CN111302739A - 一种掺加纤维和sap的减缩抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土及其制备方法，混凝土包括水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂按照质量比为(175‑184)：(300‑450)：(50‑80)：(2800‑3200)：(700‑800)：(0.57‑1.30)：(988‑1084)：(745‑798)：(4.55‑4.78)混合均匀制成；纤维形成的三维网络结构可以承托骨料，使混凝土更均匀，纤维及SAP的掺入可以延缓裂缝起裂时间，降低裂缝数量、宽度、总长度和单位面积上总开裂面积，SAP中储蓄的内养生水的释放，促使混凝土中未水化的水泥继续水化，生成的碳酸钙及钙矾石填补微小裂缝，实现对混凝土微裂缝自愈合，有效控制早期收缩裂缝的数量及宽度，提高混凝土早期强度及耐久性，降低微裂纹的发育速度。

Description

一种掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
早期收缩开裂是水泥混凝土长期存在的缺陷之一。水泥混凝土成型初期因受环境温湿度变化影响而不可避免地出现早期收缩裂缝，而这些微裂缝又会在荷载和环境因素耦合作用下逐渐扩展，并形成宏观裂缝。一旦出现宏观裂缝，侵蚀性介质将渗入混凝土内部，导致混凝土遭受化学侵蚀，严重影响混凝土的耐久性，因此亟需采取有效方式降低混凝土的早期收缩开裂，提高其耐久性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土及其制备方法，利用纤维和SAP内养生材料的优良性能，纤维形成的三维网络结构可以承托骨料，SAP中能储蓄养生水，从源头上解决混凝土早期收缩抗裂的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，包括水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂按照质量比为(175-184)：(300-450)：(50-80)：(2800-3200)：(700-800)：(0.57-1.30)：(988-1084)：(745-798)：(4.55-4.78)混合均匀制成。
水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
粉煤灰为I级粉煤灰，粉煤灰的细度为11％。
玄武岩纤维为圆柱体结构，为光滑表面，抗拉强度为2500～3400MPa，弹性模量为93～110GPa。
聚丙烯纤维为扁平状结构，表面为凹凸状，抗拉强度大于300MPa，弹性模量大于2.5GPa。
SAP为聚羧酸钠-60型吸水树脂，粉体颗粒，细度在40-80目之间。
碎石为花岗岩碎石，碎石的粒径为4.75～19.0mm，含泥量不超过0.2％。
砂为天然河砂，含泥量不超过0.6％。
减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水剂的减水率为26％。
掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土的制备方法，，称取水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，再将水泥、粉煤灰、碎石和砂搅拌混合均匀，然后加入玄武岩纤维、聚丙烯纤维及SAP，搅拌均匀后加入减水剂和水，最后搅拌至粘稠无浮浆状态，得减缩抗裂水泥混凝土。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明所述的减缩抗裂水泥混凝土采用水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂制备而成，其中，纤维形成的三维网络结构可以承托骨料，较少骨料的沉降，使得混凝土更加均匀，与此同时，纤维及SAP的掺入可以延缓裂缝起裂时间，降低裂缝数量、宽度、总长度和单位面积上总开裂面积，SAP中储蓄的内养生水的释放，促使混凝土中未水化的水泥继续水化，生成的碳酸钙及钙矾石以填补微小裂缝，以实现对混凝土微裂缝的自愈合效应，有效控制早期收缩裂缝的数量及宽度，大幅度提高混凝土早期强度及耐久性，延长使用寿命，降低微裂纹的发育速度；
从添加玄武岩纤维、聚丙烯纤维及聚羧酸钠吸水树脂着手解决混凝土收缩开裂问题；一方面，纤维的引入可以在混凝土内部形成三维空间网络结构，使得微裂缝在发展的过程中遭遇纤维的几率显著增加，从而分散了混凝土塑性变形过程中产生的能量，有效降低混凝土内部微裂缝尖端的应力集中，阻碍微裂缝的拓展；另一方面，聚羧酸钠吸水树脂这类内养生材料在混凝土搅拌过程中吸水，在混凝土硬化过程中缓慢放水，保证早期水泥水化平稳进行，从而显著降低混凝土的早期收缩，并大大减少养护用水量，同时，内养生剂颗粒起到“滚动润滑”的效应，提高了混凝土的施工性能及匀质性，大大减少开裂趋势；
