CN114455920A - 一种高性能玄武岩纤维增强增韧混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土，尤其涉及一种高性能玄武岩纤维增强增韧混凝土及其制备方法。所述混凝土包括：玄武岩纤维；所述玄武岩纤维是由玄武岩纤维单丝组成的纤维束，所述纤维束的直径为0.6‑0.9mm，长度为4‑5cm；所述玄武岩纤维单丝的直径不小于5μm，弹性模量不小于40GPa，抗拉强度不小于900MPa，密度不小于2100kg/m3；每立方米混凝土中，所述玄武岩纤维的掺量不小于5kg。本发明提供的混凝土具有优异的抗折强度、开裂后残余强度、裂纹宽度控制能力和韧性，服务极限状态条件下0.4≤fR1k/fLk≤1.5，强度极限状态条件下fR3k/fR1k＞0.5。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土，尤其涉及一种高性能玄武岩纤维增强增韧混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是由胶凝材料，颗粒状集料(也称为骨料)，水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土因其抗压强度较高、耐久性较好、抗压强度等级范围较宽等特点，在土木工程、造船业、机械工业、海洋开发、地热工程等领域得以广泛应用。
然而，由于混凝土在抗拉强度和韧性等方面存在不足，导致其在实际应用过程中存在一系列开裂和裂纹迅速扩展问题，从而严重影响混凝土结构的安全性和耐久性。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土，该混凝土具有优异的抗折强度和韧性；本发明的另一目的在于，提供该混凝土的制备方法。
具体地，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种混凝土，其包括：玄武岩纤维；
所述玄武岩纤维是由玄武岩纤维单丝组成的纤维束，所述纤维束的直径为0.6-0.9mm，长度为4-5cm；
所述玄武岩纤维单丝的直径不小于5μm，弹性模量不小于40GPa，抗拉强度不小于900MPa，密度不小于2100kg/m3；
每立方米混凝土中，所述玄武岩纤维的掺量不小于5kg。
本发明发现，采用上述方式，可提高混凝土的抗折强度和韧性。
本领域人员可按照公知常识设置配方中的其他组分和工艺中的参数，其均可以得到与本发明上述描述相当的效果。不过，关于其他组分和参数也存在更优的技术方案，为此，本发明进一步进行了探究并得到如下的优选方案。
作为优选，所述混凝土还包括：粗骨料；
所述粗骨料的最大粒径小于16mm；优选所述粗骨料的粒径在5-16mm之间；其中，以所述粗骨料的总量为基准，粒径为5-10mm的粗骨料占比不大于25％，针片状颗粒含量小于1％；
每立方米混凝土中，所述粗骨料的掺量为1000-1200kg。
作为优选，所述混凝土还包括：细骨料；
所述细骨料选自河砂、石灰石机制砂、卵石机制砂、尾矿砂中的一种或几种；所述细骨料的细度模数介于2.3-3.0之间，属于二区中砂；
每立方米混凝土中，所述细骨料的掺量为750-900kg。
另外，细骨料的其他性能满足相关国家或行业标准要求即可。
作为优选，所述混凝土还包括：水泥；
所述水泥由硅酸盐水泥熟料配制而成；优选所述水泥选自PI型硅酸盐水泥、PII型硅酸盐水泥、PO42.5普通硅酸盐水泥中的一种或几种；
每立方米混凝土中，所述水泥的掺量≥250kg。
作为优选，所述混凝土还包括：粉料；
所述粉料选自硅灰、粉煤灰、矿粉中的一种或几种；优选所述粉料为粉煤灰；
每立方米混凝土中，所述粉料的掺量为50-100kg。
另外，粉料的其他性能满足相关国家或行业标准要求即可。
作为优选，所述混凝土还包括：外加剂；
所述外加剂为聚羧酸减水剂；
每立方米混凝土中，所述外加剂的掺量为5-10kg。
作为优选，所述混凝土还包括：水；
每立方米混凝土中，所述水的掺量≤170kg，且水胶比≤0.5。
作为较佳的技术方案，每立方米混凝土包括如下组分：
玄武岩纤维5kg以上，粗骨料1000-1200kg，细骨料750-900kg，PI型硅酸盐水泥250kg以上，粉煤灰70-90kg，聚羧酸减水剂5-7kg，水小于170kg。
如此，本发明即提供了一种高性能玄武岩纤维增强增韧混凝土，其抗压强度等级为C30，该混凝土中，水灰比为0.50，砂率0.42，单方混凝土水泥用量250kg左右，单方混凝土胶凝材料总量320kg左右，单方混凝土聚羧酸减水剂(固含量20％)用量3kg左右。
