CN1255350C - 水镁石纤维增强水泥混凝土材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天然水镁石纤维增强的水泥混凝土材料。通过在水泥混凝土中加入等级为7级、体积用量为混凝土体积0.1%-2%的水镁石短纤维，以及水泥混凝土中水泥质量0.2%-2.0%的减水剂，使水泥混凝土的抗弯强度及劈裂抗拉强度明显提高。本发明的水泥混凝土中，水镁石纤维也可以与其它常用纤维钢纤维、聚丙烯纤维、硅灰石纤维中的一种或几种纤维混合使用。水镁石纤维与其它常用纤维的体积用量比为水镁石纤维∶其它纤维0.1-1.0%∶0.1-0.8%，与普通的纤维增强混凝土材料相比，本发明的纤维混凝土材料具有成本低、施工工艺性好、纤维与混凝土相容性好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥混凝土材料，具体涉及一种天然水镁石纤维增强水泥混凝土材料。
背景技术
水泥混凝土是一脆性材料。它抗拉能力小，抗弯强度低，变形性能差，无法抑制裂纹的萌生和扩展。一旦过载，混凝土就会出现断裂。尤其是高强混凝土和高标号高性能混凝土，脆性更大。因此，提高水泥混凝土的抗弯强度和韧性以延长混凝土的使用寿命，是水泥混凝土材料的一个非常重要的研究方向。
在混凝土成分中引入增强纤维制成纤维混凝土复合材料是改善混凝土韧性、提高混凝土抗弯强度的有效措施之一。它可以体现混凝土抗压强度高的特点，同时发挥纤维抗拉强度高的长处，还利用纤维在混凝土承载中的脱粘、拔出、桥接、载荷传递等作用，增加混凝土承载中吸收能量的能力，从而大大增加混凝土的抗裂性、韧性以及抗渗性、抗冲击性和疲劳强度。目前在工程中用到的纤维混凝土主要有：钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、以及合成有机纤维混凝土。这些纤维混凝土都无一例外地因为其中所用的增强纤维造价高昂而影响其广泛应用。另外，钢纤维在施工及应用中还存在磨损设备以及容易引起电化学腐蚀等问题。而玻璃纤维在硅酸盐水泥混凝土工程中使用的耐久性仍然存在问题。合成有机纤维用于混凝土增强的主要是聚丙烯纤维，这种纤维本身是疏水性材料，纤维与混凝土之间的界面结合力很小，因而影响其在混凝土中增强增韧作用的发挥。因此，探索和研究具有较好的增强增韧作用，在硅酸盐水泥混凝土中具有较好的界面结合作用和相容性，且施工便利，经济可行的纤维增强材料，对于改善水泥混凝土材料的性能，具有一定的现实意义。
水镁石纤维是一种对人体无害的天然矿物纤维。与一般纤维材料相比，具有中等强度和很强的抗碱性，与水泥具有很好的结合强度。目前，国内已有将水镁石纤维用作轻质空心隔墙条板、水泥板、瓦、水泥砂浆、硅酸钙及微孔硅酸钙隔热材料中的增强材料，所用的水镁石纤维都是等级为五级以上的造价高的长纤维。而将水镁石纤维尤其是等级为6级以下的短纤维用于增强水泥混凝土，制成水镁石短纤维增强水泥混凝土承重材料，在国内外还没有报道过。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种水镁石纤维增强水泥混凝土材料，其成本低、施工工艺性好、纤维与混凝土相容性好。
本发明的另一目的在于提供一种水镁石纤维与其它常用纤维混合增强的水泥混凝土材料，制作成本低，增强效果好。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种水镁石纤维增强水泥混凝土材料，向水泥混凝土中加入水镁石纤维，水镁石纤维体积用量为水泥混凝土体积的0.1％-2％；同时，加入混凝土减水剂，加入量为水泥混凝土中水泥质量的0.2％-2.0％。
水镁石纤维体积用量为水泥混凝土体积的0.5％-1.0％；同时，加入混凝土减水剂，加入量为水泥混凝土中水泥质量的0.3％-1.5％。
水泥混凝土减水剂是指萘系减水剂或氨基磺酸盐减水剂或三聚氰铵减水剂，以及用作混凝土减水剂的其他阴离子型表面活性剂。
水镁石纤维等级为7级。
