CN111675527A - 一种高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土，该碱式硫酸镁纤维混凝土包括如下重量份数的原料：轻烧氧化镁350~400份、七水硫酸镁120~140份、水160~185份、柠檬酸4.2~5.0份、砂590~610份、碎石1100~1120份、杨氏模量在800~1500 cN/dtex之间的纤维0.49~1.94份和杨氏模量在250~500 cN/dtex之间的纤维0.65~2.65份。本发明的优点是：制得的碱式硫酸镁纤维混凝土不仅具有快凝、早强、高强的特点，还具有抗折强度高和高韧性的特点，易于施工且用途广泛，尤其适用于氯离子腐蚀环境中的结构体。

Description

一种高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碱式硫酸镁纤维混凝土，具体涉及一种高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土。
背景技术
碱式硫酸镁纤维混凝土具有快凝、早强和高强的特点，尤其是高抗拉强度与抗折强度的优点，使其成为一种具有很大应用前景的新材料。现有的超高分子量聚乙烯(UPE)纤维碱式硫酸镁混凝土中UPE纤维和混凝土的弹性模量相差太大，很难充分发挥纤维的作用效果，而且配比不合理时会使混凝土流动性降低、强度和经济性相对较差。因此，缺乏一种易于施工、能充分发挥纤维和碱式硫酸镁混凝土各自的强度特性、耐久性好且流动性较好的高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种快凝、早强、抗折强度高的高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土；本发明的第二目的是提供该碱式硫酸镁纤维混凝土的制备方法。
技术方案：一种高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土，包括如下重量份数的原料：轻烧氧化镁350～400份、七水硫酸镁120～140份、水160～185份、柠檬酸4.2～5.0份、砂590～610份、碎石1100～1120份、杨氏模量在800～1500cN/dtex之间的纤维0.49～1.94份和杨氏模量在250～500cN/dtex之间的纤维0.65～2.65份。
不同纤维的杨氏模量不同，因此跟基质共同变形的特性不同，在杨氏模量很大的纤维(800～1500cN/dtex，如UPE纤维的杨氏模量1280cN/dtex左右)中间掺入杨氏模量相对较小(250～500cN/dtex，如PVA纤维的杨氏模量290cN/dtex左右)的纤维，且后者的杨氏模量大于碱式硫酸镁纤维混凝土基质的杨氏模量，可以形成过渡效应，使得三者的作用都不同程度的发挥，试验显示混合效果比单纤维混凝土的效果都要好。优选的，所述杨氏模量在800～1500cN/dtex之间的纤维为UPE纤维(即超高分子量聚乙烯纤维)，所述杨氏模量在250～500cN/dtex之间的纤维为PVA纤维(即聚乙烯醇纤维)，因为以上两种纤维的混掺效果好且UPE纤维具有弹性模量高和抗拉强度大等优点。
本发明外加剂柠檬酸可以有效稳定氧化镁的水化层，可以让氧化镁水化层吸附特定的离子而降低了表面能，导致溶液中的离子难以与水化层反应形成Mg(OH)2沉淀，可以使碱式硫酸镁水泥获得较高的强度。
其中，所述UPE纤维的长度优选为10～14mm，UPE纤维的重量份数优选为0.95～1.2份，本发明所采用的UPE纤维为湖南中泰特种装备有限责任公司生产，密度为0.97g/cm3；所述PVA纤维的长度优选为10～14mm，PVA纤维的重量份数优选为1.1～1.5份，本发明所采用的PVA纤维为常州天怡工程纤维公司生产，密度为1.3g/cm3。
本发明采用的轻烧氧化镁活性含量为55～70％，并可根据0.5～0.55等效水灰比动态调整轻烧氧化镁份数；所述轻烧氧化镁为安徽六安万胜化工有限公司生产。优选的，所述七水硫酸镁纯度为99％以上，且为安徽六安万胜化工有限公司生产，所述柠檬酸纯度为99.7％以上，且为潍坊英轩实业有限公司生产；所述砂为中砂，所述碎石为5～20mm连续级配。
本发明的高强度高韧性的碱式硫酸镁纤维混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份数称取所述轻烧氧化镁、七水硫酸镁、砂和碎石，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取所述柠檬酸和水，溶解后加入纤维，混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合物送入搅拌机内搅拌即得。
在步骤(2)中，将纤维加入至溶液中，将其分散开来，如遇到结团缠绕的纤维可以手动分散，确保纤维均匀分散在水中。
在步骤(3)中，由于碱式硫酸镁粉料体积大，可以先将所述混合物的60～70％送入搅拌机内搅拌，先搅拌30s，待混合料遇水体积减小后，再将剩余混合物添加至搅拌机内，继续搅拌150s即得。最后浇筑时，先将料加至模具的三分之一处，放置震动台上振动并用振捣棒振捣，边加料边振捣，确保浇筑均匀。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：(1)本发明制备的碱式硫酸镁纤维混凝土不仅具有快凝、早强、高强的特点，还具有抗折强度高和高韧性的特点，通过纤维的加筋作用，可以有效阻止裂纹的扩展，分散应力，让更多的纤维和混凝土基质发挥作用，并使得分散的纤维和混凝土基质共同作用，因此强度和韧性都提高。(2)添加优化配比的混杂纤维的碱式硫酸镁混凝土比现有的碱式硫酸镁混凝土的耐久性更好。(3)本发明易于施工且用途广泛，尤其适用于氯离子腐蚀环境中的结构体。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂600份和碎石1110份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解；
