CN112645646A - 一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112645646A
CN112645646A CN202011548051.XA CN202011548051A CN112645646A CN 112645646 A CN112645646 A CN 112645646A CN 202011548051 A CN202011548051 A CN 202011548051A CN 112645646 A CN112645646 A CN 112645646A
Authority
CN
China
Prior art keywords
concrete
graphite
steel fiber
base material
steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011548051.XA
Other languages
English (en)
Inventor
常虹
陈阿彬
朱万里
王浩全
沈凤全
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin Jianzhu University
Original Assignee
Jilin Jianzhu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin Jianzhu University filed Critical Jilin Jianzhu University
Priority to CN202011548051.XA priority Critical patent/CN112645646A/zh
Publication of CN112645646A publication Critical patent/CN112645646A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/022—Carbon
    • C04B14/024—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/48—Metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00439—Physico-chemical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00465—Heat conducting materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/30—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values
    • C04B2201/32—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values for the thermal conductivity, e.g. K-factors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明适用于混凝土技术领域，提供了一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用，该钢纤维石墨混凝土包括混凝土基料，所述混凝土基料中掺有石墨和钢纤维；其中，石墨的掺量为混凝土基料中细骨料质量的2%~5%，钢纤维的掺量为混凝土基料质量的0.2%~0.8%。本发明实施例提供的钢纤维石墨混凝土，通过在混凝土基料中掺入石墨和钢纤维，可以显著提高钢纤维石墨混凝土的导热系数、抗折强度和抗压强度，故将该钢纤维石墨混凝土应用于能量桩中，能保证能量桩运行的稳定性和换热效率。

Description

一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
随着节能环保问题热度的持续高涨，地源热泵系统作为节能环保技术得到充分的关注和发展。
20世纪80年代，奥地利的工程师提出将建筑桩基作为地源热泵换热器；2003年，瑞士Laloui教授提出地热能转换桩的概念，并给出桩的施工方法和具体步骤，2006年Laloui通过有限单元法给出地热能转换桩的数值模型。由此逐步形成桩基-换热器一体，称为能量桩。2010年，肖建庄等通过稳态平板导热仪对混凝土试件的导热系数试验，探究粗骨料、钢筋体积分数对混凝土导热性的影响，得出导热系数随着混凝土中粗骨料、钢筋体积分数的增加呈线性增长趋势；2017年，张伟平等利用防护热板法探究粗骨料对混凝土导热性的影响，发现粗骨料的增加使混凝土的导热性提高；2018年，何桥敏等通过抗压、抗折试验，探究钢纤维掺量对混凝土强度的影响。得出随钢纤维掺量的增加抗折强度呈线性上升的趋势，但抗压强度呈先增大后减小的趋势；2019年，屈春来等通过石墨混凝土的模型试验，研究石墨对混凝土导热性和抗压强度的影响，得出石墨能提高混凝土的导热性，但抗压强度会降低；钢纤维的掺入能提高混凝土的抗压和抗折强度。
