CN111439977A - 一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法，所述抗冲击玄武岩纤维增强混凝土包含以下重量份的各组分：水泥400‑800份；矿物掺合料80‑170份；细骨料500‑1200份；粗骨料900‑1800份；玄武岩纤维2‑4份；水200‑400份。本发明所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其玄武岩纤维具有优异的抗冲击性能，冲击破坏荷载比普通混凝有较高提升。在多次冻融条件下，相对动弹模量和质量损失率都得到显著控制，抗冻性能突出，用之于港口深码头，跨海大桥等领域有着重要的意义。

Description

一种抗冲击玄武岩纤维增强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，具体涉及一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，关于混凝土断裂力学的研究已成为我国混凝土学研究中的重要课题，大多数建筑和基础设施使用的都是混凝土材料，这是因为混凝土具有容易取材、易成型等优点，但其也存在着诸多缺点，比如自重大、抗拉强度低、抗冲击性能差，即便是钢筋混凝土，在冲击荷载的作用下也易于发生脆性断裂。
通常在制备混凝土时需要加入纤维来抑制混凝土中裂纹的扩展，防止混凝土收缩，提高混凝土的韧性。目前混凝土中常用的纤维主要有钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维等。钢纤维弹性模量高、适合用于承重结构中，因此在建筑结构中应用的最为广泛。但是钢纤维存在造价高、比重大、耐腐蚀等问题。其它纤维应用时均存在缺点，如玻璃纤维耐碱性差，合成纤维耐老化性能和弹性模量低等问题，这在一定程度上限制了纤维混凝土的应用。
此外，随着新材料科技的发展，玄武岩纤维在各个领域得到了应用，与其他合成纤维相比，玄武岩纤维具备极强的耐温性能，可在-269～700℃范围内连续工作，耐酸、耐碱、耐腐蚀，抗拉强度高，弹性模量大，耐磨性好，此外还具备绝缘性、抗辐射性，良好的透波性等特点。以其为增强体，可制成各种制品及复合材料，综合性能的优良使其具有广阔的应用前景。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供了一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法，以解决普通混凝土强度低的问题，大大提高混凝土性能，使混凝土具有高的抗折强度、耐久性的特点。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，包含以下重量份的各组分：
水泥400-800份；矿物掺合料80-170份；细骨料500-1200份；粗骨料900-1800份；玄武岩纤维2-4份；水200-400份。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其中所述水泥选自强度等级为42.5或以上的硅酸盐系列水泥和硫铝酸盐系列水泥中的至少一种，优选为强度等级是42.5或以上的硅酸盐系列水泥。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其中所述矿物掺合料为II级粉煤灰或高炉矿渣，优选为II级粉煤灰，其细度满足0.045mm方孔筛筛余小于5wt％，烧失量低于3wt％。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其中所述细骨料选自河砂、机制砂和海沙中的一种，优选为河沙，其细度模数为2.9-3.0，含泥量低于0.3wt％，氯离子含量低于0.05wt％。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其中所述粗骨料选自石灰岩碎石、玄武岩碎石和卵石中的一种，优选为石灰岩碎石，其压碎指标<10％，其粒径在5-25mm之间。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其中所述玄武岩纤维的长度为5-30mm，抗拉强度>2000MPa。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其中所述抗冲击玄武岩纤维增强混凝土的28天抗压强度为41MPa以上，劈裂强度为3.5MPa以上。
本发明的目的及解决其技术问题进一步是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料按比例混合后，搅拌3-5min，一边搅拌一边均匀加入玄武岩纤维，以相同速度继续搅拌3-5min，之后将水均匀加入，继续搅拌3-5min，成型，放置至少24h后拆模，标准养护28-30天，得到玄武岩纤维混凝土。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，其中所述搅拌转速为50-100r/min。
借由上述技术方案，本发明所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法至少具有下列优点：
1、本发明所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其选用玄武岩纤维作为混凝土增强材料，阻碍混凝土在应力作用下的裂纹扩展，提高其强度和耐腐蚀性。
2、本发明所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其抗压强度可达41MPa以上，劈裂强度可达到3.5MPa以上。
3、本发明所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土材料中，玄武岩纤维与混凝土界面结合良好，不易发生劈裂。
