CN117532714A - 一种高抗裂性纤维混凝土复合材料的浇筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土浇筑技术领域，具体涉及一种高抗裂性纤维混凝土复合材料的浇筑方法。该方法至少包括分层浇筑步骤：将含有PVA纤维的混凝土浆料进行分层浇筑，每层浇筑时浇筑料斗沿指定方向移动，浇筑后沿同一方向将混凝土浆料进行粗抹，使乱向分布的PVA纤维和粗抹方向一致，直至浇筑完成；其中，指定方向为高抗裂性纤维混凝土复合材料在应用中的受拉方向。本发明解决了常规浇筑方法会使PVA纤维在混凝土中杂乱分布的问题，加入较少的PVA纤维即可提高复合材料的力学性能，降低了加工的原料成本和施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土浇筑技术领域，具体涉及一种高抗裂性纤维混凝土复合材料的浇筑方法。
背景技术
纤维水泥基复合材料具有优异的阻裂抗冻性能，单轴拉伸变形能力约为普通混凝土的300倍，拉应变稳定达到3%以上，且最大裂缝宽度可控制在100μm以内；该材料还具有良好的抗冻性能和氯盐侵蚀性能，同条件下抗冻融性能约为普通混凝土的3倍，抗氯离子侵蚀性能为普通混凝土的2倍，抗压强度大于50MPa，被称为韧性混凝土材料。
根据纤维增强机理的各种理论，诸如纤维间距理论、复合材料理论和微观断裂理论，以及大量的试验数据的分析，可以确定纤维的增强效果主要取决于基体强度，纤维掺量，纤维与基体间的界面特性，以及纤维在基体中的分布和分布方向的影响。
在一定的纤维掺量范围内，纤维掺量越大，纤维的桥接应力越大，在基体特性合适的前提下，就可以实现纤维的拔出，较大的纤维掺量有利于单轴拉伸性能的提高。但纤维掺量过高，纤维容易结团，纤维分散不均匀，试件横截面处的单位纤维数量低，同时，纤维的结团导致混凝土材料出现较大缺陷，最终导致混凝土材料不能实现理想的稳定应变硬化特性。
对纤维在基体中的分布和分布方向的部分研究表明，纤维在基体中的取向对混凝土的强度和韧性有较大影响，控制纤维在混凝土受拉方向均匀分布相比于随机乱向分布能有效提升混凝土的受拉性能。但是，纤维的加入都是杂乱无章的，未能充分发挥PVA纤维良好的抗拉性能。
发明内容
针对常规浇筑方法会使PVA纤维在混凝土中杂乱分布的问题，本发明提供一种高抗裂性纤维混凝土复合材料的浇筑方法，在分层浇筑过程中通过浇筑出料时的定向牵引和层层粗抹，使PVA纤维的分布方向与混凝土构件受拉方向一致，能够充分利用纤维的抗拉能力，减少PVA纤维加入量的同时大大提高PVA纤维混凝土的整体性能。
本发明技术方案如下，
本发明提供一种高抗裂性纤维混凝土复合材料的浇筑方法，至少包括分层浇筑步骤：
将含有PVA纤维的混凝土浆料进行分层浇筑，每层浇筑时浇筑料斗沿指定方向移动，使料斗移动速度大于出料速度，出料混凝土浆料被牵引前进并发生形变，使得纤维在混凝土浆液中受到挤压和牵引，趋向于受力方向；浇筑后沿同一方向将混凝土浆料进行粗抹，使乱向分布的PVA纤维和粗抹方向一致，直至浇筑完成；其中，指定方向为高抗裂性纤维混凝土复合材料在应用中的受拉方向。
进一步的，浇筑时料斗出料的每一层混凝土浆料厚度为0.5~0.8cm，由于受到牵引发生形变，浇筑在平面上的实际厚度小于0.5~0.8cm。
进一步的，高抗裂性纤维混凝土复合材料的浇筑方法包括如下步骤：
（1）未加入PVA纤维混凝土浆料的制备：
a.将混凝土原料中的粉状材料混合搅拌约1~2分钟，使得材料初步混合均匀；
b.加入水搅拌2~3分钟，此时材料较稠；
c.加入减水剂、消泡剂搅拌2分钟，消泡剂使材料在硬化后没有气泡，材料更密实、更均匀。
（2）PVA纤维混凝土的制备：
a.向混凝土浆料中加入PVA纤维，先以140±5r/min速度搅拌2~4分钟，再以285±10r/min速度搅拌1~3分钟，使得纤维均匀分散到基体中；
