CN115286324A - 一种混杂纤维海洋集料混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混杂纤维海洋集料混凝土及其制备方法，其组分包含水泥，硅灰，粉煤灰，海水，海砂、减水剂以及聚甲醛纤维和聚乙烯醇的聚合物纤维，本发明采用多尺度纤维混杂技术，聚甲醛纤维和聚乙烯醇纤维在尺寸和弹模等方面优势互补，实现了良好的正混杂效应，在约束与阻止微裂缝的扩展并延缓新裂缝方面起到良好效果，并且采用均质化技术、紧密堆积技术、高频振动工艺，明显降低了混凝土的宏观缺陷，充分提高了混凝土的致密性，制备的海水海砂混凝土力学性能、抗渗性能得到大幅提高，并且降低了混凝土原材料的储运成本从根本上解决制约战时岛礁工程抢修抢建所需的大宗混凝土原材料采集的时效问题、储备问题。

Description

一种混杂纤维海洋集料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，具体为一种混杂纤维海洋集料混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国对军事工程抢修抢建的高度重视，军队和地方先后支持开展了海水海砂混凝土技术研究，在海水海砂混凝土混凝土技术领域已经取得重要进展，较好的解决了海水海砂混凝土从无到有的问题。
我国海岸线绵长，海砂资源丰富，与普通河砂相比，海砂具有与含泥量低、细度模数均匀、颗粒硬度高等优点，且其矿物组成与河砂极为相似。因此，使用海砂拌制混凝土是解决河砂枯竭问题的潜在有效途径。然而，海砂中的贝壳杂质含量较河砂更多，容易在混凝土中形成缺陷，导致所拌混凝土强度降低。此外，海砂中含有大量的氯盐和硫酸盐，氯离子会对与混凝土配合使用的钢纤维或结构钢筋产生严重腐蚀，使混凝土过早失效，而硫酸根离子容易与水泥水化产物反应生成具有膨胀性的钙钒石，会导致混凝土产生龟裂，影响混凝土的耐久性。
剔除粗骨料和集料中的杂质，能够消除材料宏观缺陷，减少骨料-浆体间的空隙和“水囊”；优化集料级配，有利于实现颗粒的致密堆积；振动可以破坏新拌混凝土内所含气泡，且振动频率越大，所能破坏气泡的直径越小，采用高频振动可消除大量微米级以上的气泡，减小混凝土孔隙率；以上三种措施均能对混凝土的强度起到明显的促进作用。
聚甲醛纤维是一种新型的混凝土增韧纤维，具有良好的综合机械性能，特别适用于在高强和超高强混凝土中添加使用，并能通过掺量配合实现制品的准应变硬化。聚乙烯醇纤维是一种亲水性有机纤维，具有弹性模量高、抗拉能力强的特点，能够显著改善水泥基复合材料的抗拉强度及韧性。经过设计的纤维长短混杂、粗细混杂、模量混杂能够产生正混杂效应，对混凝土的强度、韧性和耐久性均可以起到良好的促进作用。聚甲醛纤维和聚乙烯醇纤维在尺寸、模量等方面均存在一定的互补优势，将两者混杂使用，能显著提升混凝土的综合性能。
传统的混凝土设计方法指导制备的海水集料混凝土在结构上存在明显的缺陷，各项性能指标也处于较低水平，很难满足岛礁常备工程建设和军事工程抢修抢建对超高性能海水集料混凝土的迫切需求，亟待开发出一种取材于海岛本地原材料的能够适应岛礁严苛服役环境的超高性能海水集料混凝土。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混杂纤维海洋集料混凝土及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种混杂纤维海洋集料混凝土，包含以下组分：
水泥，
硅灰，
粉煤灰，
海水，
海砂，
减水剂以及聚合物纤维，
其中，聚合物纤维为聚甲醛纤维和聚乙烯醇中的一种或两种。
优选的，各组分的重量份数如下：水泥55-75份、硅灰10-30份、粉煤灰10-20份、海水17-20份、海砂108-122份、减水剂2-2.5份、聚甲醛纤维0.42-1.56份，聚乙烯醇0.36-1.44份。
优选的，所述海砂为天然海砂，并经粒径调整后其细度模数为2.7，粒径分布为1.18～2.36mm占比24.5％，0.6～1.18mm占比31.9％，0.3～0.6mm占比33.6％，0.15～0.3mm占比8.3％。
