CN111997264A - 耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土结构耐久性领域，具体来说是一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱及其制备方法，包括抗冻融钢筋混凝土柱和纤维复合再生混凝土，所述纤维复合再生混凝土浇筑于所述抗冻融钢筋混凝土柱内。本发明以废旧混凝土为粗骨料，制备得到了耐冻融环境的纤维复合再生混凝土，同时对混凝土柱进行了结构设计以增加其保温隔热效果，混凝土柱外保温隔热层对混凝土起到了保温和保护的作用，且混凝土柱结构起到加固的作用，增强混凝土的承载力的同时亦使其抗冻使用寿命得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土结构耐久性领域，具体来说是一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱及其制备方法。
背景技术
冻融是指温度降到零度以下和升至零度以上而产生冻结和融化的一种物理作用和现象。在寒冷地区，由于温度周期性的发生正负变化，混凝土受冻融循环作用往往是导致混凝土恶化的主要因素，表面剥落是混凝土发生冻融破坏的显著特征，在混凝土受冻过程中，冰冻应力使混凝土产生裂纹，冰冻所产生的裂纹一般多而细小，在冻融反复交替的情况下，这些细小的裂纹会不断地扩展，相互贯通，使得表层的砂浆或净浆脱落，进而导致混凝土力学性能的显著降低，其中反映最敏感的是抗拉强度和抗折强度。
混凝土废弃物多由混凝土路面、桥梁或建筑物的改建、解体拆除得到的，每年都要产生3000-4000万吨废弃混凝土，而存量巨大建筑垃圾的综合处理利用率还达不到5％，因此随着经济的日益发展废弃混凝土的处理给经济和环境造成了很大负担，由于再生混凝土具有水灰比大、表观密度小、孔隙多、强度和弹性模量低、收缩和徐变大、流动性差、变异性大等缺点，大多无法在实际应用中被再次利用或者应用层次较低，阻碍了再生混凝土在实际结构中的广泛应用。
现有技术的耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱将再生混凝土作为骨料制备成常规混凝土，再填入至柱子中后，通过使用纤维进行包裹，虽然实现了耐冻融的技术目的，但是并未考虑到再生混凝土二次使用后导致的混凝土强度不够的缺陷，若仅通过使用纤维进行包裹的话，很容易造成混凝土柱的塌落，因此实用性不够强。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供了一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱及其制备方法，本发明以废旧混凝土为粗骨料，制备得到了耐冻融环境的纤维复合再生混凝土，同时对混凝土柱进行了结构设计，混凝土柱对混凝土起到了保温和保护的作用，且混凝土柱结构起到加固的作用，增强混凝土的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，包括抗冻融钢筋混凝土柱和纤维复合再生混凝土，所述纤维复合再生混凝土浇筑于所述抗冻融钢筋混凝土柱内；
所述抗冻融钢筋混凝土柱包括：
基座；
竖直设置的空心柱体，固定安装在所述基座顶部；
竖直设置的空心核心柱，设置于所述柱体内；
保温防冻材料，填充于所述核心柱与所述柱体之间；
若干组用于保持所述核心柱稳固的加固件，其设置于所述核心柱与所述柱体之间，所述加固件包括对称设置的加固单元；
所述加固单元包括钢骨和加固架，所述钢骨的一端与所述加固架固定连接，另一端与所述柱体内壁螺接，对称的两个所述加固架螺接，且每相邻且位于上下的两个所述钢骨在空间内呈十字交叉设置。
优选的，所述保温防冻材料为岩棉保温毡或聚氨酯泡沫塑料或橡塑海绵。
优选的，所述核心柱为PVC柱或者钢柱，所述柱体为钢柱或碳柱。
本发明第二个目的是保护一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，所述纤维复合再生混凝土由如下重量份数的原料制成：再生粗骨料216-229份；原生细骨料176-208份；钢纤维5-8份；硅酸盐水泥100份；水28-35份；减水剂1-2份；防冻剂0.5-1份；玄武岩纤维1-3份；引气剂3-5份。
优选的，所述防冻剂为早强防冻剂，所述早强防冻剂为甲酸钙防冻剂。
优选的，所述减水剂为萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基磺酸盐高性能减水剂或聚羧酸高性能减水剂中的一种。
优选的，所述钢纤维的长径比为40-60，所述钢纤维的长度为100-140mm。
优选的，所述原生细骨料为天然沙石。
