CN114368950A - 一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料 - Google Patents
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Abstract
一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，其特征在于，包括以下重量份的原料组分：水泥400份、砂660份、石子1240份、粉煤灰35‑140份、改性剑麻纤维14.5‑43.5份、改性玄武岩纤维26.4‑79.2份、水225份、减水剂7份、分散剂若干份。改性剑麻纤维通过以下方法进行改性：剑麻纤维用氢氧化钠溶液浸泡，再用清水冲刷干净，自然晾干；改性玄武岩纤维通过以下方法进行改性：玄武岩纤维浸泡在冰醋酸溶液中，再用清水冲刷干净，自然晾干。混杂剑麻纤维和玄武岩纤维可以有效抑制混凝土裂缝的产生并提高混凝土的抗压性能、韧性、劈裂抗拉性能以及耐久性能。将杂剑麻纤维和玄武岩纤维掺入到混凝土的材料中是提升混凝土力学性能的一种有效、经济的方法。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料。
背景技术
混凝土作为一种复合材料，具有抗压性能强、取材方便、造价便宜等优点，被广泛应用于建筑工程中。然而混凝土同时也存在抗拉性能差、韧性低的缺点，容易发生脆性破坏。针对混凝土材料的缺点，亟需一种具有增强抗拉性能和韧性的混凝土材料。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，包括以下重量份的原料组分：水泥400份、砂660份、石子1240份、粉煤灰35-140份、改性剑麻纤维14.5-43.5份、改性玄武岩纤维26.4-79.2份、水225份、减水剂7份、分散剂若干份；
所述改性剑麻纤维通过以下方法进行改性：剑麻纤维用氢氧化钠溶液浸泡，再用清水冲刷干净，自然晾干；对剑麻纤维进行改性处理可以去除纤维表面的杂质，进一步增强混凝土的韧性；
所述改性玄武岩纤维通过以下方法进行改性：玄武岩纤维浸泡在冰醋酸溶液中，再用清水冲刷干净，自然晾干；对玄武岩纤维进行改性处理可以去除纤维表面的杂质，进一步增强混凝土的劈裂抗拉性能以及耐久性能。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述水泥为42.5R的硅酸盐水泥。
进一步地，所述砂为天然河砂。
进一步地，所述改性剑麻纤维长度为10-20mm，改性玄武岩纤维长度为12mm，采用短切纤维可以更好的发挥纤维自身的优势，纤维过长会破坏混凝土自身的黏接力。
进一步地，所述氢氧化钠溶液浓度为1％(v/v)，浸泡的时长为30分钟。
进一步地，所述冰醋酸溶液浓度为10％(v/v)，浸泡时长为6小时。
进一步地，所述分散剂为羧甲基纤维素钠，其添加量为其他原料组分总重量的0.7％；羧甲基纤维素钠的主要作用是使得改性剑麻纤维和改性玄武岩纤维呈单丝状态，在混凝土中充分分散，减少纤维的团聚作用，提高纤维对混凝土力学性能的增强作用。
一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、对剑麻纤维和玄武岩纤维进行改性处理；
S2、称取所需原料；
S3、制备水泥、砂、石子、粉煤灰、改性剑麻纤维、改性玄武岩纤维、分散剂的干拌物，具体步骤如下：将水泥、粉煤灰混合搅拌30秒后，再加入改性剑麻纤维和改性玄武岩纤维进行搅拌60秒，然后加入分散剂混合干拌90秒，最后加入砂、石子、搅拌30秒，得到干拌物；
S4、将水和减水剂添加到步骤S3生成的干拌物中，得到拌合物，具体过程如下：先将部分水兑入减水剂中，搅拌后将其混合物中可以流动的部分(即溶解部分)添加到步骤S3得到的干拌物中湿拌150秒，得到湿拌物；继续添加部分水兑入剩余混合物(未溶解部分)中，搅拌后将混合物中可以流动的部分(即新溶解部分)继续添加到湿拌物中湿拌150秒；重复上述操作2-3次直至盛装减水剂的容器无刺激性气味(表明减水剂已经全部溶解)，并将剩余混合物全部加入到湿拌物中，再将剩余的全部水添加到湿拌物中搅拌3-5分钟，得到拌合物；
S5、在混凝土标准试件模具内壁涂油，并将步骤S4得到的拌合物注入混凝土标准试件模具中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天的养护，最终制得混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，剑麻纤维作为天然植物纤维的一种，具有韧性高、抗拉抗腐蚀性好的优点。将剑麻纤维经适当处理后掺入混凝土中，可以有效改善混凝土的力学性能，特别是对混凝土抗拉性能的提升效果显著，并且采用剑麻纤维替代传统的混凝土掺和料，可以解决剑麻纤维因用途范围小而经常被丢弃的问题，符合当今时代绿色环保、节约发展的理念。除此之外，玄武岩纤维(BF)价格低廉，弹性模量高，对环境污染小，掺入混凝土中可使混凝土劈裂抗拉性能以及耐久性能得到明显的改善，将二者的优越性能共同发挥到混凝土中，以期达到“正混杂效应”。此外，剑麻纤维和玄武岩纤维均是经过改性处理的短切纤维，采用短切纤维可以更好的发挥纤维自身的优势，如果纤维过长会使得纤维破坏混凝土自身的黏接力；而改性处理可以去除纤维表面的杂质，进一步增强混凝土的力学性能。掺入剑麻纤维和玄武岩纤维是提升混凝土力学性能的一种有效、经济的方法，与未添加剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料相比，添加2％剑麻纤维和0.4％玄武岩纤维的混凝土材料的抗压强度从2.97MPa提升到了3.16MPa，劈裂抗拉强度从27.99MPa提升到了28.7MPa。
