CN115959863A - 一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，涉及混凝土技术领域，一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料组成：水泥450份、水180份，碎石1036份，河砂571份，有引气成分的高性能聚羧酸减水剂5.625份，玄武岩纤维2.65份‑4份，聚丙烯纤维0.9‑1.4份，粉煤灰113份。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体是一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土。
背景技术
许多科研工作者也从微观和宏观方面对纤维混凝土进行了探究，在纤维增强混凝土性能的理论等领域也已经取得了长足的进步。纤维混凝土的概念就是在这样的背景下提出的。纤维混凝土是将连续的长纤维或非连续的短纤维以外掺的方式掺入到混凝土的基材中混合而成的复合材料，纤维增强混凝土具备很多优点，如提高混凝土的抗裂性能、减少收缩裂缝、增强韧性、提高耐久性等。从已有的研究可以发现，当前纤维增强混凝土所采用的纤维多集中在钢纤维、合成纤维、有机纤维以及玻璃纤维等上。纤维掺入混凝土中的方式有两种，即单掺和混掺。单掺的方式改善混凝土性能效果有限。而根据复合材料的理论，将两种或两种以上不同品种、不同性能、不同尺寸的纤维以一定的比例合理混杂后加入到混凝土中，可以产生一种既能够发挥各种纤维的优势，又能体现纤维与混凝土之间协同作用的新型复合材料，即混杂纤维增强混凝土(Hybrid fiber reinforced concrete)。这种材料与单掺纤维混凝土相比可以明显改善和提高混凝土多方面的性能。
为了提高混凝土结构抗裂防渗的性能，选取玄武岩纤维（BF）、聚丙烯纤维（PP）、粉煤灰掺量这三个因素。进行“三因素三水平”正交试验配制抗裂防渗混杂纤维混凝土，通过研究力学、抗裂、防渗试验，分析抗裂防渗机理，得出结论：混凝土的抗裂抗渗性能有明显提升，力学性能和工作性能也能满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，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：
一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料组成：水泥450份、水180份，碎石1036份，河砂571份，有引气成分的高性能聚羧酸减水剂5.625份，玄武岩纤维2.65份-4份，聚丙烯纤维0.9-1.4份，粉煤灰113份。
进一步地，温度为20±5℃，湿度为50%以上。
进一步地，所述碎石为5-20mm
进一步地，所述玄武岩纤维直径均为0.017mm，长度均为12mm。
进一步地，聚丙烯纤维直径均为0.031mm，长度均为12mm。
进一步地，具体由以下重量份的原料组成：水泥450份、水180份，碎石1036份，河砂571份，有引气成分的高性能聚羧酸减水剂5.625份，玄武岩纤维2.65份，聚丙烯纤维0.92份，粉煤灰113份。
进一步地，一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于：包括以下步骤制得：
S1：在强制式搅拌机中分别加入碎石1036份、河砂571份，搅拌1分钟；
S2：将玄武岩纤维2.65份和聚丙烯纤维0.92份加入到S1混合好的混凝土中，搅拌3分钟；
S3：将水泥450份和粉煤灰113份加入到S2混合好的混凝土中，搅拌2分钟；
S4：将有引气成分的高性能聚羧酸减水剂5.625份和水180份加入到S3混合好的混凝土中，搅拌2分钟，拌制完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过对玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土设计正交试验，进行工作性能、力学性能、抗裂试验、抗渗试验，得到结论：与基准混凝土相比，当玄武岩纤维为2.65份、聚丙烯纤维为0.92份、粉煤灰掺量为113份，即因素水平为A2B2C2时，混杂纤维混凝土配合比抗裂抗渗性能最优，性能提升最为显著。其中：抗压强度可提升8.13%、劈裂抗拉强度可提高18.24%、抗折强度可提升21.06%、抗裂性能可提升2.3倍，抗渗性能可提高6.8倍。
附图说明
图1为本发明的混凝土搅拌过程投料步骤图；