另一种水镁石纤维增强水泥混凝土材料，向水泥混凝土中加入的纤维为水镁石纤维与钢纤维、聚丙烯纤维、硅灰石纤维中的一种或几种纤维的混合物，同时，加入混凝土减水剂，加入量为水泥混凝土中水泥质量的0.2％-2.0％。
水镁石纤维与其它纤维的体积用量比为水镁石纤维∶其它纤维为0.1％-1.0％∶0.1％-0.8％。
水镁石纤维与其它纤维的体积用量比为水镁石纤维∶其它纤维为0.2％-0.5％∶0.2％-0.5％。
水泥混凝土减水剂是指萘系减水剂或氨基磺酸盐减水剂或三聚氰铵减水剂，以及用作混凝土减水剂的其他阴离子型表面活性剂，都可以应用于本发明。
本发明采用水镁石纤维的等级为7级的短纤维，不仅造价更低，而且纤维更容易分散于水泥混凝土中。可以避免长纤维应用中出现的纤维缠结、打团和分散不匀以及由于长纤维吸水量大而导致混凝土塌落度损失过大等问题。
水镁石纤维也可以与其它钢纤维、聚丙烯纤维、硅灰石纤维中的一种或几种纤维混合使用，其增强效果好。水泥混凝土减水剂是本发明的重量成分。它们不仅可以减少水泥混凝土的用水量，提高混凝土的流动性、密度和强度，而且对水镁石纤维有重要的松解和分散作用。由于水镁石纤维是一种天然产出的矿物纤维，尽管在矿山加工中已经经过机械松解，但仍呈束状聚集体形态。只有充分松解，才可以有效发挥增强作用。水泥混凝土减水剂正好可以发挥化学松解水镁石纤维的作用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容做进一步详细说明；
本发明在水泥混凝土中加入的水镁石纤维是6级以下的纤维，最好是企业等级为7级的纤维。它们是6级纤维分选后的筛下物及产生于吸尘器的收尘产物。水镁石纤维在筛析中1.4mm标准筛的筛余量不大于15％，但0.4mm的筛余量不小于15％。最好为0.4mm的筛余量＞45％。
实施例1：
将32.5秦岭水泥，粒度2-15mm泾河卵石，细度模数2.7的河砂，以及牌号为7X的水镁石纤维、牌号为UNF-MA的萘系高效减水剂和自来水加入混凝土搅拌机中，水镁石纤维体积用量为水泥混凝土体积的0.45％，萘系减水剂用量为水泥混凝土中水泥质量的0.5％，混合搅拌3分钟得到水镁石纤维增强水泥混凝土材料。测试其塌落度，然后注模成型。养护7d和28d后测试混凝土的密度及抗压、抗弯强度。上述原料混合中砂率为0.46，水灰比W/C为0.5。为比较起见，试验中在相同的条件下进行了牌号为6-3的水镁石长纤维增强混凝土试验以及空白试验。两种水镁石纤维的参考价格及标准筛筛析结果见表1。混凝土试验结果见表2。
表1纤维参考价格及筛析结果
| 水镁石纤维 | 价格 | 筛析结果，质量％ | ||
| +1.4mm筛余量 | +0.4mm筛余量 | 满底 | ||
| 6-3 | 1200元/T | 32 | 48.5 | 19.5 |
| 7X | 300元/T | 12 | 35 | 53 |
表2实施例1混凝土试验结果
| 水镁石纤维级别 | 塌落度(mm) | 密度(Kg/M3) | 7d抗压(MPa) | 28d抗压(MPa) | 7d抗弯(MPa) | 28d抗弯(MPa) |
| 7X | 124 | 2556 | 26.2 | 54.1 | 5.525 | 7.55 |
| 6-3 | 35 | 2553 | 25.7 | 53.1 | 5.025 | 6.3 |
| 空白 | 211 | 2557 | 23.9 | 47.3 | 4.8 | 6.1 |
从实施例1可知，与空白样相比，纤维混凝土的密度变化不大，但塌落度有一定的损失，而长纤维的塌落度损失大。水镁石纤维增强混凝土的抗压和抗弯强度均有不同程度的提高。28d抗压强度提高12-14％。在抗弯强度方面，7X水镁石纤维提高明显，7d和28d抗弯强度分别提高9.6％和23.8％，而6-3水镁石纤维则提高较少。另外，6-3水镁石纤维造价也较高。因此，7X水镁石纤维优于6-3纤维。
实施例2：
