CN109809774A - 一种混杂纤维矿渣代砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混杂纤维矿渣代砂混凝土及其制备方法，该混凝土的制备原料包括水泥、粉煤、砂、尾矿渣、石、水和减水剂；并且在混凝土配料中掺入纤维，所述纤维为碳纤维、玄武岩纤维、钢纤维和聚丙烯纤维中的两种或两种以上。本发明使用矿渣部分代替细骨料，充分利用工业废弃物，有利于对环境的保护和可持续发展。矿渣代砂不仅降低水泥浆的用量，节约成本，并且可以提高混凝土的质量。同时，通过掺入不同配合比的碳纤维、玄武岩纤维、钢纤维和聚丙烯纤维，比较不同种类纤维混合对混凝土抗拉、抗压、抗裂、抗折等性能的提高程度，进一步改善混凝土的强度。

Description

一种混杂纤维矿渣代砂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料制备技术领域，具体涉及一种混杂纤维矿渣代砂混凝土及其制备方法。
背景技术
随着现代土木工程技术的快速发展，混凝土作为建筑物中用量最大、应用最广泛的建筑材料，对其应用性能的要求越来越高。近年来，混凝土低抗拉强度、低抗拉应变、韧性差、抗裂性差等弱点随着现代建筑对混凝土等级要求的提高愈加明显。据研究表明，纤维的掺入可提高水泥基复合材料的韧性、强度和抗裂性能，因此发展纤维混凝土为高性能混凝土的研究方向之一。然而，单一纤维的掺入只能在某一尺寸上改善混凝土某一方面的性能，而不同尺度的混杂纤维能在不同结构层次上改善混凝土多方面的性能。
矿渣是冶金工业的主要固体废弃物，我国钢铁厂的年矿渣排放量高达六千万吨以上，这些冶炼废渣的排放、堆积，不仅耗费了大量的人力、物力和财力，而且侵占了土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。据估算，以每吨冶炼废渣堆存的经济损失14.25元计，每年造成经济损失28.5亿元。所以，矿渣的无害化和资源化处理是我国乃至世界各国十分重视的焦点，也是推进循环经济的中心内容之一。此外，我国天然砂总量越来越少，粒化矿渣代替部分天然砂也可保护天然砂资源。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种混杂纤维矿渣代砂混凝土的制备方法，将矿渣作为细骨料代替部分砂，并加入一定掺量的碳纤维、玄武岩纤维、钢纤维和聚丙烯纤维中的两种或多种纤维材料，通过改进工艺方法，制备性能更佳的混凝土。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种混杂纤维矿渣代砂混凝土，该混凝土的制备原料配合比为：水泥395～450kg/m3，粉煤灰66～78kg/m3，砂122.6～490.4kg/m3，尾矿渣122.6～490.4kg/m3，石1100～1342kg/m3，水162kg/m3，减水剂4.28～5.71kg/m3；并且在混凝土配料中掺入纤维，所述纤维为碳纤维、玄武岩纤维、钢纤维和聚丙烯纤维中的两种或两种以上。
掺入碳纤维的体积占所述混凝土总体积的0.1-0.3％，掺入玄武岩纤维的体积占所述混凝土总体积的0.1-0.3％，掺入钢纤维的体积占所述混凝土总体积的1-3％，掺入聚丙烯纤维的体积占所述混凝土总体积的0.05-0.35％。
采用42.5R的普通硅酸盐水泥；砂为细度模数μ＝2.80，表观密度为2.60g/cm3的中砂；石子为级配为10-20mm、最大公称粒径为21.5mm的石灰石碎石；采用二级及以上的粉煤灰。
用尾矿渣作为细骨料代替部分砂，矿渣代砂率为20～80％。
所用减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，且减水剂用量随着矿渣代砂率的升高逐渐增大。
尾矿渣代砂率为20％时，减水剂用量为胶凝材料的0.9％，尾矿渣代砂率为80％时，减水剂用量为胶凝材料的1.2％。
玄武岩纤维掺入混凝土前，先用浓度为10％的醋酸溶液浸泡3小时；碳纤维掺入混凝土时，同时添加甲基分散剂，甲基分散剂添加量为水泥质量的0.6％。
本发明的混杂纤维矿渣代砂混凝土的制备方法包括如下步骤：
(1)按配比称取原料；
(2)将水泥、石、粉煤灰、砂、尾矿渣进行干拌1～1.5min，得到干拌物；
(3)向步骤(2)所得干拌物中加入纤维，干拌1min，得到搅拌产物；
(4)将减水剂兑入水中，一并加入步骤(3)得到搅拌产物，加水和减水剂时间控制在1.5min内，持续湿拌3～5min，得到拌合物；
(5)将步骤(4)得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型后养护脱模。
浇注前保持模具洁净，模具内侧四周及底部刷涂矿物油脂。
浇注时采用塑料试模进行浇注，浇注完成后每个试件再放在振动台上振捣3min左右，振捣后，用抹刀将混凝土表面抹平。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明使用矿渣作为细骨料代部分砂，使用矿渣部分代替细骨料，充分利用工业废弃物，减少了天然砂的用量，对降低砌块生产成本和减少环境污染具有良好的社会和经济双重效益。