本发明第三个目的是保护一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、以废旧混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，选取颗粒直径分别为20-31.5mm和31.5-37mm的废旧混凝土作为再生粗骨料；
其中，直径为20-31.5mm的废旧混凝土和直径为31.5-37mm的废旧混凝土质量之比为13-15:1；
步骤二、按照如下重量份数的原料称取：再生粗骨料216-229份；原生细骨料176-208份；钢纤维5-8份；硅酸盐水泥100份；水28-35份；减水剂1-2份；防冻剂0.5-1份；玄武岩纤维1-3份；引气剂3-5份，备用；
步骤三、按按步骤二的原料依次加入再生粗骨料、钢纤维、玄武岩纤维、原生细骨料、硅酸盐水泥、水、减水剂、防冻剂和引气剂，并依次搅拌均匀，得到纤维复合再生混凝土；
步骤四、将步骤三制得的纤维复合再生混凝土灌注于所述核心柱(3)内，并浇筑均匀、振捣密实。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明设置有抗冻融钢筋混凝土柱，混凝土柱包括核心柱和柱体，核心柱用于浇筑水泥，柱体用于辅助支撑以及便于核心柱保持稳定，核心柱和柱体之间填充有保温防冻材料，保温防冻材料有效避免外界环境与核心柱之间的热量传导，有效防止冷凝发生。
2、本发明设置有纤维复合再生混凝土，纤维再生混凝土包括再生粗骨料、原生细骨料、钢纤维、硅酸盐水泥、水、减水剂、防冻剂、玄武岩纤维和引气剂；水灰比的大小影响混凝土密实度，提高混凝土的抗冻性，必须从降低水灰比入手，加入减水剂后减少用水，继而提升混凝土的抗冻性；引气剂在砂浆搅拌过程中引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡，改善浆体内因采用混凝土废弃物导致的坍落度、和易性、流动性和可塑性差的技术缺陷，提高整个纤维复合再生混凝土的抗折强度、抗渗能力和抗冻性；钢纤维和玄武岩纤维均作为纤维复合材料，钢纤维掺入后使得混凝土废弃物的损伤得到了抑制，对整个纤维复合再生混凝土冻融损伤速度降低，同时提升混凝土的抗剥落能力；玄武岩纤维用于改善混凝土废弃物的粘聚性和稳定性，降低混凝土废弃物的脆性，提高纤维复合再生混凝土的抗冲击性能，从而辅助实现耐冻融；防冻剂为早强防冻剂，大幅度降低拌合水的冰点，防止内部水分结冰膨胀，综上所述，本发明不仅实现了混凝土废弃物的二次利用，而且制得的纤维复合再生混凝土具有耐冻融特性。
3、本发明结果表明：以废旧混凝土替代原生粗骨料制备得到了具有优异抗压强度和劈拉强度的纤维复合再生混凝土，再将纤维复合再生混凝土浇筑于抗冻融钢筋混凝土柱内，达到了优异的极限荷载和极限移位强度。
附图说明
图1为本发明抗冻融钢筋混凝土柱的侧视图；
图2为本发明抗冻融钢筋混凝土柱的俯视图。
附图标记说明：1、基座；2、柱体；3、核心柱；4、加固架；5、加固件；6、钢骨。
具体实施方式
下面对本发明的几个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、以废旧混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，选取颗粒直径分别为20-31.5mm和31.5-37mm的废旧混凝土作为再生粗骨料；
其中，直径为20-31.5mm的废旧混凝土和直径为31.5-37mm的废旧混凝土质量之比为13:1；
步骤二、按照如下重量份数的原料称取：再生粗骨料216份；天然沙石208份；钢纤维5份；硅酸盐水泥100份；水28份；萘系高效减水剂1份；甲酸钙防冻剂0.5份；玄武岩纤维3份；引气剂3份，备用；
钢纤维的长径比为40，所述钢纤维的长度为140mm；
步骤三、按步骤二的原料依次加入再生粗骨料、钢纤维、玄武岩纤维、原生细骨料、硅酸盐水泥、水、萘系高效减水剂、甲酸钙防冻剂和引气剂，并依次搅拌均匀，得到纤维复合再生混凝土；
步骤四、将步骤三制得的纤维复合再生混凝土灌注于所述核心柱3内，并浇筑均匀、振捣密实。
实施例2
一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、以废旧混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，选取颗粒直径分别为20-31.5mm和31.5-37mm的废旧混凝土作为再生粗骨料；
其中，直径为20-31.5mm的废旧混凝土和直径为31.5-37mm的废旧混凝土质量之比为14:1；
步骤二、按照如下重量份数的原料称取：再生粗骨料221份；天然沙石187份；钢纤维6份；硅酸盐水泥100份；水30份；脂肪族高效减水剂1.5份；甲酸钙防冻剂0.75份；玄武岩纤维2份；引气剂4份，备用；
