CN109665789B - 一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土及其制备方法，涉及海洋建筑工程材料技术领域，主要由海砂混凝土和玻璃纤维组成，两种组分的体积百分比含量为98％的海砂混凝土和2％的玻璃纤维；其中，海砂混凝土由以下原料组成：胶凝材料、珊瑚、海砂、减水剂、防冻剂和海水；本发明的玻璃纤维珊瑚海砂混凝土以珊瑚作为混凝土粗集料，以海砂作为混凝土细集料，就地取材，降低生产成本，提高经济效益；加入减水剂，改善混凝土拌和物的拌和性能和流动性，使细集料和胶凝材料填充珊瑚中的空隙，减少中空，改善力学性能；添加玻璃纤维，解决海洋工程混凝土耐久性差、容易开裂、抗腐蚀能力低等问题，防冻剂还能够改善纤维脆性问题，提高混凝土寿命。

Description

一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及海洋建筑工程材料技术领域，具体涉及一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土及其制备方法。

【背景技术】

随着我国经济的高速发展，土木工程行业在我国得以全面发展，其中海洋工程便在近年来不断成为国家海洋资源战略布局的重心，更经济、快速、高效的建设海洋工程成为了这个时代的迫切需求。混凝土作为土木工程领域最广泛的材料之一，在工程中的需求量极大，而传统混凝土材料在海洋工程储量过少，并不能满足海洋工程的需求，并且于内陆运输传统材料的成本比较昂贵，故选择海洋工程储量丰富的珊瑚和海砂成为混凝土粗集料和混凝土细集料的替代材料可以因地制宜地建设海洋工程，这对于加速建设海洋工程意义重大。

淡水是人类生存不可或缺的资源，而对于建设海洋工程的地区，由于淡水运输成本相对较高，往往需要使用成本相对合理的海水淡化设施和雨水收集系统来获取淡水供人类在该地区生活，这还仅仅是稍微缓解了淡水资源的紧缺，人们的生活用水量还是受到了限制，这明显阻碍这该地区的经济发展，而土木工程的建设需要使用大量的水来进行浇筑及养护，从降低当地人们的用水压力、节约建设成本的角度来说，使用资源丰富的海水参与混凝土的拌养显得十分必要。

玻璃纤维，又叫做玻璃棉，是一种性能优异的无机非金属材料，具有抗腐蚀性好、耐热性强、绝缘性好、抗拉强度高的特点，被广泛运用在建筑、交通、电子、电气、化工、冶金、环境保护、国防等行业中，而由此也会产生大量的废弃玻璃纤维制品，具有良好抗腐蚀性能的废弃玻璃纤维制品无法处置成为当下的一个难题。所以将玻璃纤维的回收再利用不仅能有效减少对环境带来的影响，将其用于拌制混凝土还能够达到减少混凝土的开裂，增强混凝土耐久性的效果。

申请号为CN201410388709.3的中国专利于2014年11月19日公开了一种碳纤维珊瑚混凝土及其制备方法，包括碳纤维珊瑚混凝土和其制备方法，碳纤维的加入在混凝土中增强了其抗裂性能，但是，碳纤维的造价相对于玻璃纤维较为高昂，经济性较低，而且由于碳纤维材料具有的脆性缺点，其制备过程中容易造成纤维的破坏，从而无法保证纤维正常发挥作用。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土及其制备方法，本发明的玻璃纤维珊瑚海砂混凝土以珊瑚作为混凝土粗集料，以海砂作为混凝土细集料，就地取材，降低生产成本，提高经济效益；加入减水剂，改善混凝土拌和物的拌和性能和流动性，使细集料和胶凝材料填充珊瑚中的空隙，减少中空，改善力学性能；添加玻璃纤维，解决海洋工程混凝土耐久性差、容易开裂、抗腐蚀能力低等问题，防冻剂还能够改善纤维脆性问题，提高混凝土寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土，该玻璃纤维珊瑚海砂混凝土由海砂混凝土和玻璃纤维组成，两种组分的体积百分比含量为98％的海砂混凝土和2％的玻璃纤维；所述海砂混凝土的强度等级为C30，由以下重量份的原料组成：胶凝材料450-500份、珊瑚700-800份、海砂800-850份、减水剂3-5份、防冻剂4-8份和海水160-190份。