具体实施方式
一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，包括以下重量份的原料组分：水泥400份、砂660份、石子1240份、粉煤灰35-140份、改性剑麻纤维14.5-43.5份、改性玄武岩纤维26.4-79.2份、水225份、减水剂7份、添加量为其他原料组分总重量0.7％的羧甲基纤维素钠；
所述改性剑麻纤维通过以下方法进行改性：剑麻纤维用氢氧化钠溶液浸泡，再用清水冲刷干净，自然晾干；对剑麻纤维进行改性处理可以去除纤维表面的杂质，进一步增强混凝土的韧性；
所述改性玄武岩纤维通过以下方法进行改性：玄武岩纤维浸泡在冰醋酸溶液中，再用清水冲刷干净，自然晾干；对玄武岩纤维进行改性处理可以去除纤维表面的杂质，进一步增强混凝土的劈裂抗拉性能以及耐久性能。
所述水泥为42.5R的硅酸盐水泥，所述砂采用河北灵寿县天然特细石英砂作为试验用砂，含硅量为97.89％。
所述改性剑麻纤维长度为10-20mm，改性玄武岩纤维长度为12mm，采用短切纤维可以更好的发挥纤维自身的优势，纤维过长会破坏混凝土自身的黏接力。
羧甲基纤维素钠的主要作用是使得改性剑麻纤维和改性玄武岩纤维呈单丝状态，在混凝土中充分分散，减少纤维的团聚作用，提高纤维对混凝土力学性能的增强作用。
上述混凝土材料通过以下方式制备：
S1、对剑麻纤维和玄武岩纤维进行改性处理；剑麻纤维用1％(v/v)氢氧化钠溶液浸泡30分钟，再用清水冲刷干净，自然晾干；玄武岩纤维浸泡在浓度为10％(v/v)冰醋酸溶液中，浸泡时长为6小时，再用清水冲刷干净，自然晾干；
S2、称取所需原料；
S3、制备水泥、砂、石子、粉煤灰、改性剑麻纤维、改性玄武岩纤维、分散剂的干拌物，具体步骤如下：将水泥、粉煤灰混合搅拌30秒后，再加入改性剑麻纤维和改性玄武岩纤维进行搅拌60秒，然后加入分散剂混合干拌90秒，最后加入砂、石子、搅拌30秒，得到干拌物；
S4、将水和减水剂添加到步骤S3生成的干拌物中，得到拌合物，具体过程如下：先将部分水兑入减水剂中，搅拌后将其混合物中可以流动的部分(即溶解部分)添加到步骤S3得到的干拌物中湿拌150秒，得到湿拌物；继续添加部分水兑入剩余混合物(未溶解部分)中，搅拌后将混合物中可以流动的部分(即新溶解部分)继续添加到湿拌物中湿拌150秒；重复上述操作2-3次直至盛装减水剂的容器无刺激性气味(表明减水剂已经全部溶解)，并将剩余混合物全部加入到湿拌物中，再将剩余的全部水添加到湿拌物中搅拌3-5分钟，得到拌合物；
S5、在混凝土标准试件模具内壁涂油，并将步骤S4得到的拌合物注入混凝土标准试件模具中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天的养护，最终制得混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料。
采用不同重量份改性剑麻纤维和改性玄武岩纤维的混凝土的力学性能数据如表1所示。
表1改性剑麻纤维和改性玄武岩纤维添加量对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响
从表1可以看出：
当不添加改性剑麻纤维和改性玄武岩纤维时，混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度分别为2.97MPa和27.99MPa。
对比实验编号A-1至A-4可以发现，当改性剑麻纤维份数为14.5(1％)时，随着添加的改性玄武岩纤维份数从2.64增加到10.56(从0.1％增加到0.4％)，混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度在玄武岩纤维份数为5.28时达到最大值，分别为2.94MPa和34.6MPa，此数值与未添加两种改性纤维的结果相比较，混凝土抗压强度有略微减小，劈裂抗拉强度得到了增加。
对比实验编号B-5至B-8可以发现，当改性剑麻纤维份数为29.0(2％)时，随着添加的改性玄武岩纤维份数从2.64增加到10.56(从0.1％增加到0.4％)，混凝土抗压强度在玄武岩纤维份数为10.56时达到最大值，为3.16MPa，而劈裂抗拉强度在玄武岩纤维份数为5.28份时达到最大值，为31.6MPa，此数值与未添加两种改性纤维的结果相比较，混凝土抗压强度，劈裂抗拉强度均得到了增加。
对比实验编号C-9至C-12可以发现，当改性剑麻纤维份数为43.5(3％)时，随着添加的改性玄武岩纤维份数从2.64增加到10.56(从0.1％增加到0.4％)，混凝土抗压强度在玄武岩纤维份数为7.92时达到最大值，为2.69MPa，而劈裂抗拉强度在玄武岩纤维份数为5.28份时达到最大值，为31.3MPa，此数值与未添加两种改性纤维的结果相比较，混凝土抗压强度有大幅度减小，劈裂抗拉强度得到了增加。
