CN1826298A - 水泥混合物、水泥组合物、灰浆和混凝土 - Google Patents

水泥混合物、水泥组合物、灰浆和混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含有硅粉和分级成尺寸为20μm或以下的飞灰的水泥混合物,其中硅粉和分级飞灰的重量混和比为95∶5至10∶90,和提供一种还包含石膏的水泥混合物。本发明还涉及一种水泥组合物、灰浆和水泥硬化产品,每种使用所述的水泥混合物。根据本发明,改善捏合的灰浆或混凝土的流值,得到良好的加工性。此外,得到的灰浆和混凝土具有高的抗压强度和抗弯强度的绝对值,得到高的相对于抗压强度的抗弯强度。此外,通过结合金属纤维的强化可以极大地提高抗弯强度。这能够使设计在土木工程和建筑结构和混凝土二次产品的生产中是经济和有利的。

Description

水泥混合物、水泥组合物、灰浆和混凝土
[技术领域]
本发明涉及一种水泥混合物、水泥组合物、使用所述水泥组合物的灰浆和混凝土。更具体地,本发明涉及一种包含硅粉(silica fume)和分级成尺寸为20μm或以下的飞灰的水泥混合物,和涉及一种水泥组合物,其中向水泥中加入所述的水泥混合物。此外,本发明涉及一种通过使用所述的水泥组合物提高抗弯强度的灰浆和混凝土。
[背景技术]
灰浆或混凝土存在的问题在于它们的抗弯强度与它们的抗压强度相比根本上低,即使提高抗压强度,抗弯强度没有得到很大的提高。因此,基于抗弯强度设计的路面、横梁、大梁和许多混凝土二次产品容易导致过分混和地浪费的混凝土混和。此外,为了提高抗弯保证强度,对元件的横截面进行加厚,或通过PC钢筋引入预应力。在休姆管等中,向混凝土中结合膨胀材料,以引入化学应力或化学预应力,由此提高它们的外压应力。
另一方面,硅粉具有高火山灰活性,并被作为强度增强剂利用。此外,飞灰与相对大量的高性能减水剂的组合提高了灰浆流动、混凝土塌落或塌落流动,容易产生水/粘合材料比率低的灰浆或混凝土。因此,它已经常常作为用于高流动性高强度的灰浆或混凝土的混合物使用。
飞灰是球形颗粒的煤灰,所述的球形颗粒包含尺寸为100μm或以下的中空颗粒,所述的飞灰是作为由粉煤燃烧热电站的副产物而得到的。虽然飞灰的火山灰活性低,但它在长期内反应以提高水密性,所以它常常作为飞灰水泥使用。如专利文件1所示,将飞灰分级成尺寸为20μm或以下,或10μm或以下,由此去除大的中空颗粒,以提供良好的球形实心(hollowless)颗粒。由于它的球轴承功能,当它与具有高性能减水剂或高性能AE减水剂混合时,具体地,灰浆流动、混凝土塌落或塌落流动得到提高,以显示强的粘度。此外,已知的是即使流动或塌落相同,与混和没有分级飞灰的灰浆或混凝土的情况相比,由水减少(water reduction)导致的强度得到更大的提高。
此外,例如如专利文件2所示,石膏常常作为高强度混和物使用,不管是否进行蒸汽养护(steam curing),并且石膏与硅粉的组合提供更高的强度和耐久性也是已知的。
此外,如专利文件3所示,存在一种加入金属纤维的方法作为用于提高抗弯强度或刚度的典型方法。还已知的是通过向水泥中加入硅粉和针状或平面微粒并且将最大的骨料尺寸限制到小,可以达到使用金属纤维的刚度的提高。
专利文件1:JP  63-8248 A
专利文件2:JP  3-40947 A
专利文件3:JP  11-246255 A
但是,其中只混和硅粉的通用技术提高了混凝土的抗压强度,但是问题在于:混凝土变得易脆,并且与没有硅粉混合物的情况相比,具有更低的抗弯强度与抗压强度比。此外,如专利文件1所示,因为分级成尺寸为20μm或以下,或10μm或以下的飞灰火山灰活性最初低,通过水减少提高强度。但是,即使进行蒸汽养护,与在相同的低水/粘合材料比混和没有分级飞灰的情况相比,在短期内很难提高强度增量。
此外,如专利文件2所示,只使用石膏或与硅粉组合使用容易具有高的强度,相对于抗压强度的提高,也提高了抗弯强度。但是,问题在于该比率不比传统的混凝土的比率更好。如专利文件3所示,在用金属纤维强化的方法中,与在现混和的混凝土工厂或混凝土制品工厂中使用的灰浆或混凝土用的细骨料的5mm或以下的尺寸形成对比,限制最大骨料尺寸为2mm或以下,或1mm或以下成为必不可少的要求。因此,问题在于通常不能广泛使用这种方法。
