单位用水量，增加混凝土强度，改善尚未凝固的混凝土的和易性，防止混凝土成分的离析，提高抗渗性，减水透水性等，减水剂的添加量为所述水、水泥、粉煤灰、河砂、总质量的0.03％～0.3％，优选0.055％，将减水剂倒入水中使减水剂充分分散，将水倒入搅拌机搅拌5分钟后，可得所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土。

按实施例三的方法制备的混凝土，制作三块尺寸为70.7mm×70.7mm× 70.7mm抗压性能的试块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后,测量劈裂抗拉性能的试块尺寸为100mm×100mm×100mm,制作三块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度和劈裂抗拉强度数据统计，结果见(表三)：

表三

实施例四：水：水泥：粉煤灰：砂＝1：1.47：1.47：1.059，称取水3.38kg、水泥4.97kg、煤粉灰4.97kg、河砂2.51kg(选取的河砂与沙漠砂质量比为 07.：0.3)，河砂为黄河水洗河砂，其直径Dmax＝1.18mm，所述沙漠砂平均直径为0.238mm，沙漠砂可以是甘肃、宁夏、腾格里沙漠砂、陕西榆林等地区的沙漠砂，本实施例中选取腾格里沙漠砂，P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

将所称取的河砂与沙漠砂倒入搅拌机中搅拌1min，再将称取的水泥 4.97kg倒入搅拌1min，再将称取的粉煤灰4.97kg倒入搅拌2min，煤粉灰为Ⅰ级粉煤灰，用于混凝土中替代50％水泥使用量。

其次加入所称取的钢纤维，钢纤维为水、水泥、粉煤灰、砂混合均匀后的总体积为基数，钢纤维的掺量是混凝土体积的1.5％，换算可得质量为 1050.7g,钢纤维为镀铜微丝钢纤维，钢纤维直径为0.2mm,长度为13mm，加入后再搅拌1分钟。

最后将称取的减水剂10g倒入3.38kg水中，减水剂为减水率为30％的聚羧酸高效减水剂，减水剂的添加量为所述水、水泥、粉煤灰、河砂、总质量的0.03％～0.3％，优选0.055％，将减水剂倒入水中使减水剂充分分散，将水倒入搅拌机搅拌5分钟后，可得所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土。

按实施例四的方法制备的混凝土，制作三块尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm抗压性能的试块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后,测量劈裂抗拉性能的试块尺寸为100mm×100mm×100mm,制作三块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度和劈裂抗拉强度数据统计，结果见(表四)：

表四

实施例五：水：水泥：粉煤灰：砂＝1：1.47：1.47：1.059，称取水3.38kg、水泥4.97kg、煤粉灰4.97kg、河砂2.15kg(选取的河砂与沙漠砂质量比为 06.：0.4)，河砂为黄河水洗河砂，其直径Dmax＝1.18mm，所述沙漠砂平均直径为0.238mm，沙漠砂可以是甘肃、宁夏、腾格里沙漠砂、陕西榆林等地区的沙漠砂，本实施例中选取腾格里沙漠砂，P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

将所称取的河砂与沙漠砂倒入搅拌机中搅拌1min，再将称取的水泥 4.97kg倒入搅拌1min，再将称取的粉煤灰4.97kg倒入搅拌2min，煤粉灰为Ⅰ级粉煤灰，用于混凝土中替代50％水泥使用量。

其次加入所称取的钢纤维，钢纤维为水、水泥、粉煤灰、砂混合均匀后的总体积为基数，钢纤维的掺量是混凝土体积的1.5％，换算可得质量为 1050.7g,钢纤维为镀铜微丝钢纤维，钢纤维直径为0.2mm,长度为13mm，加入后再搅拌1分钟。

最后将称取的减水剂10g倒入3.38kg水中，减水剂为减水率为30％的聚羧酸高效减水剂，减水剂的添加量为所述水、水泥、粉煤灰、河砂、总质量的0.03％～0.3％，优选0.055％，将减水剂倒入水中使减水剂充分分散，将水倒入搅拌机搅拌5分钟后，可得所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土。

按实施例五的方法制备的混凝土，制作三块尺寸为70.7mm×70.7mm× 70.7mm抗压性能的试块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后,测量劈裂抗拉性能的试块尺寸为100mm×100mm×100mm,制作三块，试块制作1d后拆模,分别养护7d和28d后依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度和劈裂抗拉强度数据统计，结果见(表五)：

表五

综上所述的5个实施例7d和28d的抗压强度和坑劈裂强度，局满足工程设计规范的要求，但从表六中可以看出(见表六)：

表六

表六中可以看出7d和28d抗压强度、7d和28d劈裂抗拉强度最好的是实施例四，因此，实施例四是最佳比例配置。实施例五的数据可以看出，当河砂与沙漠砂的质量比小于或等于0.6：0.4时，抗压和劈裂抗拉强度下降，因此当河砂与沙漠砂的质量在(0.9～0.6):(01～0.4)时为最佳质量比范围。

表六中的数据比对可以得出，当沙漠砂钢纤维高性能混凝土按质量百分比计，水：水泥：粉煤灰：砂＝1：1.47：1.47：1.059，沙漠砂替代率为30％，粉煤灰的掺量为50％，水泥的掺量为50％，钢纤维的掺量为1.5％(体积比)，减水剂的掺量为0.055％，此时混凝土的性能最好。

以上就是本发明实施方式的具体说明。最后说明的是：以上实例只是示范性的例子，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的技术工作人员来说，在不脱离本发明的原理和不改变本发明的原材料的前提下，可以对本发明的原材料的品牌和掺量进行更改和变化，而这些更改和变化也在本发明受保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种沙漠砂钢纤维高性能混凝土，其特征在于：所述混凝土的组成为水、水泥、粉煤灰、砂，所述砂由河砂与沙漠砂组成，其质量比为(0.9～0.6)：(0.1～0.4)其中，按质量百分比计，水：水泥：粉煤灰：砂＝1：1.47：1.47：1.059；以水、水泥、粉煤灰、砂混合均匀后的总体积为基数，钢纤维的掺量是混凝土体积的1.5％。

2.如权利要求1所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土，其特征在于：所述水泥P.O 42.5普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。

3.如权利要求2所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土，其特征在于：所述混凝土中添加有减水率为30％聚羧酸高性能减水剂，所述减水剂添加量为所述水、水泥、粉煤灰、河砂、总质量的0.055％。

4.如权利要求3所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土，其特征在于：所述钢纤维为镀铜微丝钢纤维，直径为0.2mm,长度为13mm。

5.如权利要求4所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土，其特征在于：所述河砂为黄河水洗河砂，其直径Dmax＝1.18mm，所述沙漠砂平均直径为0.238mm。

6.如权利要求1至5任意一项所述沙漠砂钢纤维高性能混凝土，其特征在于：所述的河砂与沙漠砂质量比为:0.9：0.1或0.8：0.2或0.7:0.3或0.6:0.4。

7.如权利要求1至5任意一项所述沙漠砂钢纤维高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；

S1:将按比例称取河砂和沙漠砂混合搅拌1min，再将按比例称取的水泥、粉煤灰倒入搅拌机中，先倒入水泥搅拌1分钟，然后将称取粉煤灰倒入搅拌机中搅拌2分钟；

S2:按比例称取钢纤维，加入钢纤维搅拌1min；

S3:按比例称取的减水剂和水，将减水剂倒入水中使其减水剂充分的分散开后，再将其倒入搅拌机中搅拌5分钟，即得所述混凝土。

8.如权利要求7所述的沙漠砂钢纤维高性能混凝土制备方法，其特征在于：S3水温度为5～35℃。