优选的，所述水泥为拉法基PO·525级普通硅酸盐水泥；所述硅灰中的SiO2含量大于90％，其比表面积为2.1×104m2/kg，所述粉煤灰的密度为2700kg/m3，比表面积450m2/kg。
优选的，减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为29％。
所述聚甲醛纤维要求长度为6mm，直径为150um，弹性模量大于13GPa，密度1.4g·cm-3，抗拉强度大于1170Mpa，断裂伸长率10％～13％；
所述聚乙烯醇纤维要求长度为12mm，直径为39um，弹性模量42GPa，密度1.3g·cm-3，抗拉强度大于1600Mpa，断裂伸长率6％～9％。
一种混杂纤维海洋集料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
M1.称取适量重量份数的海砂、水泥、硅灰、粉煤灰依次加入到搅拌机中，搅拌2-3min；
M2.向上一步骤的混合物中加入适量海水并持续搅拌2-3min；
M3.将聚甲醛纤维和聚乙烯醇纤维边搅拌边加入到上一步骤的混合物中；
M4.将聚羧酸高效减水剂混合海水加入到上一步骤的产物中，继续搅拌3-5min；
M5.将上一步骤得到的产物装入模具中，并置于高频振动台上进行振动，即制得混杂纤维海水集料混凝土。
优选的，为了保证每次配备的统一性，所述海水为海水原盐和自来水配制而成的含盐量在3.75％的溶液，以避免不同海域海水含盐量影响。
优选的，所述高频振动频率≥20000次/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明就地取材以海水为拌合水替代传统的淡水，海砂为集料替代传统的砂料，降低了混凝土原材料的储运成本，保证了原料供应的时效性，适用于岛礁防护工抢修抢建、沉箱设施修建，并且制得的混杂纤维海洋集料混凝土强度高、体积稳定性好、抗渗透性能优异，能够适应岛礁工程重要结构构件建设、岛礁工程预制构件的构筑、岛礁工程高耐久性建筑物修建、岛礁工程永久性构筑物修建加固和岛礁工程高强韧性要求的建筑物修缮具有明显的技术、经济、军事效益。
2、本申请的技术方案采用多尺度的纤维混杂技术，聚甲醛纤维和聚乙烯醇纤维在尺寸和弹模等方面优势互补，实现了良好的正混杂效应，在约束与阻止微裂缝的扩展并延缓新裂缝方面起到良好效果，所制备混杂纤维海洋集料混凝的应变硬化行为明显，变形能力和韧性得到明显增强。
本申请的技术方案结合了海水和海砂的特点，突破传统混凝土设计理念，采用均质化技术、紧密堆积技术、高频振动工艺，明显降低了混凝土的宏观缺陷，充分提高了混凝土的致密性，制备的海水海砂混凝土力学性能、抗渗性能得到大幅提高。
附图说明
图1为根据本申请方案制备的混杂纤维海洋集料混凝土样品表面形态图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种混杂纤维海洋集料混凝土，其包含以下组分，按照重量份数为，拉法基PO·525级普通硅酸盐水泥为70份；
SiO2含量大于90％，比表面积为2.1×104m2/kg的硅灰20份；
密度为2700kg/m3，比表面积450m2/kg的Ⅰ级粉煤灰10份；
利用海水原盐和自来水配制而成的含盐量为3.75％的配置海水17份；
海砂112份，其取自中国南海某海域，经过粒径调整，其细度模数为2.7，粒径分布为1.18～2.36mm占比24.5％，0.6～1.18mm占比31.9％，0.3～0.6mm占比33.6％，0.15～0.3mm占比8.3％；
聚羧酸高效减水剂2.2份；
聚甲醛纤维0.96份，要求长度为6mm，直径为150um，弹性模量大于13GPa，密度1.4g·cm-3，抗拉强度大于1170Mpa，断裂伸长率10％～13％；
聚乙烯醇纤维0.9份，要求长度为12mm，直径为39um，弹性模量42GPa，密度1.3g·cm-3，抗拉强度大于1600Mpa，断裂伸长率6％～9％。
在具体制备时，
首先利用海水原盐和自来水配制而成的含盐量在3.75％的溶液备用。
之后，准备上述重量份数的相关原料。
依次将上述重量份数的海砂、水泥、硅灰、粉煤灰加入到搅拌机中，搅拌2-3min；
向上述物料中加入8.5份的配置海水，并持续搅拌2-3min；