[发明内容]
[通过本发明解决问题]
本发明是为了解决传统技术中上述问题而做出的,本发明的一个目的是提供一种灰浆或混凝土,其抗压强度和抗弯强度的绝对值得到提高,并且抗弯强度与抗压强度的比率得到提高。
本发明的另一个目的是提供一种用于得到上述灰浆或混凝土的水泥混合物,和使用所述水泥混合物的水泥组合物。
本发明的再一个目的是提供由上述灰浆或混凝土得到的水泥硬化产品。
[解决问题的手段]
已经发现通过使用硅粉、分级成尺寸为20μm或以下的飞灰和石膏,它们是迄今为止已知的,不是单独使用而是组合使用,与单独使用每种的情况相比,可以协同提高抗弯强度,以及抗弯强度与抗压强度的比率。此外,已经发现的事实是:由于可以提高基础灰浆(base mortar)或混凝土本身的抗弯强度,即使使用通常可获得的用于灰浆或混凝土的细骨料时,金属纤维的同时使用也可以大大提高抗弯强度,因此导致本发明的完成。
具体地,本发明涉及下面的水泥混合物、水泥组合物、灰浆、混凝土、水泥硬化产品。
(1)一种水泥混合物,其包含硅粉和分级成尺寸为20μm或以下的飞灰,其中硅粉和分级飞灰的重量混和比为95∶5至10∶90。
(2)根据上述项(1)的水泥混合物,其还包含石膏。
(3)一种水泥组合物,其包含根据上述项(1)的水泥混合物,所述的水泥混合物量为1至35重量份/100重量份水泥。
(4)根据上述项(3)的水泥组合物,其还包含石膏,所述的石膏按脱水物计的量为0.5至12份/100份水泥组合物。
(5)一种灰浆,其包含根据上述项(3)或(4)的水泥组合物、细骨料、减水剂和捏合水。
(6)根据上述项(5)的灰浆,其具有向其中加入的金属纤维,其外加入量为1.0至6.0体积%/立方米的灰浆。
(7)一种混凝土,其包含根据上述项(3)或(4)的水泥组合物、细骨料、粗骨料、减水剂和捏合水。
(8)根据上述项(7)的混凝土,其具有向其中加入的金属纤维,其外加入量为1.0至4.0体积%/立方米的灰浆。
(9)一种通过硬化根据上述项(5)或(6)的灰浆得到的水泥硬化产品。
(10)一种通过硬化根据上述项(7)或(8)的混凝土得到的水泥硬化产品。
[发明效果]
根据本发明,改善了捏合灰浆或混凝土的流值,得到良好的加工性。此外,得到的灰浆和混凝土具有高的抗压强度和抗弯强度的绝对值,并且得到了高的相对于抗压强度的抗弯强度。此外,通过结合金属纤维的强化可以极大地提高抗弯强度。这能够使设计在土木工程和建筑结构和混凝土二次产品的生产中是经济和有利的。
[具体实施方式]
下面详细描述本发明。本发明中表示混和比率或加入量的份和百分比是按重量计的。但是,在金属纤维的情况下,它们被表述为按体积百分比/立方米灰浆混凝土计的外体积加入量。
当在电炉中生产硅合金和氧化锆例如金属硅或高硅铸铁时,本发明使用的硅粉是作为副产物的得到,其是由尺寸为1μm或以下的细球形颗粒组成的,并且其主要组分是具有高反应性的无定形二氧化硅。虽然抗压强度随着加入的硅粉量而增加,但是抗弯强度与抗压强度的比率与没有混和硅粉的情况相比下降。
如上所述,硅粉不仅作为强度增加剂使用。当它基于水泥以约10%的量与相对大量的高性能减水剂组合使用时,流动性得到了极大提高。但是,流动特性根据高性能减水剂的种类变化,并且相对于低屈服值的糊料,低硅粉与所谓的纯粹高性能减水剂例如聚烷基烯丙基磺酸酯基或三聚氰胺-福尔马林树脂磺酸酯基减水剂的组合使用显示高粘稠的流动性。另一方面,当硅粉与所谓的加气聚羧酸盐基,高性能AE减水剂组合使用时,流动性以粘塑料状态而不是纯粹的粘稠状态增加。在用铲子翻转地,前者赋予重的感觉和后者赋予轻的感觉。因此,在某些情况下,使用高性能AE减水剂和硅粉的组合系统的原因在于泵送变得容易。
如上所述,飞灰是由粉煤燃烧热电站作为副产物而得到的煤灰,且球粒状的残余物与燃烧废气一起从锅炉的烟道的中排出,并且通过集尘器回收。通常,飞灰原样与水泥掺混,作为飞灰水泥使用。在本发明中,使用分级成尺寸为20μm或以下的飞灰是必不可少的要求,并且没有分级的飞灰不能提供本发明的优势。至于商购的分级飞灰的产品,有两种,即,分级成尺寸为20μm或以下的一种飞灰和分级成尺寸为10μm或以下的另一种飞灰。