虽然，国内外学者对提高混凝土导热性或强度的研究较多，但对于同时提高混凝土的导热性和强度的研究较少。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种钢纤维石墨混凝土，旨在解决背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种钢纤维石墨混凝土，包括混凝土基料，所述混凝土基料中掺有石墨和钢纤维；其中，石墨的掺量为混凝土基料中的细骨料质量的2％～5％，钢纤维的掺量为混凝土基料质量的0.2％～0.8％。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述石墨的掺量为混凝土基料中的细骨料质量的3.5％～4.5％。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述石墨的掺量为混凝土基料中的细骨料质量的4％。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述钢纤维的掺量为混凝土基料质量的0.5％～0.7％。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述钢纤维的掺量为混凝土基料质量的0.6％。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述混凝土基料包括以下按照重量份计的组分：水200～220份、水泥360～380份、粗骨料1100～1200份、细骨料630～680份。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的钢纤维石墨混凝土的制备方法，其包括以下步骤：
按照混凝土基料中各组分的重量份，称取水、水泥、粗骨料、细骨料；
将粗骨料、细骨料进行混合后，再依次添加水泥和水进行混合，得到混凝土基料；
按照石墨和钢纤维的掺量，往混凝土基料中添加石墨和钢纤维进行混合后，再进行成型和养护工序，得到所述钢纤维石墨混凝土。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述制备方法制得的钢纤维石墨混凝土。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述钢纤维石墨混凝土的导热系数为1.3～1.7W·m-1·K-1，抗折强度为4.4～5.6MPa，抗压强度为30～36MPa。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的钢纤维石墨混凝土在作为能量桩材料中的应用。
本发明实施例提供的一种钢纤维石墨混凝土，通过在混凝土基料中掺入石墨和钢纤维，可以显著提高钢纤维石墨混凝土的导热系数、抗折强度和抗压强度，故将该钢纤维石墨混凝土应用于能量桩中，能保证能量桩运行的稳定性和换热效率。
附图说明
图1为不同砂率的混凝土的抗压强度对比结果图。
图2为不同砂率的混凝土的抗折强度对比结果图。
图3为不同砂率的混凝土的导热系数对比结果图。
图4为含不同掺量的石墨和钢纤维的钢纤维石墨混凝土的抗压强度对比结果图。
图5为含不同掺量的石墨和钢纤维的钢纤维石墨混凝土的抗折强度对比结果图。
图6为工况A1的钢纤维石墨混凝土的破坏试块的外观图。
图7为含不同掺量的石墨和钢纤维的钢纤维石墨混凝土的导热系数对比结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述的材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
该实施例提供了一种钢纤维石墨混凝土，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取水200g、水泥380g、粗骨料1100g、细骨料680g，备用；其中，水泥采用P·O32.5级水泥；粗骨料用粒径为5-10㎜的碎石，表观密度为2762kg/m3，堆积密度为1420kg/m3；细骨料的规格为II级中砂，表观密度为2630kg/m3。
S2、将上述称取的粗骨料、细骨料进行机械搅拌混合后，再添加上述称取的水泥进行充分搅拌，随后再加上述称取的水进行拌和35s，得到混凝土基料。
S3、往上述混凝土基料中添加2％(石墨质量/细骨料质量)的石墨和0.2％(钢纤维质量/混凝土基料质量)的钢纤维进行搅拌混合后，再倒入模具中进行振捣成型，然后静止养护48h后脱模，再在标准养护条件下养护28d，即可得到钢纤维石墨混凝土。其中，石墨采用100目鳞片状石墨粉；钢纤维使用的是冷拉丝钢纤维，长径比l/d＝40，密度为6500kg/m3。
实施例2
该实施例提供了一种钢纤维石墨混凝土，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取水220g、水泥360g、粗骨料1200g、细骨料630g，备用；其中，水泥采用P·O32.5级水泥；粗骨料用粒径为5-10㎜的碎石，表观密度为2762kg/m3，堆积密度为1420kg/m3；细骨料的规格为II级中砂，表观密度为2630kg/m3。
S2、将上述称取的粗骨料、细骨料进行机械搅拌混合后，再添加上述称取的水泥进行充分搅拌，随后再加上述称取的水进行拌和35s，得到混凝土基料。
