CN114656223A - 一种提升rcc层面断裂韧度的pe纤维复合型水泥基界面剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂，按照重量份比称取以下组分：水泥800～850份、粉煤灰380～430份、河砂590～640份、水200～250份、PE纤维10～30份和减水剂20～40份。本发明中对层间间隔时间6小时的碾压混凝土试块层面处加入PE纤维复合型水泥基界面剂，通过三点弯曲断裂试验测得，添加PE纤维复合型水泥基的碾压混凝土层面的断裂韧度最佳为0.847MPa·m1/2；同时，相较于传统的水泥砂浆或者粉煤灰净浆处理的层面，断裂韧度提升了0.458倍，增韧效果明显，并且制备本发明的PE纤维复合型水泥基界面剂时不会产生有机废气和有毒气体，环保无污染。

Description

一种提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂
技术领域
本发明属于水工建筑物工程灾害防治技术领域，特别涉及一种提升碾压混凝土(RCC)层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂。
背景技术
碾压混凝土坝综合了常态混凝土坝的结构优势和碾压土石坝的施工优势，被肯定为高坝大库建设中最具发展前途的代表坝型之一。碾压混凝土具有低水化热、无坍落度、施工速度快、成本低廉等优点，适用于大规模混凝土结构的建造。不过由于碾压混凝土是分层碾压而成的，具有大量的铺筑层面，若层面处理不善往往成为结构中的薄弱环节。实际工程建设与运用中，碾压层面极易由于界面应力集中、外界环境影响、施工作业不当等原因产生初始微裂纹，并在外荷载作用下发展成为宏观裂缝。该层面裂缝可能会沿着层面扩展或者发生偏折扩展，不断贯通坝体。这不仅会影响坝体的整体稳定和防渗效果，也会对施工进度产生影响，甚至会危及大坝安全。类似的碾压混凝土层面问题也广泛存在于公路路面、机场跑道等其他工程结构中。因此，为保障碾压混凝土结构的抗裂性和稳定性，提升碾压混凝土层面的断裂韧度是一个十分关键的问题。
实际工程中，目前对于碾压混凝土层面的处理普遍的做法是：①对于连续浇筑上升的碾压混凝土，如层间间隔时间在允许范围内，即层面时间间隔≤混凝土初凝时间的情况，可不做处理直接进行上层混凝土的铺筑；②对于略微超过层间间隔时间的层面，即混凝土初凝时间≤层面时间间隔≤混凝土终凝时间的情况，要求采取一定的处理措施，比如先在下层铺筑水泥砂浆或者粉煤灰净浆，再铺筑上层混凝土；③对层间间隔时间过长的层面，即混凝土终凝时间<层面时间间隔的情况，还要求采用高压水枪或者大型刷毛机对下层混凝土进行粗糙化，清除混凝土表面的浮浆、松动的骨料后铺筑水泥砂浆或者粉煤灰净浆，再铺筑上层混凝土。对于后两种情况，所采用水泥砂浆或者粉煤灰净浆的性能对碾压混凝土层面的断裂性能至关重要。目前普遍使用的砂浆或者粉煤灰净浆虽然在一定程度上提高了层面的断裂性能，但改善效果有限，在层面断裂韧度的提升上往往还较为不足。考虑到不少新型纤维具有良好的增强增韧效果。因此，通过对水泥砂浆或者粉煤灰净浆掺入纤维进行改性，从而提高上层混凝土与下层混凝土的断裂韧度，提升碾压混凝土结构的抗裂性和稳定性，是具有重要价值与工程意义的工作。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对现有技术中普遍使用的水泥砂浆或者粉煤灰净浆铺筑在碾压混凝土层面，虽然在一定程度上提高了层面的断裂性能，但改善效果有限，在层面断裂韧度的提升上往往还较为不足的技术问题，本发明提供一种PE纤维复合型水泥基界面剂，能有效提升碾压混凝土层面断裂韧性。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂，按照重量份数比，由以下原料组成：
Figure BDA0003617311730000021
作为优选，所述的水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥；所述的粉煤灰为Ⅰ级超细优质粉煤灰；所述的河砂为天然细砂。
作为优选，所述的PE纤维为聚丙烯醇短纤维，纤维长度为11mm,直径为200μm，抗拉强度2.8Gpa，弹性模量4.8Gpa；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛聚合物。
如上所述提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在自带有搅拌装置和温度调节系统的反应器中，按照重量份比称取以下组分：水泥800～850份、粉煤灰380～430份、河砂590～640份、水200～250份、PE纤维10～30份和减水剂20～40份，然后将水泥、粉煤灰、河砂加入反应器中搅拌30秒，得到搅拌均匀的混合物；