钢纤维的长径比为50，所述钢纤维的长度为120mm；
步骤三、按步骤二的原料依次加入再生粗骨料、钢纤维、玄武岩纤维、原生细骨料、硅酸盐水泥、水、脂肪族高效减水剂、甲酸钙防冻剂和引气剂，并依次搅拌均匀，得到纤维复合再生混凝土；
步骤四、将步骤三制得的纤维复合再生混凝土灌注于所述核心柱3内，并浇筑均匀、振捣密实。
实施例3
一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、以废旧混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，选取颗粒直径分别为20-31.5mm和31.5-37mm的废旧混凝土作为再生粗骨料；
其中，直径为20-31.5mm的废旧混凝土和直径为31.5-37mm的废旧混凝土质量之比为15:1；
步骤二、按照如下重量份数的原料称取：再生粗骨料229份；天然沙石176份；钢纤维8份；硅酸盐水泥100份；水35份；氨基磺酸盐高性能减水剂2份；甲酸钙防冻剂1份；玄武岩纤维1份；引气剂5份，备用；
钢纤维的长径比为60，所述钢纤维的长度为100mm；
步骤三、按步骤二的原料依次加入再生粗骨料、钢纤维、玄武岩纤维、原生细骨料、硅酸盐水泥、水、氨基磺酸盐高性能减水剂、甲酸钙防冻剂和引气剂，并依次搅拌均匀，得到纤维复合再生混凝土；
步骤四、将步骤三制得的纤维复合再生混凝土灌注于所述核心柱3内，并浇筑均匀、振捣密实。
对比例1
一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱的制备方法，包括如下步骤：
与实施例3的制备方法相同，不同之处仅在于，将废旧混凝土替换为原生粗骨料，原生粗骨料为天然鹅卵石，得到纤维复合再生混凝土；
将制得的纤维复合再生混凝土灌注于所述核心柱3内，并浇筑均匀、振捣密实。
对比例2
市售的普通混凝土。
本发明实施例1-实施例3均制备得到了具有优异耐冻融性能的纤维复合再生混凝土，本发明以废混凝土为原料，并将再生粗骨料替代原生粗骨料进行二次利用，下面对实施例1-实施例3制备得到的纤维复合再生混凝土和耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱性能进行研究，测试结果具体如下：
首先，对对比例1使用的天然鹅卵石与本发明实施例1-实施例3使用的废弃混凝土进行对比测试，粗骨料性能参数对比如表1所示：
表1粗骨料性能参数对比
对比来看，原生骨料和再生骨料的性能存在巨大的差异，这是由于再生混凝土具有水灰比大、表观密度小、孔隙多、强度和弹性模量低、收缩和徐变大、流动性差、变异性大等缺点。
将废弃混凝土作为再生粗骨料，制备得到的纤维复合再生混凝土与对比例1制得的纤维复合再生混凝土进行性能的比较，具体如表2所示：
坍落度为泵送高度30m以上；
表2对比例1、实施例1-实施例3的纤维复合再生混凝土的性能测试
由表2得出：实施例1-实施例3制得的纤维复合再生混凝土均具有优异的抗压强度和劈拉强度，而与对比例1相比，坍落度均在110-140范围之内，但是由于原生骨料的缺陷导致其抗压强度和劈拉强度均没有对比例1强，即使没有对比文件1的抗压强度和劈拉强度高，但是本发明依然制备得到了具有优异抗压强度和劈拉强度的纤维复合再生混凝土。
对实施例1-实施例3、对比例1及对比例2的样品进行慢冻实验测试，制成150×150×150mm的棱柱体试件，每组样品2块，按GBJ82-1985进行了慢冻实验，具体检测结果如表3所示：
表3慢冻实验检测结果
对比来看，实施例1-3及对比例1在冻融循环200次之后均具有优异的耐冻融循环稳定性，实施例1-实施例3的样品虽然强度损失率和重量损失率均略低于对比例1，但是实施例1-实施例3的样品与对比例1的样品的强度损失率和重量损失率相近，说明耐冻融性能相近，因此可替代现有技术的粗骨料制成耐冻融混凝土；对比例2为普通混凝土，不具有耐冻融性能，因此其在冻融循环150次之后，重量损失率超过5％，强度损失率超过25％，没有检测的必要性。
下面对对比例1及实施例1-实施例3制得的耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱进行测试，具体测试方法如下所示：
表4实施例1-实施例3及对比例1的耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱的性能测试