在本发明的水泥混合物中,硅粉与分级成尺寸为20μm或以下的飞灰的重量比率为95∶5至10∶90,优选为90∶10至15∶85,更优选为80∶20至70∶30。当分级飞灰的比例低于5%时,提高抗弯强度的作用很小。另一方面,即使分级飞灰的比例超过90%时,提高抗弯强度的作用也很小。虽然抗压强度随着分级飞灰的混和比率的提高而逐渐下降,但是提高抗弯强度的作用在60∶40附近具有峰值。
另一方面,灰浆流动、混凝土塌落或塌落流动(以下简称为“流动”)也随着分级飞灰的混和比率的提高而提高,并且在50∶50的硅粉/分级飞灰的比率附近具有峰值。即使加入金属纤维,由于分级飞灰导致的中等粘度抑制骨料的分离,使它容易流动。
基于100份的水泥,本发明混合物的加入量优选为1至35份,更优选为2至30份,特别优选为3至25份。即使混合物的加入量超过35份,抗弯强度的提高达到了峰值,这在经济上是不利的。
在本发明中,使用各种类型的石膏,如二水合物石膏、半水合物石膏、可溶性无水石膏(类型III)和不溶性无水石膏(类型II)。在这些当中,优选无水石膏和二水合物石膏。当向水泥中加入“硅粉和分级成尺寸为20μm或以下的飞灰”时,抗压强度随着分级成尺寸为20μm或以下的飞灰的混和比率的提高而下降。但是,石膏具有比所述的下降以上地提高抗压强度的作用,以提高抗压强度和抗弯强度两者的绝对值。基于100份水泥,石膏的加入量按脱水物计优选为0.5至12份,更优选为0.8至10份,特别优选为1至8份。即使石膏的加入量超过12份,也得不到强度进一步提高的作用。
在本发明中,组合使用需要量的高性能减水剂或高性能AE减水剂。高性能减水剂主要包含下列中的任何一种:聚烷基烯丙基磺酸酯、芳族氨基磺酸酯和三聚氰胺-福尔马林树脂磺酸酯。这些单独使用或组合使用其两种或多种。聚烷基烯丙基磺酸酯基高性能减水剂包括:甲基萘磺酸-福尔马林缩合物、萘磺酸-福尔马林缩合物和蒽磺酸-福尔马林缩合物,其商购产品的典型实例包括下列中的任何一种:“FT-500”(商品名)及其系列,由DenkiKagaku Kogyo K.K.制备;“Mighty-100”(商品名,粉末)和“Mighty-150”及其系列,由Kao Corporation制备;“Selflow 110P”(商品名,粉末),由DaiichKogyo Seiyaku Co.,Ltd.制备;“Polfine 510N”(商品名),由Takemoto Oil &Fat Co.,Ltd.制备;和“Sunflow PS”(商品名)及其系列,由Nippon PaperIndustries Co.,Ltd.制备。芳族氨基磺酸酯基高性能减水剂包括:“ParicFP200H”(商品名)及其系列,由Fujisawa Pharmaceutical Co.,Ltd.制备;和三聚氰胺-甲醛树脂磺酸酯基高性能减水剂包括:“FT-3S”(商品名),由GraceChemicals K.K.制备。
高性能AE减水剂通常称为聚羧酸酯基减水剂,及包含不饱和羧酸单体作为一种组分的共聚物或其盐。其实例包括:聚(亚烷基二醇)单丙烯酸酯、聚(亚烷基二醇)单甲基丙烯酸酯、马来酸酐和苯乙烯的共聚物、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的共聚物和衍生自可与这些单体共聚的单体的共聚物。可以商购的有:由NMB Co.,Ltd制备的“Rheobuild SP8N”(商品名)系列、由Fujisawa Pharmaceutical Co.,Ltd.制备的“Paric FP100S和300S”(商品名)系列、由Takemoto Oil & Fat Co.,Ltd.制备的“Chupol HP8和11”(商品名)系列、由Grace Chemicals K.K.制备的“Darex Super 100、200、300和1000”(商品名)系列等。
本发明使用的水泥可以是各种卜特兰水泥和各种混和水泥或经济水泥(ecocements)中的任何一种。还可以使用通过混和任何量的它们而得到的水泥。
在本发明的灰浆和混凝土的制备中,没有特别限制,可以使用广泛使用的细骨料和粗骨料。此外,可以任意选择它们,因为灰浆或混凝土的抗弯强度与抗压强度的比率以及其抗弯强度的绝对值得到提高,而与水/粘合材料的比率和细骨料的比率无关。
