CN108585677A - 一种超高强玄武岩纤维复合混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种超高强玄武岩纤维复合混凝土及其制备方法，其原材料的配合比，水泥：细骨料：粗骨料：粉煤灰：硅粉：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：纤维＝482.6:831:1046:111.6:86:39:1.1:100:19.7:9.5，配合比的单位为kg/m3；所述的纤维包括玄武岩纤维和碳纤维，玄武岩纤维和碳纤维之间的体积比为0.4:1；本发明具有本发明具有能显著改进型钢与混凝土之间的粘结性能，有效发挥钢与混凝土的力学性能大幅度提升SRC结构的承载能力与耐久性能的优点。

Description

一种超高强玄武岩纤维复合混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种超高强玄武岩纤维复合混凝土及其制备方法。
背景技术
随着建筑业的不断发展，型钢混凝土组合结构(简称SRC)已被越来越广泛地应用于大跨度、重型结构、地下、海上工程、高层和超高层建筑。SRC结构中型钢与混凝土之间的粘结效应是保证型钢与混凝土协调工作的重要基础，型钢和混凝土协同工作，以抵抗各种作用效应，才能够充分发挥该种结构的优点。
设计强度等级为C150甚至更高等级的超高强度混凝土已经逐渐用于SRC结构，但在使用中存在两大问题：一是如此高抗压强度的混凝土存在脆性大、韧性低、耐火性差的问题；二是型钢与超高强高性能混凝土之间的自然粘结性能差的问题。所以，不能满足工程中建筑超特高化、超特大跨化、超耐久化、重型化和新型化结构这一趋势的发展要求。此外，将混凝土超特高强化、超特耐久化的制备技术已经成熟，但是此类技术均未能很好地解决SRC结构中型钢与超特高强度混凝土之间粘结性能差的问题。
近年来，纤维增强混凝土发展较快，常用的增强纤维有：钢纤维、炭纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维等。玄武岩纤维具有耐温性能高、耐化学腐蚀性好、与硅酸盐类物料相容性好、抗拉强度高等特点，用作混凝土增强纤维具有较高的性价比。用玄武岩纤维和炭纤维复合作为混凝土增强纤维，通过添加玄武岩纤维，优化混杂纤维种类、形状及掺量，可在提高混凝土性能的条件下，有效降低生产成本。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种超高强玄武岩纤维复合混凝土及其制备方法，能够通过添加玄武岩纤维，优化混杂纤维种类、形状及掺量，可在提高混凝土性能的条件下，有效降低生产成本。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超高强玄武岩纤维复合混凝土，其原材料的配合比，水泥：细骨料：粗骨料：粉煤灰：硅粉：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：纤维＝482.6:831:1046:111.6:86:39:1.1:100:19.7:9.5，配合比的单位为kg/m3；所述的纤维包括玄武岩纤维和碳纤维，玄武岩纤维和碳纤维之间的体积比为0.4:1。
所述的玄武岩纤维长度6毫米，碳纤维长度10～20毫米。
所述的硅粉为30nm纳米硅粉或微硅粉；30nm纳米硅粉的比表面积应不小于4000m2/kg，硅含量应不小于99.9％；微米硅粉的比表面积应不小于25000m2/kg，二氧化硅含量应不小于95％。
所述的消泡剂为AGITAN@P803粉末消泡剂。
所述的膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土高效膨胀剂，细度不大于10％，比表面积大于300m2/kg，限制膨胀率不小于0.05％，28d抗压强度应不小于50MPa，碱含量应不大于0.5％。
所述的减水剂为聚羧酸超塑化剂。
一种超高强玄武岩纤维复合混凝土的制备方法，其步骤为：
步骤一:称取
原材料的配合比，水泥：细骨料：粗骨料：粉煤灰：硅粉：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：纤维＝482.6:831:1046:111.6:86:39:1.1:100:19.7:9.5，配合比的单位为kg/m3；所述的纤维包括玄武岩纤维和碳纤维，玄武岩纤维和碳纤维之间的体积比为0.4:1；
步骤二：在搅拌机中加入步骤一中称取的细骨料和粗骨料，搅拌2～4分钟；得到骨料混合物；将步骤一中称取的水泥、膨胀剂、硅粉、粉煤灰和纤维混合，均匀搅拌3～4分钟，得到粉料混合物；再将骨料混合物和粉料混合物混合后加入水和消泡剂，均匀搅拌2～4分钟，暂停3分钟后再搅拌2～3分钟，得到混合物；