(3)将步骤(2)得到的溶液的60～70％送入搅拌机内搅拌，先搅拌30s，待混合料遇水体积减小后，再将剩余溶液添加至搅拌机内，继续搅拌150s即得。测试结果见表1。
实施例2
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂600份和碎石1110份，其中碎石为5～20mm连续级配，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解后加入UPE纤维0.49份和PVA纤维0.65份，两种纤维长度均为12mm，混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合物的60～70％送入搅拌机内搅拌，先搅拌30s，待混合料遇水体积减小后，再将剩余混合物添加至搅拌机内，继续搅拌150s即得。测试结果见表1。
实施例3
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、中砂600份和碎石1110份，其中碎石为5～20mm连续级配，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解后加入UPE纤维0.97份和PVA纤维1.3份，两种纤维长度均为12mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。测试结果见表1。
实施例4
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂600份和碎石1110份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解后加入UPE纤维1.46份和PVA纤维1.95份，两种纤维长度均为12mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。测试结果见表1。
实施例5
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂600份和碎石1110份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解后加入UPE纤维1.94份和PVA纤维2.65份，两种纤维长度均为12mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。测试结果见表1。
实施例6
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂600份和碎石1110份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解后加入UPE纤维0.49份和PVA纤维0.65份，两种纤维长度均为6mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。测试结果见表1。
实施例7
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂600份和碎石1110份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解后加入UPE纤维0.49份和PVA纤维0.65份，两种纤维长度均为18mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。测试结果见表1。
表1测试结果
Figure BDA0002547305850000051
由表1测试结果可知，随着养护龄期增长，添加一定的纤维能有利于提高抗压强度，其中实施例3在28天龄期时抗压强度是最高的，超过了不掺加纤维的混凝土；同样地实施例3掺入纤维体积总含量为0.2％(采用PVA纤维和UPE纤维体积含量1：1的比例)的混杂纤维能使混凝土具有最优的抗折性能。当固定纤维体积总含量为0.2％时，实施例3制备的混凝土抗压强度和抗折强度均最高，且折压比随着龄期的增长较为稳定变化不大。
实施例8
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁350份(水灰比0.5，轻烧氧化镁活性含量为55％)、七水硫酸镁120份、砂590份和碎石1100份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.2份和水160份，充分溶解后加入UPE纤维0.49份和PVA纤维0.65份，两种纤维的长度均为10mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。
实施例9
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁400份(水灰比0.55，轻烧氧化镁活性含量为70％)、七水硫酸镁140份、砂610份和碎石1120份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸5.0份和水180份，充分溶解后加入UPE纤维1.94份和PVA纤维2.65份，两种纤维的长度均为14mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。