需要说明的是，本发明通过利用SAP快速吸水的特性，能提高施工效率；利用SAP的内养护作用，保证其在早期能够释放足够的内养生水供水泥充分水化，减少了混凝土的早期收缩，增加了混凝土的强度；利用SAP的吸水滚动效应，能改善混凝土的工作性能，提高混凝土的均匀性，减少成型后对混凝土养护所需外部用水量；
通过掺加粉煤灰，节约水泥用量，减少用水量，从而节省制造成本，提高产品质量；减少混凝土的干缩变形，降低混凝土的绝热温升；同时粉煤灰起到润滑集料颗粒的作用，使得集料之间的摩擦力变小，提高混凝土的工作性及流动性，能增加混凝土的密实性，提高混凝土的体积稳定性；粉煤灰为工业生产的固废，环保节能，具有较好的经济效益和社会效益；
通过掺加聚羧酸类高效减水剂，减少了拌合用水量的同时提高了混凝土的和易性；增加了混凝土的密实度，提高了混凝土质量，显著提高混凝土的强度，延长其使用寿命；
附图说明
图1为本发明所述一种制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细阐述。
本发明提供一种掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，包括水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂按照质量比为(175-184)：(300-450)：(50-80)：(2800-3200)：(700-800)：(0.57-1.30)：(988-1084)：(745-798)：(4.55-4.78)混合均匀制成。
本发明所述减缩抗裂水泥混凝土的制备方法包括以下步骤：
称取水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，再将水泥、粉煤灰、碎石和砂搅拌混合均匀，然后加入玄武岩纤维、聚丙烯纤维及SAP，搅拌均匀后加入减水剂和水，最后搅拌至粘稠无浮浆状态，得减缩抗裂水泥混凝土。
实施例一
本发明所述的减缩抗裂水泥混凝土由水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂制备而成，其中，水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂的质量比为175：300：80：3200：800：0.57：1084：798：4.55。
水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
粉煤灰为I级粉煤灰，粉煤灰的细度为11％，粉煤灰的烧失量为4.2％，粉煤灰的需水量为93％，游离氧化钙含量为0.9％，粉煤灰的28d活性指数为75％。
玄武岩纤维为圆柱体结构，为光滑表面，纤维的直径为16.5μm，长度为18mm，密度为2610kg/m3，抗拉强度为2500～3400MPa，弹性模量为93～110GPa，极限伸长率为3.3％。
聚丙烯纤维为扁平状结构，表面凹凸不平，纤维的直径为25μm，长度为20mm，密度为910kg/m3，抗拉强度大于300MPa，弹性模量大于2.5GPa，极限伸长率为17％。
SAP为聚羧酸钠-60型吸水树脂，其为白色粉体颗粒，细度在40-80目之间，吸液倍率为22倍，可在PH为7-14范围内缓慢释水。
碎石为花岗岩碎石，碎石的粒径为4.75～19.0mm，含泥量为0.2％，针片状含量为2.3％，压碎值为11％。
砂为天然河砂，细度模数为2.71，表观密度为2640kg/m3，含泥量不超过0.6％。
减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水剂的减水率为26％。
本发明所述减缩抗裂路面水泥混凝土的制备方法包括以下步骤：
称取水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，再将水泥、粉煤灰、碎石和砂搅拌混合均匀，然后加入玄武岩纤维、聚丙烯纤维及SAP，搅拌均匀后加入减水剂和水，最后搅拌至粘稠无浮浆状态，得减缩抗裂水泥混凝土。
样品力学性能及收缩试验过程如下，评价指标为28d立方体抗压强度、28d立方体抗弯拉强度：
将混凝土拌合物装入模具，放到振动器上进行振捣，装模分两次进行，第二次装模结束后在振动台上进行抹面，直至平面光滑，24h后拆除模具。然后放入养护室进行标准养护，温度控制在(20±2)℃左右，相对湿度95％以上，直至28天龄期后测试混凝土力学强度性能。
样品不同龄期的收缩率测试试验：
将准备好拌和物浇注成尺寸为100mm×100mm×515mm的混凝土棱柱；
将成型后的棱柱体混凝土试件在标准养护条件下养护至24小时候后拆模，并记录好初始试件的初始长度；
将千分表架设在支架上，用双面胶将玻璃片粘贴在棱柱体两端，使测量面平整减小误差；
