CN111533509A - 一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法。该混合玄武岩纤维混凝土由水泥、矿物掺和料、砂、碎石、短切玄武岩纤维、集束玄武岩纤维、减水剂和水按一定比例混合而成，其中各组分所占质量比为水泥（220~280份）：矿物掺和料（130~230份）：砂（635~705份）：碎石（1055~1125份）：短切玄武岩纤维（1~3份）：集束玄武岩纤维（2~8份）：减水剂（4.3~6.4份）：水（140~160份）。其制备方法为把所有原材料依次加入到混凝土搅拌机中搅拌数分钟，出机装入一定的试模即可。该混合玄武岩纤维混凝土有效提高了混凝土结构物的抗裂能力和抗冻性能，且制备方法简单，适用性好，有很好的应用前景。

Description

一种混合玄武岩纤维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，具体涉及一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是一种脆性材料，其抗拉强度低，极限延伸率小，在施工和服役过程中很容易开裂。改善混凝土的脆性，提高混凝土的抗裂性，也一直是混凝土科研工作者和工程技术人员孜孜以求的目标。在混凝土中掺加纤维是提高混凝土抗裂性的有效措施之一。目前混凝土中常用的纤维有钢纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维等有机纤维。钢纤维能有效提高混凝土的力学性能和抗裂性能，但钢纤维掺量大，并且在混凝土中不好分散，且混凝土成本较高。聚丙烯纤维等有机纤维虽能提高混凝土的抗裂性能，但提高幅度有限，且容易导致混凝土离析泌水。玄武岩纤维是近年来发展起来的一种新型环保绿色无机纤维，它是以天然玄武岩矿石为原料，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩纤维具有高强度、电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，而且还具有优良的耐碱性和与水泥混凝土材料良好的相容性。因此，玄武岩纤维是用于增强水泥混凝土抗裂性的优良材料。
中国专利文献CN106082808B中提出一种玄武岩纤维混凝土，但其主要目的是增加建筑物的结构强度，而且没有说明玄武岩纤维的类型特点；中国专利文献CN107244849A中提出一种玄武岩纤维混凝土及其制备方法，但其需要把玄武岩纤维先制备成玄武岩高聚纤维，还需要把玄武岩高聚纤维与废塑料、芳香族环氧化合物等造粒，制备方法复杂，不具备实用性和推广性；中国专利文献CN109250962A中提出一种改性混合玄武岩纤维混凝土的制备方法，但其改性混合纤维的制备过程复杂，不具备实用性。中国专利文献CN109250937A中提出一种短切玄武岩纤维束增强混凝土及其制备方法，但制备过程复杂，不具有实用性。
发明内容
为了解决现存在的技术问题，并克服现有专利中的不足，本发明提出了一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法。
本发明提出的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于其由水泥、矿物掺和料、砂、碎石、短切玄武岩纤维、集束玄武岩纤维、减水剂和水按一定比例混合而成，各组分所占质量比为：
水泥：220～280份；
矿物掺和料：130～230份；
砂：635～705份；
碎石：1055～1125份；
短切玄武岩纤维：1～3份；
集束玄武岩纤维：2～8份；
减水剂：4.3～6.4份；
水：140～160份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)把上述比例的砂、碎石、水泥、矿物掺和料和短切玄武岩纤维依次加入到混凝土搅拌机中，搅拌20～30s；
(2)再依次加入上述比例的水和减水剂，搅拌1～2min；
(3)再加入上述比例的集束玄武岩纤维，搅拌1～2min；搅拌完成后，出机装入试模，硬化后即得到混凝土。
所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥、P·O42.5硅酸盐水泥、P·O52.5普通硅酸盐水泥或P·O52.5硅酸盐水泥中的一种。
所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的矿物掺和料为粉煤灰、矿渣粉、硅灰中的一种或几种混合而成。
所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰，所述的矿渣粉为S95级矿渣粉，所述的硅灰为SiO2含量不低于90％的(半加密或加密)硅灰。
所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的砂为河砂或机制砂，其细度模数为2.3～2.7，所述的碎石的颗粒级配为5mm～20mm或5mm～10mm连续级配。
