CN111087203B - 一种高阻尼混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高阻尼混凝土，各组分及其所占质量重量份数包括：水泥140～150份，天然河砂260～280份，橡胶粉5～8份，微硅粉12～15份，碎石400～420份，聚丙烯纤维0.58～2.16份，减水剂0.8～1份，水80～90份，所述碎石的粒度在40mm以下；所述高阻尼混凝土由上述组分充分混合后固化而成。本发明还提供了上述高阻尼混凝土的制备方法的技术方案。本发明通过添加具有增韧作用和“内养护作用”的聚丙烯纤维，具有粘弹性性能的橡胶粉，具有物理填充效应的微硅粉等，各组分之间协同改善混凝土性能，使其具有高阻尼比。

Description

一种高阻尼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，具体涉及一种高阻尼混凝土及其制备方法。

背景技术

随着我国现代化进程的不断加快，高层、超高层建筑拔地而起。在地震和极端作用下引起的振动会给高层建筑带来损伤甚至会导致失效，目前在建筑中多采用附设阻尼器用于抵抗振动，却忽视了混凝土自身的阻尼性能。比较而言，研制出高阻尼混凝土，既能避免阻尼器安装与后期维护带来的不便，而且更加经济。

聚丙烯纤维在抑制混凝土塑性收缩开裂，提高混凝土冲击韧性，改善混凝土抗渗和抗冻方面作用显著，相较于其他材料，聚丙烯纤维取材更方面，而且便宜。而橡胶粉作为一种粘弹性材料，将其加入混凝土中能够有效的提高混凝土的阻尼性能，对减小结构的振动有着积极的作用。

现有研究中在提高混凝土阻尼性能的同时，往往以牺牲混凝土抗压强度为代价，导致混凝土的抗压强度与阻尼比不可兼得。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高阻尼混凝土及其制备方法，通过添加具有增韧作用和“内养护作用”的聚丙烯纤维，具有粘弹性性能的橡胶粉，具有物理填充效应的微硅粉等，各组分之间协同改善混凝土性能，使其具有高阻尼比。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高阻尼混凝土，各组分及其所占质量重量份数包括：水泥140～150份，天然河砂260～280份，橡胶粉5～8份，微硅粉12～15份，碎石400～420份，聚丙烯纤维0.58～2.16份，减水剂0.8～1份，水80～90份，所述碎石的粒度在40mm以下；所述高阻尼混凝土由上述组分充分混合后固化而成。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述水泥为硅酸盐水泥。

进一步，所述天然河砂含水率在8％～10％。

进一步，所述橡胶粉为废旧天然橡胶粉碎而成，粉碎粒度在35～40目。

进一步，述微硅粉的粒度在120～130目。

优选的，所述微硅粉的二氧化硅含量在95％以上。

进一步，所述碎石的粒度在18～20mm。

进一步，所述聚丙烯纤维为短切束装单丝聚丙烯纤维，长度在5～7mm。

进一步，所述减水剂为减水率在15％～25％的萘系减水剂。

本发明还提供了上述高阻尼混凝土的制备方法，具体技术方案如下：一种高阻尼混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)按比例称量各原料组分，各组分及其所占质量重量份数包括：水泥140～150份，天然河砂260～280份，橡胶粉5～8份，微硅粉12～15份，碎石400～420份，聚丙烯纤维0.58～2.16份，减水剂0.8～1份，水80～90份，所述碎石的粒度在40mm以下；

2)将步骤1)原料中的水泥和聚丙烯纤维加入搅拌均匀，至混合物中聚丙烯纤维无明显成团现象，然后加入步骤1)原料中的橡胶粉和微硅粉搅拌2～3min，然后加入步骤1)原料中的天然河砂和碎石加，搅拌2～3min，最后依次加入步骤1)原料中的水和减水剂，搅拌3～5min，得到高阻尼混凝土浆料；