其中：原料中的珊瑚为北海涠洲岛上分布的条状珊瑚经破碎后过筛得到长度为5-30mm的珊瑚粗骨料；海水和海砂取自北海铁山港区的海洋沙滩，并进行过筛和去除杂质处理，处理后海砂的颗粒级配与河砂相似。

本发明中，进一步地，所述海砂混凝土由以下重量份的原料组成：胶凝材料470份、珊瑚750份、海砂820份、减水剂4份、防冻剂6份和海水170份。

本发明中，进一步地，所述胶凝材料通过以下方法得到：将矿渣微粉、硅微粉、膨胀剂、短切玻璃纤维和磺基丁二酸钠二辛酯按照质量比为4:2-3:1-2:1:0.5-1混合均匀，得到混合物a，在混合物a中加入混合物a总质量0.2-0.4倍的聚羧酸减水剂以及混合物a总质量0.1-0.2倍葡萄糖酸钠，均匀混合，得到胶凝材料；其中，矿渣微粉是通过将去除铁质料和轻物质后的建筑废弃粘土砖料破碎为尺寸≤45mm的块状砖料，磁选后通过立磨超细粉磨，得到矿渣微粉。

本发明中，进一步地，所述玻璃纤维的长度为12-14mm，由废弃玻璃纤维再加工后做成单丝束状，其抗拉强度大于1700MPa。

本发明中，进一步地，所述防冻剂通过以下方法得到：将茶皂素、氯化钙、有机醇胺、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、水杨酸钠和水按照质量比为1:4-5:1:2-3:1:1-2:20-35的比例混合，于35-60℃下搅拌1.5-3小时，然后冷却至室温，即得。

本发明中，进一步地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，用于改善混凝土拌和物的性能。

本发明还提供上述一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土的制备方法，具体为：

(1)将珊瑚和海砂进行晾晒干燥处理，将其含水率控制在1％以内；

(2)将经过步骤(1)干燥后的珊瑚和海砂放进搅拌机干拌至均匀，而后加入一半海水搅拌1-2分钟，使其处于半湿润状态；

(3)将胶凝材料和玻璃纤维进行预拌和，然后放入搅拌机与步骤(2)所得的产物搅拌至均匀；

(4)将步骤(2)中使用剩余的海水加入步骤(3)所得的产物中，并加入减水剂和防冻剂搅拌至均匀，即可制得玻璃纤维珊瑚海砂混凝土。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少包括以下有益效果：

1.本发明的玻璃纤维珊瑚海砂混凝土以珊瑚作为混凝土粗集料，以海砂作为混凝土细集料，就地取材，降低生产成本，提高经济效益；加入减水剂，改善混凝土拌和物的拌和性能和流动性，使细集料和胶凝材料填充珊瑚中的空隙，减少中空，改善力学性能；添加玻璃纤维，解决海洋工程混凝土耐久性差、容易开裂、抗腐蚀能力低等问题，在制备过程中，玻璃纤维先与较细的胶凝材料进行拌和，减少玻璃纤维的损害，防冻剂还能够改善纤维脆性问题，提高混凝土寿命。