(2)在混凝土中加入一定配合比的碳纤维、玄武岩纤维、钢纤维和聚丙烯纤维中的两种或多种，增强混凝土的韧性、强度和抗裂性能，提高混凝土耐火性和抗冻性，使之能够充分满足绝大部分建筑工程材料的强度要求。
(3)混凝土性能优异，抗压强度、抗拉强度和抗折强度较普通混凝土皆有较大提升。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明提供一种混杂纤维矿渣代砂混凝土，制备原料按单位体积(m3)下的重量包括：水泥420kg/m3，粉煤灰71kg/m3，砂490.4kg/m3，尾矿渣122.6kg/m3，石1242kg/m3，水162kg/m3，减水剂4.42kg/m3，钢纤维掺量为每立方米混凝土掺入1.5％，聚丙烯纤维掺量为每立方米掺入0.15％，减水剂型号为秦奋牌聚羧酸系高性能减水剂PCA Q8081，减水剂掺量为胶凝材料的0.9％。
配方精确计量各种原料后，将水泥、粉煤灰、砂、石、尾矿渣进行干拌1.5min；投入钢纤维和聚丙烯纤维，继续干拌2min，使纤维充分分散；精确称取水和减水剂，在1.5min内倒入搅拌机中，并持续运行搅拌机3.5min。
将搅拌好的拌合物注入100mm*100mm*100mm模具中，在振动台上振捣3min，然后带试模在自然环境下静置24h后，进行脱模，将试件放入水中并使水完全浸泡试件，自然环境下养护28d。养护完成后即可得本发明混杂纤维矿渣代砂混凝土。
参照《GB/T35843-2018纤维增强混凝土及其制品的纤维含量》和《GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》，对本实施例的混杂纤维矿渣代砂混凝土进行检测，结果如下：
1)抗压强度：45.7MPa，较素混凝土提升14.3％；
2)抗折强度：8.9MPa，较素混凝土提升51.78％；
3)抗弯强度：75.5MPa，较素混凝土提升26.47％。
实施例2
本发明提供一种混杂纤维矿渣代砂混凝土，制备原料按单位体积(m3)下的重量包括：水泥420kg/m3，粉煤灰71kg/m3，砂367.8kg/m3，尾矿渣245.5kg/m3，石1242kg/m3，水162kg/m3，减水剂4.91kg/m3，玄武岩纤维掺量为每立方米混凝土掺入0.2％，聚丙烯纤维掺量为每立方米掺入0.25％，减水剂型号为秦奋牌聚羧酸系高性能减水剂PCA Q8081，减水剂掺量为胶凝材料的1.0％。
配方精确计量各种原料后，将水泥、粉煤灰、砂、石、尾矿渣进行干拌1.5min；投入玄武岩纤维和聚丙烯纤维，继续干拌2min，使纤维充分分散；精确称取水和减水剂，在1.5min内倒入搅拌机中，并持续运行搅拌机3.5min。
将搅拌好的拌合物注入100mm*100mm*100mm模具中，在振动台上振捣3min，然后带试模在自然环境下静置24h后，进行脱模，将试件放入水中并使水完全浸泡试件，自然环境下养护28d。养护完成后即可得本发明混杂纤维矿渣代砂混凝土。
参照《GB/T35843-2018纤维增强混凝土及其制品的纤维含量》和《GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》，对本实施例的混杂纤维矿渣代砂混凝土进行检测，结果如下：
1)抗压强度：43.8MPa。较素混凝土提升9.5％；
2)抗折强度：7.79MPa，较素混凝土提升31.81％；
3)抗弯强度：71.4MPa，较素混凝土提升19.60％。
实施例3
本发明提供一种混杂纤维矿渣代砂混凝土，制备原料按单位体积(m3)下的重量包括：水泥420kg/m3，粉煤灰71kg/m3，砂245.5kg/m3，尾矿渣367.8kg/m3，石1242kg/m3，水162kg/m3，减水剂5.40kg/m3，玄武岩纤维掺量为每立方米混凝土掺入0.2％，碳纤维掺量为每立方米掺入0.2％，减水剂型号为秦奋牌聚羧酸系高性能减水剂PCA Q8081，减水剂掺量为胶凝材料的1.1％。
配方精确计量各种原料后，将水泥、粉煤灰、砂、石、尾矿渣进行干拌1.5min；投入玄武岩纤维和碳纤维，继续干拌2min，使纤维充分分散；精确称取水和减水剂，在1.5min内倒入搅拌机中，并持续运行搅拌机3.5min。
将搅拌好的拌合物注入100mm*100mm*100mm模具中，在振动台上振捣3min，然后带试模在自然环境下静置24h后，进行脱模，将试件放入水中并使水完全浸泡试件，自然环境下养护28d。养护完成后即可得本发明混杂纤维矿渣代砂混凝土。
参照《GB/T35843-2018纤维增强混凝土及其制品的纤维含量》和《GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》，对本实施例的混杂纤维矿渣代砂混凝土进行检测，结果如下：
1)抗压强度：48.7MPa，较素混凝土提升21.8％；
2)抗折强度：7.16MPa，较素混凝土提升21.15％；
3)抗弯强度：69.7MPa，较素混凝土提升16.75％。
实施例4
