CN113307568A - 双掺纤维混凝土配方及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土的配方及其制备方法。所述的双掺纤维混凝土配方，包括如下体积含量百分比的各组分：混凝土97.5％～98.5％；钢纤维0.95％～1％；超高分子量聚乙烯纤维0.5％～1.5％。本发明利用钢纤维和超高分子量聚乙烯纤维两种纤维的增强、阻裂、增韧作用，控制混凝土内部裂纹的产生和发展，并使混凝土的各项性能得到显著提高，从而提高工程结构的耐久性和安全防护能力，解决了现有的混凝土抗压强度和抗拉强度、抗拉强度低，易开裂的技术缺陷，提高了结构的安全性能，降低了维护成本，具有重大的意义。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土的配方及其制备方法。
背景技术
混凝土作为建筑材料早已普遍应用于各类基础设施的建设，但作为一种脆性多孔材料，普通混凝土通常存在抗拉强度低、抗渗性差等缺陷，这些缺陷严重制约了混凝土结构的长期安全使用。
钢纤维具有较高的抗疲劳性、抗拉强度、抗弯极限强度、抗剪性和卓越的抗冲击性能，能够明显改善混凝土的变形性能且经济性好。钢纤维混凝土作为一种新型的复合型材料，有着性能优越、施工简便、操作性强、价格实惠等特点，其在道路桥梁中的应用能够显著提高道路桥梁的耐磨性、抗冻性、抗裂性、抗疲劳性。因此钢纤维混凝土被广泛应用于港口航道、公路桥涵、隧道工程及北方严寒地区的工业与民用建筑等混凝土结构中。
超高分子量聚乙烯纤维是当今三大高科技纤维之一，既具有高强刚性纤维相当的强度和模量，又具有柔性纤维相当的细度和密度，抗冲击性能优良，已广泛应用于人体和装甲防护领域。研究表明，超高分子量聚乙烯纤维极大地增强了复合材料的抗拉强度和韧性。超高分子量聚乙烯纤维比模量和比强度最高，使得一定量纤维掺入混凝土中能显著提高整体质量，表现出优良抗裂、增韧能力。试验表明超高分子量聚乙烯纤维对混凝土立方体抗压强度和抗拉强度的提高不明显，对劈裂抗拉强度和弯曲抗折强度有较大增强作用。
然而，将上述两种纤维综合利用于混凝土中，在现有技术中并未有任何的记载和体现，建筑材料混凝脆性多孔，抗拉、抗压强度和抗拉强度低，耐久性差，严重影响了混凝土结构的安全使用，降低了混凝土结构的寿命。因此，亟需解决上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种双掺纤维混凝土配方及其制备方法，将钢纤维和超高分子量聚乙烯纤维掺混于混凝土中，钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维有着各自的增强、增韧、阻裂效果，应用到普通混凝土中可以弥补其缺陷，以其双掺混凝土为原材料的冲击性较大的桥梁等结构安全性好，耐久性高，大大增加了安全使用年限，解决了现有的混凝土抗压强度和抗拉强度、抗拉强度低，易开裂的技术缺陷，提高了结构的安全性能，降低了维护成本。
本发明所述的双掺纤维混凝土配方，包括如下体积含量百分比的各组分：
混凝土 97.5％～98.5％；
钢纤维 0.95％～1％；
超高分子量聚乙烯纤维 0.5％～1.5％。
优选地，以重量份数计，所述的混凝土的各组分为：水泥480～490份，砂610～630份，碎石1130～1150份，水190～220份。
优选地，所述的水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥。
优选地，所述的砂的粒径为0.35～0.45mm，细度模数为2.3～2.7。
优选地所述的碎石粒径为5～20mm，其中，碎石中粒径5～10mm的碎石与粒径10～20mm的碎石的质量比优选为3:7。
优选地，所述的钢纤维为钢锭铣削型钢纤维，进一步地，所述的钢纤维抗拉强700MPa，长度30～34mm，宽度2.6mm，长径比35～45，密度7850kg/m3。
优选地，所述的超高分子量聚乙烯纤维为短超高分子量聚乙烯纤维，长度为5～7mm，直径20μm～50μm，长径比600～1500，延伸率2.5％～3.0％，密度0.97～0.98g/cm3，抗拉强度3000MPa，弹性模量100GPa。
本发明所述的双掺纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：将混凝土、钢纤维和超高分子量聚乙烯纤维混合得到双掺混凝土拌合物，然后经过20～30天标准条件养护后得到钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺纤维混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明利用钢纤维和超高分子量聚乙烯纤维两种纤维的增强、阻裂、增韧作用，控制混凝土内部裂纹的产生和发展，并使混凝土的各项性能得到显著提高，从而提高工程结构的耐久性和安全防护能力，具有重大的意义。
2、本发明可减少水泥用量，水泥生产线行业作为我国主要的高能耗、高排放工业，是产业领域节能减排的重点和难点，水泥用量的减少对完成我国能源消耗目标、产业可持续发展起着举足轻重的作用，符合国家能源发展战略。
3、本发明增强了素混凝土的抗压能力、抗拉能力，还能有效阻裂，在结构开裂后有较大的抗拉能力，可保证桥梁等结构承受较大的弯曲变形，从而提高结构的安全性和延长使用年限，降低维修成本，经济性较好。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例和对比例中采用的混凝土，以重量份数计，所述的混凝土的各组分为：水泥485份，砂620份，碎石1140份，水200份。