2.本发明将玻璃纤维应用于混凝土的制备中，其具有抗腐蚀性好、耐热性强、绝缘性好、抗拉强度高的特点，用于拌制混凝土还能够达到减少混凝土的开裂，增强混凝土耐久性的效果，但是玻璃纤维存在脆性较大、制备过程中容易造成纤维的破坏的问题，混凝土在低温状态下使用，原料中的玻璃纤维在低温中脆性变大导致混凝土开裂、强度降低，寿命减少，本发明通过在原料中加入防冻剂进行脆性改善，通过在制备过程中将玻璃纤维先与较细的胶凝材料进行拌和以防止造成纤维的破坏的问题，防冻剂中的聚乙烯醇、有机醇胺均可达到降低整个体系中孔隙的效果，减少形成的本申请中的混凝土出现麻面或蜂窝状结构的现象；水杨酸钠能够分散过程是将矿物中的胶束分散开，并扩大链层间的层距和孔道内径，实现在混凝土中能有效固定水分子；茶皂素形成大量的微小气泡，当混凝土的使用温度比预定的低，混凝土中的水冻结，水被挤压入气泡中，与玻璃纤维隔绝，对混凝土结构的影响大幅度降低，对混凝土的后期强度没有影响，保证混凝土的后期强度。

3.本发明的混凝土中加入的防冻剂具有无毒、无碱、无氨释放、混凝土坍落度保持好，凝结时间短、与水泥适应性好，可以保持混凝土在-20℃～-30℃下不结冰，能适应各种工程需要。

【具体实施方式】

下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。

实施例1

本实施例所提供的一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土由海砂混凝土和玻璃纤维组成，两种组分的体积百分比含量为98％的海砂混凝土和2％的玻璃纤维；其中，海砂混凝土由以下重量份的原料组成：胶凝材料450份、珊瑚700份、海砂800份、减水剂3份、防冻剂4份和海水160份；玻璃纤维的长度为12mm，由废弃玻璃纤维再加工后做成单丝束状，其抗拉强度大于1700MPa；减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

本实施例还提供上述一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：

(一)制备胶凝材料

将矿渣微粉、硅微粉、膨胀剂、短切玻璃纤维和磺基丁二酸钠二辛酯按照质量比为4:2:1:1:0.5混合均匀，得到混合物a，在混合物a中加入混合物a总质量0.2倍的聚羧酸减水剂以及混合物a总质量0.1倍葡萄糖酸钠，均匀混合，得到胶凝材料；其中，矿渣微粉是通过将去除铁质料和轻物质后的建筑废弃粘土砖料破碎为尺寸≤45mm的块状砖料，磁选后通过立磨超细粉磨，得到矿渣微粉。

(二)制备防冻剂

将茶皂素、氯化钙、有机醇胺、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、水杨酸钠和水按照质量比为1:4:1:2:1:1:20的比例混合，于35℃下搅拌1.5小时，然后冷却至室温，即得

(三)制备玻璃纤维珊瑚海砂混凝土

(1)将珊瑚和海砂进行晾晒干燥处理，将其含水率控制在1％以内；

(2)将经过步骤(1)干燥后的珊瑚和海砂放进搅拌机干拌至均匀，而后加入一半海水搅拌1-2分钟，使其处于半湿润状态；

(3)将胶凝材料和玻璃纤维进行预拌和，然后放入搅拌机与步骤(2)所得的产物搅拌至均匀；

(4)将步骤(2)中使用剩余的海水加入步骤(3)所得的产物中，并加入减水剂和防冻剂搅拌至均匀，即可制得玻璃纤维珊瑚海砂混凝土。

实施例2

本实施例所提供的一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土由海砂混凝土和玻璃纤维组成，两种组分的体积百分比含量为98％的海砂混凝土和2％的玻璃纤维；其中，海砂混凝土由以下重量份的原料组成：胶凝材料470份、珊瑚750份、海砂820份、减水剂4份、防冻剂6份和海水170份；玻璃纤维的长度为13mm，由废弃玻璃纤维再加工后做成单丝束状，其抗拉强度大于1700MPa；减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

