CN111499304A - 一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，包含如下组分：硅酸盐水泥20‑30份、海水7‑9份、海砂45‑50份、减水剂1.3‑2份、粉煤灰5‑15份、微硅粉4‑14份、耐碱玄武岩纤维0.2‑0.4份，各组分以重量份计。本发明通过合理调整配合比，优化工艺流程，制备出高强度、高耐久性的建筑材料，具有保护环境、节约成本等社会和经济效益，本发明的混凝土建筑材料适用于海洋工程的建设与开发，有利于保护内陆资源，降低开发成本，能在海洋环境下具有较高的服役寿命。

Description

一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及土木建筑材料技术领域，涉及一种原料为耐碱玄武岩纤维、海水和海砂的高性能混凝土。
背景技术
随着科技的发展、社会的进步以及内陆资源的匮乏，陆地环境越来越难以满足人类发展的要求，海洋成为了一个广阔的资源成为新的开发目标。近年来，海洋交通工程建设领域的开发如火如荼。海洋技术作为当代三大尖端科技革命的重要内容之一，对它的研究具有重要的现实意义。随着海洋工程的发展，陆上核能、军民港口建设、石油钻井勘探、海底隧道、陆上风电场和海上桥梁等重大海洋工程的建设，适用于海洋工程建设和开发的材料的相关研究已成为当务之急。
为了避免淡水河砂的过度开采而导致的环境破坏，在海洋工程的建设过程中就地取材，使用海水海砂作为混凝土材料的原料，是一种经济又便捷的方法。传统的高性能混凝土材料特点是具有超高的抗压强度，强度为普通混凝土的4-5倍，采用该材料施工可以大大减少结构截面高度，降低结构自重，提高材料的利用率，非常适用于大跨、高层等大型建筑结构。同时高性能混凝土由于具有非常高的密实度，具有较高的抗渗抗冻性能，对海水侵蚀和冲刷也具有很强的抵抗力。因此采用海水海砂制备高性能混凝土非常适用于海洋工程，有利于提高结构的服役寿命。
玄武岩纤维是一种以火山喷发形成的玄武岩为原料，在经过1450℃-1500℃高温熔融之后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩纤维不仅具有高强高模等特点，而且还具有耐高温及低温性能佳、耐酸碱、抗氧化、抗辐射、绝热隔声、防火阻燃、过滤性好、适于各种环境下使用等优异性能。同时由于玄武岩纤维的原料为天然矿石且在加工过程中不添加任何东西，也没有排放出任何有毒有害物质，是一种无环境污染的绿色健康纤维产品。由于海工混凝土是强盐碱环境，具有极高的侵蚀性，传统的钢纤维或是普通玄武岩纤维在混凝土内容易被侵蚀。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，可大幅度提高耐碱性，适合在混凝土领域进行应用；
本发明另一目的在于提供一种上述混凝土的制备方法。
技术方案：本发明所述耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，包含如下组分：
Figure RE-GDA0002514543290000021
优选地，所述耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，包含如下组分：
Figure RE-GDA0002514543290000022
Figure RE-GDA0002514543290000031
本发明进一步优选地技术方案为，硅酸盐水泥、粉煤灰和微硅粉混合组成胶凝材料。
优选地，减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量＞30％，减水率＞30％，所述减水剂的质量为胶凝材料总质量的3％-5％。
优选地，硅酸盐水泥为标号为P·O 42.5级别及以上。
优选地，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，采用45μm筛余量不大于12％，需水量比不大于95％。
优选地，所述微硅粉平均粒径为20μm，SiO2含量为96％以上，体积密度为314kg/m3。
优选地，耐碱玄武岩纤维表面采用环氧树脂或乙烯基树脂中的一种作为成膜剂进行表面改性，短切长度6-24mm，其掺入量为混凝土体积率1％-2％。
优选地，海砂的细度模数不超过2.5。
本发明所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土的制备方法，包括如下步骤，按重量份称量好各组分的原料；将硅酸盐水泥、海砂、粉煤灰和微硅粉置入强制搅拌机干拌3 分钟，缓慢加入海水和减水剂混合物，继续低速搅拌3分钟后，高速搅拌1分钟；缓慢加入耐碱玄武岩纤维，继续高速搅拌3分钟得到混凝土材料；将混凝土材料浇筑入模并充分振捣；浇筑入模24-48小时后，进行90℃恒温水浴养护48-72h，再进行标准养护至28d龄期以上。
有益效果：本发明通过耐碱玄武岩纤维替代钢纤维掺入到海水海砂高性能混凝土做法，可以避免受到海水海砂中氯离子的腐蚀锈胀作用，将有效推动水利工程和海洋工程的建设发展，本发明的混凝土具有如下优点：
(1)强度高，由于在普通硅酸盐水泥的基础上，还加入了微硅粉、粉煤灰等胶凝材料，同时剔除了粗骨料，只加入海砂作为唯一的细骨料，有利于提高混凝土的密实度和整体性，减少了混凝土内部的缺陷。本发明采用聚羧酸高效减水剂，可以保证在极低的水胶比的情况下，使拌合物具有良好的工作性能。本发明在养护过程中，采用了高温恒温水浴的养护方式，有利于优化混凝土的微结构，同时加速胶凝材料的火山灰反应，使其能在较短时间内达到高强度的要求。材料强度高的好处是能够有效减小结构截面高度，降低自重，提高材料利用率，能适用大跨结构、高层结构等大型建筑结构。
(2)耐久度高，由于该混凝土密实度高、内部缺陷少，具有较高的抗渗性、抗冻性和抗海水冲刷的性能，非常适用于海洋工程。本发明采用玄武岩纤维作用增强纤维来替代传统的钢纤维，能够有效防止纤维被海水海砂中的氯离子所侵蚀，避免因被锈蚀而失效。