其中，碎石分为两种：粒径5～10mm、粒径10～20mm，其质量比为3:7。砂为中砂，含水率3％，粒径为0.35～0.45mm，细度模数为2.5。水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥。
采用的钢纤维为钢锭铣削型钢纤维，抗拉强700MPa，长度30～34mm，宽度2.6mm，长径比35～45，密度7850kg/m3。
采用的超高分子量聚乙烯纤维为短超高分子量聚乙烯纤维，长度为5～7mm，直径20μm～50μm，长径比600～1500，延伸率2.5％～3.0％，密度0.97～0.98g/cm3，抗拉强度3000MPa，弹性模量100GPa。
实施例1
本实施例涉及的钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土体积百分含量：混凝土98.5％、钢纤维1％、超高分子量聚乙烯纤维0.5％。
向搅拌机加入水泥、砂、碎石，搅拌100s，再将水加入搅拌机内搅拌80s，再加入钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维搅拌180s，得到钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土拌合物，标准条件养护28天得到钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土。
检测其抗压强度和抗拉强度结果如表1所示。
实施例2
本实施例涉及的钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土体积百分含量：混凝土98％、钢纤维1％、超高分子量聚乙烯纤维1％。
向搅拌机加入水泥、砂、碎石，搅拌100s，再将水加入搅拌机内搅拌80s，再加入钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维搅拌180s，得到钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土拌合物，标准条件养护28天得到钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土。
检测其抗压强度和抗拉强度结果如表1所示。
实施例3
本实施例涉及的钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土体积百分含量：混凝土97.5％、钢纤维1％、超高分子量聚乙烯纤维1.5％。
向搅拌机加入水泥、砂、碎石，搅拌100s，再将水加入搅拌机内搅拌80s，再加入钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维搅拌180s，得到钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土拌合物，标准条件养护28天得到钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺混凝土。
检测其抗压强度和抗拉强度结果如表1所示。
对比例1
本对比例涉及的钢纤维增强混凝土体积百分含量：混凝土99％、钢纤维1％。
向搅拌机加入水泥、砂、碎石，搅拌100s，再将水加入搅拌机内搅拌80s，再加入钢纤维搅拌180s，得到钢纤维增强的混凝土拌合物，标准条件养护28天得到钢纤维增强混凝土。
检测其抗压强度和抗拉强度结果如表1所示。
对比例2
本对比例涉及的超高分子量聚乙烯纤维增强混凝土体积百分含量：混凝土99.5％、超高分子量聚乙烯纤维0.5％。
向搅拌机加入水泥、砂、碎石，搅拌100s，再将水加入搅拌机内搅拌80s，再加入超高分子量聚乙烯纤维搅拌180s，得到超高分子量聚乙烯纤维增强的混凝土拌合物，标准条件养护28天得到超高分子量聚乙烯纤维增强混凝土。
检测其抗压强度和抗拉强度结果如表1所示。
对比例3
本对比例涉及的钢纤维增强混凝土体积百分含量：混凝土99％、超高分子量聚乙烯纤维1％。
向搅拌机加入水泥、砂、碎石，搅拌100s，再将水加入搅拌机内搅拌80s，再加入钢纤维搅拌180s，得到钢纤维增强的混凝土拌合物，标准条件养护28天得到钢纤维增强混凝土。
检测其抗压强度和抗拉强度结果如表1所示。
对比例4
本对比例涉及的超高分子量聚乙烯纤维增强混凝土体积百分含量：混凝土98.5％、超高分子量聚乙烯纤维1.5％。
向搅拌机加入水泥、砂、碎石，搅拌100s，再将水加入搅拌机内搅拌80s，再加入超高分子量聚乙烯纤维搅拌180s，得到超高分子量聚乙烯纤维增强的混凝土拌合物，标准条件养护28天得到超高分子量聚乙烯纤维增强混凝土。
检测其抗压强度和抗拉强度结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-4检测结果
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种双掺纤维混凝土配方，其特征在于：包括如下体积含量百分比的各组分：
混凝土 97.5％～98.5％；
钢纤维 0.95％～1％；