(2)将步骤(1)中称取所得水和减水剂混合搅拌30秒，待所述减水剂充分溶解后将其倒入反应器中与步骤(1)中所得混合物混合，一边搅拌一边再加入步骤(1)中称取所得PE纤维，反应器中温度控制在25℃，搅拌60秒，即得到提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的PE纤维复合型水泥基界面剂，其以水泥、粉煤灰、砂浆为主，加入PE纤维，能够增加砂浆的稠度，附着力良好，并且能与水泥、粉煤灰、砂浆进行良好融合，将其填入碾压混凝土层面可提高碾压混凝土大坝的抗裂性能和完整性，从而有效防止碾压混凝土层面在各种载荷作用下出现严重开裂，主要适用于碾压混凝土大坝层面的增韧；进一步的，本发明中对层间间隔时间6小时的碾压混凝土试块层面处加入PE纤维复合型水泥基界面剂，通过三点弯曲断裂试验测得，添加PE纤维复合型水泥基的碾压混凝土层面的断裂韧度最佳为0.847MPa·m1/2；同时，相较于传统的水泥砂浆或者粉煤灰净浆处理的层面，断裂韧度提升了0.458倍，增韧效果明显，并且制备本发明的PE纤维复合型水泥基界面剂时不会产生有机废气和有毒气体，环保无污染。
附图说明
图1为本发明实施例4制备所得RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂的三点弯曲断裂试验示意图。
图2为实施例4所得RCC层面添加PE纤维复合型水泥基界面剂的RCC试件。
图3为对比实施例1层面添加水泥砂浆的碾压混凝土试件。
图4为空白对照的碾压混凝土试件。
图5为各实施例断裂韧度对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例中采用的原料、试剂若无特殊说明，皆为市售所得。下列实施例中，采用的反应器为反应壶，采用的水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为Ⅰ级超细优质粉煤灰，河砂为天然细砂，采用的PE纤维为聚丙烯醇短纤维，纤维长度为11mm，直径为200μm，抗拉强度2.8Gpa，弹性模量4.8Gpa。
实施例1
一种提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)在自带有搅拌装置和温度调节系统的反应壶中，以g为单位称取以下组分：
Figure BDA0003617311730000041
然后将水泥、粉煤灰、河砂加入反应壶中搅拌30秒，得到搅拌均匀的混合物；
(2)将步骤(1)中称取所得水和减水剂放入玻璃杯容器中人工搅拌30秒，待减水剂充分溶解后将其倒入反应壶中，一边搅拌一边加入步骤(1)中称取所得PE纤维，反应壶中温度控制在25℃，搅拌60秒，即得到提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂。
实施例2
一种提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)在自带有搅拌装置和温度调节系统的反应壶中，以g为单位称取以下组分：
Figure BDA0003617311730000051
然后将水泥、粉煤灰、河砂加入反应壶中搅拌30秒，得到搅拌均匀的混合物；
(2)将步骤(1)中称取所得水和减水剂放入玻璃杯容器中人工搅拌30秒，待减水剂充分溶解后将其倒入反应壶中，一边搅拌一边加入步骤(1)中称取所得PE纤维，反应壶中温度控制在25℃，搅拌60秒，即得到提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂。
实施例3
一种提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)在自带有搅拌装置和温度调节系统的反应壶中，以g为单位称取以下组分：
Figure BDA0003617311730000052
然后将水泥、粉煤灰、河砂加入反应壶中搅拌30秒，得到搅拌均匀的混合物；
(2)将步骤(1)中称取所得水和减水剂放入玻璃杯容器中人工搅拌30秒，待减水剂充分溶解后将其倒入反应壶中，一边搅拌一边加入步骤(1)中称取所得PE纤维，反应壶中温度控制在25℃，搅拌60秒，即得到提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂。
实施例4
一种提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)在自带有搅拌装置和温度调节系统的反应壶中，以g为单位称取以下组分：
Figure BDA0003617311730000061
然后将水泥、粉煤灰、河砂加入反应壶中搅拌30秒，得到搅拌均匀的混合物；
(2)将步骤(1)中称取所得水和减水剂放入玻璃杯容器中人工搅拌30秒，待减水剂充分溶解后将其倒入反应壶中，一边搅拌一边加入步骤(1)中称取所得PE纤维，反应壶中温度控制在25℃，搅拌60秒，即得到提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂。
实施例5
一种提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)在自带有搅拌装置和温度调节系统的反应壶中，以g为单位称取以下组分：
Figure BDA0003617311730000062
然后将水泥、粉煤灰、河砂加入反应壶中搅拌30秒，得到搅拌均匀的混合物；
