CN109369091B - 一种混杂玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混杂玄武岩纤维增强混凝土，该混凝土包括短切玄武岩纤维束，其体积含量在0.1～0.8％之间；短切玄武岩纤维，其体积含量在0.1～0.2％之间。短切玄武岩纤维束与常规尺寸的骨料匹配得更好，使得短切玄武岩纤维束与混凝土基体形成很好的密实度，很好的增加与混凝土的粘结性能，短切玄武岩纤维能够更好的填充到骨料之间的空隙中以及骨料与短切玄武岩纤维束之间的空隙中，抑制了混凝土微裂缝的产生和发展，达到增强增韧的效果，提升混凝土的抗压、劈裂抗拉、抗折等基本力学性能，混杂玄武岩纤维增强混凝土的抗压强度提高15％以上，抗折强度提高70％以上，劈裂抗拉强度提高110％以上，而且提高混凝土的耐久性能，具有良好的应用前景。

Description

一种混杂玄武岩纤维增强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，具体涉及一种混杂玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是一种人造脆性材料，具有较高的抗压强度，得到了广泛的应用。但是混凝土抗拉强度低，易开裂，影响了混凝土工程的可靠性和耐久性。纤维混凝土可通过纤维控制混凝土的裂缝，可以提高混凝土的抗拉强度，并改善混凝土的综合性能。玄武岩纤维(BF)是一种新型的纤维，具有极高的抗拉强度，达到3000MPa以上，且抗腐蚀性强，耐高温，不仅能够提升混凝土的力学性能，而且能够提升混凝土的耐久性能。因此玄武岩纤维成为目前国内研究的热点。研究表明，短切玄武岩纤维可以改善混凝土的耐久性能，而且对混凝土的微裂缝的开展有很好的抑制作用，但是对混凝土的抗压强度、抗折强度增强效果不是很明显，甚至随着纤维掺量的增加还会降低混凝土的抗压强度。

发明内容

为了至少解决以上提到现有技术存在的技术问题之一，本发明公开了一种混杂玄武岩纤维增强混凝土，该混凝土包括短切玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维，该短切玄武岩纤维束的体积含量在0.1～0.8％之间；该短切玄武岩纤维的体积含量在0.1～0.2％之间。

本发明一些实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土，短切玄武岩纤维束的长度设置在20～60mm之间，直径设置在0.2～1.2mm之间。

本发明一些实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土，短切玄武岩纤维束的长径比设置在25～300之间。

本发明一些实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土，短切玄武岩纤维束为圆柱形。

本发明一些实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土，短切玄武岩纤维的长度设置在5～20mm之间，直径设置在10～20μm之间

本发明一些实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土，该混凝土还包括骨料、胶凝材料和减水剂。

本发明一些实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土，减水剂包括聚羧酸类减水剂、萘系减水剂、木钙类减水剂或者复合减水剂。

另一方面，本发明一些实施例还公开了一种混杂玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：

(a)、将骨料、凝胶材料搅拌均匀，得到骨料混合料；

(b)、将短切玄武岩纤维束、短切玄武岩纤维加入骨料混合料中，搅拌，在搅拌过程中逐步加入混合液，继续搅拌均匀，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土。

进一步，本发明一些实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(a)、将骨料、凝胶材料搅拌1～3分钟，搅拌均匀，得到骨料混合料；

(b)、将短切玄武岩纤维束、短切玄武岩纤维加入骨料混合料中，搅拌1～3分钟，在搅拌过程中逐步加入水和减水剂混合液，继续搅拌2～5分钟，搅拌均匀，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土。

本发明一些实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，还包括步骤：

将混杂玄武岩纤维增强混凝土装入模具，养护成型，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土制品。

另一方面，本发明一些实施例还公开了一种混杂玄武岩纤维增强混凝土制品，由本发明实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土的制备方法制备得到。