4、本发明所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土的制备方法避免了搅拌过程中的纤维搭接，纤维分散均匀，没有聚集现象。
4、本发明所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其玄武岩纤维具有优异的抗冲击性能，冲击破坏荷载比普通混凝有较高提升。在多次冻融条件下，相对动弹模量和质量损失率都得到显著控制，抗冻性能突出，用之于港口深码头，跨海大桥等领域有着重要的意义。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法其具体实施方式、特征及其性能，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
以下材料或试剂，如非特别说明，均为市购。
本发明提供了一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，包含以下重量份的各组分：
水泥400-800份；矿物掺合料80-170份；细骨料500-1200份；粗骨料900-1800份；玄武岩纤维2-4份；水200-400份。
上述水泥包括但不限于硅酸盐系列水泥、硫铝酸盐系列水泥，优选强度等级42.5及以上的硅酸盐水泥，其碱含量小于<0.6wt％，需水性小于25wt％，这样优选后有利于提高混凝土的早期和后期强度。
上述细骨料包括但不限于河砂、机制砂或海沙，符合现行建材行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006及国家标准《建筑用砂》GB/T14684-2011中规定的优质砂标准；优选为河沙，所述河沙的细度模数为2.9-3.0，含泥量低于0.3wt％，氯离子含量低于0.05wt％，这样优选后有利于提高混凝土的致密性和耐久性。
上述粗骨料包括但不限于石灰石碎石或玄武岩碎石或卵石，优选为石灰石碎石，其具有质量致密坚硬，强度高，表面粗糙的特点，其压碎指标<10％，粒径在5-25mm之间，这样优选后有利于提高混凝土的强度和抗冲击性能。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其中所述的矿物掺合料为II级粉煤灰或高炉矿渣，优选为II级粉煤灰，其细度满足0.045mm方孔筛筛余小于5wt％的要求，烧失量低于3wt％，这样优选后有利于提高混凝土的致密性和强度。
优选的，前述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其中所述玄武岩纤维长度为5-30mm，抗拉强度>2000MPa，这样优选后有利于限制混凝土的裂纹发展和提高韧性。
上述抗冲击玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
选取长度为5-30mm的玄武岩纤维，按照重量份筛选出粒径符合要求的粗细骨料，将水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料按比例混合后，搅拌转速为50-100r/min，搅拌3-5min，一边搅拌一边均匀加入纤维，继续搅拌3-5min，完成上述步骤之后将配方量的水均匀加入搅拌机，继续搅拌3-5min，倒入模具成型，成型后的试件放置至少24h后拆模，之后标准养护28-30天，得到所述抗冲击玄武岩纤维增强混凝土。
下面以具体的实施例对本发明做进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1：
本实施例提供了一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其具体配方(以重量份计)如表1所示。
表1
组分 水 水泥 细骨料 粗骨料 粉煤灰 玄武岩纤维
配方 400 200 560 860 84 2
上述抗冲击玄武岩纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
选取长度为5-30mm的短切玄武岩纤维，选取合适粒径在5-25mm的粗骨料和细度模数为2.9的细骨料；
将粗细骨料、粉煤灰和水泥按照表1中的重量份依次加入到混凝土搅拌机，搅拌转速为60r/min，匀速搅拌3min；
之后均匀加入玄武岩纤维，继续以相同转速搅拌3min；之后将配方量的水均匀加入搅拌机中搅拌4min后，倒入模具中成型，24h后脱模，进行标准养护28天。
实施例2：
本实施例提供了一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其具体配方(以重量份计)如表2所示。
表2
组分 水 水泥 细骨料 粗骨料 粉煤灰 玄武岩纤维
配方 600 300 840 1290 126 3
上述抗冲击玄武岩纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
选取长度为5-30mm的短切玄武岩纤维，选取合适粒径在5-25mmd的粗骨料和细度模数为2.9的细骨料；
将粗细骨料、粉煤灰和水泥按照表2中的重量份加入到混凝土搅拌机，搅拌转速为70r/min，匀速搅拌3min；
均匀加入玄武岩纤维继续以相同转速搅拌3min；之后将配方量的水均匀加入搅拌机中搅拌4min后倒入模具中成型，24h后脱模，进行标准养护28天。与对照组相比，其各项性能参数如表所示。
实施例3：
本实施例提供了一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其具体配方(以重量份计)如表3所示。
表3
组分 水 水泥 细骨料 粗骨料 粉煤灰 玄武岩纤维
配方 800 400 1120 1720 168 4
上述抗冲击玄武岩纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
选取长度为5-30mm的短切玄武岩纤维，选取合适粒径在5-25mmd的粗骨料和细度模数为2.9的细骨料；
