CN111056793A - 钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法 - Google Patents

钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法，该方法采用特定的投料顺序和混合条件，以及特定类型的钢纤维和组分配比，从而能够进一步改善混凝土成型后的抗压强度、抗拉强度等性能，提高抗裂性和耐久性。此外，本发明还公开了上述制备方法制得的钢纤维自密实预拌混凝土。

Description

钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，更具体地，涉及钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法及由此制得的混凝土。
背景技术
近来，随着现代土木建筑工程技术的高速发展，对大体积、超高层、大跨度建筑结构提出了越来越多的需求，这就对建筑材料性能和施工技术提出了更高的要求。其中，混凝土是建筑工程中极其重要的工程材料，而自密实混凝土作为高性能混凝土的一个分支，由于流动性高、可不经振捣而自行流平、坍落度经时损失小、不离析、不泌水等优点在混凝土的应用中占据越来越大的比重。此外，自密实混凝土还具有水泥用量低、废渣利用率大、施工性能好等优点，从而可以节省成本、回收利用废弃物、节省人力、加快施工进度，并能解决浇筑混凝土扰民的问题。但是，包括自密实混凝土在内的混凝土除了价格便宜、取材便利、抗压强度优异之外，还存在自重大、抗拉强度低、易开裂的问题。
为提高混凝土成型后的抗拉强度、断裂韧性、抗疲劳等性能，技术人员开发出了向自密实混凝土中掺入纤维的技术。混凝土中掺入的纤维通常包括钢纤维、聚丙烯纤维等等。在纤维自密实混凝土中，乱向分布的纤维可以阻碍混凝土结构内的微观裂缝的形成，同时也可以阻滞宏观裂缝的扩大，并且在混凝土出现裂缝后，继续吸收部分能量，从而有效地提高混凝土的抗拉强度。
通常，技术人员对纤维自密实混凝土的开发集中于对组分的选择以及配比的设计上，而忽略于对制备过程的优化，这对混凝土制备技术的发展而言，不能不说是一种缺失。
发明内容
[技术问题]
为了解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法，该方法采用特定的投料顺序和混合条件，以及特定类型的钢纤维和组分配比，从而能够进一步改善混凝土成型后的抗压强度、抗拉强度等性能，提高抗裂性和耐久性。
此外，本发明的另一个目的在于提供上述制备方法制得的钢纤维自密实预拌混凝土。
[技术方案]
根据本发明的一个方面，提供了钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将130-150重量份的水泥、80-100重量份的粉煤灰、4.6-5.0重量份的长钢纤维、20-25重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入6.0-8.0重量份的减水剂和50-60重量份的水的同时在3.2-3.5m/s的搅拌速度下搅拌45至60秒；
(2)将100-120重量份的水泥、140-160重量份的矿渣粉、650-680重量份的粗骨料、380-400重量份的细骨料、3.7-4.2重量份的短钢纤维干拌混合均匀，并在向其中加入2.0-3.0重量份的减水剂和70-80重量份的水的同时在2.6-2.9m/s的搅拌速度下搅拌90至110秒；
(3)将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.3-1.6m/s的搅拌速度下搅拌150至200秒，
其中，所述长钢纤维的长度为50-60mm，直径为0.40-0.50mm，以及所述短钢纤维的长度为15-20mm，直径为1.20-1.30mm。
在本发明中，上述搅拌速度为搅拌机叶片端部的线速度，也即搅拌机轴转速与该叶片端部至轴心的长度之积。通过对搅拌速度和时间的设定，本发明可以有效提高混凝土的抗压强度、抗拉强度等机械性能，例如，步骤(1)在其特定的搅拌速度和时间下制得了含有长钢纤维的混合物，使得长钢纤维在该混合物中既能够分散均匀并保持曲折勾连的状态，也不会使得单条纤维过于团缩以及多条纤维过分缠结和团聚；步骤(2)在其特定的搅拌速度和时间下制得了含有短钢纤维的混合物，使得短钢纤维在该混合物中既能够分散均匀，也能够保持基本伸直的状态。进一步地，步骤(3)中，将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，并在特定的搅拌速度和时间下进行搅拌，使得保持基本伸直的状态的短钢纤维能够充分插入到曲折勾连的状态的长钢纤维中，从而大大提高混凝土的抗拉强度等机械强度。反之，将步骤(1)的所得物加入到步骤(2)的所得物中则难以获得相应的技术效果。
