CN114349432B

CN114349432B - 一种混杂纤维增强自密实高强混凝土及其制备方法

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Publication number: CN114349432B
Application number: CN202210073543.0A
Authority: CN
Inventors: 孟书灵; 艾洪祥; 王军; 田春锋; 朱炎宁; 岳彩虹; 刘洋; 马旭东
Original assignee: China West Construction Group Co Ltd; China West Construction Xinjiang Co Ltd
Current assignee: China West Construction Group Co Ltd; China West Construction Xinjiang Co Ltd
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: CN114349432A

Abstract

本发明公开了一种混杂纤维增强自密实高强混凝土，各组分及其用量包括：水泥405～420份，粉煤灰155～170份，砂806～815份，石872～890份，减水剂8～10份，水152～160份，镀铜钢纤维20～40份，改性碳酸钙晶须0.5～1.0份，玄武岩纤维2～3份。本发明采用多种类和多尺度混杂纤维体系，同时对碳酸钙晶须进行表面改性，将其应用于制备自密实混凝土，可有效兼顾良好的力学性能、力学性能和自密实性能；且涉及的制备方法较简单、适合推广应用。

Description

一种混杂纤维增强自密实高强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，具体涉及一种混杂纤维增强自密实高强混凝土及其制备方法。

背景技术

自密实混凝土具有无需振捣，能降低施工过程中的噪音，营造良好的工作环境，减轻施工工人的劳动强度，加快施工进程等优点，同时可有效避免混凝土在施工过程中由于过振和漏振而引起的泛浆和麻面等问题，在工程建设中得到了广泛的应用。但由于自密实混凝土表面水分蒸发、散失，内部水分向表面迁移，使其内部出现拉应力，当自密实混凝土内部的塑性收缩产生的拉应力超过极限拉应力时，自密实混凝土内部就会出现裂缝。

此外，在我国新疆地区的大型建设工程应用中，由于风沙大和日照强，混凝土水份蒸发速率加速，收缩变形和开裂风险增加等因素制约，在要求自密实混凝土具有较高的强度同时，必须同时具备更优异的抗裂性能。为减少因混凝土材料自身缺陷而导致的工程事故，必须有效提高混凝土材料的韧性、延性、耐久性及动态力学性能，有效手段之一是掺加纤维材料。混凝土中使用不同类型的纤维，可有效提高混凝土的力学和抗裂性能。但在混凝土中引入微米或毫米级直径的纤维通常会进一步增加混凝土的孔隙率；同时大部分纤维存在分散性差、与水泥基体粘结性差等问题，会进一步影响抗裂和自密实等性能。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种混杂纤维增强自密实高强混凝土，它兼具优异的工作性能、力学性能和抗裂性能；且涉及的制备方法较简单、成本较低，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混杂纤维增强自密实高强混凝土，各组分及其用量包括(重量份数计，下同)：水泥405～420份，粉煤灰155～170份，砂806～815份，石872～890份，减水剂8～10份，水152～160份，镀铜钢纤维20～40份，改性碳酸钙晶须0.5～1.0份，玄武岩纤维2～3份。

上述方案中，所述改性碳酸钙晶须的制备方法包括如下步骤：

1)将3～5重量份的碳酸钙晶须置于三口烧瓶中，加入300～500重量份水中进行超声分散，加入0.2～0.6重量份乙烯基硅烷偶联剂搅拌15～20min，抽滤、干燥后备用；

2)称取1～3重量份步骤1)所得碳酸钙晶须置于三口烧瓶中，加入120～200重量份无水乙醇(溶剂)混合均匀，再加入3～5重量份聚乙二醇溶液，在55～70℃下磁力搅拌20～30min；然后加入2～4重量份引发剂，引发聚乙二醇与表面有机化碳酸钙晶须进行聚合反应，在60～75℃下聚合反应30～50min，待反应结束后过滤并在80～90℃下干燥，即得所述改性碳酸钙晶须。

上述方案中，所述碳酸钙晶须直径为0.5～2μm，长度为20～30μm。

上述方案中，所述乙烯基硅烷偶联剂可选用乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙烯氧基硅烷或乙烯基甲基二甲氧基硅烷等。