步骤三：蒸汽养护
将步骤二中得到的混合物静停4～6小时，然后升温，升温速度为10℃/小时，至90℃，恒温，恒温使相对湿度大于95％，时间为：48～72小时，然后降温，降温速度为10℃/小时，最后标准养护：温度20℃、相对湿度：95％RH以上，时间：28天，最后得到复合混凝土。
本发明优点和效果是：
本发明在保证抗压强度达到200MPa，同时使得弯曲韧性达到30kN/mm，从而解决了超高强度混凝土脆性大的问题；显著地改进该混凝土与型钢之间的粘结性能，可保证型钢与该混凝土的有效协同工作，从而减少施工流程，节约建筑材料，提高施工效率，具有显著的经济效益；减水剂不含Na2SO4，对提高该混凝土的耐久性有显著效果；消泡剂对混凝土搅拌过程中形成且振捣密实后仍残留在混凝土内的微泡脱泡效果明显，提高了混凝土密实度，从而增强了混凝土的耐久性和剪切稳定性；硅粉是一种无杂质的纳米材料，其颗粒尺寸小、比表面积大，对混凝土微观结构的改善和力学性能的提高有显著的促进作用；玄武岩纤维，优化纤维种类、形状及掺量，有效提高混凝土的抗裂性、抗冲击、抗磨损能力，并防止混凝土在火灾时发生爆裂，使其耐火性能提高30％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
一种超高强玄武岩纤维复合混凝土，其原材料的配合比，水泥：细骨料：粗骨料：粉煤灰：硅粉：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：纤维＝482.6:831:1046:111.6:86:39:1.1:100:19.7:9.5，配合比的单位为kg/m3；所述的纤维包括玄武岩纤维和碳纤维，玄武岩纤维和碳纤维之间的体积比为0.4:1。
这两种纤维的力学性能分别如表1和表2所示。
断裂强度/MPa 断裂伸长度/％ 初始弹性模量/GPa 弹性模量/GPa
>1250 ≤3.5 >95 >40
表1玄武岩纤维基本性能指标
表2碳纤维基本性能指标
所述的水泥采用质量稳定、性能较好的秦岭牌52.5硅酸盐水泥，使用前按照现行建材行业标准《水泥与减水剂相容性试验方法》JC/T1083-2008中的方法对水泥与聚羧酸系超塑化剂进行了适应性试验，试验表明两者相容性良好。该水泥性能指标符合国家现行相关标准的要求，其碱含量少、水化热低、需水性也低。
所述的细骨料用砂采用西安本地的灞河砂，灞河砂颗粒圆滑、质地坚硬、级配良好，符合现行建材行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006及国家标准《建筑用砂》GB/T14684-2011中规定的优质砂标准。其细度模数为2.8，含泥量低于0.3％，氯离子含量低于0.05％。
所述的粗骨料采用泾阳境内级配良好的人工碎石，具有质量致密坚硬，强度高，表面粗糙的特点。碎石的品质应不低于现行建材行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006等相关标准的规定要求。骨料母体岩石的立方体抗压强度不应低于190～240MPa，最大粒径控制在10mm，含泥量低于0.2％，针、片状颗粒含量低于0.5％，投料时采用连续级碎石5～10mm。
所述的粉煤灰为宝鸡热电厂生产的优质I级特细粉煤灰，其品质符合国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2005相关标准要求，细度(0.045mm方孔筛筛余)小于5％，烧失量低于3％，SO3含量为1.5％，比表面积为1100m2/kg。
所述的硅粉选用30nm纳米硅粉或者微硅粉；30nm纳米硅粉的比表面积约为4100m2/kg，硅含量不小于99.9％；微米硅粉的比表面积约为26000m2/kg，二氧化硅含量不小于98％。
所述的减水剂为聚羧酸系混凝土超塑化剂，其品质符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB 8076-2008的规定要求。减水率大于30％，所选择的秦岭牌52.5硅灰复合水泥相容性良好。
所述的膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土高效膨胀剂，其品质符合国家标准《混凝土膨胀剂》GB 23439-2009的规定要求。细度(0.08mm方孔筛筛余)不大于10％，比表面积大于390m2/kg，限制膨胀率不小于0.05％，28d抗压强度大于50MPa，碱含量不大于0.3％。
一种超高强玄武岩纤维复合混凝土的制备方法，其步骤为：
步骤一:称取
