CN108409235B - 一种超高性能纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种超高性能纤维混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高性能纤维混凝土，由水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成。本发明混凝土组分中的硅灰改善了混凝土的密实性和均质性，砂起到了填充和骨架作用，可有效传递应力并支撑载重，同时抑制了混凝土的收缩和开裂，钢纤维抑制并约束了混凝土微裂缝的形成和发展，增加了混凝土的韧性和延性。本发明还公开了一种混凝土的制备方法，将水泥、硅灰、聚丙烯纤维和砂搅拌均匀后再加入聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水总质量为90％的水搅拌均匀，然后加入钢纤维搅拌均匀，最后加入剩余10％的水搅拌均匀，该方法工艺合理，简单高效。

Description

一种超高性能纤维混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属建筑材料制备技术领域，具体涉及一种超高性能纤维混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能纤维混凝土在混凝土结构加固中起提高抗压强度和提高耐久性的作用。超高性能纤维混凝土自身具有较强的变形能力，并与其它混凝土结构构件之间具有较强的粘结性能，对提高混凝土结构构件的抗震性能起着至关重要的作用。目前超高性能纤维混凝土大多由水泥、石子、砂子、水和减水剂组成，密实性和均质性较差，并且混凝土的内部含有较大的孔隙，脆性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种超高性能纤维混凝土。该超高性能纤维混凝土中的硅灰改善了混凝土的密实性和均质性，砂起到了填充和骨架作用，可有效传递应力并支撑载重，同时抑制了混凝土的收缩和开裂，钢纤维抑制并约束了混凝土微裂缝的形成和发展，增加了混凝土的韧性和延性，使该混凝土具有超高的抗压强度和较好的耐久性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，由水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成；所述水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:(0.21～0.24):(1.25～1.28):(0.20～0.28)，聚羧酸高效减水剂的掺量为水泥和硅灰总质量的1.85％～2.39％，有机硅消泡剂的掺量为水泥和硅灰总质量的0.12％～0.14％，钢纤维的掺量为水泥、硅灰、砂、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的3.3％～5.0％，聚丙烯纤维的掺量为水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.20％～0.24％；所述聚丙烯纤维的长度为12mm，直径大于26μm；所述聚羧酸高效减水剂为早强型聚羧酸高效减水剂。
上述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥。
上述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述硅灰的烧失量小于8％，硅灰的比表面积大于15000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量大于90％。
上述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述砂的粒径为0.85mm～2mm。
上述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述钢纤维无端钩，钢纤维的长度为12mm，直径大于26μm，抗拉强度大于1500MPa，弹性模量大于210GPa，密度为7800kg/m3。
上述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述聚羧酸高效减水剂的减水率大于30％。
另外，本发明还公开了一种超高性能纤维混凝土的制备方法，其特征在于，该方法的具体过程为：将水泥、硅灰、聚丙烯纤维和砂搅拌均匀后再加入聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水总质量为90％的水搅拌均匀，然后加入钢纤维搅拌均匀，最后加入剩余10％的水搅拌均匀，得到超高性能纤维混凝土。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的超高性能纤维混凝土中添加了硅灰作为胶凝材料，大幅提高了混凝土的轻度，并改善了混凝土的密实性和均质性；混凝土中的水泥、硅灰和水组成的水泥硅灰浆在混凝土硬化前起到了润滑作用，提高了混凝土的和易性；混凝土中的砂起到了填充和骨架作用，可有效传递应力并支撑载重，同时抑制了混凝土的收缩和开裂；钢纤维抑制了混凝土微裂缝的形成和发展，在微裂缝合并发展成宏观裂缝以后，钢纤维又约束了裂缝的发展，从而增加了混凝土的韧性和延性；聚丙烯纤维显著改善了混凝土表面的收缩裂纹；聚羧酸高效减水剂减少了混凝土的水量，降低了混凝土的水灰比，进一步增加了混凝土的和易性；有机硅消泡剂减少了混凝土表面的气孔、蜂窝和麻面等缺陷，有效提高了混凝土的表观质量，同时减少了混凝土中的含气量，提高了混凝土的密实度，从而提高混凝土的强度；本发明的超高性能纤维混凝土具有超高的抗压强度和较好的耐久性。
2、本发明通过控制超高性能纤维混凝土组分中水泥、硅灰、砂和水的质量比，调节了混凝土的水胶比(水胶比为水的质量与水泥和硅灰的质量比值)，进一步提高了混凝土的抗压强度，同时使混凝土保持较好的流动度，兼顾了混凝土的抗压强度与和易性。
3、本发明的超高性能纤维混凝土组分中采用快硬水泥P.O.52.5R硅酸盐水泥作为胶凝材料，进一步提高了混凝土早期抗压强度，避免了混凝土的表层出现裂纹，有利于提高混凝土的质量。
4、本发明的超高性能纤维混凝土组分中采用长度为12mm且无端钩的钢纤维，钢纤维在混凝土的制备过程中不易搅拌成团，从而使混凝土易于涂抹施工，进一步提高了混凝土的和易性。