将42.5鸳鸯水泥、粒度5-31.5mm坝河碎石、细度模数3.0河砂、7H级水镁石纤维、氨基磺酸盐减水剂及自来水加入混凝土搅拌机中，水镁石纤维体积为混凝土体积0.9％，氨基磺酸盐减水剂质量为水泥质量0.8％，混合搅拌3分钟得到水镁石纤维增强水泥混凝土材料。测试其塌落度，然后注模成型，养护7d和28d后测试混凝土抗弯强度。上述原料混合中砂率为0.35，水灰比W/C为0.39。7H级水镁石纤维价格与7X水镁石纤维相同，筛析结果为+1.4mm筛余量3％，+0.4mm筛余量为13％，其余量为满底。材料测试结果见表3。
表3实施例2试验结果
| 水镁石纤维体积用量，％ | 塌落度，mm | 7d抗弯，MPa | 28d抗弯，MPa |
| 0 | 85 | 4.53 | 4.97 |
| 0.9 | 14 | 4.88 | 5.82 |
从表可知，在相同的水灰比的情况下，水镁石短纤维加入后，水泥混凝土的抗弯强度明显提高。
实施例3：
将42.5鸳鸯水泥、粒度5-31.5mm坝河碎石、细度模数3.0河砂、7X级水镁石纤维、三聚氰铵减水剂及自来水加入混凝土搅拌机中，水镁石纤维体积为混凝土体积1.5％，三聚氰铵减水剂质量为水泥质量1.4％，混合搅拌3分钟得到纤维增强水泥混凝土材料。测试其塌落度，然后注模成型。养护7d和28d后测试混凝土抗弯强度。上述原料混合中砂率为0.35，水灰比W/C为0.42。混凝土试验结果见表4。
表4实施例3试验结果
| 水镁石纤维体积用量，％ | 塌落度，mm | 7d抗弯，MPa | 28d抗弯，MPa |
| 0 | 150 | 4.95 | 5.1 |
| 1.5 | 35 | 5.75 | 6.77 |
从表4可以看出，纤维加入后，混凝土7d和28d的抗弯强度分别提高16.2％和32.7％，具有明显的增强效果。
实施例4：
将42.5鸳鸯水泥、粒度5-31.5mm坝河碎石、细度模数3.0河砂、7H级水镁石纤维、化学成分为顺丁烯二酸二辛酯磺酸盐的阴离子型表面活性剂及自来水加入混凝土搅拌机中，水镁石纤维体积为混凝土体积0.3％，化学成分为顺丁烯二酸二辛酯磺酸盐的阴离子型表面活性剂用量为水泥质量的0.3％，混合搅拌3分钟得到纤维增强水泥混凝土材料。测试其塌落度，然后注模成型。养护7d和28d后测试混凝土抗弯强度。上述原料混合中砂率为0.35，水灰比W/C为0.46。材料制备中在相同的条件下将水镁石纤维与单价约80000元/T的聚丙烯(PP)纤维进行了对比试验。PP纤维呈集束形网状，比重0.91，直径约100um，长度12mm-19mm，抗拉强度560-770Mpa，弹性模量3500Mpa。试验结果如下表。
表5实施例4试验结果
| 水镁石纤维 | 塌落度，mm | 7d抗压，MPa | 7d抗弯，MPa | 28d抗压，MPa | 28d抗弯，MPa |
| PP | 30 | 29 | 3.06 | 35.4 | 4.4 |
| 7H | 85 | 31.9 | 3.61 | 42.35 | 4.7 |
从表5可以看出，与PP纤维相比，水镁石纤维不仅造价低，而且对混凝土的增强效果好，同时，混凝土的塌落度损失也小。
实施例5：
将42.5鸳鸯水泥、粒度5-31.5mm坝河碎石、细度模数3.0河砂、7H级水镁石纤维和PP纤维的混合物、UNF-MA萘系高效减水剂及自来水加入混凝土搅拌机中，混凝土体积量0.3％的水镁石纤维和水泥混凝土体积量0.2％的PP纤维的混合物，混合搅拌3分钟得到水镁石纤维增强水泥混凝土材料。测试其塌落度，然后注模成型。养护7d和28d后测试混凝土抗压、抗弯及劈裂强度。上述原料混合中砂率为0.35，水灰比W/C为0.31。萘系减水剂用量为水泥混凝土中水泥量的0.8％。试验结果见表6。
表6实施例5试验结果
| 纤维及体积用量 | 7d抗压MPa | 7d抗弯MPa | 28d抗压MPa | 28d抗弯MPa | 28d劈裂MPa |
| 7H0.3％+PP0.2％ | 46.8 | 5.16 | 53.51 | 6.07 | 5.49 |
| 空白 | 45.8 | 4.57 | 50.6 | 5.26 | 3.81 |
从试验结果可知，混合纤维增强混凝土的各强度值均有提高，其中抗弯和劈裂抗拉强度提高显著，分别提高12％和44％以上。
实施例6：
