CN108675724A - 一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法。所述混凝土包括混凝土基料和钢渣纤维，其中混凝土基料包括以下重量配比的成分：粉煤灰9～12份、水泥27～35份、粗骨料90～130份、细骨料60～80份、水14～18份和减水剂0.7～0.9份，所述钢渣纤维的用量为每立方米所述混凝土基料中含所述钢渣纤维3～5kg。所得混凝土具有良好的和易性，硬化后具有良好的抗压强度、剪切强度、抗折强度、抗渗性、韧性、和易性以及抗冻融性。

Description

一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土，通常是以水泥为胶凝材料，添加骨料胶结成整体的工程复合材料，广泛应用于土木工程。由于混凝土多用在露天环境中，因此对抗裂性能、耐久性、抗冻性等具有较高要求。现有技术中，聚丙烯纤维多被用来加入混凝土中来改善混凝土性能，提高其抗裂性能、耐久性和抗冻性，然而聚丙烯纤维的弹性模量一般低于硬化混凝土，它对混凝土只能起阻裂增韧、抗磨抗渗的作用，且对抗裂性能提高有限，对硬化混凝土的抗拉、抗弯强度提高也不大。普通聚丙烯纤维还具有柔性大、不亲水、和水泥基质结合较差的缺点，以及搅拌时易结团、均匀分散困难、和混凝土齿合程度不够的问题。但聚丙烯纤维价格低廉、施工方便，故仍在混凝土中得以广泛应用。钢纤维和碳纤维在增加混凝土抗裂性、耐久性方面表现更为出色，然而价格较高，间接提高了混凝土的成本。
我国的炼钢产业中会产生大量钢渣，每年钢渣排放量可达上千万吨。钢渣不仅需要占用大量场地进行存放，同时还会污染环境。将钢渣进行再次利用，既可以带来直接的经济效益，又可以保护环境，具有积极的社会效益。现有技术中有将钢渣加入混凝土中的应用，用以降低混凝土的成本，钢渣加入量较低时可以提高混凝土的耐磨性和硬度，但钢渣加入量超过20％时反而降低混凝土的硬度以及抗冻性，且钢渣的不稳定性也会使其对混凝土的性能变化趋势难以准确预测。
发明内容
针对聚丙烯纤维对提高混凝土抗裂性效果不大、钢纤维和碳纤维成本高、钢渣直接用于混凝土时效果不稳定的技术问题，本发明提供一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法。
以及，本发明还提供了上述含有钢渣纤维的混凝土的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：
一种含有钢渣纤维的混凝土，包括以下重量配比的成分：包括混凝土基料和钢渣纤维，其中混凝土基料包括以下重量配比的成分：粉煤灰9～12份、水泥27～35份、粗骨料90～130份、细骨料60～80份、水14～18份和减水剂0.7～0.9份，所述钢渣纤维的用量为每立方米所述混凝土基料中含所述钢渣纤维3～5kg。
本发明将钢渣制成钢渣纤维后加入混凝土基料中，通过其在混凝土基料中大量的均布，在混凝土内部形成三维乱向支撑体系，能够有效控制水泥基体收缩及离析裂缝的形成，避免了贯通毛细孔道的形成，有效提高混凝土的抗裂、抗渗能力；不受水泥高碱度水化产物的侵蚀，耐酸碱度高，增强了混凝土的耐久性；改善了混凝土的韧性，使得抗冲击性、抗疲劳能力显著提高；对温度应力等具有减缓作用，从而改善了混凝土的抗冻性能。由于钢渣纤维强度及弹性模量均高于聚丙烯纤维，因此与聚丙烯纤维相比，可以赋予混凝土更佳的抗裂、抗拉、抗折性能。同时，钢渣纤维还提高了施工和易性以及混凝土硬化后的耐磨性能。并且，钢渣纤维成本明显低于钢纤维、碳纤维。与钢渣相比，钢渣纤维性质更稳定，加入混凝土后更容易控制和预测其对混凝土各方面性能的改变。
粉煤灰在混凝土中发挥了填充效应并发生火山灰反应，使混凝土更加致密，从而降低混凝土的渗透性，减少氯盐侵入混凝土导致金属锈蚀所引起的混凝土开裂。减水剂能够降低混凝土的用水量，提高耐久性。粗骨料能够降低水泥用量，提高混凝度强度。细骨料可以改善粗骨料颗粒较大、颗粒之间存在空缺的几率大的缺陷，以及颗粒沉降速度过快而导致分布不均匀的问题，并可改善流动性，有利于混凝土在生产和使用中的泵送。
优选地，所述钢渣纤维为短切钢渣纤维，所述短切钢渣纤维的直径为13～20μm，长度为18～30mm。短切钢渣纤维与水泥混凝土混合时分散性、相容性以及和易性更好。并且，短切钢渣纤维有较大的长径比，在一定体积掺量的情况下，纤维表面积大，与混凝土接触面积大，从而使短切钢渣纤维与混凝土结合能力大大加强，当混凝土有开裂趋势时，短切钢渣纤维不易从混凝土中被拉拔而脱离，从而使纤维强度得以更好发挥、更有效地增加混凝土的抗裂性。
优选地，所述钢渣纤维的生产方法为：将钢渣加热至熔融，得到熔融液，将熔融液通入甩丝机中，在离心力的作用下制成直径为13～20μm的连续纤维，并同时向所述连续纤维喷吹冷空气使所述连续纤维成型；将所述连续纤维切成长度为18～30mm的短切纤维，即得。该生产方法通过对甩丝机的参数调整，即可控制所得纤维的直径规格，且能够连续生产、效率高；经冷空气喷吹降温，纤维即可冷却成型；连续纤维被切断后，能够更均匀地分散在混凝土中发挥作用。