将粗细骨料、粉煤灰和水泥按照表3中的重量份加入到混凝土搅拌机，搅拌转速为80r/min，匀速搅拌3min；
之后均匀加入玄武岩纤维继续搅拌3min；之后将配方量的水均匀加入搅拌机中搅拌4min后倒入模具中成型，24h后脱模，进行标准养护28天。
对比例1
本对比例作为对照组，提供了一种不含玄武岩纤维的混凝土，其具体配方(以重量份计)如表4所示。
表4
组分 水 水泥 细骨料 粗骨料 粉煤灰 玄武岩纤维
配方 800 400 1120 1720 168 0
上述抗冲击玄武岩纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
选取合适粒径在5-25mmd的粗骨料和细度模数为2.9的细骨料；
将粗细骨料、粉煤灰和水泥按照表4中的重量份加入到混凝土搅拌机，搅拌转速为80r/min，匀速搅拌3min；之后将配方量的水均匀加入搅拌机中搅拌4min后倒入模具中成型，24h后脱模，进行标准养护28天。
以下对本发明实施例1-3所述的抗冲击玄武岩纤维混凝土及对比例1的不含玄武岩纤维的混凝土的立方体抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、抗碳化性能、抗冻性能进行示例性比较，比较结果如表5所示。其中，L1-0为对比例1，玄武岩纤维的掺量为0％(v/v)；L1-1为本发明实施例1，玄武岩纤维的掺量为0.1％(v/v)；L2-1为本发明实施例2，玄武岩纤维的掺量为0.2％(v/v)；L3-1为本发明实施例3，玄武岩纤维的掺量为0.3％(v/v)。
表5
L1-0 L1-1 L2-1 L3-1
纤维掺量 0 0.1％ 0.2％ 0.3％
抗压强度/Mpa 37.99 36.69 37.12 41.45
抗折强度/Mpa 5.41 5.79 6.15 6.71
劈拉强度/Mpa 2，87 3.08 3.15 3.5
抗碳化深度mm 8.00 10.25 9.5 10.5
早期开裂面积mm<sup>2</sup>/m<sup>2</sup> 1033.56 149.74 20 0
60次冻融循环后相对动弹模量(％) 74.50 78.51 78.20 93.00
质量损失率(％) 1.49 0.09 0.86 0.05
从表5的试验数据可知，相比于不添加玄武岩纤维的对比例1，本发明实施例1-3所述的玄武岩纤维增强混凝土基体的立方体劈裂抗拉强度明显增加，提高混凝土的韧性。本发明实施例1-3所述的水泥混凝土用玄武岩纤维，与常规尺寸的骨料匹配得更好，能够更好地填充到骨料之间的空隙中，使得玄武岩纤维与混凝土基体形成很好的密实度，很好的增加与水泥混凝土的粘结性能，达到增强增韧的效果，提高混凝土的韧性，提升混凝土的抗压、劈裂、抗拉、抗折等基本力学性能和抗冲击性能，而且提高混凝土的耐久性能，玄武岩纤维增强水泥混凝土的抗压强度抗折强度与抗劈拉强度，并可有效改善混凝土的抗弯性能和抗腐蚀性能，同时节约建筑材料，提高工作效率，使得玄武岩纤维混凝土在港口码头、跨海大桥、机场跑道、高层建筑等结构中具有良好的应用前景。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，包含以下重量份的各组分：
水泥400-800份；矿物掺合料80-170份；细骨料500-1200份；粗骨料900-1800份；玄武岩纤维2-4份；水200-400份。
2.如权利要求1所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，所述水泥选自强度等级为42.5或以上的硅酸盐系列水泥和硫铝酸盐系列水泥中的至少一种；所述矿物掺合料为II级粉煤灰或高炉矿渣。
3.如权利要求2所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，所述水泥选自强度等级为42.5或以上的硅酸盐系列水泥，其碱含量小于0.6wt％，需水性小于25wt％；所述矿物掺合料为II级粉煤灰，其细度满足0.045mm方孔筛筛余小于5wt％，烧失量低于3wt％。
4.如权利要求1所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，所述细骨料选自河砂、机制砂和海沙中的一种。
5.如权利要求4所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，所述细骨料选自河沙，其细度模数为2.5-3.0，含泥量低于0.3wt％，氯离子含量低于0.05wt％。
6.如权利要求1所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，所述粗骨料选自石灰岩碎石、玄武岩碎石和卵石中的一种。
7.如权利要求6所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，所述粗骨料选自石灰岩碎石，其压碎值<10％，其粒径在5-25mm之间。
8.如权利要求1所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维长度为5-30mm，抗拉强度>2000MPa。
9.如权利要求1所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土，其特征在于，所述抗冲击玄武岩纤维增强混凝土的28天抗压强度为41MPa以上，劈裂强度为3.5MPa以上。
10.一种权利要求1-9任一项所述的抗冲击玄武岩纤维增强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的水泥、矿物掺合料、细骨料、粗细骨料混合后，搅拌3-5min，一边搅拌一边均匀加入玄武岩纤维，继续搅拌3-5min，之后将水均匀加入，继续搅拌3-5min，成型，放置至少24h后拆模，标准养护28-30天，得到所述抗冲击玄武岩纤维增强混凝土。
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