S3、往上述混凝土基料中添加5％(石墨质量/细骨料质量)的石墨和0.8％(钢纤维质量/混凝土基料质量)的钢纤维进行搅拌混合后，再倒入模具中进行振捣成型，然后静止养护48h后脱模，再在标准养护条件下养护28d，即可得到钢纤维石墨混凝土。其中，石墨采用100目鳞片状石墨粉；钢纤维使用的是冷拉丝钢纤维，长径比l/d＝40，密度为6500kg/m3。
实施例3
该实施例提供了一种钢纤维石墨混凝土，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取水210g、水泥368g、粗骨料1166、细骨料656g，备用；其中，水泥采用P·O32.5级水泥；粗骨料用粒径为5-10㎜的碎石，表观密度为2762kg/m3，堆积密度为1420kg/m3；细骨料的规格为II级中砂，表观密度为2630kg/m3。
S2、将上述称取的粗骨料、细骨料进行机械搅拌混合后，再添加上述称取的水泥进行充分搅拌，随后再加上述称取的水进行拌和35s，得到混凝土基料。
S3、往上述混凝土基料中添加3.5％(石墨质量/细骨料质量)的石墨和0.5％(钢纤维质量/混凝土基料质量)的钢纤维进行搅拌混合后，再倒入模具中进行振捣成型，然后静止养护48h后脱模，再在标准养护条件下养护28d，即可得到钢纤维石墨混凝土。其中，石墨采用100目鳞片状石墨粉；钢纤维使用的是冷拉丝钢纤维，长径比l/d＝40，密度为6500kg/m3。
实施例4
该实施例提供了一种钢纤维石墨混凝土，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取水210g、水泥368g、粗骨料1166、细骨料656g，备用；其中，水泥采用P·O32.5级水泥；粗骨料用粒径为5-10㎜的碎石，表观密度为2762kg/m3，堆积密度为1420kg/m3；细骨料的规格为II级中砂，表观密度为2630kg/m3。
S2、将上述称取的粗骨料、细骨料进行机械搅拌混合后，再添加上述称取的水泥进行充分搅拌，随后再加上述称取的水进行拌和35s，得到混凝土基料。
S3、往上述混凝土基料中添加4.5％(石墨质量/细骨料质量)的石墨和0.7％(钢纤维质量/混凝土基料质量)的钢纤维进行搅拌混合后，再倒入模具中进行振捣成型，然后静止养护48h后脱模，再在标准养护条件下养护28d，即可得到钢纤维石墨混凝土。其中，石墨采用100目鳞片状石墨粉；钢纤维使用的是冷拉丝钢纤维，长径比l/d＝40，密度为6500kg/m3。
实施例5
该实施例提供了一种钢纤维石墨混凝土，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取水210g、水泥368g、粗骨料1166、细骨料656g，备用；其中，水泥采用P·O32.5级水泥；粗骨料用粒径为5-10㎜的碎石，表观密度为2762kg/m3，堆积密度为1420kg/m3；细骨料的规格为II级中砂，表观密度为2630kg/m3。
S2、将上述称取的粗骨料、细骨料进行机械搅拌混合后，再添加上述称取的水泥进行充分搅拌，随后再加上述称取的水进行拌和35s，得到混凝土基料。
S3、往上述混凝土基料中添加4％(石墨质量/细骨料质量)的石墨和0.6％(钢纤维质量/混凝土基料质量)的钢纤维进行搅拌混合后，再倒入模具中进行振捣成型，然后静止养护48h后脱模，再在标准养护条件下养护28d，即可得到钢纤维石墨混凝土。其中，石墨采用100目鳞片状石墨粉；钢纤维使用的是冷拉丝钢纤维，长径比l/d＝40，密度为6500kg/m3。
试验例：
一、混凝土砂率的选择：
1.1原材料与配合比
混凝土中骨料的含量随着砂率的变化而变化，进而会影响混凝土的强度和导热性，探究砂率的变化对混凝土的强度和导热性的影响。混凝土强度为C30，依据《混凝土配合比设计规程》进行配比：水泥采用P·O 32.5级水泥；粗骨料用粒径为5-10㎜的碎石，表观密度为2762㎏/m3，堆积密度为1420㎏/m3；细骨料的规格为II级中砂，表观密度为2630㎏/m3；水灰比为0.57；砂率的取值范围为0.36-0.41，砂率分为0.36、0.38、0.41共三种，为减小误差，相同砂率的试块做三次试验，最终结果取平均值，具体配比见表1。
表1混凝土配合比设计
砂率 水灰比 水/kg 水泥/kg 粗骨料/kg 细骨料/kg
0.36 0.57 210 368 1166 656
0.38 0.57 210 368 1129 692
0.41 0.57 210 368 1075 747
1.2混凝土试块的制备
混凝土抗压强度的试验采用100mm×100mm×100mm的标准立方体试块，抗折强度的试验采用100mm×100mm×400mm的标准长方体试块，测导热系数的试块采用300mm×300mm×30mm的板状试块。混凝土的拌制使用机械搅拌，在混凝土的拌制过程中，首先在搅拌仓内放入粗骨料和细骨料，搅拌均匀后加入水泥进行充分搅拌，随后再加水拌和35s。将搅拌完成的混凝土倒入模具中进行振捣，随后抹平表面并编号，静止养护48h后脱模，再在标准养护条件下养护28d。
1.3试验加载装置与加载方案