b.加入增稠剂，搅拌1分钟。增稠剂使得材料在获得较好的流动性的前体下，保住基体中的水分，防止水分流失，防止产生泌水离析现象，防止材料表面与内部强度不一致，进而确保材料硬化后的均匀一致性，使得材料基体间、基体与纤维间具有很好的内聚力。
（3）分层浇筑。
进一步的，步骤（1）a.中使用的粉状材料包括水泥、粉煤灰、石英砂，还包括高炉水淬废渣、废弃陶瓷细骨料、废弃玻璃微粉、石屑粉、火山灰中的一种或多种，有利于工业或建筑废渣的循环利用。
进一步的，高抗裂性纤维混凝土复合材料为预制构件，方法还包括（4）养护步骤：
浇筑完成24h后将带模试件拆模，塑料薄膜密封包裹7d，后置于空气中21d。
进一步的，高抗裂性纤维混凝土复合材料为现场浇注，方法还包括（4）养护步骤：喷淋或覆盖洒水保湿14~28d，拆模。
进一步的，所使用的浇筑料斗包括料仓和设置在料仓底部的出料口，出料口处设置有一组对辊，混凝土浆料由对辊之间的辊缝流出，辊缝宽度为0.5~0.8cm。
进一步的，浇筑料斗的料仓可以密封并设置压力。
粉末材料混合加水及减水剂后，形成具有一定粘性的液态材料，加入纤维后，纤维乱向分布，最后再加入增稠剂后，材料粘性增大，基体与基体相互间具有一定的“力”连接着，基体浆液又包裹在纤维表面，使得基体在纤维表面形成了一定的“附着力”这样，如果基体浆液受外力作用向某一方向移动时，基体浆液会拉着纤维移动。
（1）一部分纤维是：纤维本身的长度方向已经与基体浆液移动方向相同，这部分纤维在浇筑后，基本还保持这个方向，如图1；
（2）一部分纤维是：纤维长度方向与基体浆液形成一定角度，在基体浆液移动时，纤维长度方向会逐渐趋向于基体浆液移动方向，直到纤维方向与外力方向基本相同。如图2，f3为基体浆液牵引方向；f4为纤维尾部受到基体浆液对其的阻力，f3和f4为一对力偶，使得纤维最后趋向基体浆液受力方向；
（3）一部分纤维是：纤维方向垂直于基体浆液移动方向，这种情况，纤维也会趋向于外力方向。如图3，当纤维为垂直于受力方向时，f5为基体浆液牵引方向；纤维同时受到基体浆液阻力f6，为纤维受到基体浆液对其的阻力，在受力过程中，在纤维的长度方向上，局部位置会出现f6大于f5，使得纤维的垂直方向的平衡被打破，纤维出现如图2情况。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明提供的浇筑方法，通过浇筑时料斗移动和粗抹过程的牵引，在有限数量纤维的前提下，减少乱向纤维在水泥基体中的分布，在单位面积内让更多的纤维朝着拉伸应力的方向分布，从而充分利用纤维的抗拉能力，大大提高PVA纤维混凝土的整体性能和裂缝控制能力；
（2）本发明提供的浇筑方法，减少纤维的使用量，不仅节约了原料成本，还提高了材料施工时的流动性和可泵送性，降低施工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是纤维长度与基体浆液受力方向一致时的受力图。
图2是纤维长度方向与基体浆液受力方向成一定角度时的受力图。
图3是纤维长度方向与基体浆液受力方向垂直时的受力图。
图4是预制构件拉伸方向横截断面示意图。
图中，f1、f2为基体浆液牵引力；
f3为基体浆液牵引力，f4为基体浆液阻力；
f5为基体浆液牵引力，f6为基体浆液阻力。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例
步骤（1）未加入PVA纤维水泥砂浆的制备：
（a）将水泥、粉煤灰、石英砂、高炉水淬废渣混合搅拌约2分钟；
（b）加入水搅拌2分钟，此时材料较稠；
（c）加入减水剂、消泡剂搅拌2分钟。
步骤（2）PVA纤维混凝土的制备：
（a）向水泥砂浆中加入PVA纤维，先以140±5r/min速度搅拌3分钟，再以285±10r/min速度搅拌1分钟，使得纤维均匀分散到基体中；
（b）加入增稠剂，搅拌1分钟。
步骤（3）分层浇筑：