图2为本发明的混凝土工作性能测试内容及要求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1～2，本发明实施例中，考虑不同体积分数Vb的玄武岩纤维、Vp的聚丙烯纤维和不同粉煤灰掺量M对混杂纤维混凝土进行抗裂抗渗的试验研究，采用正交表进行了3因素3水平正交试验设计L9(33)，共设计10组配合比，混凝土基准组配合比见表1，试验分组详见表2，配合比设计及方案见表3所示。
表1基准配合比及材料用量 kg/m3
表2试验因素与水平 %
表3正交试验方案
对表3所示配合比进行测试，并对试验结果进行极差分析，优选出三组不同配合比，并进行了验证，材料用量如表4，试验结果如表5所示，进行的试验如下：
1抗渗性能试验
1.1 试验内容
抗渗性能试验采用的是渗水高度法，圆锥体的上顶面直径175mm、下底面直径185mm、高度为150mm。试件6个一组，使用自动加压混凝土渗透仪，实验步骤依据最新规范《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2019）规定的方法进行。
1.2 试验原理
给混凝土一定的水压，使得混凝土在水的压力之下扩散和迁移，根据指定的标准和时间对混凝土进行检测，分析出混凝土中水的扩散和迁移变化情况，测试出混凝土的抗渗性能。
1.3 试验步骤
试验步骤如下：
1）试件在室温下放置1d，然后拆模，用钢丝刷刷去两端面的水泥浆膜，并应立即将试件送入标准养护室进行养护。
2）抗水渗透试验的龄期宜为28d，应在到达龄期的前一天，从养护室取出试件，并擦拭干净。待时间表面晒干后，采用石蜡密封试件。
3）试件安装好以后，应立即开通6个试位下的阀门，应使水压在24h内恒定控制在（1.2±0.05）MPa，且加压过程不应大于5min，应以达到稳定压力的时间作为试验记录起始时间（精确至1min）。恒压24h后停止试验，并及时取出试件。
4）将从抗渗仪上取出来的试件放在压力机上，并应在试件上下两端面中心处沿直线方向各放一根直径为6min的钢垫片，并应确保它们在同一竖直平面内。然后开动压力机，应将试件沿纵断面破裂为两半。试件劈开后，应用防水笔描出水痕。
5）应将梯形板放在试件破裂面上，并用钢尺沿水痕等间距量测10个测点的渗水高度值，读书应精确至1mm。
试件渗水高度应按下式进行计算：
式中：——第i个试件第j个测点处的渗水高度（mm）；
——第i个试件的平均渗水高度（mm）。应以10个测点渗水高度的平均值作为该试件渗水高度的测定值。
一组试件的平均渗水高度应按下式进行计算。
式中：——一组6个试件的平均渗水高度（mm）。应以一组6个试件渗水高度的算术平均值作为该组试件渗水高度的测定值。
注：1MPa水压力，以水柱高度表示为10200cm。
以六个试件渗水高度的算数平均值作为试验结果。
2 抗裂性能试验
2.1 试验内容
抗裂性能试验采用的是平板法，试件尺寸为800mm×600mm×100mm的平面薄板型试件，裂缝观测仪：根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的规定：刻度放大镜的放大倍数不应小于40倍，分度值不应大运0.01mm。裂缝宽度测定仪选用80倍带光源读数显微镜、温度湿度计、风速测定仪、电风扇、试件成型30min后，调节风扇位置和风速，使试件表面中心处的风速不小于5m/s。环境温度(20±2)℃，相对湿度为(60±5)%，记录成型24h后测量2个或多个试件的平均开裂面积（单位面积上的裂缝数目或单位面积上的总开裂面积）的算术平均值作为该组试件平均开裂面积（单位面积上的裂缝数目或单位面积上的总开裂面积）的测定值。
2.2 试验原理
基本原理是在平板试模中采用并行平铺的7道刀口，对混杂纤维混凝土材料实施约束的开裂诱导，能在其他试验条件相同的情况下使试件快速开裂，试件成型30 min后，调节风扇位置和风速，使试件表面中心处的风速不小于5 m/s，环境温度(20±2)℃，相对湿度为(60±5)%，记录成型24 h后测量2个试件的每条裂缝的裂缝数目和平均开裂面积，然后将两者相乘得到总开裂面积，作为抗裂试验最终评价标准。
2.3 试验步骤
试验步骤如下：
1）按《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2019）中的有关规定，严格按被检混凝土配合比拌制被检混凝土拌合料（一次至少20L）。
2）打开抗裂试模的上盖，将制成的混凝土拌合物用小铲分两层装入抗裂试模内，插捣底层时捣棒应达到试模底部；插捣上层时，捣棒应贯穿上层后插入下层20~30mm，做到试模无任何气泡，上口随取随加直至试模平齐并刮平。
3）将成型好的抗裂试模放入温度为20±2°的环境中养护24h后拆模。每个半天用显微镜及游标卡尺记录表面裂缝数量、宽度及长度。
试验结果计算及其确定应符合下列规定：
每条裂缝的平均开裂面积应按下式计算：
单位面积的裂缝数目应按下式计算：
单位面积上的总开裂面积应按下式计算：
式中：——第
i条裂缝的最大宽度(mm)，精确到0.01mm；