将试件移入环境温度控制在20℃，湿度为60％左右的室内按预定的时间进行混凝土收缩率的测量，表1为实施例一得到的样品不同龄期的力学性能及收缩率测试结果。
表1实施例一得到的样品不同龄期的力学性能及收缩率测试结果
Figure BDA0002441540870000051
样品平板抗裂试验：
将搅拌好的混凝土拌合物从搅拌机移入平板模具中，同时浇筑好两个试件，此过程注意保护塑料薄膜不被划破，然后振捣成型，将表面抹平，再用塑料薄膜覆盖在其表面，2h后拆模。
为了让浇筑的试块尽快失水而产生裂缝，便于对试件抗裂性能的分析，待试件拆模后，立即用电风扇进行干燥，并且调整风扇的高度和位置，保证风向能够平行于试件表面，并保持试件表面中上部风速为4m/s～5m/s。保持试验温度20℃±5℃，相对湿度不大于60％。
连续观察试件，记录每个试件出现第一条裂缝的初裂时间，以及第24h的裂缝的发展与开裂情况，其中，包括每个试件的裂缝总面积，裂缝最大宽度，裂缝总数目和裂缝宽度分布的数目，做好相关测定和记录工作，表2为实施例一制备得到的样品平板抗裂试验统计测试结果。
表2实施例一制备得到的样品平板抗裂试验统计测试结果
Figure BDA0002441540870000061
如表1、表2所示，与基准混凝土相比，本发明制备的混凝土具有良好的力学性能和抗收缩开裂性能。本发明制备的混凝土28d抗压强度提高了8.5％，抗弯拉强度提高了9.0％；本发明制备的混凝土28d的收缩率减小了64.7％；本发明制备的混凝土初裂时间延长了145min，裂缝最大宽度降低了61.2％，裂缝总长度降低了32.2％，单位面积上总开裂面积降低幅度高达73.7％。
实施例二
本发明所述的减缩抗裂水泥混凝土由水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂制备而成，其中，水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂的质量比为183.7：450：50：3000：750：1.3：1033：748：4.78。
水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
粉煤灰为I级粉煤灰，粉煤灰的细度为11％，粉煤灰的烧失量为4.2％，粉煤灰的需水量为93％，游离氧化钙含量为0.9％，粉煤灰的28d活性指数为75％。
玄武岩纤维为圆柱体结构，为光滑表面，纤维的直径为16.5μm，长度为18mm，密度为2610kg/m3，抗拉强度为2500～3400MPa，弹性模量为93～110GPa，极限伸长率为3.3％。
聚丙烯纤维为扁平状结构，表面凹凸不平，纤维的直径为25μm，长度为20mm，密度为910kg/m3，抗拉强度大于300MPa，弹性模量大于2.5GPa，极限伸长率为17％。
SAP为聚羧酸钠-60型吸水树脂，其为白色粉体颗粒，细度在40-80目之间，吸液倍率为22倍，可在PH为7-14范围内缓慢释水。
碎石为花岗岩碎石，碎石的粒径为4.75～19.0mm，含泥量为0.2％，针片状含量为2.3％，压碎值为11％。
砂为天然河砂，细度模数为2.71，表观密度为2640kg/m3，含泥量不超过0.6％。
减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水剂的减水率为26％。
本发明所述减缩抗裂路面水泥混凝土的制备方法包括以下步骤：
称取水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，再将水泥、粉煤灰、碎石和砂搅拌混合均匀，然后加入玄武岩纤维、聚丙烯纤维及SAP，搅拌均匀后加入减水剂和水，最后搅拌至粘稠无浮浆状态，得减缩抗裂水泥混凝土。
实施例三
本发明所述的减缩抗裂水泥混凝土由水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂制备而成，其中，水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂的质量比为178.5：368：65：2800：700：0.84：988：745：4.63。
水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
粉煤灰为I级粉煤灰，粉煤灰的细度为11％，粉煤灰的烧失量为4.2％，粉煤灰的需水量为93％，游离氧化钙含量为0.9％，粉煤灰的28d活性指数为75％。
玄武岩纤维为圆柱体结构，为光滑表面，纤维的直径为16.5μm，长度为18mm，密度为2610kg/m3，抗拉强度为2500～3400MPa，弹性模量为93～110GPa，极限伸长率为3.3％。
聚丙烯纤维为扁平状结构，表面凹凸不平，纤维的直径为25μm，长度为20mm，密度为910kg/m3，抗拉强度大于300MPa，弹性模量大于2.5GPa，极限伸长率为17％。
SAP为聚羧酸钠-60型吸水树脂，其为白色粉体颗粒，细度在40-80目之间，吸液倍率为22倍，可在PH为7-14范围内缓慢释水。