此外,在本发明中,可以组合使用金属纤维。至于金属纤维,可以使用普通商购的用于灰浆或混凝土的金属纤维,而不是特殊的一种。基于每立方米的灰浆或混凝土,加入的金属纤维的外加入量为1.0至6.0体积%。但是,考虑到提高抗弯强度和加工性的效果,最大加入量和其优选范围在灰浆情况和混凝土情况之间是各不相同的。此外,最大加入量和其优选范围还根据混凝土的浇铸方法例如振动浇铸或离心浇铸而变化。
在振动浇铸的情况下,对于灰浆,低于2体积%导致抗弯强度的小幅提高。但是,当金属纤维的加入量为2体积%或以上时,抗弯强度随着金属纤维的加入量的增加而增加,并且在5.5体积%或以上达到峰值。超过6.0体积%导致流动困难,引起浇铸失败。因此,加入的金属纤维的外加入量为1.0至6.0体积%,优选为2.5至5.0体积%。对于混凝土,1.5体积%具有效果,超过4体积%导致加工性差。因此,金属纤维的外加入量为1.0至4.0体积%,优选为1.5至3.5体积%。
在离心浇铸的情况下,对于灰浆和混凝土两者而言,由1.0体积%的金属纤维的外加入量,抗弯抗张强度得到提高。在灰浆情况下,考虑到加工性,优选为5.0体积%或以下。至于混凝土,优选为3.0体积%或以下。为了提高休姆管抗外部压力的强度,经济优选的是:向管的内侧集中钢纤维,以增强管内的厚度约三分之二或以下。
不特别限制本发明加入混合物用的方法。在捏合灰浆或混凝土时,可以加入硅粉和分级成尺寸为20μm或以下的飞灰的混合物,或进一步与石膏混和的混合物。备选地,可以分别制备相应的组分,并且向混合机中与其他灰浆或混凝土材料一起加入。也不敷出特别限制捏合方法,可以使用传统的捏合方法。此外,也不特别限制加入金属纤维的方法。但是,优选捏合灰浆或混凝土,并且向其中加入金属纤维,同时用混合机连续搅拌的方法,因为纤维球难以形成。
此外,也不特别限制养护灰浆或混凝土的方法,可以用标准养护、蒸汽养护和高压蒸汽养护。
下面总体上显示本发明的实施例和比较例中使用的材料、试验项目及其方法。
<使用的材料>
水泥:由Denki Kagaku Kogyo K.K.制备的普通卜特兰水泥,密度:3.16g/cm3
细骨料:来自Hime Piver,Niigata的河砂(5mm或以下),密度:2.62g/cm3
粗骨料:来自Hime Piver,Niigata的碎石(5至13mm),密度:2.64g/cm3
硅粉:来自俄罗斯,制成粒状(当作SF),密度:2.44g/cm3
飞灰:由Shikoku Electric Power Co.,Inc.制备,分级成尺寸为20μm或以下的一种飞灰(当作FA20),分级成尺寸为10μm或以下的一种飞灰(当作FA10)和未分级的飞灰(当作FA),密度:2.44g/cm3
石膏:不溶性无水石膏(天然产品,密度:2.82g/cm3)和工业二水合石膏粉末(密度:2.30g/cm3)
金属纤维:由Tokyo Rope MFG.Co.,Ltd.制备的“Dipac”,由钢制成,宽度:0.9mm,厚度:0.34mm,长度:30mm,密度:8.00g/cm3
减水剂:高性能AE减水剂WRA(1),由Grace Chemicals K.K.制备的“Super 1000N”;高性能AE减水剂WRA(2),由Daiich Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.制备的“Selflow 110P”。
<试验项目及其方法>
灰浆流动的测量
根据JIS R 5201测量拨起(pulled up)时的流值。测量是在流动试验桌上放置的50×50×2cm丙烯酸玻璃片进行的。
灰浆强度的测量
根据JIS R 5201测量抗弯强度,用在直径为5cm和长度为10cm的模腔中浇铸的试验片测量抗压强度。
混凝土流动的测量
根据JIS A 1101测量拨起时的混凝土的宽展。
混凝土的抗弯强度和抗压强度的测量
根据JIS A 1132、JIS A 1106、JIS A 1132和JIS A 1108进行测量。
离心浇铸制品的抗弯抗张强度测量