5、本发明的混凝土制备方法分为四个阶段，采用分步混合搅拌的方法逐步加入各组分，提高了混凝土中各组分的均匀性，改善了纤维混凝土的流动性，最终得到超高性能纤维混凝土，该方法的工艺合理，简单高效。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明实施例1～实施例5中采用的有机硅消泡剂的型号为SH-Z150。
实施例1
本实施例的一种超高性能纤维混凝土，由P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成；所述硅灰的烧失量为6％，硅灰的比表面积为16000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为92％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.24:1.25:0.2，所述早强型聚羧酸高效减水剂的减水率为35％，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的2.38％，所述有机硅消泡剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.137％，所述钢纤维为上海真强牌钢纤维，钢纤维无端钩，钢纤维的长度为12mm，直径为30μm，抗拉强度为1800MPa，弹性模量为215GPa，密度为7800kg/m3，所述聚丙烯纤维的长度为12mm，直径为30μm，钢纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的3.3％，聚丙烯纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.21％。
本实施例的一种超高性能纤维混凝土的制备方法的具体过程为：将8800gP.O.52.5R硅酸盐水泥、2100g硅灰、50g聚丙烯纤维和11010g砂搅拌2min后再加入260g早强型聚羧酸高效减水剂、15g有机硅消泡剂和1585g水搅拌5min，然后加入800g钢纤维搅拌均匀2min，最后加入176g水搅拌2min，得到超高性能纤维混凝土。
实施例2
本实施例的一种超高性能纤维混凝土，由P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成；所述硅灰的烧失量为5％，硅灰的比表面积为19000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为95％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.21:1.26:0.22，所述早强型聚羧酸高效减水剂的减水率为40％，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的2.35％，所述有机硅消泡剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.12％，所述钢纤维为四川三和牌钢纤维，钢纤维无端钩，钢纤维的长度为12mm，直径为30μm，抗拉强度为2000MPa，弹性模量为211GPa，密度为7800kg/m3，所述聚丙烯纤维的长度为12mm，直径为30μm，钢纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的3.5％，聚丙烯纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.22％。
本实施例的一种超高性能纤维混凝土的制备方法的具体过程为：将9000gP.O.52.5R硅酸盐水泥、1900g硅灰、54g聚丙烯纤维和11340g砂搅拌2min后再加入256g早强型聚羧酸高效减水剂、13g有机硅消泡剂和1785g水搅拌5min，然后加入857g钢纤维搅拌均匀2min，最后加入195g水搅拌2min，得到超高性能纤维混凝土。
实施例3
本实施例的一种超高性能纤维混凝土，由P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成；所述硅灰的烧失量为7％，硅灰的比表面积为19000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为94％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.22:1.27:0.24，所述早强型聚羧酸高效减水剂的减水率为33％，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的2.35％，所述有机硅消泡剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.12％，所述钢纤维为巩义市大昌耐火材料有限公生产的钢纤维，钢纤维无端钩，钢纤维的长度为12mm，直径为28μm，抗拉强度为2100MPa，弹性模量为215GPa，密度为7800kg/m3，所述聚丙烯纤维的长度为12mm，直径为28μm，钢纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的4％，聚丙烯纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.24％。
本实施例的一种超高性能纤维混凝土的制备方法的具体过程为：将8900gP.O.52.5R硅酸盐水泥、1960g硅灰、58g聚丙烯纤维和11305g砂搅拌2min后再加入255g早强型聚羧酸高效减水剂、13g有机硅消泡剂和1926g水搅拌5min，然后加入983g钢纤维搅拌均匀2min，最后加入210g水搅拌2min，得到超高性能纤维混凝土。
实施例4