另一方面，本发明一些实施例还公开了用于增强混凝土的短切玄武岩纤维束的制备方法，包括步骤：(a)玄武岩纤维丝合股，得到玄武岩纤维束；(b)玄武岩纤维束浸胶、成形；(c)将浸胶后的玄武岩纤维束切割，得到用于增强混凝土的短切玄武岩纤维束。

本发明公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土中，短切玄武岩纤维束与常规尺寸的骨料匹配得更好，使得短切玄武岩纤维束与混凝土基体形成很好的密实度，很好的增加与混凝土的粘结性能，短切玄武岩纤维能够更好的填充到骨料之间以及骨料与短切玄武岩纤维束之间的空隙中，达到增强增韧的效果，抑制混凝土微裂缝的产生和发展，提升混凝土的抗压、劈裂抗拉、抗折等基本力学性能，而且提高混凝土的耐久性能，混杂玄武岩纤维增强混凝土的抗压强度提高15％以上，抗折强度提高50％以上，劈裂抗拉强度提高100％以上，使其在水电站、港口码头、跨海大桥、机场跑道、高速公路等建筑结构中具有良好的应用前景。

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本法实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本发明中的其它未特别注明的原材料、试剂、试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常使用的原材料和试剂，以及通常采用的实验方法和技术手段。本文述及的骨料，通常是指本领域技术人员所知晓的混凝土用的骨料，包括但不限于石头、砂子等；本文述及的胶凝材料包括但不限于水泥等。

本公开所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。浓度、量和其它数值数据在本文中可以以范围格式表示或呈现。这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。

在本公开，包括权利要求书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。连接词“由...构成”和“由...组成”是封闭连接词。

为了更好的说明本发明内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备、原料组成、分子结构等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

在一些实施方式中，混杂玄武岩纤维增强混凝土包括短切玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维，其中短切玄武岩纤维束的体积含量在0.1～0.8％之间，短切玄武岩纤维的体积含量在0.1～0.2％之间。作为较为优选技术方案，短切玄武岩纤维束的体积含量设置在0.2～0.5％之间，短切玄武岩纤维的体积含量设置在0.1～0.16％之间。作为可选技术方案，短切玄武岩纤维束的长度设置在20～60mm之间，直径设置在0.2～1.2mm之间。进一步，作为可选技术方案，短切玄武岩纤维束的长径比设置在25～300之间。作为可选技术方案，短切玄武岩纤维束的形状为圆柱形；作为可选技术方案，短切玄武岩纤维的长度设置在5～20mm之间，直径设置在10～20μm之间。

短切玄武岩纤维对提高混凝土的抗压强度、抗折强度的效果有限，但是本发明公开发现，短切玄武岩纤维可以有效抑制混凝土微裂缝的开展，而短切玄武岩纤维束能够增加与混凝土的粘结性能，能够有效提高混凝土的力学性能，例如抗压、劈裂抗拉、抗折等，还能有效地提升混凝土的耐久性，本发明公开将短切玄武岩纤维和短切玄武岩纤维束混合掺杂，用与增强混凝土的力学性能和耐久性，而且具有很好抑制微裂缝产生和发展的良好效果。

在一些实施方式中，混杂玄武岩纤维增强混凝土还包括骨料、胶凝材料和减水剂。作为可选技术方案，减水剂包括聚羧酸类减水剂、萘系减水剂、木钙类减水剂或者复合减水剂。

在另一些实施方式中，公开了一种混杂玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：(a)、将骨料、凝胶材料搅拌均匀，得到骨料混合料；(b)、将短切玄武岩纤维束、短切玄武岩纤维加入骨料混合料中，搅拌，在搅拌过程中逐步加入混合液，继续搅拌均匀，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土。进一步地，混杂玄武岩纤维增强混凝土的制备方法包括如下步骤：(a)、将骨料、凝胶材料搅拌1～3分钟，搅拌均匀，得到骨料混合料；(b)、将短切玄武岩纤维束、短切玄武岩纤维加入骨料混合料中，搅拌1～3分钟，在搅拌过程中逐步加入水和减水剂混合液，继续搅拌2～5分钟，搅拌均匀，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土。在一些实施方式中，减水剂包括聚羧酸类减水剂、萘系减水剂、木钙类减水剂或者复合减水剂。