将42.5鸳鸯水泥、粒度5-31.5mm坝河碎石、细度模数3.0河砂、7H级水镁石纤维和PP纤维以及钢纤维的混合物、UNF-MA萘系高效减水剂及自来水加入混凝土搅拌机中，混凝土体积量0.3％的水镁石纤维和水泥混凝土体积量0.1％的PP纤维以及水泥混凝土体积量0.1％的钢纤维的混合物，混合搅拌3分钟得到纤维增强水泥混凝土材料。测试其塌落度，然后注模成型。养护7d和28d后测试混凝土抗压及劈裂强度。上述原料混合中砂率为0.38，水灰比W/C为0.42。萘系减水剂用量为水泥混凝土中水泥量的0.8％。试验结果见表7。
从试验结果可知，混合纤维增强混凝土的各强度值均有提高，其中28d劈裂抗拉强度提高26.9％。
实施例7：
将42.5鸳鸯水泥、粒度5-31.5mm坝河碎石、细度模数3.0河砂、7X级水镁石纤维和PP纤维、钢纤维和硅灰石纤维的混合物、UNF-MA萘系高效减水剂及自来水加入混凝土搅拌机中，混凝土体积量0.2％的水镁石纤维和水泥混凝土体积量0.1％的PP纤维、水泥混凝土体积量0.1％的钢纤维以及水泥混凝土体积量0.1％的硅灰石纤维的混合物，混合搅拌3分钟得到纤维增强水泥混凝土材料。测试其塌落度，然后注模成型。养护7d和28d后测试混凝土抗压及劈裂强度。上述原料混合中砂率为0.38，水灰比W/C为0.42。萘系减水剂用量为水泥混凝土中水泥量的0.8％。试验结果见表7。
从试验结果可知，混合纤维增强混凝土的各强度值均有提高，其中28d劈裂抗拉强度提高18％。
本发明中水镁石纤维与常用纤维钢纤维、聚丙烯纤维、硅灰石纤维中的一种或几种纤维的混合物，都可以应用于本发明。
表7实施例6及实施例7试验结果
| 纤维及体积用量 | 7d抗压，MPa | 28d抗压MPa | 28d劈裂MPa |
| 7H0.3％+PP0.1％+钢纤维0.1％ | 33.75 | 42.35 | 4.72 |
| 7×0.2％+PP0.1％+钢纤维0.1％+硅灰石纤维0.1％ | 30.2 | 39.4 | 4.39 |
| 空白 | 27.1 | 30.8 | 3.72 |
Claims (8)
1.一种纤维增强水泥混凝土材料，其特征在于，向水泥混凝土中加入水镁石纤维，水镁石纤维体积用量为水泥混凝土体积的0.1％-2％；同时，加入混凝土减水剂，加入量为水泥混凝土中水泥质量的0.2％-2.0％。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强水泥混凝土材料，其特征在于，水镁石纤维体积用量为水泥混凝土体积的0.5％-1.0％；同时，加入混凝土减水剂，加入量为水泥混凝土中水泥质量的0.3％-1.5％。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强水泥混凝土材料，其特征在于，水泥混凝土减水剂是指萘系减水剂或氨基磺酸盐减水剂或三聚氰铵减水剂，以及用作混凝土减水剂的阴离子型表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强水泥混凝土材料，其特征在于，水镁石纤维等级为7级。
5.一种纤维增强水泥混凝土材料，向水泥混凝土中加入纤维，其特征在于，水泥混凝土中加入的纤维为水镁石纤维与钢纤维、聚丙烯纤维、硅灰石纤维中的一种或几种纤维的混合物，在混凝土中的体积用量比是水镁石纤维：其它纤维为0.1％-1.0％∶0.1％-0.8％，同时，加入混凝土减水剂，加入量为水泥混凝土中水泥质量的0.2％-2.0％。
6.根据权利要求5所述的一种纤维增强水泥混凝土材料，其特征在于，水镁石纤维与其它纤维的体积用量比为水镁石纤维：其它纤维为0.2％-0.5％∶0.2％-0.5％。
7.根据权利要求5所述的一种纤维增强水泥混凝土材料，其特征在于，水泥混凝土减水剂是指萘系减水剂或氨基磺酸盐减水剂或三聚氰铵减水剂，以及用作混凝土减水剂的阴离子型表面活性剂。
8.根据权利要求5所述的一种纤维增强水泥混凝土材料，其特征在于，水镁石纤维等级为7级。
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