依据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学试验方法标准》进行抗压和抗折强度的测定，抗压试验采用最大压力为2000kN的JES-2000A压力试验机，抗折试验采用最大压力为600kN的WEW-600B微机屏显液压万能试验机，要求抗压和抗折试验在室温下进行。测定混凝土导热系数的仪器使用CD-DR3030B导热系数测定仪，按照GB 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》的要求在10-70℃的温度范围内测试。抗压、抗折、导热仪器见图1。
进行抗压试验时，试块放置在中心位置，荷载加载过程中不得中断，记录试块破坏时的荷载F。混凝土试块的抗压强度按式(1)计算：
Figure BDA0002857005380000081
式中：fcc—混凝土立方体抗压强度，MPa；
Fmax—试块破坏时的荷载，KN；
A—受压区面积，mm2；
做抗折试验时，将试块的中心轴和两侧的边线标注清晰，加载时作用点与试块中心轴对齐。加载至试块出现贯通的竖向裂纹表明试块破坏，记录试块破坏时的荷载F，混凝土的抗折强度按式(2)计算：
Figure BDA0002857005380000082
式中：fcf—试块的抗折强度，MPa；
F—试块破坏时的荷载，KN；
L—两点间的距离，mm；
b—试块的截面宽度，mm；
h—试块的截面高度，mm；
进行导热系数测定时，首先将养护完成的试块，用烘干箱在70-80℃的温度
范围内连续烘干12h，减小试块导热系数测定过程中因试块内存在水分造成试验结果的误差。测试时，混凝土板平放在槽内，不得超出规定的摆放区域。
1.4试验结果分析
其中，不同砂率的混凝土的抗压强度如图1所示，不同砂率的混凝土的抗折强度如图2所示，不同砂率的混凝土的导热系数如图3所示。
从图1、图2可以看出，砂率增大的同时抗压和抗折强度呈下降趋势。其中抗压强度降低1.6％-3.3％、抗折强度降低3.4％-5％。
从图3中0.36、0.38、0.41这三种砂率的导热系数对比得出，砂率为0.36的混凝土导热系数最高，证明混凝土的导热系数随砂率的增加呈减小的趋势。
二、钢纤维石墨混凝土配方选择试验
2.1原材料及配合比
混凝土强度为C30；水泥用P·O 32.5级水泥；粗骨料用粒径5-10㎜的碎石，表观密度为2762㎏/m3，堆积密度为1420㎏/m3；细骨料的规格为II级中砂，表观密度为2630㎏/m3；水灰比为0.57；砂率为0.36；石墨采用100目鳞片状石墨粉(替换部分细骨料)；钢纤维使用的是冷拉丝钢纤维，长径比l/d＝40，密度为6500㎏/m3。混凝土依据《混凝土配合比设计规程》进行配比，本试验将石墨和钢纤维按照不同的配比分成9组，具体配合比见表2。
表2钢纤维石墨混凝土配合比设计
Figure BDA0002857005380000101
其中，表2中的石墨掺量是指石墨与细骨料的质量比值，钢纤维掺量是指钢纤维与混凝土基料的质量比值；另外，钢纤维石墨混凝土试块的制备过程和试验的加载装置、加载方案，按照选择砂率时的制备过程和加载方案(上述试验一)进行。
2.2抗压试验结果分析
试验结果见图4，随着混凝土中石墨掺量的增加，混凝土的抗压强度呈下降趋势，B1和C1工况相对于A1工况抗压强度降低6％和7.5％。因为石墨的强度小于细骨料且滑动性较大，与周围水泥的粘结力也不如细骨料，石墨替换一部分细骨料后混凝土的强度降低。随着石墨掺量的增加，试块破环后呈散粒状。
当石墨占比为2％时，A2和A3工况相比A1工况钢纤维的掺量增加，混凝土的抗压强度提高9.1％和9.4％。钢纤维的延性较好能有效抵抗裂纹的发展，减少细小碎块的产生使混凝土的抗压强度提高。掺入钢纤维的混凝土试块破坏后的表面裂纹呈竖条纹状，且裂纹明显减少。
相对于石墨造成混凝土强度的降低，钢纤维的掺入使混凝土的抗压强度提升幅度较高，使混凝土的抗压强度满足承载要求。当钢纤维的掺量达到0.4％以后，抗压强度的增加幅度很小逐渐趋于稳定，这是因为钢纤维过多所形成的无序排列，破坏了混凝土原有的内部结构导致抗压强度增长缓慢，所以钢纤维对抗压强度的提升幅度是有限的。
2.3抗折试验结果分析
试验结果见图5，由图,5得，将A1、B1、C1工况的抗折强度进行对比，发现A1工况的抗折强度高于B1工况7％、C1工况11.5％，所以随着石墨掺量的增加混凝土的抗折强度呈下降趋势。因为石墨颗粒的表面光滑，与周围的材料之间难以形成较强的粘结力，导致抗折强度的降低。
另外，从图6可以看出，试块破坏后的断裂面呈折线形，断裂面有拉断和拔出的钢纤维，可见横向的钢纤维抵抗一部分拉力。综上，当石墨掺量为2％时，A2和A3工况相对于A1工况混凝土的抗折强度分别提高4.9％和11.7％。
2.4导热试验结果分析
试验结果见图7，从图7可以看出，随着混凝土中石墨和钢纤维掺量的增加，混凝土的导热系数呈线性上升趋势。将钢纤维掺量为0.6％时的A3、B3、C3工况的导热系数对比可以得出，B3和C3工况的导热系数相对于A3工况提高12.8％和22.7％，所以石墨掺量的增加使混凝土的导热系数大幅度提升。通过对A1和A2、A3工况的导热系数对比得出，A2和A3工况相对于A1工况导热系数分别提高1.6％和4.7％，所以钢纤维掺量的增加使混凝土的导热系数线性增长。
三、试验结论
(1)相对于砂率0.38和0.41，砂率为0.36的混凝土导热系数、强度最高，证明砂率越小导热性越好、抗压和抗折强度越高。将B1和C1工况与A1工况的导热系数对比可得，B1和C1工况的导热系数分别提高12.4％和23.5％，所以混凝土中石墨掺量越大导热性越好。