本发明实施例1-实施例3的极限荷载和极限移位均较高，说明实施例1-实施例3制得的耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱均具有优异的抗压性能和结构稳定性，与对比例1相比，由于对比例1制得的纤维复合再生混凝土具有更加优异的抗压强度和劈拉强度，因此极限荷载和极限移位均更高，但是与本发明实施例1-实施例3的极限荷载和极限移位相差不大，说明在抗冻融钢筋混凝土柱的作用下有效克服了以废旧混凝土替代原生粗骨料产生的技术缺陷。
综上所述，本发明以废旧混凝土替代原生粗骨料制备得到了具有优异抗压强度和劈拉强度的纤维复合再生混凝土，并将纤维复合再生混凝土浇筑于抗冻融钢筋混凝土柱内，达到了优异的极限荷载和极限移位强度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，其特征在于，包括抗冻融钢筋混凝土柱和纤维复合再生混凝土，所述纤维复合再生混凝土浇筑于所述抗冻融钢筋混凝土柱内；
所述抗冻融钢筋混凝土柱包括：
基座(1)；
竖直设置的空心柱体(2)，固定安装在所述基座(1)顶部；
竖直设置的空心核心柱(3)，设置于所述柱体(2)内；
保温防冻材料，填充于所述核心柱(3)与所述柱体(2)之间；
若干组用于保持所述核心柱(3)稳固的加固件(5)，其设置于所述核心柱(3)与所述柱体(2)之间，所述加固件(5)包括对称设置的加固单元；
所述加固单元包括钢骨(6)和加固架(4)，所述钢骨(6)的一端与所述加固架(4)固定连接，另一端与所述柱体(2)内壁螺接，对称的两个所述加固架(4)螺接，且每相邻且位于上下的两个所述钢骨(6)在空间内呈十字交叉设置。
2.根据权利要求1所述的一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，其特征在于，所述保温防冻材料为岩棉保温毡或聚氨酯泡沫塑料或橡塑海绵。
3.根据权利要求1所述的一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，其特征在于，所述核心柱(3)为PVC柱或者钢柱，所述柱体(2)为钢柱或碳柱。
4.根据权利要求1所述的一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，其特征在于，所述纤维复合再生混凝土由如下重量份数的原料制成：再生粗骨料216-229份；原生细骨料176-208份；钢纤维5-8份；硅酸盐水泥100份；水28-35份；减水剂1-2份；防冻剂0.5-1份；玄武岩纤维1-3份；引气剂3-5份。
5.根据权利要求4所述的一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，其特征在于，所述防冻剂为早强防冻剂，所述早强防冻剂为甲酸钙防冻剂。
6.根据权利要求4所述的一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，其特征在于，所述减水剂为萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基磺酸盐高性能减水剂或聚羧酸高性能减水剂。
7.根据权利要求4所述的一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，其特征在于，所述钢纤维的长径比为40-60，所述钢纤维的长度为100-140mm。
8.根据权利要求4所述的一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱，其特征在于，所述原生细骨料为天然沙石。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种耐冻融环境的纤维复合再生混凝土柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、以废旧混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，选取颗粒直径分别为20-31.5mm和31.5-37mm的废旧混凝土作为再生粗骨料；
其中，直径为20-31.5mm的废旧混凝土和直径为31.5-37mm的废旧混凝土质量之比为13-15:1；
步骤二、按照如下重量份数的原料称取：再生粗骨料216-229份；原生细骨料176-208份；钢纤维5-8份；硅酸盐水泥100份；水28-35份；减水剂1-2份；防冻剂0.5-1份；玄武岩纤维1-3份；引气剂3-5份，备用；
步骤三、按步骤二的原料依次加入再生粗骨料、钢纤维、玄武岩纤维、原生细骨料、硅酸盐水泥、水、减水剂、防冻剂和引气剂，并依次搅拌均匀，得到纤维复合再生混凝土；
步骤四、将步骤三制得的纤维复合再生混凝土灌注于所述核心柱(3)内，并浇筑均匀、振捣密实。
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