——第
i条裂缝的长度(mm)，精确到1mm；
N——总裂缝数目(条)；
A——平板的面积(m2)；精确到小数点后两位；
a——每条裂缝的平均开裂面积(mm2/条)，精确到1mm2/条；
b——单位面积的裂缝数目(mm2/条)，精确到0.1条/m2；
c——单位面积上的总开裂面积(mm2/m2)，精确到1mm2/m2；
每组应分别以2个或多个试件的平均开裂面积(单位面积上的裂缝数目或单位面积上的总开裂面积)的算术平均值作为改组试件平均开裂面积(单位面积上的裂缝数目或单位面积上的总开裂面积)的测定值。
表4材料用量
表5试验结果
按照《普通混凝土拌合物性能试验方法》(GB/T 50080-2016) 规范要求，环境要求：温度20±5℃，湿度不宜小于50%；原材料：水泥、5-20mm连续级配碎石、河砂、有引气成分的高性能聚羧酸减水剂、粉煤灰、玄武岩纤维、聚丙烯纤维（纤维性能参数如表6所示）;
表6纤维性能指标
| 品种 | 直径/μm | 长度/mm | <![CDATA[密度/(g/cm<sup>3</sup>)]]> | 弹性模量/GPa | 拉伸强度/MPa | 极限伸长率/% |
| 玄武岩纤维 | 17 | 12 | 2.65 | 7.6 | 1050 | 3 |
| 聚丙烯纤维 | 31 | 12 | 0.91 | 3.5 | 410 | 30 |
一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土由以下步骤制得：
S1：在强制式搅拌机中分别加入碎石1036份、河砂571份，搅拌1分钟；
S2：将玄武岩纤维2.65份和聚丙烯纤维0.92份加入到S1混合好的混凝土中，搅拌3分钟；
S3：将水泥450份和粉煤灰113份加入到S2混合好的混凝土中，搅拌2分钟；
S4：将有引气成分的高性能聚羧酸减水剂5.625份和水180份加入到S3混合好的混凝土中，搅拌2分钟，拌制完成。
通过对玄武岩、聚丙烯混杂纤维混凝土设计正交试验，进行工作性能、力学性能、抗裂试验、抗渗试验，得到结论：与基准混凝土相比，当玄武岩纤维为2.65份、聚丙烯纤维为0.92份、粉煤灰掺量为113份，即因素水平为A2B2C2时，混杂纤维混凝土配合比抗裂抗渗性能最优，性能提升最为显著。其中：抗压强度可提升8.13%、劈裂抗拉强度可提高18.24%、抗折强度可提升21.06%、抗裂性能可提升2.3倍，抗渗性能可提高6.8倍。
混凝土测试试验中使用的仪器为：
自动加压混凝土渗透仪为天津市建仪试验仪器厂生产的自动加压混凝土渗透仪，型号为HP-40。
80倍带光源读数显微镜型号为MG10085-2型。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料组成：水泥450份、水180份，碎石1036份，河砂571份，有引气成分的高性能聚羧酸减水剂5.625份，玄武岩纤维2.65份-4份，聚丙烯纤维0.9-1.4份，粉煤灰113份。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于，温度为20±5℃，湿度为50%以上。
3.根据权利要求1所述的一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于，所述碎石为5-20mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维直径均为0.017mm，长度均为12mm。
5.根据权利要求1所述的一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于，聚丙烯纤维直径均为0.031mm，长度均为12mm。
6.根据权利要求1所述的一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土，其特征在于，具体由以下重量份的原料组成：水泥450份、水180份，碎石1036份，河砂571份，有引气成分的高性能聚羧酸减水剂5.625份，玄武岩纤维2.65份，聚丙烯纤维0.92份，粉煤灰113份。
7.根据权利要求1所述的一种具有抗裂防渗功能的纤维混凝土的制作方法，其特征在于：包括以下步骤制得：
S1：在强制式搅拌机中分别加入碎石1036份、河砂571份，搅拌1分钟；
S2：将玄武岩纤维2.65份和聚丙烯纤维0.92份加入到S1混合好的混凝土中，搅拌3分钟；
S3：将水泥450份和粉煤灰113份加入到S2混合好的混凝土中，搅拌2分钟；
S4：将有引气成分的高性能聚羧酸减水剂5.625份和水180份加入到S3混合好的混凝土中，搅拌2分钟，拌制完成。
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