(2)将步骤(1)中称取所得水和减水剂放入玻璃杯容器中人工搅拌30秒，待减水剂充分溶解后将其倒入反应壶中，一边搅拌一边加入步骤(1)中称取所得PE纤维，反应壶中温度控制在25℃，搅拌60秒，即得到提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂。
对比实施例1
一种提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂的制备方法，步骤(1)中不粉煤灰、不含PE纤维，其余操作与实施例4相同。
检测
为检测界面剂的增韧效果，制备RCC试件开展三点弯曲断裂试验，测试不同组成、配比提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂对RCC层面断裂韧度的提升效果。具体操作过程为：
①先在模具(长×宽×高＝500mm×100mm×100mm)中浇筑下层碾压混凝土，分2次浇筑，每次浇筑高度为122.5mm，下层浇筑高度至245mm，将试模固定于振动台上，加上套模，每次铺料后放上承压板及5Kg压重块，利用振动台振捣密实，振动振幅为0.3-0.6mm、振动频率为2860次/分；
②利用HG80-1000混凝土贯入阻力仪测得碾压混凝土基体的初凝时间为5.5小时，终凝时间为12.4小时，待下层碾压混凝土经过6小时(达到初凝，但不超过终凝)达到初凝后，将上述各实施例制备好的提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂铺筑于已经成型的下层混凝土表面，铺筑厚度为10～15mm，之后同①步骤，待摊铺均匀后浇筑上半层混凝土，利用振动台振动到表面泛浆，完成试件浇筑；以不铺筑任何界面剂、不作任何处理的碾压混凝土试件作为空白对照；
③将试件在室内放置48小时后脱模，然后放入养护温度20℃±2℃、相对湿度95％RH的标准养护室养护28天，最后采用三点弯曲断裂试验测出试件的断裂韧度。
上述断裂韧度检测的结果显示：通过三点弯曲断裂试验对层间间隔时间为6小时的RCC层面进行断裂韧度测试，获得本发明实施例4的铺筑PE纤维复合型水泥基界面剂的RCC层面、实施例6的铺筑水泥砂浆的RCC层面和不做处理的RCC层面的断裂韧度。
试验图见图2、图3和图4，试验结果数据分析表明，本发明实施例4中添加PE纤维复合型水泥基的RCC层面的断裂韧度均值为0.847MPa·m1/2；对比实施例1添加水泥砂浆的RCC层面的断裂韧度均值为0.581MPa·m1/2；不作任何处理的处理空白对照的RCC层面的断裂韧度均值为0.365MPa·m1/2。本发明实施例4与添加水泥砂浆的RCC层面相比，断裂韧度提高了0.46倍；本发明实施例4与不作任何处理的处理空白对照的RCC层面相比，断裂韧度提高了1.32倍。
检测本发明实施例4制备所得提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂主要理化指标，结果见表1：
表1
项目 质量指标
表观密度/kg/m<sup>3</sup> 2018.2
稠度/s 15
初凝时间/h 5.3
终凝时间/h 13.2
含气量/％ 6.2
抗压强度/MPa 32.1
抗剪强度/MPa 5.2
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂，其特征在于，按照重量份数比，由以下原料组成：
Figure FDA0003617311720000011
2.根据权利要求1所述的提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂，其特征在于：所述的水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥；所述的粉煤灰为Ⅰ级超细优质粉煤灰；所述的河砂为天然细砂。
3.根据权利要求1所述的提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂，其特征在于：所述的PE纤维为聚丙烯醇短纤维，纤维长度为11mm,直径为200μm，抗拉强度2.8Gpa，弹性模量4.8Gpa；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛聚合物。
4.一种如权利要求1所述提升RCC层面断裂韧度的PE复合型水泥基界面剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照重量份比称取以下组分：水泥800～850份、粉煤灰380～430份、河砂590～640份、水200～250份、PE纤维10～30份和减水剂20～40份，然后将水泥、粉煤灰、河砂加入反应器中搅拌，得到搅拌均匀的混合物；
(2)将步骤(1)中称取所得水和减水剂混合搅拌30秒，待所述减水剂充分溶解后将其倒入反应器中与步骤(1)中所得混合物混合，一边搅拌一边再加入步骤(1)中称取所得PE纤维，反应器中温度控制在25℃，搅拌60秒，即得到提升RCC层面断裂韧度的PE纤维复合型水泥基界面剂。
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