(3)成本低，保护陆地生态环境，在海洋工程中具有较高的经济效益。海水海砂作为原材料，在海洋工程的建设过程中可就地取材，不仅降低了原材料的成本，也减少了从内陆运输淡水河砂的成本。同时，本发明不采用河砂可以减少对河砂资源的进一步消耗，避免河砂资源被过度开采，保护生态环境，有利于可持续发展。本发明采用玄武岩纤维，不采用钢纤维，大大降低了原料上的成本。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂高性能混凝土，包括以下组分：硅酸盐水泥30份、海水9份、海砂50份、减水剂2份、粉煤灰15份、微硅粉14份、耐碱玄武岩纤维0.4份。
制备工艺如下：
按重量份准确称量好各组分的材料，将水泥、海砂、粉煤灰、微硅粉置入强制搅拌机低速干拌3分钟，缓慢加入海水和减水剂混合物，继续低速搅拌3分钟，高速搅拌1分钟，缓慢加入耐碱玄武岩纤维，继续高速搅拌3分钟，浇筑入模并充分振捣。浇筑入模24小时后，进行90℃恒温水浴养护48h，再进行标准养护至28d龄期。
实施例2：一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂高性能混凝土，包括以下组分：硅酸盐水泥20份、海水7份、海砂45份、减水剂1.3份、粉煤灰5份、微硅粉4份、耐碱玄武岩纤维0.2份。
制备工艺如下：
按重量份准确称量好各组分的材料，将水泥、海砂、粉煤灰、微硅粉置入强制搅拌机低速干拌3分钟，缓慢加入海水和减水剂混合物，继续低速搅拌3分钟，高速搅拌1分钟，缓慢加入耐碱玄武岩纤维，继续高速搅拌3分钟，浇筑入模并充分振捣。浇筑入模24小时后，进行90℃恒温水浴养护48h，再进行标准养护至28d龄期。
实施例3：一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂高性能混凝土，包括以下组分：硅酸盐水泥25份、海水7份、海砂48份、减水剂1.7份、粉煤灰10份、微硅粉10份、耐碱玄武岩纤维0.3份。
制备工艺如下：
按重量份准确称量好各组分的材料，将水泥、海砂、粉煤灰、微硅粉置入强制搅拌机低速干拌3分钟，缓慢加入海水和减水剂混合物，继续低速搅拌3分钟，高速搅拌1分钟，缓慢加入耐碱玄武岩纤维，继续高速搅拌3分钟，浇筑入模并充分振捣。浇筑入模24小时后，进行90℃恒温水浴养护48h，再进行标准养护至28d龄期。
将实施例1～实施例3的相关参数测试。
抗压强度、抗折强度、拉伸试验：参照GB/T 17617-1999《水泥胶砂强度检测方法》中的相关测试方法进行测定。
抗硫酸盐等级和抗冻等级测试：参照GBT 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的相关测试方法进行测定。
结果如表1所示：
表1玄武岩纤维增强海水海砂高性能混凝土性能
Figure RE-GDA0002514543290000061
表1所示的结果显示，本发明制备的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂高性能混凝土的各项性能优良，抗压强度超过125MPa，抗折强度超过22MPa，抗拉强度超过6MPa，抗硫酸盐等级≥KS150，抗冻等级≥F500，耐久性优良，适用于海洋工程的开发和利用，起到了很好的保护环境和节约成本的目的。该研究成果弥补了国内外利用海水海砂以及耐碱玄武岩纤维来制备高性能混凝土的空白。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，包含如下组分：
Figure FDA0002471492190000011
各组分以重量份计。
2.根据权利要求1所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，包含如下组分：
Figure FDA0002471492190000012
3.根据权利要求1所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，硅酸盐水泥、粉煤灰和微硅粉混合组成胶凝材料。
4.根据权利要求3所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量＞30％，减水率＞30％，所述减水剂的质量为胶凝材料总质量的3％-5％。
5.根据权利要求3所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，硅酸盐水泥为标号为P·O 42.5级别及以上。
6.根据权利要求3所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，采用45μm筛余量不大于12％，需水量比不大于95％。
7.根据权利要求3所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，所述微硅粉平均粒径为20μm，SiO2含量为96％以上，体积密度为314kg/m3。
8.根据权利要求1所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，耐碱玄武岩纤维表面采用环氧树脂或乙烯基树脂中的一种作为成膜剂进行表面改性，短切长度6-24mm，其掺入量为混凝土体积率1％-2％。
9.根据权利要求1所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土，其特征在于，海砂的细度模数不超过2.5。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土的制备方法，其特征在于包括如下步骤，按重量份称量好各组分的原料；将硅酸盐水泥、海砂、粉煤灰和微硅粉置入强制搅拌机干拌3分钟，缓慢加入海水和减水剂混合物，继续低速搅拌3分钟后，高速搅拌1分钟；缓慢加入耐碱玄武岩纤维，继续高速搅拌3分钟得到混凝土材料；将混凝土材料浇筑入模并充分振捣；浇筑入模24-48小时后，进行90℃恒温水浴养护48-72h，再进行标准养护至28d龄期以上。
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