碎石为花岗岩碎石，碎石的粒径为4.75～19.0mm，含泥量为0.2％，针片状含量为2.3％，压碎值为11％。
砂为天然河砂，细度模数为2.71，表观密度为2640kg/m3，含泥量不超过0.6％。
减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水剂的减水率为26％。
本发明所述减缩抗裂路面水泥混凝土的制备方法包括以下步骤：
称取水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，再将水泥、粉煤灰、碎石和砂搅拌混合均匀，然后加入玄武岩纤维、聚丙烯纤维及SAP，搅拌均匀后加入减水剂和水，最后搅拌至粘稠无浮浆状态，得减缩抗裂水泥混凝土。
本发明从添加玄武岩纤维、聚丙烯纤维及聚羧酸钠吸水树脂着手解决混凝土收缩开裂问题；一方面，纤维的引入可以在混凝土内部形成三维空间网络结构，使得微裂缝在发展的过程中遭遇纤维的几率显著增加，从而分散了混凝土塑性变形过程中产生的能量，有效降低混凝土内部微裂缝尖端的应力集中，阻碍微裂缝的拓展；另一方面，聚羧酸钠吸水树脂这类内养生材料在混凝土搅拌过程中吸水，在混凝土硬化过程中缓慢放水，保证早期水泥水化平稳进行，从而显著降低混凝土的早期收缩，并大大减少养护用水量，同时，内养生剂颗粒起到“滚动润滑”的效应，提高了混凝土的施工性能及匀质性，大大减少开裂趋势；
纤维与水泥浆体结合良好，起到“二次微加筋”的作用，通过纤维与水泥基体间的摩擦与纤维的拉拔作用，消耗裂缝发展的能量，抑制裂缝的发展，提高了混凝土的抵抗塑性开裂性能；纤维形成的三维网状结构能有效阻隔水分流失的通道，减少水分的流失，减小毛细管收缩产生的负压，同时还可以承托骨料，较少骨料的沉降，提高混凝土的均匀性，增加混凝土的密实性，使混凝土中原生的微裂纹数量减少，裂缝宽度变细，并进一步提高混凝土的韧性及抗渗性。

Claims (10)

1.一种掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，包括水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂按照质量比为(175-184)：(300-450)：(50-80)：(2800-3200)：(700-800)：(0.57-1.30)：(988-1084)：(745-798)：(4.55-4.78)混合均匀制成。
2.根据权利要求1所述的掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，粉煤灰采用I级粉煤灰，粉煤灰的细度为11％。
4.根据权利要求1所述的掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，玄武岩纤维为圆柱体结构，为光滑表面，抗拉强度为2500～3400MPa，弹性模量为93～110GPa。
5.根据权利要求1所述的掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，聚丙烯纤维为扁平状结构，表面为凹凸状，抗拉强度大于300MPa，弹性模量大于2.5GPa。
6.根据权利要求1所述的掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，SAP为聚羧酸钠-60型吸水树脂，粉体颗粒，细度在40-80目之间。
7.根据权利要求1所述的掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，碎石为花岗岩碎石，碎石的粒径为4.75～19.0mm，含泥量不超过0.2％。
8.根据权利要求1所述的掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，砂为天然河砂，含泥量不超过0.6％。
9.根据权利要求1所述的掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土，其特征在于，减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水剂的减水率为26％。
10.权利要求1-9中任意一项所述掺加纤维和SAP的减缩抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，称取水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、SAP、碎石、砂及减水剂，将水泥、粉煤灰、碎石和砂搅拌混合均匀，然后加入玄武岩纤维、聚丙烯纤维及SAP，搅拌均匀后加入减水剂和水，最后搅拌至粘稠无浮浆状态，得减缩抗裂水泥混凝土。
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