此外，本发明还采用了玄武岩纤维，其表面较光滑，有利于长钢纤维的分散，并且还可以充分勾结和缠绕长短钢纤维，更进一步增强混凝土的抗拉强度等性能。
此外，本发明通过水泥、粉煤灰、矿渣粉、粗细骨料等的合理配比和分组混合搅拌，还能够大大提高混凝土的抗压强度等机械性能。此外，通过在特定的搅拌速度和时间进行搅拌，也能够使得混凝土中水泥、粉煤灰、矿渣粉、粗细骨料等充分相互接触，在水的存在下相互使水泥、粉煤灰、矿渣粉充分渗透进入粗细骨料等的缝隙中，提高胶合作用，从而进一步提高混凝土的抗压强度。
优选地，所述水泥可以为P·O 42.5硅酸盐水泥。
优选地，所述粉煤灰可以为Ⅰ级粉煤灰。
优选地，所述长钢纤维和短钢纤维可以为镀铜钢纤维，其抗拉强度高，弹性模量大，因此是高性能混凝土中广泛使用的纤维。通过钢纤维在混凝土中分散和互相交叉，并与其组分胶粘，可以大大提高混凝土的强度、韧性、延性和耐久性，并降低脆性，减缓内部微裂缝的扩展等。
优选地，所述减水剂可以为聚羧酸高效减水剂。
优选地，所述粗骨料可以为粒径5-20mm连续级配的碎石，所述细骨料可以为细度模数2.5-3.0的中砂。
进一步地，在本发明所述的制备方法中，步骤(1)优选为：将140重量份的水泥、90重量份的粉煤灰、4.8重量份的长钢纤维、22重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入7.0重量份的减水剂和55重量份的水的同时在3.4m/s的搅拌速度下搅拌50秒；
步骤(2)优选为：将110重量份的水泥、150重量份的矿渣粉、670重量份的粗骨料、390重量份的细骨料、4.0重量份的短钢纤维干拌混合均匀，并在向其中加入2.5重量份的减水剂和75重量份的水的同时在2.8m/s的搅拌速度下搅拌100秒；
步骤(3)优选为：将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.5m/s的搅拌速度下搅拌180秒，
其中，所述长钢纤维的长度为55-60mm，直径为0.40-0.50mm，以及所述短钢纤维的长度为18-20mm，直径为1.20-1.30mm。
根据本发明的另一个方面，提供了由上述制备方法制得的钢纤维自密实预拌混凝土。
[有益效果]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
根据本发明的钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法采用特定的投料顺序和混合条件以及特定类型的钢纤维和组分配比，能够充分改善混凝土成型后的抗压强度、抗拉强度等性能，提高抗裂性和耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
原料来源
水泥：P·O 42.5普通硅酸盐水泥，购自唐山市冀东水泥厂；
粉煤灰：I级，购自河北友胜耐火材料有限公司；
矿渣粉：购自冀恒矿产品加工厂；
碎石：购自浩烨矿产品加工厂；
中砂：购自灵寿县鑫山矿产品加工厂；
长钢纤维、短钢纤维：购自赣海宁伯恩金属制品有限公司；
玄武岩纤维：购自郑州登电玄武石纤有限公司；
聚羧酸高效减水剂：购自常州市方鑫化工物资有限公司。
实施例1
(1)将140重量份的水泥、90重量份的粉煤灰、4.8重量份的长钢纤维(长度55-60mm，直径0.40-0.50mm)、22重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入7.0重量份的减水剂和55重量份的水的同时在3.4m/s的搅拌速度下搅拌50秒；
(2)将110重量份的水泥、150重量份的矿渣粉、670重量份的粗骨料、390重量份的细骨料、4.0重量份的短钢纤维(长度18-20mm，直径1.20-1.30mm)干拌混合均匀，并在向其中加入2.5重量份的减水剂和75重量份的水的同时在2.8m/s的搅拌速度下搅拌100秒；
(3)将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.5m/s的搅拌速度下搅拌180秒，由此制得根据本发明的钢纤维自密实预拌混凝土。
实施例2
(1)将140重量份的水泥、90重量份的粉煤灰、4.6重量份的长钢纤维(长度55-60mm，直径0.40-0.50mm)、25重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入8.0重量份的减水剂和50重量份的水的同时在3.2m/s的搅拌速度下搅拌60秒；