本实施例还提供上述一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：

(一)制备胶凝材料

将矿渣微粉、硅微粉、膨胀剂、短切玻璃纤维和磺基丁二酸钠二辛酯按照质量比为4:3:1:1:0.7混合均匀，得到混合物a，在混合物a中加入混合物a总质量0.3倍的聚羧酸减水剂以及混合物a总质量0.15倍葡萄糖酸钠，均匀混合，得到胶凝材料；其中，矿渣微粉是通过将去除铁质料和轻物质后的建筑废弃粘土砖料破碎为尺寸≤45mm的块状砖料，磁选后通过立磨超细粉磨，得到矿渣微粉。

(二)制备防冻剂

将茶皂素、氯化钙、有机醇胺、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、水杨酸钠和水按照质量比为1:4:1:3:1:1:28的比例混合，于47℃下搅拌2.2小时，然后冷却至室温，即得

(三)制备玻璃纤维珊瑚海砂混凝土

(1)将珊瑚和海砂进行晾晒干燥处理，将其含水率控制在1％以内；

(2)将经过步骤(1)干燥后的珊瑚和海砂放进搅拌机干拌至均匀，而后加入一半海水搅拌1.5分钟，使其处于半湿润状态；

(3)将胶凝材料和玻璃纤维进行预拌和，然后放入搅拌机与步骤(2)所得的产物搅拌至均匀；

(4)将步骤(2)中使用剩余的海水加入步骤(3)所得的产物中，并加入减水剂和防冻剂搅拌至均匀，即可制得玻璃纤维珊瑚海砂混凝土。

实施例3

本实施例所提供的一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土由海砂混凝土和玻璃纤维组成，两种组分的体积百分比含量为98％的海砂混凝土和2％的玻璃纤维；其中，海砂混凝土由以下重量份的原料组成：胶凝材料500份、珊瑚800份、海砂850份、减水剂5份、防冻剂8份和海水190份；玻璃纤维的长度为14mm，由废弃玻璃纤维再加工后做成单丝束状，其抗拉强度大于1700MPa；减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

本实施例还提供上述一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：

(一)制备胶凝材料

将矿渣微粉、硅微粉、膨胀剂、短切玻璃纤维和磺基丁二酸钠二辛酯按照质量比为4:3:2:1:1混合均匀，得到混合物a，在混合物a中加入混合物a总质量0.4倍的聚羧酸减水剂以及混合物a总质量0.2倍葡萄糖酸钠，均匀混合，得到胶凝材料；其中，矿渣微粉是通过将去除铁质料和轻物质后的建筑废弃粘土砖料破碎为尺寸≤45mm的块状砖料，磁选后通过立磨超细粉磨，得到矿渣微粉。

(二)制备防冻剂

将茶皂素、氯化钙、有机醇胺、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、水杨酸钠和水按照质量比为1:5:1:3:1:2:35的比例混合，于60℃下搅拌3小时，然后冷却至室温，即得

(三)制备玻璃纤维珊瑚海砂混凝土

(1)将珊瑚和海砂进行晾晒干燥处理，将其含水率控制在1％以内；

(2)将经过步骤(1)干燥后的珊瑚和海砂放进搅拌机干拌至均匀，而后加入一半海水搅拌2分钟，使其处于半湿润状态；

(3)将胶凝材料和玻璃纤维进行预拌和，然后放入搅拌机与步骤(2)所得的产物搅拌至均匀；

(4)将步骤(2)中使用剩余的海水加入步骤(3)所得的产物中，并加入减水剂和防冻剂搅拌至均匀，即可制得玻璃纤维珊瑚海砂混凝土。

效果验证

为了进一步说明本发明混凝土的实用价值，申请人进行以下对比试验：

试验一：混凝土性能测试试验

分以下四组进行试验：

第一组：实施例2所述混凝土；

第二组：将玻璃纤维替换为碳纤维，其他原料及制备方法与实施例2相同；

第三组：申请号为CN201410388709.3的中国专利中所述的混凝土；

第四组：将胶凝材料替换为矿粉，其他原料及制备方法与实施例2相同。

对上述四组所得混凝土进行部分性能测试，并记录数据如表1所示：

表1

根据表1可知，本申请中的混凝土在各项指标中基本比第二至四组的混凝土要好，在抗压强度中，发现比第二组的稍低，这是由于碳纤维强度大，但是其价格较为昂贵，抗压强度也仅是略高，因此在本申请中，采用玻璃纤维性价比远大于碳纤维，且其劈裂抗拉强度、抗折强度均低于玻璃纤维制备的混凝土，本申请中原料间的相互配合，得到优质的混凝土。