优选地，所述钢渣中包括以下重量百分比的下列组分：CaO 30％～35％、SiO2 27～35％、Fe2O3 13～27％、MgO 4～9％和Al2O3 11～18％。钢渣组分在该比例下，能够使其在熔融状态时具备较好的流动性，成纤初期粘度低，更易通过甩丝机甩出，并且在成纤后期随着温度下降，粘度逐渐上升，使物料成纤。组分中铁的含量使钢渣熔融物既具有随温度变化的敏感度，又不至于过于敏感而导致粘度变化过大而影响成纤生产过程和纤维品质。
优选地，所述加热的温度为1500～1600℃。钢渣在该温度下熔融后具有更好的流动性和适宜成纤的粘度。
优选地，所述冷空气的温度为10～20℃。该温度的冷空气能够使纤维温度快速下降、粘度增加而成型。
优选地，所述水泥为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥具有更高的硬度，更适宜生产高强度和高耐久性混凝土。
优选地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。聚羧酸高性能减水剂对于水泥粒子有很强的分散作用，对各种水泥适应性好，与混凝土中其他成分配伍良好，可改善混凝土的和易性，并全面提高和改善混凝土硬化后的各种性能，强度提高幅度可达20-60％。
优选地，所述细骨料为粒径为0.2～1.5mm的河砂，一方面可以填补粗骨料之间的间隙、改善混凝土的流动性、颗粒分布均匀性，另一方面又不至于粒度过小而降低混凝土硬化后的强度。所述粗骨料为粒径为5～25mm的碎石，粗骨料粒径大，能够减少水泥用量、提高硬度，但粒径过大则碎石之间的空隙率增大，反而使硬度降低，而粒径过小则比表面积增加，增加了水泥的用量，提高了成本且降低了硬度。
以及，本发明实施例还提供了上述含有钢渣纤维的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、按所述混凝土配方称取所述混凝土基料各成分和所述钢渣纤维；
步骤b、将所述水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、钢渣纤维混合均匀；
步骤c、将所述减水剂、水混合均匀；
步骤d、将步骤b所得混合物与步骤c所得混合物进行混合搅拌60-180秒，即得。
上述操作步骤工艺简单，易于实施，适合该混凝土的工业化生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法。
一种含有钢渣纤维的混凝土，包括混凝土基料和钢渣纤维，其中混凝土基料包括以下重量配比的成分：粉煤灰9份、硅酸盐水泥27份、粒径为5～25mm的碎石90份、粒径为0.2～1.5mm的河砂60份、水14份和聚羧酸高性能减水剂0.7份，钢渣纤维的用量为每立方米所述混凝土基料中含所述钢渣纤维3kg。其中钢渣纤维的生产方法为：将钢渣(包括以下重量百分比的下列组分：CaO 30％、SiO2 35％、Fe2O3 13％、MgO 4％和Al2O3 18％)加热至1500～1600℃，得到熔融液，将熔融液通入甩丝机中，在离心力的作用下制成直径为13～20μm的连续纤维，并同时向所述连续纤维喷吹10～20℃冷空气使连续纤维成型；将所述连续纤维切成长度为18～30mm的短切纤维，即得。
混凝土的制备方法为：
步骤a、按所述混凝土配方称取所述混凝土基料各成分和所述钢渣纤维；
步骤b、将所述水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、钢渣纤维混合均匀；
步骤c、将所述减水剂、水混合均匀；
步骤d、将步骤b所得混合物与步骤c所得混合物进行混合搅拌60秒，即得。
实施例2
本实施例提供了一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法。
一种含有钢渣纤维的混凝土，包括混凝土基料和钢渣纤维，其中混凝土基料包括以下重量配比的成分：粉煤灰10份、硅酸盐水泥35份、粒径为5～25mm的碎石110份、粒径为0.2～1.5mm的河砂70份、水17份和聚羧酸高性能减水剂0.9份，钢渣纤维的用量为每立方米所述混凝土基料中含所述钢渣纤维5kg。其中钢渣纤维的生产方法同实施例1，所用钢渣包括以下重量百分比的下列组分：CaO 35％、SiO2 30％、Fe2O3 15％、MgO 9％和Al2O3 11％。
混凝土的制备方法为：
步骤a、按所述混凝土配方称取所述混凝土基料各成分和所述钢渣纤维；
步骤b、将所述水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、钢渣纤维混合均匀；
步骤c、将所述减水剂、水混合均匀；
步骤d、将步骤b所得混合物与步骤c所得混合物进行混合搅拌120秒，即得。
实施例3
本实施例提供了一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法。
一种含有钢渣纤维的混凝土，包括混凝土基料和钢渣纤维，其中混凝土基料包括以下重量配比的成分：粉煤灰10份、硅酸盐水泥30份、粒径为5～25mm的碎石105份、粒径为0.2～1.5mm的河砂75份、水18份和聚羧酸高性能减水剂0.8份，钢渣纤维的用量为每立方米所述混凝土基料中含所述钢渣纤维4kg。其中钢渣纤维的生产方法同实施例1，所用钢渣包括以下重量百分比的下列组分：CaO 30％、SiO2 27％、Fe2O3 25％、MgO 7％和Al2O3 11％。