浇筑时，设置出料口的辊缝宽度，使得出料混凝土的每一层厚度为0.7cm，出料速度为15cm/s；浇筑时移动料斗，移动速度为15m/min；移动方向为浇筑材料在应用中的受拉方向；浇筑的每一层都沿出料口移动方向进行粗抹，直至浇筑完成。
步骤（4）养护：
浇筑完成24h后将带模试件拆模，塑料薄膜密封包裹7d，后置于空气中21d。
对比例1
步骤（1）未加入PVA纤维水泥砂浆的制备：
（a）将水泥、粉煤灰、石英砂、高炉水淬废渣混合搅拌约2分钟；
（b）加入水搅拌2分钟，此时材料较稠；
（c）加入减水剂、消泡剂搅拌2分钟。
步骤（2）PVA纤维混凝土的制备：
（a）向水泥砂浆中加入PVA纤维，先低速搅拌3分钟，再高速搅拌1分钟，使得纤维均匀分散到基体中；
（b）加入增稠剂，搅拌1分钟。
步骤（3）浇筑：
在构件模具中进行常规一次性浇筑。
步骤（4）养护：
浇筑完成24h后将带模试件拆模，塑料薄膜密封包裹7d，后置于空气中21d。
沿PVA纤维长度方向，对实施例、对比例所得材料进行单轴拉伸试验：
表1 实施例、对比例检测结果
通过数据发现，材料在分层浇筑方式下，拉伸应变显著提高，裂缝宽度更细，裂缝更加细密，裂缝与裂缝的间距更小，极限抗拉强度更高。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高抗裂性纤维混凝土复合材料的浇筑方法，其特征在于，至少包括分层浇筑步骤：
将含有PVA纤维的混凝土浆料进行分层浇筑，每层浇筑时浇筑料斗沿指定方向移动，使料斗移动速度大于出料速度；浇筑后沿同一方向将混凝土浆料进行粗抹，使乱向分布的PVA纤维和粗抹方向一致，直至浇筑完成；其中，指定方向为高抗裂性纤维混凝土复合材料在应用中的受拉方向。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，浇筑时料斗出料的每一层混凝土浆料厚度为0.5~0.8cm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高抗裂性纤维混凝土复合材料的浇筑方法包括如下步骤：
（1）未加入PVA纤维混凝土浆料的制备：
a.将混凝土原料中的粉状材料混合搅拌1~2分钟；
b.加入水搅拌2~3分钟；
c.加入减水剂、消泡剂搅拌2分钟；
（2）PVA纤维混凝土的制备：
a.向混凝土浆料中加入PVA纤维，先以140±5r/min速度搅拌2~4分钟，再以285±10r/min速度搅拌1~2分钟；
b.加入增稠剂羟丙基甲基纤维素，搅拌1分钟；
（3）分层浇筑。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（1）a.中使用的粉状材料包括水泥、粉煤灰、石英砂，还包括高炉水淬废渣、废弃陶瓷细骨料、废弃玻璃微粉、石屑粉、火山灰中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，高抗裂性纤维混凝土复合材料为预制构件，方法还包括（4）养护步骤：
浇筑完成24h后将带模试件拆模，塑料薄膜密封包裹7d，后置于空气中21d。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，高抗裂性纤维混凝土复合材料为现场浇注，方法还包括（4）养护步骤：喷淋或覆盖洒水保湿14~28d，拆模。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所使用的浇筑料斗包括料仓和设置在料仓底部的出料口，出料口处设置有一组对辊，混凝土浆料由对辊之间的辊缝流出，辊缝宽度为0.5~0.8cm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，浇筑料斗的料仓可以密封并设置压力。
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