本发明还提供以上所述的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将水泥、粗骨料、细骨料和粉料混合，搅拌均匀，得混合料I；
(2)将60-70％的外加剂、40-60％的水和所述混合料I混合，搅拌均匀，得混合料II；
(3)将剩余部分外加剂、剩余部分水和所述混合料II混合，搅拌均匀，得混合料III；
(4)将玄武岩纤维和所述混合料III混合，搅拌均匀，即得所述混凝土。
本发明发现，采用上述混合方式，可使物料更加均匀，有利于提高混凝土各方面性能。
作为优选，步骤(1)-(4)中，所述搅拌均在自落式搅拌机中进行，所述混凝土的出机塌落度不小于10cm。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的混凝土具有优异的抗折强度、开裂后残余强度、裂纹宽度控制能力和韧性，服务极限状态条件下0.4≤fR1k/fLk≤1.5，强度极限状态条件下fR3k/fR1k＞0.5。
附图说明
图1为实施例1的混凝土标准试件的企口梁应力-裂口位移关系示意图；
图2为实施例1的混凝土标准试件的抗折应力-应变曲线；
图3为实施例2的混凝土标准试件的抗折应力-应变曲线；
图4为实施例3的混凝土标准试件的抗折应力-应变曲线；
图5为实施例4的混凝土标准试件的抗折应力-应变曲线；
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种混凝土，每立方米混凝土包括如下组分：
玄武岩纤维5kg，粗骨料1059kg，细骨料894kg，PI型硅酸盐水泥250kg，粉煤灰80kg，聚羧酸减水剂6kg，水165kg。
本实施例同时提供上述混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将PI型硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和粉煤灰混合，搅拌30s至均匀，得混合料I；
(2)将66.7％的聚羧酸减水剂、50％的水和所述混合料I混合，搅拌60s至均匀，得混合料II；
(3)将剩余部分聚羧酸减水剂、剩余部分水和所述混合料II混合，搅拌60s至均匀，得混合料III；
(4)将玄武岩纤维和所述混合料III混合，搅拌180s至均匀，即得所述混凝土。
实施例2
本实施例提供一种混凝土，每立方米混凝土包括如下组分：
玄武岩纤维10kg，粗骨料1059kg，细骨料894kg，PI型硅酸盐水泥250kg，粉煤灰80kg，聚羧酸减水剂6kg，水165kg。
本实施例的混凝土的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供一种混凝土，每立方米混凝土包括如下组分：
玄武岩纤维15kg，粗骨料1059kg，细骨料894kg，PI型硅酸盐水泥250kg，粉煤灰80kg，聚羧酸减水剂6kg，水165kg。
本实施例的混凝土的制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供一种混凝土，每立方米混凝土包括如下组分：
玄武岩纤维20kg，粗骨料1059kg，细骨料894kg，PI型硅酸盐水泥250kg，粉煤灰80kg，聚羧酸减水剂6kg，水165kg。
本实施例的混凝土的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例提供一种混凝土，每立方米混凝土包括如下组分：
粗骨料1059kg，细骨料894kg，PI型硅酸盐水泥250kg，粉煤灰80kg，聚羧酸减水剂6kg，水165kg。
本对比例的混凝土的制备方法同实施例1。
试验例1
1、将实施例1-4、对比例1的混凝土制备尺寸150×150×550mm的混凝土标准试件，标准养护28d后进行抗折强度测试；测试结果见表1。
表1抗折强度(MPa)测试结果
2、将实施例1-4的混凝土制备尺寸150×150×500mm的混凝土标准试件，标准养护28d后，在150×150×550mm的混凝土标准试件中间锯开宽度为5mm、深度为25mm的企口，采用三点抗弯测试方法评价混凝土的增强增韧性能；其中，实施例1的混凝土标准试件的企口梁应力-裂口位移关系示意图如图1所示；实施例1的混凝土标准试件的抗折应力-应变曲线如图2所示，实施例2的混凝土标准试件的抗折应力-应变曲线如图3所示，实施例3的混凝土标准试件的抗折应力-应变曲线如图4所示，实施例4的混凝土标准试件的抗折应力-应变曲线如图5所示。