混凝土的制备方法为：
步骤a、按所述混凝土配方称取所述混凝土基料各成分和所述钢渣纤维；
步骤b、将所述水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、钢渣纤维混合均匀；
步骤c、将所述减水剂、水混合均匀；
步骤d、将步骤b所得混合物与步骤c所得混合物进行混合搅拌180秒，即得。
实施例4
本实施例提供了一种含有钢渣纤维的混凝土及其制备方法。
一种含有钢渣纤维的混凝土，包括混凝土基料和钢渣纤维，其中混凝土基料包括以下重量配比的成分：粉煤灰12份、硅酸盐水泥30份、粒径为5～25mm的碎石130份、粒径为0.2～1.5mm的河砂80份、水16份和聚羧酸高性能减水剂0.8份，钢渣纤维的用量为每立方米所述混凝土基料中含所述钢渣纤维4kg。其中钢渣纤维的生产方法同实施例1，所用钢渣包括以下重量百分比的下列组分：CaO 30％、SiO2 22％、Fe2O3 27％、MgO 5％和Al2O3 16％。
混凝土的制备方法为：
步骤a、按所述混凝土配方称取所述混凝土基料各成分和所述钢渣纤维；
步骤b、将所述水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、钢渣纤维混合均匀；
步骤c、将所述减水剂、水混合均匀；
步骤d、将步骤b所得混合物与步骤c所得混合物进行混合搅拌160秒，即得。
对实施例3制得的钢渣纤维进行性能检验，结果见表1。
表1
试验项目 用于混凝土的短切钢渣纤维
拉伸强度/Mpa ≥1150
弹性模量/Gpa ≥80
断裂伸长率/％ ≤3.0
耐碱性能，单丝断裂强度保留率/％ ≥75
由结果可见，实施例3所制得的钢渣纤维具有优异的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率以及耐碱性。
对实施例3所得含有钢渣纤维的混凝土进行性能检验，结果见表2。
表2
由结果可见，掺拌短切钢渣纤维的混凝土具有更好的抗压强度、剪切强度、抗折强度、抗渗性、韧性、和易性以及抗冻融性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，包括混凝土基料和钢渣纤维，其中混凝土基料包括以下重量配比的成分：粉煤灰9～12份、水泥27～35份、粗骨料90～130份、细骨料60～80份、水14～18份和减水剂0.7～0.9份，所述钢渣纤维的用量为每立方米所述混凝土基料中含所述钢渣纤维3～5kg。
2.根据权利要求1所述的含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，所述钢渣纤维为短切钢渣纤维，所述短切钢渣纤维的直径为13～20μm，长度为18～30mm。
3.根据权利要求2所述的含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，所述钢渣纤维的生产方法为：将钢渣加热至熔融，得到熔融液，将熔融液通入甩丝机中，在离心力的作用下制成直径为13～20μm的连续纤维，并同时向所述连续纤维喷吹冷空气使所述连续纤维成型；将所述连续纤维切成长度为18～30mm的短切纤维，即得。
4.根据权利要求3所述的含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，所述钢渣中包括以下重量百分比的下列组分：CaO 30％～35％、SiO2 27～35％、Fe2O3 13～27％、MgO 4～9％和Al2O3 11～18％。
5.根据权利要求3所述的含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，所述加热的温度为1500～1600℃。
6.根据权利要求3所述的含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，所述冷空气的温度为10～20℃。
7.根据权利要求1所述的含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥。
8.根据权利要求1所述的含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
9.根据权利要求1所述的含有钢渣纤维的混凝土，其特征在于，所述细骨料为粒径为0.2～1.5mm的河砂；和/或
所述粗骨料为粒径为5～25mm的碎石。
10.一种权利要求1～9任一项所述含有钢渣纤维的混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、按所述混凝土配方称取所述混凝土基料各成分和所述钢渣纤维；
步骤b、将所述水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、钢渣纤维混合均匀；
步骤c、将所述减水剂、水混合均匀；
步骤d、将步骤b所得混合物与步骤c所得混合物进行混合搅拌60-180秒，即得。
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