3)将步骤2)所得高阻尼混凝土浆料放入模具，振捣均匀后成型，经标准养护后得高阻尼混凝土。

本发明的的有益效果是：本发明将聚丙烯纤维掺入到混凝土中，利用聚丙烯纤维良好的抗拉性能和韧性在混凝土中形成空间结构，在混凝土受力过程中有效的抑制了微观和宏观裂缝的出现及发展，大幅度提高混凝土抗冲击韧性和变形能力，使得混凝土阻尼比有一定幅度的提高；此外，聚丙烯纤维表面能够吸附存储部分水分，起到“内养护作用”，促进混凝土水化进程，因此，聚丙烯纤维能够提高混凝土的阻尼性能以及抗裂、抗渗和抗冻性能；本发明还复掺了橡胶粉，橡胶粉具有天然粘弹性特点，将其与聚丙烯纤维共同加入混凝土中使得阻尼比提高更加明显，同时将微硅粉加入能够弥补因阻尼提高而导致强度降低这一缺陷，既保证阻尼比提高，同时保证具有较高承载能力；本发明各组分的价格相对低廉，整体成本较低。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明设计的一种高阻尼混凝土，各组分及其所占质量重量份数包括：水泥140～150份，天然河砂260～280份，橡胶粉5～8份，微硅粉12～15份，碎石400～420份，聚丙烯纤维0.58～2.16份，减水剂0.8～1份，水80～90份。其中，所述碎石的粒度需要控制在40mm以下。本发明的高阻尼混凝土由上述组分充分混合后固化而成。

本发明中水泥作为本发明的混凝土的凝胶材料。天然河砂作为填充剂。碎石作为骨料。

本发明主要添加橡胶粉来提高混凝土的阻尼比，然而有研究表明，橡胶粉的加入会导致混凝土抗压强度有一定程度的下降。为此，发明人经过不断试验筛选，最终确定在加入橡胶粉的同时添加聚丙烯纤维和微硅粉，以保证在进一步提高阻尼比的同时，增加混凝土的抗压强度。

此外，聚丙烯纤维表面能够吸附存储部分水分，起到“内养护作用”，促进混凝土水化进程，因此，聚丙烯纤维能够提高混凝土的阻尼性能以及抗裂、抗渗和抗冻性能。

减水剂是制备混凝土需要的助剂。

本发明优选采用硅酸盐水泥，减水剂优选采用减水率在15％～25％的高效萘系减水剂。硅酸盐水泥与萘系减水剂相容性更好，而且价格也低廉。

本发明的核心是复掺了橡胶粉、微硅粉和聚丙烯纤维到混凝土中，同时对混凝土各组分的配比做了严格的限定，对骨料的粒度也做了严格控制。上述各技术手段协同，实现了本发明在获得高阻尼比的情况下，保证了混凝土的抗压强度等机械性能。骨料碎石的粒度控制是本发明较核心的发明点，合适的粒度能够保证混凝土的强度和抗裂性能。

优选的，所述天然河砂含水率在8％～10％。

优选的，所述橡胶粉为废旧天然橡胶粉碎而成，粉碎粒度在35～40目。

优选的，述微硅粉的粒度在120～130目。更优选的，所述微硅粉的二氧化硅含量在95％以上。

优选的，所述碎石的粒度在18～20mm。

优选的，所述聚丙烯纤维为短切束装单丝聚丙烯纤维，长度在5～7mm。

本发明还设计了上述高阻尼混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)按比例称量各原料组分，各组分及其所占质量重量份数包括：水泥140～150份，天然河砂260～280份，橡胶粉5～8份，微硅粉12～15份，碎石400～420份，聚丙烯纤维0.58～2.16份，减水剂0.8～1份，水80～90份，所述碎石的粒度在40mm以下；

2)将步骤1)原料中的水泥和聚丙烯纤维加入搅拌均匀，至混合物中聚丙烯纤维无明显成团现象，然后加入步骤1)原料中的橡胶粉和微硅粉搅拌2～3min，然后加入步骤1)原料中的天然河砂和碎石加，搅拌2～3min，最后依次加入步骤1)原料中的水和减水剂，搅拌3～5min，得到高阻尼混凝土浆料；