本发明提供一种混杂纤维矿渣代砂混凝土，制备原料按单位体积(m3)下的重量包括：水泥420kg/m3，粉煤灰71kg/m3，砂122.6kg/m3，尾矿渣490.4kg/m3，石1242kg/m3，水162kg/m3，减水剂5.89kg/m3，钢纤维掺量为每立方米混凝土掺入2.0％，碳纤维掺量为每立方米掺入0.15％，减水剂型号为秦奋牌聚羧酸系高性能减水剂PCA Q8081，减水剂掺量为胶凝材料的1.2％。
配方精确计量各种原料后，将水泥、粉煤灰、砂、石、尾矿渣进行干拌1.5min；投入玄武岩纤维和碳纤维，继续干拌2min，使纤维充分分散；精确称取水和减水剂，在1.5min内倒入搅拌机中，并持续运行搅拌机3.5min。
将搅拌好的拌合物注入100mm*100mm*100mm模具中，在振动台上振捣3min，然后带试模在自然环境下静置24h后，进行脱模，将试件放入水中并使水完全浸泡试件，自然环境下养护28d。养护完成后即可得本发明混杂纤维矿渣代砂混凝土。
参照《GB/T35843-2018纤维增强混凝土及其制品的纤维含量》和《GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》，对本实施例的混杂纤维矿渣代砂混凝土进行检测，结果如下：
1)抗压强度：43.1MPa，较素混凝土提升7.8％。
2)抗折强度：8.32MPa，较素混凝土提升40.78％。
3)抗弯强度：73.5MPa，较素混凝土提升23.12％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混杂纤维矿渣代砂混凝土，其特征在于：该混凝土的制备原料配合比为：水泥395～450kg/m3，粉煤灰66～78kg/m3，砂122.6～490.4kg/m3，尾矿渣122.6～490.4kg/m3，石1100～1342kg/m3，水162kg/m3，减水剂4.28～5.71kg/m3；并且在混凝土配料中掺入纤维，所述纤维为碳纤维、玄武岩纤维、钢纤维和聚丙烯纤维中的两种或两种以上。
2.根据权利要求1所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土，其特征在于：掺入碳纤维的体积占所述混凝土总体积的0.1-0.3％，掺入玄武岩纤维的体积占所述混凝土总体积的0.1-0.3％，掺入钢纤维的体积占所述混凝土总体积的1-3％，掺入聚丙烯纤维的体积占所述混凝土总体积的0.05-0.35％。
3.根据权利要求1所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土，其特征在于：采用42.5R的普通硅酸盐水泥；砂为细度模数μ＝2.80，表观密度为2.60g/cm3的中砂；石子为级配为10-20mm、最大公称粒径为21.5mm的石灰石碎石；采用二级及以上的粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土，其特征在于：用尾矿渣作为细骨料代替部分砂，矿渣代砂率为20～80％。
5.根据权利要求1所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土，其特征在于：所用减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，且减水剂用量随着矿渣代砂率的升高逐渐增大。
6.根据权利要求5所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土，其特征在于：尾矿渣代砂率为20％时，减水剂用量为胶凝材料的0.9％，尾矿渣代砂率为80％时，减水剂用量为胶凝材料的1.2％。
7.根据权利要求1所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土，其特征在于：玄武岩纤维掺入混凝土前，先用浓度为10％的醋酸溶液浸泡3小时；碳纤维掺入混凝土时，同时添加甲基分散剂，甲基分散剂添加量为水泥质量的0.6％。
8.权利要求1所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按配比称取原料；
(2)将水泥、石、粉煤灰、砂、尾矿渣进行干拌1～1.5min，得到干拌物；
(3)向步骤(2)所得干拌物中加入纤维，干拌2～3min，得到搅拌产物；
(4)将减水剂兑入水中，一并加入步骤(3)得到搅拌产物，加水和减水剂时间控制在1.5min内，持续湿拌3～5min，得到拌合物；
(5)将步骤(4)得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型后养护脱模。
9.根据权利要求8所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土的制备方法，其特征在于：浇注前保持模具洁净，模具内侧四周及底部刷涂矿物油脂。
10.根据权利要求8所述的混杂纤维矿渣代砂混凝土的制备方法，其特征在于：浇注时采用塑料试模进行浇注，浇注完成后每个试件再放在振动台上振捣3min左右，振捣后，用抹刀将混凝土表面抹平。
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