(2)A2和A3工况相对于A1工况，抗压强度提高9.1％和9.4％、抗折强度提高4.9％和11.7％，A3工况相比A2工况抗压强度提高较小仅有0.2％、抗折强度的提升幅度较大，所以钢纤维对混凝土抗压强度的提升是有限的。
(3)综合考虑经济性、混凝土的强度和导热性后，得出最优配比是C3工况，即混凝土中掺入4％的石墨和0.6％的钢纤维，导热系数提升30.7％、抗压强度提高6.9％、抗折强度提高11.5％，保证能量桩运行的稳定性和换热效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种钢纤维石墨混凝土，包括混凝土基料，其特征在于，所述混凝土基料中掺有石墨和钢纤维；其中，石墨的掺量为混凝土基料中的细骨料质量的2%~5%，钢纤维的掺量为混凝土基料质量的0.2%~0.8%。
2.根据权利要求1所述的一种钢纤维石墨混凝土，其特征在于，所述石墨的掺量为混凝土基料中的细骨料质量的3.5%~4.5%。
3.根据权利要求2所述的一种钢纤维石墨混凝土，其特征在于，所述石墨的掺量为混凝土基料中的细骨料质量的4%。
4.根据权利要求1所述的一种钢纤维石墨混凝土，其特征在于，所述钢纤维的掺量为混凝土基料质量的0.5%~0.7%。
5.根据权利要求4所述的一种钢纤维石墨混凝土，其特征在于，所述钢纤维的掺量为混凝土基料质量的0.6%。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的一种钢纤维石墨混凝土，其特征在于，所述混凝土基料包括以下按照重量份计的组分：水200~220份、水泥360~380份、粗骨料1100~1200份、细骨料630~680份。
7.一种如权利要求6所述的钢纤维石墨混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照混凝土基料中各组分的重量份，称取水、水泥、粗骨料、细骨料；
将粗骨料、细骨料进行混合后，再依次添加水泥和水进行混合，得到混凝土基料；
按照石墨和钢纤维的掺量，往混凝土基料中添加石墨和钢纤维进行混合后，再进行成型和养护工序，得到所述钢纤维石墨混凝土。
8.一种如权利要求7所述制备方法制得的钢纤维石墨混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种钢纤维石墨混凝土，其特征在于，所述钢纤维石墨混凝土的导热系数为1.3~1.7W·m-1·K-1，抗折强度为4.4~5.6MPa，抗压强度为30~36MPa。
10.一种如权利要求1~6和9中任一项所述的钢纤维石墨混凝土在作为能量桩材料中的应用。
CN202011548051.XA 2020-12-24 2020-12-24 一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用 Pending CN112645646A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011548051.XA CN112645646A (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011548051.XA CN112645646A (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112645646A true CN112645646A (zh) 2021-04-13

Family

ID=75359887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011548051.XA Pending CN112645646A (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112645646A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0465338A (ja) * 1990-07-03 1992-03-02 Tokyu Constr Co Ltd 炭素繊維補強コンクリート又はその類似組成物の製造方法
CN102173664A (zh) * 2011-01-17 2011-09-07 东南大学 一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土及其制备方法
CN102444070A (zh) * 2011-08-30 2012-05-09 武汉理工大学 双铺层不锈钢纤维导电水泥混凝土
CN107119672A (zh) * 2017-05-25 2017-09-01 吉林建筑大学 端承能量桩及其系统
CN110067244A (zh) * 2019-04-09 2019-07-30 国网甘肃省电力公司经济技术研究院 一种石墨烯改性能量桩