进一步，本发明一些实施方式中，混杂玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，还包括将混杂玄武岩纤维增强混凝土装入模具，养护成型，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土制品。本文中述及的模具为本领域技术人员所熟知的类型，可以根据混杂玄武岩纤维增强混凝土制品的需要设置。

本发明一些实施例中，还公开了用于增强混凝土的短切玄武岩纤维束的制备方法，包括步骤：(a)玄武岩纤维丝合股，得到玄武岩纤维束；(b)玄武岩纤维束浸胶、成形；(c)将成形后的玄武岩纤维束切割，得到用于增强混凝土的短切玄武岩纤维束。

作为可选实施方式，步骤(a)通常为，将玄武岩纤维丝合股，形成预定形状和尺寸的玄武岩纤维束。在一些实施方式中，玄武岩纤维丝的直径设置为8～20μm，将多根玄武岩纤维丝按照通常方式合股形成束状的玄武岩纤维，可以控制束状玄武岩纤维的形状，以便在后续步骤中控制其形状，得到预定形状的短切玄武岩纤维束，例如可以控制玄武岩纤维束为棒状，以便在后续步骤中控制得到圆柱形的短切玄武岩纤维束。在一些实施方式中，玄武岩纤维丝合股，形成直径为0.2～1.0mm的玄武岩纤维束。

作为可选实施方式，步骤(b)通常为，将玄武岩纤维束整体浸渍在胶中，在升高的温度下成形，得到玄武岩纤维束。具体地，将得到的一定形状的玄武岩纤维束整体放入盛放有胶的容器中，使得容器中的胶完全覆盖玄武岩纤维束，使得玄武岩纤维束中的玄武岩纤维丝与胶充分接触，得到浸渍有胶的玄武岩纤维束，控制浸渍有胶的玄武岩纤维束的形状在升高的温度下成形，得到预定形状的玄武岩纤维束。在一些实施方式中，该升高的温度可以选择50～120℃。在一些实施方式中，浸渍玄武岩纤维束的胶包括酚醛树脂、乙烯基树脂、聚酯树脂。经过浸胶处理的玄武岩纤维束可以减少其对混凝土流动性的阻碍，同时浸胶的玄武岩纤维束表面特性也很好的改善了玄武岩纤维束与水泥基体的粘结性能，例如，粘结强度、界面结构等，促进了水泥基体的强度的提高。

实施例1

本实施例1对混杂玄武岩纤维增强混凝土的立方体抗压强度进行示例性比较。

混凝土的配料和组分为，水灰比为0.34，水泥强度为42.5，其他配合比见表1。

本实施例采用的立方体试验块的尺寸为150mm×150mm×150mm的试件，每组三个试件，共进行7组实验，每一组实验的组分见表2所示。

表1混凝土配合比

表2实施例1立方体抗压强度实验组分列表

L1-0为对照实验，短切玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维的掺量为0。L1-1至L1-6为不同短切玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维含量的实验，表中列出了短切玄武岩纤维束含量、短切玄武岩纤维含量、混杂玄武岩纤维增强混凝土试验块的抗压强度和抗压强度的增长率。

从试验数据可知，本发明实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土的抗压强度增加，最高的增长率高达16.14％。

实施例2

本实施例2对混杂玄武岩纤维增强混凝土的劈裂抗拉强度进行示例性比较。

混凝土基准配合比同实施例1。

本实施例采用的立方体试验块的尺寸为150mm×150mm×150mm的试件，每组三个试件，共进行7组实验，每一组实验的组分见表3所示。

表3实施例2立方体劈裂抗拉强度实验组分列表

L2-0为对照实验，短切玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维的掺量为0。L2-1至L2-6为不同短切玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维含量的实验，表中列出了短切玄武岩纤维束含量、短切玄武岩纤维含量、混杂玄武岩纤维增强混凝土试验块的劈裂抗拉强度和劈裂抗压强度的增长率。