原材料的配合比，52.5硅酸盐水泥：灞河砂：人工碎石：I级特细粉煤灰：30nm纳米硅粉：硫铝酸钙类混凝土高效膨胀剂：消泡剂：水：聚羧酸系混凝土超塑化剂：纤维＝482.6:831:1046:111.6:86:39:1.1:100:19.7:9.5，配合比的单位为kg/m3；所述的纤维包括玄武岩纤维和碳纤维，玄武岩纤维和碳纤维之间的体积比为0.4:1；
步骤二：在搅拌机中加入步骤一中称取的细骨料和粗骨料，搅拌2分钟；得到骨料混合物；将步骤一中称取的水泥、膨胀剂、硅粉、粉煤灰和纤维混合，均匀搅拌3分钟，得到粉料混合物；再将骨料混合物和粉料混合物混合后加入水和消泡剂，均匀搅拌4分钟，暂停3分钟后再搅拌3分钟，得到混合物；
步骤三：蒸汽养护
将步骤二中得到的混合物静停6小时，然后升温，升温速度为10℃/小时，至90℃恒温，恒温使相对湿度大于95％，时间为：72小时，然后降温，降温速度为10℃/小时，最后标准养护：温度20℃、相对湿度：95％RH以上，时间：28天，最后得到复合混凝土。
性能测试
按照上述方法配制的用于型钢混凝土组合结构的强度等级为C200的超高强高性能复合混凝土与同等强度等级的一般超高强混凝土性能对比试验结果如表3所示。
表3混凝土性能对比试验结果
从表3可以看出，本发明制备的强度等级为C200的超高强高性能复合混凝土，在能确保强度等级、韧性等力学性能和高耐久性、高可靠性、高工作性、高体积稳定性和经济性等的基础上，明显地改善了混凝土与型钢之间粘结性能比较差的问题，使型钢与混凝土能有效的协同工作，从而简化施工过程，节约建筑材料，提高施工效率，进而带来显著的经济效益，具有广阔的市场前景和较高的工程应用价值。

Claims (7)

1.一种超高强玄武岩纤维复合混凝土，其特征在于，其原材料的配合比，水泥：细骨料：粗骨料：粉煤灰：硅粉：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：纤维＝482.6:831:1046:111.6:86:39:1.1:100:19.7:9.5，配合比的单位为kg/m3；所述的纤维包括玄武岩纤维和碳纤维，玄武岩纤维和碳纤维之间的体积比为0.4:1。
2.根据权利要求1所述的一种超高强玄武岩纤维复合混凝土，其特征在于，所述的玄武岩纤维长度6毫米，碳纤维长度10～20毫米。
3.根据权利要求1所述的一种超高强玄武岩纤维复合混凝土，其特征在于，所述的硅粉为30nm纳米硅粉或微硅粉；30nm纳米硅粉的比表面积应不小于4000m2/kg，硅含量应不小于99.9％；微米硅粉的比表面积应不小于25000m2/kg，二氧化硅含量应不小于95％。
4.根据权利要求1所述的一种超高强玄武岩纤维复合混凝土，其特征在于，所述的消泡剂为AGITAN@P803粉末消泡剂。
5.根据权利要求1所述的一种超高强玄武岩纤维复合混凝土，其特征在于，所述的膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土高效膨胀剂，细度不大于10％，比表面积大于300m2/kg，限制膨胀率不小于0.05％，28d抗压强度应不小于50MPa，碱含量应不大于0.5％。
6.根据权利要求1所述的一种超高强玄武岩纤维复合混凝土，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸超塑化剂。
7.一种超高强玄武岩纤维复合混凝土的制备方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一:称取
原材料的配合比，水泥：细骨料：粗骨料：粉煤灰：硅粉：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：纤维＝482.6:831:1046:111.6:86:39:1.1:100:19.7:9.5，配合比的单位为kg/m3；所述的纤维包括玄武岩纤维和碳纤维，玄武岩纤维和碳纤维之间的体积比为0.4:1；
步骤二：在搅拌机中加入步骤一中称取的细骨料和粗骨料，搅拌2～4分钟；得到骨料混合物；将步骤一中称取的水泥、膨胀剂、硅粉、粉煤灰和纤维混合，均匀搅拌3～4分钟，得到粉料混合物；再将骨料混合物和粉料混合物混合后加入水和消泡剂，均匀搅拌2～4分钟，暂停3分钟后再搅拌2～3分钟，得到混合物；
步骤三：蒸汽养护
将步骤二中得到的混合物静停4～6小时，然后升温，升温速度为10℃/小时，至90℃，恒温，恒温使相对湿度大于95％，时间为：48～72小时，然后降温，降温速度为10℃/小时，最后标准养护：温度20℃、相对湿度：95％RH以上，时间：28天，最后得到复合混凝土。
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