3)将步骤2)所得高阻尼混凝土浆料放入模具，振捣均匀后成型，经标准养护后得高阻尼混凝土。

实施例

本发明以本发明设计的方法采取不同组分配比制备多个实施例的高阻尼混凝土，制备步骤如下：

1)按比例称取各组分原料，将模具清洗干净并涂一层脱模剂；

2)将称量好的水泥和聚丙烯纤维放入强制式搅拌机中，搅拌至聚丙烯纤维在水泥中均匀分散，无明显成团现象；

3)依次加入称量好的橡胶粉、微硅粉，搅拌2～3min；

4)依次加入称量好的天然河砂、碎石，搅拌2～3min；

5)依次加入称量好的水和减水剂，继续搅拌3min，得到混凝土拌合物；

6)将已获得的混凝土拌合物装入已经涂刷脱模剂的模具中，将模具放在振动台上，振捣完成后刮去模具表面多余的混凝土并将表面抹平；

7)最后将所有试件放入标准养护室养护28d，即可获得高阻尼纤维混凝土。

本发明共设计了五组实施例的配比，具体配比见表1。

本发明还设计了五组对比例，对比例采用与本发明完全不同的配比及组分或者完全采用现有高等级混凝土的配比，作为本对照。

表1实施例1～5配比及对比例1～5配比

将实施例1～5中所得掺橡胶粉的高阻尼纤维混凝土分别浇筑成150mm×150mm×150mm的标准立方体试件测试抗压强度和80mm×80mm×1000mm的悬臂梁试件测试阻尼比。根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 0081-2002)的规定，采用电液伺服压力机对28d龄期标准立方体试件进行轴心抗压试验，测得立方体抗压强度；对悬臂梁试验进行自由振动衰减试验测试混凝土阻尼比。测试的数据结果见表2。

表2实施例1～5及对比例1～5的检测结果

编号	抗压强度(MPa)	阻尼比(％)
			实施例1	27.1	3.03
对比例1	33.8	2.64
			实施例2	26.4	3.35
对比例2	27.1	2.22
			实施例3	25.4	3.73
对比例3	26.2	1.95
			实施例4	24.7	4.11
对比例4	21.1	3.12
			实施例5	26.3	4.72
对比例5	26.5	2.03

对比表2中实施例1～5与对比例1～5可知，随着聚丙烯纤维掺量增加至2.16，阻尼比增加约60％；随着橡胶粉的掺入，相比于未掺橡胶粉悬臂梁试件阻尼比提高大约在14.4％。由此可以看出，本发明制备的一种掺橡胶粉的高阻尼纤维混凝土是一种阻尼性能良好的混凝土，适合用于现在高层、超高层建筑中使用，使得抗震或抗振能力得到提高。

根据上述实施例制备的高阻尼混凝土，强度等级为C30混凝土，通过轴心受压试验测得标准立方体抗压强度在24.7～33.8MPa，泊松比在0.18～0.22之间，阻尼比2.64％～4.72％，可以在保证阻尼比提高的同时兼顾抗压强度；将其用于地震频发和极端环境工作下的建筑物中，能够利用其自身高阻尼性能耗散地震或振动产生的部分能量，同时还可以与阻尼器和组合结构体系组成多重抗震体系，降低结构在地震和振动环境下的破坏和损伤程度。在保证人民生命财产安全，减少震后修复成本等，具有实际工程意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高阻尼混凝土，其特征在于：各组分及其所占质量重量份数包括：水泥140～150份，天然河砂260～280份，橡胶粉5～8份，微硅粉12～15份，碎石400～420份，聚丙烯纤维0.58～2.16份，减水剂0.8～1份，水80～90份，所述碎石的粒度在40mm以下；所述高阻尼混凝土由上述组分充分混合后固化而成；

所述微硅粉的粒度在120～130目，且所述微硅粉的二氧化硅含量在95％以上。

2.根据权利要求1所述的高阻尼混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的高阻尼混凝土，其特征在于：所述天然河砂含水率在8％～10％。

4.根据权利要求1所述的高阻尼混凝土，其特征在于：所述橡胶粉为废旧天然橡胶粉碎而成，粉碎粒度在35～40目。

5.根据权利要求1所述的高阻尼混凝土，其特征在于：所述碎石的粒度在18～20mm。

6.根据权利要求1所述的高阻尼混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维为短切束装单丝聚丙烯纤维，长度在5～7mm。

7.根据权利要求1所述的高阻尼混凝土，其特征在于：所述减水剂为减水率在15％～25％的萘系减水剂。

8.如权利要求1～7任一项所述的高阻尼混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)按比例称量各原料组分，各组分及其所占质量重量份数包括：水泥140～150份，天然河砂260～280份，橡胶粉5～8份，微硅粉12～15份，碎石400～420份，聚丙烯纤维0.58～2.16份，减水剂0.8～1份，水80～90份，所述碎石的粒度在40mm以下；

2)将步骤1)原料中的水泥和聚丙烯纤维加入搅拌均匀，至混合物中聚丙烯纤维无明显成团现象，然后加入步骤1)原料中的橡胶粉和微硅粉搅拌2～3min，然后加入步骤1)原料中的天然河砂和碎石加，搅拌2～3min，最后依次加入步骤1)原料中的水和减水剂，搅拌3～5min，得到高阻尼混凝土浆料；

3)将步骤2)所得高阻尼混凝土浆料放入模具，振捣均匀后成型，经标准养护后得高阻尼混凝土。