3、将实施例1-4、对比例1的混凝土制备尺寸150×150×150mm的混凝土标准试件，标准养护3d、7d、28d后，评价混凝土的抗压强度；测试结果见表2。
表2抗压强度(MPa)测试结果
综上，实施例1-4的混凝土28d抗压强度实测结果40MPa左右，抗折强度介于4.8-8.5MPa之间，与对比例1相比，抗折强度提高5-66％，抗压强度没有显著变化；达到极限抗折强度时，企口抗拉应变提高5-15倍；过载残余强度与设计抗折强度相同时，企口抗拉应变提高20-35倍；混凝土具有优异的抗折强度、开裂后残余强度、裂纹宽度控制能力和韧性，服务极限状态条件下0.4≤fR1k/fLk≤1.5，强度极限状态条件下fR3k/fR1k＞0.5。可见，本发明的混凝土具有优异的抗折强度增强和开裂后增韧特性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种混凝土，其特征在于，其包括：玄武岩纤维；
所述玄武岩纤维是由玄武岩纤维单丝组成的纤维束，所述纤维束的直径为0.6-0.9mm，长度为4-5cm；
所述玄武岩纤维单丝的直径不小于5μm，弹性模量不小于40GPa，抗拉强度不小于900MPa，密度不小于2100kg/m3；
每立方米混凝土中，所述玄武岩纤维的掺量不小于5kg。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，其还包括：粗骨料；
所述粗骨料的最大粒径小于16mm；优选所述粗骨料的粒径在5-16mm之间；其中，以所述粗骨料的总量为基准，粒径为5-10mm的粗骨料占比不大于25％，针片状颗粒含量小于1％；
每立方米混凝土中，所述粗骨料的掺量为1000-1200kg。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土，其特征在于，其还包括：细骨料；
所述细骨料选自河砂、石灰石机制砂、卵石机制砂、尾矿砂中的一种或几种；所述细骨料的细度模数介于2.3-3.0之间；
每立方米混凝土中，所述细骨料的掺量为750-900kg。
4.根据权利要求1-3任一项所述的混凝土，其特征在于，其还包括：水泥；
所述水泥由硅酸盐水泥熟料配制而成；优选所述水泥选自PI型硅酸盐水泥、PII型硅酸盐水泥、PO42.5普通硅酸盐水泥中的一种或几种；
每立方米混凝土中，所述水泥的掺量≥250kg。
5.根据权利要求1-4任一项所述的混凝土，其特征在于，其还包括：粉料；
所述粉料选自硅灰、粉煤灰、矿粉中的一种或几种；优选所述粉料为粉煤灰；
每立方米混凝土中，所述粉料的掺量为50-100kg。
6.根据权利要求1-5任一项所述的混凝土，其特征在于，其还包括：外加剂；
所述外加剂为聚羧酸减水剂；
每立方米混凝土中，所述外加剂的掺量为5-10kg。
7.根据权利要求1-6任一项所述的混凝土，其特征在于，其还包括：水；
每立方米混凝土中，所述水的掺量≤170kg，且水胶比≤0.5。
8.根据权利要求1-7任一项所述的混凝土，其特征在于，每立方米混凝土包括如下组分：
玄武岩纤维5kg以上，粗骨料1000-1200kg，细骨料750-900kg，PI型硅酸盐水泥250kg以上，粉煤灰70-90kg，聚羧酸减水剂5-7kg，水小于170kg。
9.权利要求1-8任一项所述的混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水泥、粗骨料、细骨料和粉料混合，搅拌均匀，得混合料I；
(2)将60-70％的外加剂、40-60％的水和所述混合料I混合，搅拌均匀，得混合料II；
(3)将剩余部分外加剂、剩余部分水和所述混合料II混合，搅拌均匀，得混合料III；
(4)将玄武岩纤维和所述混合料III混合，搅拌均匀，即得所述混凝土。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)-(4)中，所述搅拌均在自落式搅拌机中进行，所述混凝土的出机塌落度不小于10cm。
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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 | ||
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Application publication date: 20220510 |