试验二：防冻剂对混凝土的强度影响试验

为了说明本申请中防冻剂对混凝土的影响，分以下四组进行对比试验：

第一组：实施例2所得混凝土；

第二组：防冻剂中去掉茶皂素这一原料，其他原料及制备方法与实施例2相同；

第三组：防冻剂中去掉有机醇胺和聚乙烯醇，其他原料及制备方法与实施例2相同；

第四组：防冻剂中去掉水杨酸钠这一原料，其他原料及制备方法与实施例2相同；

第五组：去掉防冻剂，其他原料及制备方法与实施例2相同。

各组选取大小、规格相同的混凝土样品各50块，将各组样品分别平铺在-45℃的冷库中，放置3个月，后观察各组外观并记录是否开裂、是否破碎，取出后恢复至(25±2)℃，分别进行抗压强度、抗折强度的检测，记录平均值。记录结果如表2：

表2

由表2可知，本申请的防冻剂可使混凝土在低温状态下正常使用，其抗压强度、抗折强度基本不受到影响，本申请的防冻剂原料间相互配合，不可拆分，有助于提高混凝土的抗寒性能、稳定性能以及耐久性能，使其在寒冷的环境中仍能保持良好的机械性能，所得混凝土十分耐用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土，其特征在于，该玻璃纤维珊瑚海砂混凝土由海砂混凝土和玻璃纤维组成，两种组分的体积百分比含量为98％的海砂混凝土和2％的玻璃纤维；

所述海砂混凝土由以下重量份的原料组成：胶凝材料450-500份、珊瑚700-800份、海砂800-850份、减水剂3-5份、防冻剂4-8份和海水160-190份；

所述防冻剂通过以下方法得到：将茶皂素、氯化钙、有机醇胺、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、水杨酸钠和水按照质量比为1:4-5:1:2-3:1:1-2:20-35的比例混合，于35-60℃下搅拌1.5-3小时，然后冷却至室温，即得。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土，其特征在于，所述海砂混凝土由以下重量份的原料组成：胶凝材料470份、珊瑚750份、海砂820份、减水剂4份、防冻剂6份和海水170份。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土，其特征在于，所述胶凝材料通过以下方法得到：将矿渣微粉、硅微粉、膨胀剂、短切玻璃纤维和磺基丁二酸钠二辛酯按照质量比为4:2-3:1-2:1:0.5-1混合均匀，得到混合物a，在混合物a中加入混合物a总质量0.2-0.4倍的聚羧酸减水剂以及混合物a总质量0.1-0.2倍葡萄糖酸钠，均匀混合，得到胶凝材料；其中，矿渣微粉是通过将去除铁质料和轻物质后的建筑废弃粘土砖料破碎为尺寸≤45mm的块状砖料，磁选后通过立磨超细粉磨，得到矿渣微粉。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为12-14mm，抗拉强度大于1700MPa。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种玻璃纤维珊瑚海砂混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：

(1)将珊瑚和海砂进行晾晒干燥处理，将其含水率控制在1％以内；

(2)将经过步骤(1)干燥后的珊瑚和海砂放进搅拌机干拌至均匀，而后加入一半海水搅拌1-2分钟，使其处于半湿润状态；

(3)将胶凝材料和玻璃纤维进行预拌和，然后放入搅拌机与步骤(2)所得的产物搅拌至均匀；

(4)将步骤(2)中使用剩余的海水加入步骤(3)所得的产物中，并加入减水剂和防冻剂搅拌至均匀，即可制得玻璃纤维珊瑚海砂混凝土。