从试验数据可知，本发明实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土基体的立方体劈裂抗拉强度明显增加，最高增长率可达111.55％，提高混凝土的韧性。

实施例3

本实施例3对混杂玄武岩纤维束增强混凝土的抗折强度进行示例性比较。

混凝土基准配合比同实施例1。

表4实施例3抗折强度实验组分列表

本实施例采用的试验块的尺寸为100mm×100mm×400mm的试件，每组三个试件，共进行7组实验，每一组实验的组分见表4所示。

L3-0为对照实验，短切玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维的掺量为0。L3-1至L3-6为不同短切玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维含量的实验，表中列出了短切玄武岩纤维束含量、短切玄武岩纤维含量、混杂玄武岩纤维增强混凝土试验块的抗折强度和抗折强度的增长率。

从试验数据可知，本发明实施例公开的混杂玄武岩纤维增强混凝土基体的抗折强度明显增大，最高增长率可达72.46％，提高混凝土的韧性。

本发明实施例公开的混凝土用短切玄武岩纤维束，与常规尺寸的骨料匹配得更好，使得短切玄武岩纤维束与混凝土基体形成很好的密实度，很好的增加与混凝土的粘结性能，短切玄武岩纤维能够更好的填充到骨料之间以及骨料与短切玄武岩纤维束之间的空隙中，抑制了混凝土微裂缝的产生和发展，达到增强增韧的效果，改善混凝土的韧性，提升混凝土的抗压、劈裂、抗拉、抗折等基本力学性能，而且提高混凝土的耐久性能，混杂玄武岩纤维增强混凝土的抗压强度提高15％以上，抗折强度提高70％以上，劈裂抗拉强度提高110％以上，使得短切玄武岩纤维束混凝土在水电站、港口码头、跨海大桥、机场跑道、高速公路等建筑结构中具有良好的应用前景。

本发明公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本发明的构思，并不构成对本发明的限定，凡是对本发明公开的技术细节所做的没有创造性的改变，都与本发明具有相同的发明精神，都在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种混杂玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，该混凝土包括骨料、胶凝材料、减水剂，和：

短切玄武岩纤维束，所述短切玄武岩纤维束的体积含量为0.2%，长度设置在20～60mm之间，直径设置在0.2～1.0mm之间，长径比设置在25～300之间；

短切玄武岩纤维，所述短切玄武岩纤维的体积含量为0.1%，长度设置在5～20mm之间，直径设置在10～20μm之间；

所述短切玄武岩纤维束的制备方法包括：

（a）玄武岩纤维丝合股，得到玄武岩纤维束；其中，玄武岩纤维丝的直径设置为8～20μm；

（b）玄武岩纤维束浸胶、成形；其中，成形在升高的温度50～120℃下进行，浸渍玄武岩纤维束的胶为酚醛树脂、乙烯基树脂或聚酯树脂；

（c）将浸胶后的玄武岩纤维束切割，得到用于增强混凝土的短切玄武岩纤维束；

所述减水剂包括聚羧酸类减水剂、萘系减水剂、木钙类减水剂或者复合减水剂。

2.一种混杂玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，用于制备权利要求1所述的混杂玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，包括以下步骤：

（a）、将骨料、凝胶材料搅拌均匀，得到骨料混合料；

（b）、将短切玄武岩纤维束、短切玄武岩纤维加入骨料混合料中，搅拌，在搅拌过程中逐步加入混合液，继续搅拌均匀，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）、将骨料、凝胶材料搅拌1～3分钟，搅拌均匀，得到骨料混合料；

（b）、将短切玄武岩纤维束、短切玄武岩纤维加入骨料混合料中，搅拌1～3分钟，在搅拌过程中逐步加入水和减水剂混合液，继续搅拌2～5分钟，搅拌均匀，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括步骤：

将混杂玄武岩纤维增强混凝土装入模具，养护成型，得到混杂玄武岩纤维增强混凝土制品。

5.一种混杂玄武岩纤维增强混凝土制品，由权利要求2所述的制备方法制备得到。