(2)将110重量份的水泥、150重量份的矿渣粉、670重量份的粗骨料、390重量份的细骨料、3.7重量份的短钢纤维(长度18-20mm，直径1.20-1.30mm)干拌混合均匀，并在向其中加入2.0重量份的减水剂和80重量份的水的同时在2.9m/s的搅拌速度下搅拌90秒；
(3)将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.3m/s的搅拌速度下搅拌200秒，由此制得根据本发明的钢纤维自密实预拌混凝土。
实施例3
(1)将140重量份的水泥、90重量份的粉煤灰、5.0重量份的长钢纤维(长度55-60mm，直径0.40-0.50mm)、20重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入6.0重量份的减水剂和60重量份的水的同时在3.5m/s的搅拌速度下搅拌45秒；
(2)将110重量份的水泥、150重量份的矿渣粉、670重量份的粗骨料、390重量份的细骨料、4.2重量份的短钢纤维(长度18-20mm，直径1.20-1.30mm)干拌混合均匀，并在向其中加入3.0重量份的减水剂和70重量份的水的同时在2.6m/s的搅拌速度下搅拌110秒；
(3)将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.6m/s的搅拌速度下搅拌150秒，由此制得根据本发明的钢纤维自密实预拌混凝土。
实施例4
(1)将130重量份的水泥、100重量份的粉煤灰、4.8重量份的长钢纤维(长度55-60mm，直径0.40-0.50mm)、22重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入6.0重量份的减水剂和60重量份的水的同时在3.2m/s的搅拌速度下搅拌60秒；
(2)将120重量份的水泥、140重量份的矿渣粉、650重量份的粗骨料、400重量份的细骨料、4.0重量份的短钢纤维(长度18-20mm，直径1.20-1.30mm)干拌混合均匀，并在向其中加入2.0重量份的减水剂和80重量份的水的同时在2.6m/s的搅拌速度下搅拌110秒；
(3)将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.6m/s的搅拌速度下搅拌150秒，由此制得根据本发明的钢纤维自密实预拌混凝土。
实施例5
(1)将150重量份的水泥、80重量份的粉煤灰、4.8重量份的长钢纤维(长度55-60mm，直径0.40-0.50mm)、22重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入8.0重量份的减水剂和50重量份的水的同时在3.5m/s的搅拌速度下搅拌45秒；
(2)将100重量份的水泥、160重量份的矿渣粉、680重量份的粗骨料、380重量份的细骨料、4.0重量份的短钢纤维(长度18-20mm，直径1.20-1.30mm)干拌混合均匀，并在向其中加入3.0重量份的减水剂和70重量份的水的同时在2.9m/s的搅拌速度下搅拌90秒；
(3)将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.3m/s的搅拌速度下搅拌200秒，由此制得根据本发明的钢纤维自密实预拌混凝土。
对比实施例1
除了在步骤(2)中采用与步骤(1)相同的长钢纤维(长度55-60mm，直径0.40-0.50mm)之外，以与实施例1相同的方式制得了钢纤维自密实预拌混凝土。
对比实施例2
除了在步骤(1)中采用与步骤(2)相同的短钢纤维(长度18-20mm，直径1.20-1.30mm)之外，以与实施例1相同的方式制得了钢纤维自密实预拌混凝土。
对比实施例3
除了在步骤(1)中以2.5m/s的搅拌速度下搅拌30秒之外，以与实施例1相同的方式制得了钢纤维自密实预拌混凝土。
对比实施例4
除了在步骤(1)中以4.5m/s的搅拌速度下搅拌80秒之外，以与实施例1相同的方式制得了钢纤维自密实预拌混凝土。
对比实施例5
除了在步骤(2)中以2.0m/s的搅拌速度下搅拌60秒之外，以与实施例1相同的方式制得了钢纤维自密实预拌混凝土。
对比实施例6
除了在步骤(2)中以3.5m/s的搅拌速度下搅拌140秒之外，以与实施例1相同的方式制得了钢纤维自密实预拌混凝土。
对比实施例7
除了在步骤(3)中将步骤(1)的所得物加入到步骤(2)的所得物中之外，以与实施例1相同的方式制得了钢纤维自密实预拌混凝土。
<实验实施例>
按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》来进行混凝土强度试验。将实施例1至5以及对比实施例1至7的混凝土制成150mm×150mm×150mm的立方体标准试件，在室温下养护28天，测定其抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度，结果显示于以下表1中。