实施例10
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁375份(水灰比0.525，轻烧氧化镁活性含量为62.5％)、七水硫酸镁130份、砂600份和碎石1110份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水172.5份，充分溶解后加入UPE纤维1.215份和PVA纤维1.65份，两种纤维的长度均为12mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。
实施例11
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂600份和碎石1110份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解后加入UPE纤维0.95份和PVA纤维1.1份，PVA纤维的长度为10mm，UPE纤维的长度为14mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。
实施例12
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁380份(水灰比0.54，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂605份和碎石1115份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水180份，充分溶解后加入UPE纤维1.2份和PVA纤维1.5份，PVA纤维的长度为14mm，UPE纤维的长度为10mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。
实施例13
制备方法：
(1)按重量份数称取轻烧氧化镁377份(水灰比0.53，轻烧氧化镁活性含量为65.52％)、七水硫酸镁129份、砂600份和碎石1110份，预先干拌，直至全部输送到搅拌机内部；
(2)按重量份数称取柠檬酸4.6份和水176份，充分溶解后加入UPE纤维1.075份和PVA纤维1.3份，PVA纤维的长度为14mm，UPE纤维的长度为12mm，混合均匀；
步骤(3)同实施例2中的步骤(3)。
将实施例8～13制得的碱式硫酸镁纤维混凝土进行检验，由检测结果可知制得的碱式硫酸镁纤维混凝土各项性能均达标，且具有快凝、早强、高强、抗折强度高和高韧性等优异性能。

Claims (10)

1.一种高强度高韧性碱式硫酸镁纤维混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的原料：轻烧氧化镁350 ~400份、七水硫酸镁120 ~140份、水160 ~185份、柠檬酸4.2 ~5.0份、砂590~610份、碎石1100 ~1120份、杨氏模量在800 ~1500 cN/dtex之间的纤维0.49 ~1.94份和杨氏模量在250 ~500 cN/dtex之间的纤维0.65 ~2.65份。
2.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁纤维混凝土，其特征在于：所述杨氏模量在800 ~1500 cN/dtex之间的纤维为UPE纤维，所述杨氏模量在250 ~500 cN/dtex之间的纤维为PVA纤维。
3.根据权利要求2所述的碱式硫酸镁纤维混凝土，其特征在于：所述PVA纤维的长度为10 ~14 mm，所述UPE纤维的长度为10 ~14 mm。
4.根据权利要求2所述的碱式硫酸镁纤维混凝土，其特征在于：所述UPE纤维的重量份数为0.95 ~1.2份。
5.根据权利要求2所述的碱式硫酸镁纤维混凝土，其特征在于：所述PVA纤维的重量份数为1.1 ~1.5份。
6.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁纤维混凝土，其特征在于：所述轻烧氧化镁活性含量为55 ~70 %，并可根据0.5 ~0.55等效水灰比动态调整轻烧氧化镁份数。
7.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁纤维混凝土，其特征在于：所述七水硫酸镁纯度为99 %以上，所述柠檬酸纯度为99.7 %以上。
8.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁纤维混凝土，其特征在于：所述砂为中砂，所述碎石为5 ~20 mm连续级配。
9.一种制备权利要求1所述碱式硫酸镁纤维混凝土的方法，其特征在于包括如下步骤：
按重量份数称取所述轻烧氧化镁、七水硫酸镁、砂和碎石，预先干拌；
按重量份数称取所述柠檬酸和水，溶解后加入纤维，混合均匀；
将步骤（2）得到的混合物送入搅拌机内搅拌即得。
10.根据权利要求9所述的碱式硫酸镁纤维混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，先将所述混合物的60 ~70 %送入搅拌机内搅拌，待混合料遇水体积减小后，再将剩余混合物添加至搅拌机内，继续搅拌。
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