CN116120029B - 一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土，涉及混凝土技术领域。本发明采用粉煤灰、矿粉、磷石膏及石灰石为胶凝材料原料，并对粉煤灰进行改性处理，代替了传统水泥的添加，提升了胶凝材料的性能，为玄武岩纤维混凝土力学性能的显著提升奠定了基础；同时，本发明还对玄武岩纤维进行了改性处理，进一步提升了玄武岩纤维的力学性能，并使之与胶凝材料具有更好的相容性，进而提高玄武岩纤维混凝土的力学性能。本发明超高力学性能玄武岩纤维混凝土具有优异的使用性能，可以满足复杂使用环境下对玄武岩纤维混凝土力学性能的工程需要。

Description

一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别是涉及一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
玄武岩纤维是目前重点发展的四大纤维(碳纤维、超高分子量聚乙烯、芳纶、玄武岩纤维)之一，其性能优异，可满足交通、建筑、化工、节能、环保、电子、航空等诸多领域的需求，具有强度高、耐腐蚀、电绝缘、耐高温、抗老化等诸多优异性能，同时环境相容性好、不产生二次污染，是一种绿色高性能环保材料。
目前，建筑领域所广泛使用的混凝土主要通过砂石加水泥搅拌制备而成，但是，随着城市化建设的不断发展，普通混凝土的性能已经越来越难以满足建设需求，对建筑材料的性能提出了更高的要求，更高的建筑质量要求、抗自然灾害性能等都要求混凝土具有更优异的力学性能，基于此现状，纤维增强混凝土应运而生。
然而，尽管目前的玄武岩纤维混凝土较现有常规混凝土在性能方面得到了较大改善，但提供超高力学性能的玄武岩纤维混凝土是本领域不断追求的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，使玄武岩纤维混凝土力学性能得到显著改善。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土，原料包括以下质量份的组分：
改性玄武岩纤维5-6份、胶凝材料225-285份，骨料550-680份、减水剂1-8、硅灰25-45份和水130-150；
所述胶凝材料由磷石膏、矿粉、石灰石和改性粉煤灰按照质量比35-40:40-55:5-11:5-8混合得到。
进一步地，所述骨料包括细骨料和粗骨料；所述细骨料与粗骨料的质量比为0.52-0.85:1。
进一步地，所述改性玄武岩纤维经以下步骤制备得到：
a.将硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在40-45℃下反应1.5-2h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液中，在55-65℃下反应0.5-2h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维。
进一步地，步骤a中硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水的质量比为0.15-0.2：0.4-0.5:10。
进一步地，所述改性粉煤灰经以下步骤制备得到：
将粉煤灰于乙醇中分散，之后加入酚醛树脂和硅烷偶联剂，搅拌升温，回流反应，过滤，洗涤，干燥，即得所述改性粉煤灰。
进一步地，所述粉煤灰、酚醛树脂和硅烷偶联剂的质量比为1:1.4-1.8:2.2-2.5。
进一步地，所述回流反应时间为5-6h。
本发明还提供上述超高力学性能玄武岩纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将各原料按照质量份配比拌和，即得所述超高力学性能玄武岩纤维混凝土。
本发明进一步提供上述超高力学性能玄武岩纤维混凝土在建筑工程领域中的应用。
粉煤灰和矿粉属于火山灰效应的矿物掺合料，在混凝土的强度和硬度方面发挥重要作用，本发明采用粉煤灰、矿粉、磷石膏及石灰石为胶凝材料原料，并对粉煤灰进行改性处理，代替了传统水泥的添加，提升了胶凝材料的性能，为玄武岩纤维混凝土力学性能的显著提升奠定了基础。
本发明对玄武岩纤维进行改性处理，进一步提升了玄武岩纤维的力学性能，并使之与胶凝材料具有更好的相容性，进而提高玄武岩纤维混凝土的力学性能。
本发明公开了以下技术效果：
本发明超高力学性能玄武岩纤维混凝土具有优异的使用性能，可以满足复杂使用环境下对玄武岩纤维混凝土力学性能的工程需要。
本发明混凝土的制备方法简单、高效，在建筑工程领域具有极大的推广应用前景。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
本发明以下实施例中所用玄武岩纤维的长度为10-15mm，单丝直径为10-15μm；粉煤灰为一级粉煤灰；所用减水剂为三(1-甲基乙基)萘磺酸钠；骨料包括细骨料和粗骨料：细骨料为砂，细度模数为2.3-3.1，表观密度为2400-2600kg/m3，堆积密度为1400-1500kg/m3；粗骨料为粒径5-10mm的碎石。
实施例1
一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土，原料质量份数如下：
改性玄武岩纤维5份、胶凝材料230份，骨料560份(粗细骨料：粗骨料质量比为0.52:1)、减水剂2份、硅灰30份和水130份；
胶凝材料由磷石膏、矿粉、石灰石和改性粉煤灰按照质量比35:45:5:7混合得到；其中，改性粉煤灰经以下步骤制备得到：
将粉煤灰于乙醇中分散，之后按照加入酚醛树脂、硅烷偶联剂KH570，粉煤灰、酚醛树脂、硅烷偶联剂KH570的质量比为1:1.4:2.2，搅拌升温，回流反应5h，过滤，洗涤，干燥，即得。
改性玄武岩纤维的制备：
a.将硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水按照质量比0.15:0.5:10混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在40℃下反应2h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液中，在60℃下反应1h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维。