[表1]
抗压强度/MPa 劈裂抗拉强度/MPa 抗折强度/MPa
实施例1 133.12 56.36 36.55
实施例2 130.29 53.26 33.28
实施例3 131.64 50.69 32.46
实施例4 126.55 51.33 31.17
实施例5 127.99 52.64 34.82
对比实施例1 125.32 38.63 25.44
对比实施例2 126.29 35.69 22.67
对比实施例3 112.35 44.36 26.83
对比实施例4 115.14 42.83 27.52
对比实施例5 109.83 41.35 23.17
对比实施例6 111.64 43.22 25.46
对比实施例7 119.86 37.89 21.67
由以上表1可以看出，根据本发明的实施例1至5制得的钢纤维自密实预拌混凝土在抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度等机械性能上均取得了非常优异的效果。相比之下，对比实施例1和2在混凝土中采用的是单一类型的钢纤维，其在劈裂抗拉强度和抗折强度方面要明显小于本发明；对比实施例3至6采用了在本发明的范围之外的搅拌速度和时间，其抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度等机械性能均明显小于本发明；对比实施例7颠倒了投放顺序，使得其各个机械性能也不如本发明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.钢纤维自密实预拌混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将130-150重量份的水泥、80-100重量份的粉煤灰、4.6-5.0重量份的长钢纤维、20-25重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入6.0-8.0重量份的减水剂和50-60重量份的水的同时在3.2-3.5m/s的搅拌速度下搅拌45至60秒；
(2)将100-120重量份的水泥、140-160重量份的矿渣粉、650-680重量份的粗骨料、380-400重量份的细骨料、3.7-4.2重量份的短钢纤维干拌混合均匀，并在向其中加入2.0-3.0重量份的减水剂和70-80重量份的水的同时在2.6-2.9m/s的搅拌速度下搅拌90至110秒；
(3)将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.3-1.6m/s的搅拌速度下搅拌150至200秒，
其中，所述长钢纤维的长度为50-60mm，直径为0.40-0.50mm，以及所述短钢纤维的长度为15-20mm，直径为1.20-1.30mm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水泥为P·O 42.5硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述长钢纤维和短钢纤维为镀铜钢纤维。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粗骨料为粒径5-20mm连续级配的碎石，所述细骨料为细度模数2.5-3.0的中砂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将140重量份的水泥、90重量份的粉煤灰、4.8重量份的长钢纤维、22重量份的玄武岩纤维干拌混合均匀，并在向其中加入7.0重量份的减水剂和55重量份的水的同时在3.4m/s的搅拌速度下搅拌50秒；
(2)将110重量份的水泥、150重量份的矿渣粉、670重量份的粗骨料、390重量份的细骨料、4.0重量份的短钢纤维干拌混合均匀，并在向其中加入2.5重量份的减水剂和75重量份的水的同时在2.8m/s的搅拌速度下搅拌100秒；
(3)将步骤(2)的所得物加入到步骤(1)的所得物中，同时在1.5m/s的搅拌速度下搅拌180秒，
其中，所述长钢纤维的长度为55-60mm，直径为0.40-0.50mm，以及所述短钢纤维的长度为18-20mm，直径为1.20-1.30mm。
8.一种由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的钢纤维自密实预拌混凝土。
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