所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的短切玄武岩纤维的长度为12mm或18mm，单丝直径为13μm或15μm，每束纤维由400根、600根或800根单丝组成，由玄武岩原石高温熔融经铂铑合金拉丝漏板拉制而成。
所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的集束玄武岩纤维的长度为20mm～40mm，直径为0.3mm～0.5mm，由玄武岩原石高温熔融经铂铑合金拉丝漏板拉丝后加捻浸胶并烘干而成。
本发明提出的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，具有以下有益效果：
1、短切玄武岩纤维在混凝土搅拌过程中分散成微米级的单丝状，在混凝土中交错杂乱分布并于混凝土内部形成空间网状结构，在混凝土早期收缩过程中，混凝土中微裂缝的发展受到纤维的有效约束和阻挡，从而对改善混凝土塑性开裂十分有利，裂缝降低系数达40％～80％。集束玄武岩纤维，凭借其较高的断裂强度，分散在混凝土中类似钢纤维的作用，有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，有效提高混凝土的抗折强度，混凝土抗折强度可提高20％～30％，从而有效提高混凝土的抗裂性能。短切玄武岩纤维和集束玄武岩纤维协同作用，有效提高了混凝土结构物的抗裂能力，并可有效提高混凝土的抗冻融性。
2、制备方法简单，适用性好，应用前景较好。
具体实施方式
实施例详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
具体实施例1
向混凝土搅拌机中依次加入河砂685kg、碎石1115kg、水泥275kg、粉煤灰120kg、硅灰25kg、短切玄武岩纤维1kg，搅拌30s，然后依次加入水152kg、减水剂4.4kg，搅拌1.5min，再加入集束玄武岩纤维3kg，搅拌1.5min，出机后装入一定尺寸的试模，硬化后即得到混凝土。其中水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，河砂的细度模数为2.5，碎石级配为5mm～20mm连续级配，短切玄武岩纤维的长度为18mm，单丝直径为15μm，每束纤维由400根单丝组成，集束玄武岩纤维的长度为40mm，直径为0.3mm。
采用不掺本发明所述的短切玄武岩纤维和集束玄武岩纤维的混凝土作为基准进行试验。在混凝土拌制过程中，通过调整减水剂的掺量，控制基准和实施例配合比混凝土的坍落度为180mm±20mm，含气量为4.5％±0.5％。基准1和实施例1的混凝土配合比如表1所示。
表1基准1和实施例1混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0002468699530000031
具体实施例2
向混凝土搅拌机中依次加入机制砂702kg、碎石1100kg、水泥250kg、粉煤灰90kg、矿渣粉85kg、硅灰20kg、短切玄武岩纤维2kg，搅拌30s，然后依次加入水152kg、减水剂4.8kg，搅拌1.5min，再加入集束玄武岩纤维5kg，搅拌1.5min，出机后装入一定尺寸的试模，硬化后即得到混凝土。其中水泥为P·O52.5普通硅酸盐水泥，机制砂的细度模数为2.5，碎石级配为5mm～20mm连续级配，短切玄武岩纤维的长度为18mm，单丝直径为15μm，每束纤维由600根单丝组成，集束玄武岩纤维的长度为40mm，直径为0.3mm。
采用不掺本发明所述的短切玄武岩纤维和集束玄武岩纤维的混凝土作为基准进行试验。在混凝土拌制过程中，通过调整减水剂的掺量，控制基准和实施例配合比混凝土的坍落度为180mm±20mm，含气量为4.5％±0.5％。基准2和实施例2的混凝土配合比如表2所示。
表2基准2和实施例2混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0002468699530000041
具体实施例3
向混凝土搅拌机中依次加入河砂724kg、碎石1086kg、水泥270kg、粉煤灰80kg、矿渣粉80kg、短切玄武岩纤维3kg，搅拌30s，然后依次加入水145kg、减水剂4.7kg，搅拌2min，再加入集束玄武岩纤维6kg，搅拌1.5min，出机后装入一定尺寸的试模，硬化后即得到混凝土。其中水泥为P·O42.5硅酸盐水泥，河砂的细度模数为2.4，碎石级配为5mm～10mm连续级配，短切玄武岩纤维的长度为12mm，单丝直径为13μm，每束纤维由400根单丝组成，集束玄武岩纤维的长度为30mm，直径为0.4mm。
采用不掺本发明所述的短切玄武岩纤维和集束玄武岩纤维的混凝土作为基准进行试验。在混凝土拌制过程中，通过调整减水剂的掺量，控制基准和实施例配合比混凝土的坍落度为180mm±20mm，含气量为4.5％±0.5％。基准3和实施例3的混凝土配合比如表3所示。