本实施例的一种超高性能纤维混凝土，由P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成；所述硅灰的烧失量为4％，硅灰的比表面积为20000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为94％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.23:1.28:0.26，所述早强型聚羧酸高效减水剂的减水率为35％，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的1.91％，所述有机硅消泡剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.14％，所述钢纤维为上海真强牌钢纤维，钢纤维无端钩，钢纤维的长度为12mm，直径为30μm，抗拉强度为1800MPa，弹性模量为215GPa，密度为7800kg/m3，所述聚丙烯纤维的长度为12mm，直径为30μm，钢纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的5.0％，聚丙烯纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.20％。
本实施例的一种超高性能纤维混凝土的制备方法的具体过程为：将8500gP.O.52.5R硅酸盐水泥、1955g硅灰、45g聚丙烯纤维和10880g砂搅拌2min后再加入200g早强型聚羧酸高效减水剂、14.5g有机硅消泡剂和1990g水搅拌5min，然后加入1185g钢纤维搅拌均匀2min，最后加入176g水搅拌2min，得到超高性能纤维混凝土。
实施例5
本实施例的一种超高性能纤维混凝土，由P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成；所述硅灰的烧失量为6％，硅灰的比表面积为20000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为95％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.24:1.26:0.28，所述早强型聚羧酸高效减水剂的减水率为35％，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的1.86％，所述有机硅消泡剂的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.12％，所述钢纤维为巩义市大昌耐火材料有限公生产的钢纤维，钢纤维无端钩，钢纤维的长度为12mm，直径为28μm，抗拉强度为2100MPa，弹性模量为215GPa，密度为7800kg/m3，所述聚丙烯纤维的长度为12mm，直径为28μm，钢纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂、早强型聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的4.5％，聚丙烯纤维的掺量为P.O.52.5R硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.20％。
本实施例的一种超高性能纤维混凝土的制备方法的具体过程为：将8700gP.O.52.5R硅酸盐水泥、2088g硅灰、48g聚丙烯纤维和10960g砂搅拌2min后再加入200g早强型聚羧酸高效减水剂、13g有机硅消泡剂和2195g水搅拌5min，然后加入1095g钢纤维搅拌均匀2min，最后加入240g水搅拌2min，得到超高性能纤维混凝土。
根据CECS 13-2009《纤维混凝土试验方法标准》和GB/T 31387-2015《活性粉末混凝土》中试块性能试验方法，对实施例1～实施例5制作得到的超高性能纤维混凝土的性能进行检测，具体方法为：采用100mm×100mm×100mm的标准试模制作立方体试块，按标准养护方法养护28天，进行立方体抗压强度试验，结果见下表1。
表1实施例1～实施例5的超高性能纤维混凝土的抗压性能
Figure BDA0001603060910000081
由表1可知，本发明实施例1～实施例5的超高性能纤维混凝土试块抗压强度均为98MPa以上，符合超高性能纤维混凝土的抗压强度在96MPa以上的要求；实施例1～实施例5的超高性能纤维混凝土中的水胶比分别为0.16、0.18、0.20、0.21和0.22，说明随着水胶比的增大，超高性能纤维混凝土试块的抗压强度降低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，由水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成；所述水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:(0.21～0.24):(1.25～1.28):(0.20～0.28)，聚羧酸高效减水剂的掺量为水泥和硅灰总质量的1.85％～2.39％，有机硅消泡剂的掺量为水泥和硅灰总质量的0.12％～0.14％，钢纤维的掺量为水泥、硅灰、砂、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的3.3％～5.0％，聚丙烯纤维的掺量为水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.20％～0.24％；所述聚丙烯纤维的长度为12mm，直径大于26μm；所述聚羧酸高效减水剂为早强型聚羧酸高效减水剂；所述砂的粒径为0.85mm～2mm。
2.根据权利要求1所述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述硅灰的烧失量小于8％，硅灰的比表面积大于15000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量大于90％。
4.根据权利要求1所述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述钢纤维无端钩，钢纤维的长度为12mm，直径大于26μm，抗拉强度大于1500MPa，弹性模量大于210GPa，密度为7800kg/m3。
5.根据权利要求1所述的一种超高性能纤维混凝土，其特征在于，所述聚羧酸高效减水剂的减水率大于30％。
6.一种制备如权利要求1～5中任一权利要求所述的超高性能纤维混凝土的方法，其特征在于，该方法的具体过程为：将水泥、硅灰、聚丙烯纤维和砂搅拌均匀后再加入聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水总质量为90％的水搅拌均匀，然后加入钢纤维搅拌均匀，最后加入剩余10％的水搅拌均匀，得到超高性能纤维混凝土。
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