对比实验标号A-1、B-5和C-9，当改性玄武岩纤维添加量固定在0.1％时，随着改性剑麻纤维的添加量从1％提高到3％，混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度在改性剑麻纤维的添加量为1％时达到最大值，分别为2.72MPa和34.2MPa。
对比实验标号A-2、B-6和C-10，当改性玄武岩纤维添加量固定在0.2％时，随着改性剑麻纤维的添加量从1％提高到3％，混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度在改性剑麻纤维的添加量为1％时达到最大值，分别为2.94MPa和34.6MPa。
对比实验标号A-3、B-7和C-11，当改性玄武岩纤维添加量固定在0.3％时，随着改性剑麻纤维的添加量从1％提高到3％，混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度在改性剑麻纤维的添加量为1％时达到最大值，分别为2.83MPa和31.2MPa。
对比实验标号A-4、B-8和C-12，当改性玄武岩纤维添加量固定在0.4％时，随着改性剑麻纤维的添加量从1％提高到3％，混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度在改性剑麻纤维的添加量为2％时达到最大值，分别为3.16MPa和28.7MPa。
综上，改性玄武岩纤维的添加量从0.1-0.4％均可以满足提升劈裂抗拉强度的要求，但只有在改性玄武岩纤维添加量为0.4％时，可以提升混凝土抗压强度。实验编号B-8同时满足提升混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的效果。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，其特征在于，包括以下重量份的原料组分：水泥400份、砂660份、石子1240份、粉煤灰35-140份、改性剑麻纤维14.5-43.5份、改性玄武岩纤维26.4-79.2份、水225份、减水剂7份、分散剂若干份；
所述改性剑麻纤维通过以下方法进行改性：剑麻纤维用氢氧化钠溶液浸泡，再用清水冲刷干净，自然晾干；
所述改性玄武岩纤维通过以下方法进行改性：玄武岩纤维浸泡在冰醋酸溶液中，再用清水冲刷干净，自然晾干。
2.根据权利要求1所述的一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，其特征在于，所述水泥为42.5R的硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，其特征在于，所述砂为天然河砂。
4.根据权利要求1所述的一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，其特征在于，所述改性剑麻纤维长度为10-20mm，改性玄武岩纤维长度为12mm。
5.根据权利要求1所述的一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，其特征在于，所述氢氧化钠溶液浓度为1v/v％，浸泡的时长为30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，其特征在于，所述冰醋酸溶液浓度为10v/v％，浸泡时长为6小时。
7.根据权利要求1所述的一种混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料，其特征在于，所述分散剂为羧甲基纤维素钠，其添加量为其他原料组分总重量的0.7％。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种混杂剑麻纤维和玄武岩的凝土材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对剑麻纤维和玄武岩纤维进行改性处理；
S2、称取所需原料；
S3、制备水泥、砂、石子、粉煤灰、改性剑麻纤维、改性玄武岩纤维、分散剂的干拌物，具体步骤如下：将水泥、粉煤灰混合搅拌30秒后，再加入改性剑麻纤维和改性玄武岩纤维进行搅拌60秒，然后加入分散剂混合干拌90秒，最后加入砂、石子、搅拌30秒，得到干拌物；
S4、将水和减水剂添加到步骤S3生成的干拌物中，得到拌合物，具体过程如下：先将部分水兑入减水剂中，搅拌后将其混合物中可以流动的部分添加到步骤S3得到的干拌物中湿拌150秒，得到湿拌物；继续添加部分水兑入剩余混合物中，搅拌后将混合物中可以流动的部分继续添加到湿拌物中湿拌150秒；重复上述操作2-3次直至盛装减水剂的容器无刺激性气味，并将剩余混合物全部加入到湿拌物中，再将剩余的全部水添加到湿拌物中搅拌3-5分钟，得到拌合物；
S5、在混凝土标准试件模具内壁涂油，并将步骤S4得到的拌合物注入混凝土标准试件模具中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天的养护，最终制得混杂剑麻纤维和玄武岩纤维的混凝土材料。
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