表3基准3和实施例3混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0002468699530000042
实施效果：试验测定了各实施例的混凝土相关性能测试。其中，新拌混凝土性能按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》执行，混凝土抗压强度和抗折强度按照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》执行，混凝土抗裂性能和抗冻性能按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期耐久性能试验方法标准》执行。具体试验结果见表4、表5和表6，其中抗压强度和抗折强度的百分比是实施例占基准的百分比。
表4混凝土拌合物性能和力学性能测试结果
Figure BDA0002468699530000043
Figure BDA0002468699530000051
从表4看出，实施例1混凝土的抗折强度较基准1混凝土提高了120％，实施例2混凝土的抗折强度较基准2混凝土提高了124％，实施例3混凝土的抗折强度较基准3混凝土提高了129％。
表5混凝土抗裂性能测试结果
测试样品 总开裂面积(mm<sup>2</sup>/m<sup>2</sup>) 裂缝降低系数
基准1 663 /
实施例1 385 42％
基准2 568 /
实施例2 251 56％
基准3 592 /
实施例3 125 79％
从表5看出，实施例1混凝土的裂缝降低系数为42％，实施例2混凝土的裂缝降低系数为56％，实施例3混凝土的裂缝降低系数为79％。
表6混凝土抗冻性能测试结果
Figure BDA0002468699530000052
用冻融循环后的混凝土试件的相对动弹模量来表征混凝土抗冻性能的优劣。从表6数据看出，基准1、基准2和基准3的混凝土冻融循环200次后，相对动弹模量分别为70.6％、72.6％和70.2％，而实施例1、实施例2和实施例3的混凝土冻融循环200次后，相对动弹模量分别为85.9％、86.6％和90.5％，可见实施例混凝土的抗冻性较基准混凝土大大提高了。
以上对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于其由水泥、矿物掺和料、砂、碎石、短切玄武岩纤维、集束玄武岩纤维、减水剂和水按一定比例混合而成，各组分所占质量比为：
水泥：220~280份；
矿物掺和料：130~230份；
砂：635~705份；
碎石：1055~1125份；
短切玄武岩纤维：1~3份；
集束玄武岩纤维：2~8份；
减水剂：4.3~6.4份；
水：140~160份；
其制备方法包括以下步骤：
（1）把上述比例的砂、碎石、水泥、矿物掺和料和短切玄武岩纤维依次加入到混凝土搅拌机中，搅拌20~30s；
（2）再依次加入上述比例的水和减水剂，搅拌1~2min；
（3）再加入上述比例的集束玄武岩纤维，搅拌1~2min；搅拌完成后，出机装入试模，硬化后即得到混凝土。
2.据权利要求1所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥、P·O42.5硅酸盐水泥、P·O52.5普通硅酸盐水泥或P·O52.5硅酸盐水泥中的一种。
3.据权利要求1所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的矿物掺和料为粉煤灰、矿渣粉、硅灰中的一种或几种混合而成。
4.据权利要求1所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰，所述的矿渣粉为S95级矿渣粉，所述的硅灰为SiO2含量不低于90%的（半加密或加密）硅灰。
5.据权利要求1所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的砂为河砂或机制砂，其细度模数为2.3~2.7，所述的碎石的颗粒级配为5mm~20mm或5mm~10mm连续级配。
6.据权利要求1所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的短切玄武岩纤维的长度为12mm或18mm，单丝直径为13μm或15μm，每束纤维由400根、600根或800根单丝组成，由玄武岩原石高温熔融经铂铑合金拉丝漏板拉制而成。
7.据权利要求1所述的一种混合玄武岩纤维混凝土及其制备方法，其特征在于：所述的集束玄武岩纤维的长度为20mm~40mm，直径为0.3mm~0.5mm，由玄武岩原石高温熔融经铂铑合金拉丝漏板拉丝后加捻浸胶并烘干而成。
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