将0.96份的聚甲醛纤维和0.9份的聚乙烯醇纤维边搅拌均匀边加入到上一步的混合物中，并且加入时间控制在1min内；
之后将2.2份的聚羧酸高效减水剂和8.5份的海水混合并溶解，加入到上述混合物中维持搅拌3-5min；
分两次将上述产物装入到模具中，每次装入后将混凝土置于高频振动台上以振动频率大于20000次/min振动1min，即制得混杂纤维海水集料混凝土。
为了表征制备得到的混杂纤维海洋集料混凝的性能，对其进行检测表面形态的电镜图如图1所示，通过硅灰、煤灰、水泥、海砂以及聚甲醛纤维和聚乙烯醇纤维的配合作用，能够实现良好的正混杂效应，在约束与阻止微裂缝的扩展并延缓新裂缝方面起到良好效果，并且采用均质化技术、紧密堆积技术、高频振动工艺，明显降低了混凝土的宏观缺陷，充分提高了混凝土的致密性，抗渗性能得到大幅提高。
经检测本申请技术方案制备得到的混杂纤维海洋集料混凝土孔隙率仅为4.62％，抗渗等级可达P10，氯离子扩散系数仅为1.58×10-12m2/s，同时具备较高的抗压、抗折和劈裂抗拉强度，以及良好的韧性、抗裂性，经检测流动度达到148mm，28d立方体抗压抗压强度为128.0MPa，抗折强度为22.3MPa，劈裂抗拉强度为12.83MPa。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种混杂纤维海洋集料混凝土，其特征在于，
包含以下组分：
水泥，
硅灰，
粉煤灰，
海水，
海砂，
减水剂以及聚合物纤维，
其中，聚合物纤维为聚甲醛纤维和聚乙烯醇中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种混杂纤维海洋集料混凝土，其特征在于，各组分的重量份数为：
水泥55-75份，
硅灰10-30份，
粉煤灰10-20份，
海水17-20份，
海砂108-122份，
减水剂2-2.5份，
聚甲醛纤维0.42-1.56份，聚乙烯醇0.36-1.44份。
3.根据权利要求1所述的一种混杂纤维海洋集料混凝土，其特征在于，所述海砂为天然海砂，并经粒径调整后其细度模数为2.7，粒径分布为1.18～2.36mm占比24.5％，0.6～1.18mm占比31.9％，0.3～0.6mm占比33.6％，0.15～0.3mm占比8.3％。
4.根据权利要求1所述的一种混杂纤维海洋集料混凝土，其特征在于，所述水泥为拉法基PO·525级普通硅酸盐水泥；所述硅灰中的SiO2含量大于90％，其比表面积为2.1×104m2/kg，所述粉煤灰的密度为2700kg/m3，比表面积450m2/kg。
5.根据权利要求1所述的一种混杂纤维海洋集料混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为29％。
6.根据权利要求1所述的一种混杂纤维海洋集料混凝土，其特征在于，所述聚甲醛纤维要求长度为6mm，直径为150um，弹性模量大于13GPa，密度1.4g·cm-3，抗拉强度大于1170Mpa，断裂伸长率10％～13％；
所述聚乙烯醇纤维要求长度为12mm，直径为39um，弹性模量42GPa，密度1.3g·cm-3，抗拉强度大于1600Mpa，断裂伸长率6％～9％。
7.一种混杂纤维海洋集料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
M1.称取适量重量份数的海砂、水泥、硅灰、粉煤灰依次加入到搅拌机中，搅拌2-3min；
M2.向上一步骤的混合物中加入适量海水并持续搅拌2-3min；
M3.将聚甲醛纤维和聚乙烯醇纤维边搅拌边加入到上一步骤的混合物中；
M4.将聚羧酸高效减水剂混合海水加入到上一步骤的产物中，继续搅拌3-5min；
M5.将上一步骤得到的产物装入模具中，并置于高频振动台上进行振动，即制得混杂纤维海水集料混凝土。
8.根据权利要求7所述一种混杂纤维海洋集料混凝土的制备方法，其特征在于，所述海水为海水原盐和自来水配制而成的含盐量在3.75％的溶液。
9.根据权利要求7所述一种混杂纤维海洋集料混凝土的制备方法，其特征在于，所述高频振动频率≥20000次/min。
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