上述方案中，所述超声分散时间为20～30min。

上述方案中，所述聚乙二醇溶液(水溶液)的浓度为30～40wt％。

上述方案中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯等。

上述方案中，所述镀铜钢纤维的直径为0.18～0.23mm，长度为12～14mm。

上述方案中，所述玄武岩纤维直径为15～18μm，长度为6～10mm。

上述方案中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，其比表面积365～385m²/kg；粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰。

上述方案中，所述砂为水洗烘干河砂，细度模数为2.3～3.0。

上述方案中，所述石为粒径为5～20mm的碎石。

上述方案中，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为25～27％。

上述一种混杂纤维增强自密实高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)原料称取，各原料及其用量包括：水泥405～420份，粉煤灰155～170份，砂806～815份，石872～890份，减水剂8～10份，水152～160份，镀铜钢纤维20～50份，改性碳酸钙晶须0.5～2份，玄武岩纤维2～6份；

2)将称取的石、水泥、砂、粉煤灰和水放入搅拌机内进行搅拌，然后将减水剂加入搅拌机内，混合搅拌2～3min，得原料混合浆体，最后将改性碳酸钙晶须、玄武岩纤维和镀铜钢纤维依次加入搅拌机内进行混合成型，即得所述混杂纤维增强自密实高强混凝土试件。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明通过对碳酸钙晶须进行改性，使其表面形成具有亲水性的含氧官能团，显著改善其在混凝土中的分散性；同时采用本发明所述改性方法可有效提升碳酸钙晶须表面的粗糙度，进而增加纤维与混凝土基体之间的有效接触面积，形成更致密的混合体系，有效促进混凝土的力学性能以及抗裂性能得显著改善。

2)本发明制备的混杂纤维混凝土中混凝土具有良好力学性能和抗裂性能，同时具有良好的工作性能，混凝土拌合物的填充能力、间隙通过能力和抗离析性能均满足自密实混凝土的要求。

3)考虑到混凝土的断裂和拉伸是一个渐进的、多尺度的过程，同时发生在微观和宏观两个层面，本发明结合三种不同性质的纤维，利用微米级改性碳酸钙晶须纤维优化基体的微观结构，抑制微裂纹的扩张；玄武岩纤维抑制基体内微裂纹的相互连通，限制其进一步扩展；镀铜钢纤维优化基体的宏观性能，纤维桥联在裂缝两端，起到阻裂和承载的作用；多种尺寸的纤维合理搭配发挥逐级增强基体的作用，有效保证所得自密实混凝土的力学性能和抗裂性能。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，以下实施例中，采用的水泥为天宇华鑫水泥厂生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其比表面积375m²/kg。砂由新疆和砼源提供，其细度模数2.3～3.0；石子由新疆和砼源提供，级配5～20mm；粉煤灰由红雁二电厂提供的F类II级粉煤灰，其细度35％，需水量比108％，烧失量5.8％；减水剂采用聚羧酸高性能标准型减水剂，由西部卓越建材有限公司提供，减水率27.3％。镀铜钢纤维由北京中德新亚建筑技术有限公司提供，直径为0.18～0.23mm，长度为12～14mm；玄武岩纤维由上海臣启化工科技有限公司生产，直径为15～18μm，长度为6～10mm。

以下实施例中，采用的改性碳酸钙晶须的制备方法包括如下步骤：

1)将3重量份的碳酸钙晶须置于三口烧瓶中，加入300重量份蒸馏水在超声清洗器中分散，加入0.2重量份乙烯基三甲氧基硅烷搅拌15min，抽滤、干燥后备用；

2)称取2重量份预处理后的碳酸钙晶须置于三口烧瓶中，用120重量份无水乙醇作溶剂与碳酸钙晶须混合，再加入3重量份聚乙二醇溶液(浓度为30wt％)，60℃下磁力搅拌20min，加入2重量份偶氮二异丁腈(引发剂)，引发聚乙二醇与表面有机化碳酸钙晶须进行聚合反应(65℃下反应30min)，待反应结束后过滤并在90℃下干燥，即得所述改性碳酸钙晶须。