WO2020063203A1 (zh) * 2018-09-26 2020-04-02 广西旭腾实业集团有限公司 一种高强度轻骨料混凝土及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0465338A (ja) * 1990-07-03 1992-03-02 Tokyu Constr Co Ltd 炭素繊維補強コンクリート又はその類似組成物の製造方法
CN102173664A (zh) * 2011-01-17 2011-09-07 东南大学 一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土及其制备方法
CN102444070A (zh) * 2011-08-30 2012-05-09 武汉理工大学 双铺层不锈钢纤维导电水泥混凝土
CN107119672A (zh) * 2017-05-25 2017-09-01 吉林建筑大学 端承能量桩及其系统
WO2020063203A1 (zh) * 2018-09-26 2020-04-02 广西旭腾实业集团有限公司 一种高强度轻骨料混凝土及其制备方法
CN110067244A (zh) * 2019-04-09 2019-07-30 国网甘肃省电力公司经济技术研究院 一种石墨烯改性能量桩

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
屈春来等: ""石墨对混凝土导热系数及抗压强度影响规律分析"", 《科学技术与工程》 *
常虹等: ""钢纤维石墨混凝土配合比研究"", 《廊坊师范学院学报（自然科学版）》 *
李雪: ""地下混凝土桩蓄热性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xie et al. Experimental evaluation on fiber distribution characteristics and mechanical properties of calcium carbonate whisker modified hybrid fibers reinforced cementitious composites
Han et al. Microstructure related mechanical behaviors of short-cut super-fine stainless wire reinforced reactive powder concrete
Shu et al. A study on the mix proportion of fiber-polymer composite reinforced cement-based grouting material
CN114656206B (zh) 一种纳米二氧化硅与玄武岩纤维协同增强的再生混凝土及其制备方法
CN112250390B (zh) 用于崩解炭质泥岩的纳米-纤维固化剂及制备、使用方法
CN101781107A (zh) 免蒸养活性粉末混凝土
CN105859219B (zh) 一种半柔性路面用浆体材料及其制备方法
CN107311497A (zh) 一种混凝土内养护型膨胀剂及其制备方法
CN113636814B (zh) 一种超高性能混凝土及其制备方法
CN110304878A (zh) 一种高导热高韧性大体积混凝土及其制备方法
CN112645646A (zh) 一种钢纤维石墨混凝土及其制备方法和应用
CN113277774A (zh) 一种弹性固化道床材料及其室内试件成型制作方法
CN115417631B (zh) 一种服役于高原复杂环境下的低收缩低徐变混凝土及其制备方法
CN111613279A (zh) 数字化耐酸混凝土配制方法及其配合比
CN113968705B (zh) 一种桥面铺装用多元胶凝体系stc超高韧性混凝土材料
CN113094868B (zh) 水泥水化热抑制混凝土在大体积结构工程可用性评价方法
CN107540308A (zh) 一种高流动性混凝土及其制备方法
Tian et al. Effects of submicron-MgO and nano-MgO on the expansion and microscopic properties of high-performance concrete
CN113788653A (zh) 一种磨细砂陶粒混凝土、轻质隔墙板及其制备方法
CN113603438A (zh) 一种利用尾矿制备高性能蒸压加气混凝土材料及制备方法
CN116466066B (zh) 压缩浇筑纤维混凝土中纤维最佳掺量及长细比的确定方法
CN115872681B (zh) 一种改性聚丙烯纤维混凝土及其制备方法
JP2512538B2 (ja) 軽量セメント組成物及びそれを用いた軽量セメント成形体の製造方法
CN114195456A (zh) 一种公路高强低吸水混凝土及其制备方法
Jalgar et al. Implementation of Cement-based nano composite Energy Absorption Damper to improve the damping properties of concrete and monitoring applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210413