超高力学性能玄武岩纤维混凝土的制备：
将上述组分按照质量份配比搅拌均匀，即得超高力学性能玄武岩纤维混凝土。
性能检测结果：28d混凝土抗压强度145.6MPa，56d混凝土抗压强度179.4MPa。
实施例2
一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土，原料质量份数如下：
改性玄武岩纤维6份、胶凝材料250份，骨料600份(粗细骨料：粗骨料质量比为0.6:1)、减水剂6份、硅灰30份和水145份；
胶凝材料由磷石膏、矿粉、石灰石和改性粉煤灰按照质量比38:48:11:7混合得到；其中，改性粉煤灰经以下步骤制备得到：
将粉煤灰于乙醇中分散，之后按照加入酚醛树脂、硅烷偶联剂KH570，粉煤灰、酚醛树脂、硅烷偶联剂KH570的质量比为1:1.5:2.3，搅拌升温，回流反应5.5h，过滤，洗涤，干燥，即得。
改性玄武岩纤维的制备：
a.将硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水按照质量比0.2：0.45:10混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在42℃下反应1.6h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液中，在55℃下反应1h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维。
超高力学性能玄武岩纤维混凝土的制备：
将上述组分按照质量份配比搅拌均匀，即得超高力学性能玄武岩纤维混凝土。
性能检测结果：28d混凝土抗压强度156.3MPa，56d混凝土抗压强度180.2MPa。
实施例3
一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土，原料质量份数如下：
改性玄武岩纤维6份、胶凝材料280份，骨料650份(粗细骨料：粗骨料质量比为0.85:1)、减水剂8份、硅灰25份和水140份；
胶凝材料由磷石膏、矿粉、石灰石和改性粉煤灰按照质量比38:45:9:6混合得到；其中，改性粉煤灰经以下步骤制备得到：
将粉煤灰于乙醇中分散，之后按照加入酚醛树脂、硅烷偶联剂KH570，粉煤灰、酚醛树脂、硅烷偶联剂KH570的质量比为1:1.5:2.3，搅拌升温，回流反应5h，过滤，洗涤，干燥，即得。
改性玄武岩纤维的制备：
a.将硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水按照质量比0.18：0.45:10混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在43℃下反应1.8h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液中，在60℃下反应0.8h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维。
超高力学性能玄武岩纤维混凝土的制备：
将上述组分按照质量份配比搅拌均匀，即得超高力学性能玄武岩纤维混凝土。
性能检测结果：28d混凝土抗压强度151.2MPa，56d混凝土抗压强度180.2MPa。
对比例1
与实施例1不同之处仅在于，将胶凝材料替换为等质量的水泥(普通硅酸盐水泥PO42.5)。
性能检测结果：28d混凝土抗压强度50.9MPa，56d混凝土抗压强度55.7MPa。
对比例2
与实施例1不同之处仅在于，不对玄武岩纤维进行改性处理，直接以玄武岩纤维为混凝土原材料。
性能检测结果：28d混凝土抗压强度54.2MPa，56d混凝土抗压强度57.4MPa。
对比例3
与实施例1不同之处仅在于，将胶凝材料替换为等质量的水泥，且不对玄武岩纤维进行改性处理，直接以玄武岩纤维为混凝土原材料。
性能检测结果：28d混凝土抗压强度40.4MPa，56d混凝土抗压强度51.3MPa。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种超高力学性能玄武岩纤维混凝土，其特征在于，原料包括以下质量份的组分：
改性玄武岩纤维5-6份、胶凝材料225-285份，骨料550-680份、减水剂1-8、硅灰25-45份和水130-150；
所述胶凝材料由磷石膏、矿粉、石灰石和改性粉煤灰按照质量比35-40:40-55:5-11:5-8混合得到；
所述改性玄武岩纤维经以下步骤制备得到：
a.将硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在40-45℃下反应1.5-2h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液中，在55-65℃下反应0.5-2h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维；
步骤a中硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水的质量比为0.15-0.2：0.4-0.5:10；
所述改性粉煤灰经以下步骤制备得到：
将粉煤灰于乙醇中分散，之后加入酚醛树脂和硅烷偶联剂，搅拌升温，回流反应，过滤，洗涤，干燥，即得所述改性粉煤灰；
所述粉煤灰、酚醛树脂和硅烷偶联剂的质量比为1:1.4-1.8:2.2-2.5。
2.根据权利要求1所述的超高力学性能玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述骨料包括细骨料和粗骨料；所述细骨料与粗骨料的质量比为0.52-0.85:1。
3.根据权利要求1所述的超高力学性能玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述回流反应时间为5-6h。
4.如权利要求1-3任一项所述超高力学性能玄武岩纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将各原料按照质量份配比拌和，即得所述超高力学性能玄武岩纤维混凝土。
5.如权利要求1-3任一项所述超高力学性能玄武岩纤维混凝土在建筑工程领域中的应用。
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