实施例1

一种混杂纤维增强自密实高强混凝土，其制备方法包括以下步骤：

1)按上述组分称取各原料，各组分及其含量包括：水泥400kg/m³，粉煤灰160kg/m³，水155kg/m³，砂810kg/m³，石875kg/m³，镀铜钢纤维20kg/m³，改性碳酸钙晶须1.0kg/m³，玄武岩纤维3kg/m³，减水剂8.5kg/m³；

2)将称取的石、水泥、砂、粉煤灰和水放入搅拌机内进行搅拌，然后将减水剂加入搅拌机内，混合搅拌2-3分钟，得到原料混合浆体，最后将改性碳酸钙晶须、玄武岩纤维和钢纤维依次加入搅拌机内进行混合成型，即得混杂纤维增强自密实高强混凝土试件。

实施例2～4

实施例2～4的制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于分别采用表1所述配方条件制备对应的混杂纤维增强自密实高强混凝土。

表1实施例1～4所述混杂纤维增强自密实高强混凝土的配合比(重量份数)

对比例1～6

对比例1～6的制备方法与实施例1～4的制备方法大致相同，不同之处在于分别采用表2所述配方条件制备对应的纤维增强自密实高强混凝土。

表2对比例1～6混凝土的配合比(重量份数)

对实施例1～4和对比例1～6所得混杂纤维增强自密实高强混凝土进行抗压强度、单轴抗拉强度和抗裂性能进行测定，自密实性能的测定按照JGJ/T 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》，抗压强度和单轴抗拉强度的测定按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》，抗裂性能的测定按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，结果分别见表3和表4。

表3混凝土试件的性能测试结果

表4混凝土试件的抗压、抗拉强度和平均裂缝间距以及最大裂缝宽度

上述结果表明：本发明所得混凝土具有良好力学性能和抗裂性能，同时具有良好的工作性能，混凝土拌合物的填充能力、间隙通过能力和抗离析性能均满足自密实混凝土的要求，适合推广应用。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种混杂纤维增强自密实高强混凝土，其特征在于，各组分及其用量包括：水泥405～420份，粉煤灰155～170份，砂806～815份，石872～890份，减水剂8～10份，水152～160份，镀铜钢纤维20～40份，改性碳酸钙晶须0.5～1.0份，玄武岩纤维2～3份；

所述改性碳酸钙晶须的制备方法包括如下步骤：

2)称取1～3重量份步骤1)所得碳酸钙晶须置于三口烧瓶中，加入120～200重量份无水乙醇混合均匀，再加入3～5重量份聚乙二醇溶液，在55～70℃下磁力搅拌20～30min；然后加入2～4重量份引发剂，在60～75℃下进行聚合反应，过滤，干燥，即得所述改性碳酸钙晶须。

2.根据权利要求1所述的混杂纤维增强自密实高强混凝土，其特征在于，所述碳酸钙晶须直径为0.5～2μm，长度为20～30μm。

3.根据权利要求1所述的混杂纤维增强自密实高强混凝土，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯。

4.根据权利要求1所述的混杂纤维增强自密实高强混凝土，其特征在于，所述镀铜钢纤维的直径为0.18～0.23mm，长度为12～14mm。

5.根据权利要求1所述的混杂纤维增强自密实高强混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维直径为15～18μm，长度为6～10mm。

6.根据权利要求1所述的混杂纤维增强自密实高强混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，其比表面积365～385m²/kg；粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰。

7.根据权利要求1所述的混杂纤维增强自密实高强混凝土，其特征在于，所述砂为水洗烘干河砂，细度模数为2.3～3.0；石为粒径为5～20mm的碎石。

8.根据权利要求1所述的混杂纤维增强自密实高强混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

9.权利要求1～8任一项所述混杂纤维增强自密实高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2)将称取的石、水泥、砂、粉煤灰和水放入搅拌机内进行搅拌，然后将减水剂加入搅拌机内，混合均匀得混合浆体，最后将改性碳酸钙晶须、玄武岩纤维和镀铜钢纤维依次加入搅拌机内进行混合成型，即得所述混杂纤维增强自密实高强混凝土试件。