超高分子量聚乙烯纤维 0.5％～1.5％。
2.根据权利要求1所述的双掺纤维混凝土配方，其特征在于：以重量份数计，所述的混凝土的各组分为：水泥480～490份，砂610～630份，碎石1130～1150份，水190～220份。
3.根据权利要求2所述的双掺纤维混凝土配方，其特征在于：所述的水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥。
4.根据权利要求2所述的双掺纤维混凝土配方，其特征在于：所述的砂的粒径为0.35～0.45mm，细度模数为2.3～2.7。
5.根据权利要求2所述的双掺纤维混凝土配方，其特征在于：所述的碎石粒径为5～20mm。
6.根据权利要求5所述的双掺纤维混凝土配方，其特征在于：所述的碎石中粒径5～10mm的碎石与粒径10～20mm的碎石的质量比为3:7。
7.根据权利要求1所述的双掺纤维混凝土配方，其特征在于：所述的钢纤维为钢锭铣削型钢纤维。
8.根据权利要求7所述的双掺纤维混凝土配方，其特征在于：所述的钢纤维抗拉强700MPa，长度30～34mm，宽度2.6mm，长径比35～45，密度7850kg/m3。
9.根据权利要求1所述的双掺纤维混凝土配方，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯纤维为短超高分子量聚乙烯纤维，长度为5～7mm，直径20μm～50μm，长径比600～1500，延伸率2.5％～3.0％，密度0.97～0.98g/cm3，抗拉强度3000MPa，弹性模量100GPa。
10.一种权利要求1-9任一所述的双掺纤维混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将混凝土、钢纤维和超高分子量聚乙烯纤维混合得到双掺混凝土拌合物，然后经过20～30天标准条件养护后得到钢纤维、超高分子量聚乙烯纤维增强的双掺纤维混凝土。
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| Chen et al. | Comparative study on the effect of synthetic fiber on the preparation and durability of airport pavement concrete | |
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| Ma et al. | Experimental research on the fundamental mechanical properties of presoaked basalt fiber concrete | |
| Yu et al. | RETRACTED: Mechanical properties, durability and application of ultra-high-performance concrete containing coarse aggregate (UHPC-CA): A review | |
| Rasheed et al. | Mechanical behavior of sustainable hybrid-synthetic fiber reinforced cellular light weight concrete for structural applications of masonry | |
| CN109231917B (zh) | 一种抗裂缝抗渗透高耐久性混凝土及其制备方法 | |
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| Song et al. | Mechanical properties of polypropylene-fiber-reinforced high-performance concrete based on the response surface method | |
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| Sheng et al. | Compressive-tensile mechanics and energy consumptions of a cementitious composite with high utilization of steel slag | |
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| Yao et al. | Pressure bleeding rate and crack resistance of high-strength concrete with good fluidity | |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| 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 |
Application publication date: 20210827 |
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