用17.5kg的混凝土填充外径为20cm和长度为30cm的圆柱形模腔,并且在下面的条件下进行离心浇铸:1.5G的初速度2分钟,3G的低速5分钟,8G的中速I1分钟,15G的中等速II2分钟和30G的高速5分钟。养护后,测量裂缝发生时外压负载和管的厚度,以计算抗弯抗张强度。在内三分之一形成包含金属纤维的灰浆中,用12.5kg的混凝土填充模腔,接着在上述条件下离心浇铸,然后用5kg的灰浆填充,接着进行类似的离心浇铸。
至于灰浆(或混凝土)的捏合,将水泥,混合物的各自组分、细骨料(和粗骨料)干混30秒,然后向其中加入捏合水,所述的捏合水中溶解有减水剂,接着在Omni-混合机中捏合3分钟。当加入金属纤维时,在灰浆或混凝土捏合3分钟后,在不停止搅拌下一点一点地加入金属纤维,接着再捏合3分钟。
[实施例1]
灰浆
基于粘合材料(混凝土或混凝土+硅粉和/或飞灰),加入和捏合100份的水泥,100份的细骨料,如表1中所述改变它们的混和量的硅粉和飞灰,和20份的捏合水,所述的捏合水中,在20份的水中溶解3份的高性能AE减水剂,得到灰浆。测量得到的灰浆的流值,其结果示于表1中。使通过浇铸这种灰浆得到的试验片预先放置8小时,并且将其温度以20℃/小时的升温速度提高到80℃。然后在这种情况下保持试验片5小时,在蒸汽养护箱中关闭蒸汽阀,以慢慢冷却试验片直到第二天。测量一日龄的抗弯强度和抗压强度,其结果示于表1中。
如从表1中明显的是,与不加入硅粉和飞灰的序号1-1相比,在其中只加入硅粉的序号1-2比较例中,流值提高了,加工性得到了改善,并且抗压强度和抗弯强度也得到了提高。但是,相对于抗压强度的提高,抗弯强度的提高轻微,抗弯强度与抗压强度的比率下降。此外,在其中仅加入飞灰的序号1-14中,观察到流值的改善,但是抗压强度和抗弯强度几乎没有提高。相反,如本发明实施例中的序号1-3至1-13和1-26至1-30所示,通过结合硅粉和分级飞灰,流值得到了进一步的提高。清楚的是,虽然抗压强度的增量随着硅粉比例的降低而下降,但抗弯强度的增量变得显著,还提高抗弯强度与抗压强度的比率。于是,当硅粉/分级飞灰的比为60∶40时,抗弯强度达到峰值。
此外,从序号1-15至1-25中明显的是,抗弯强度和抗压强度随着加入混合物的量的增加而增加。但是,抗弯强度从1份/100份的水泥开始提高,并且抗弯强度在3份时变得明显。但是,所有的流值,抗弯强度和抗压强度在35份时达到峰值,所以考虑到经济效益,混合物加入量优选为30份或以下。
PA055047
[表1-1]
  序号   每100份水泥的混和量   流值(mm)   抗弯强度(N/mm2)   抗压强度(N/mm2)   抗弯/抗压强度比
  SF(份)   FA(份)
  1-1   0   0   198   14.6   133   1/9.1
  1-2   16.0(100)   0   283   15.0   156   1/10.4
  1-3   15.2(95)   FA20 0.8(5)   294   18.7   158   1/8.4
  1-4   14.4(90)   FA20 1.6(10)   312   24.8   155   1/6.3
  1-5   12.8(80)   FA20 3.2(20)   342   27.6   152   1/5.5
  1-6   11.2(70)   FA20 4.8(30)   355   29.2   150   1/5.1
  1-7   9.6(60)   FA20 6.4(40)   360   29.5   148   1/5.0
  1-8   8.0(50)   FA20 8.0(50)   368   28.9   145   1/5.0
PA055047
[表1-2]
  序号   每100份水泥的混和量   流值(mm)   抗弯强度(N/mm2)   抗压强度(N/mm2)   抗弯/抗压强度比
  SF(份)   FA(份)
  1-9   6.4(40)   Fa20 9.6(60)   364   28.8   142   1/5.1
  1-10   4.8(30)   FA20 11.2(70)   355   27.1   141   1/5.2
  1-11   3.2(20)   FA20 12.8(80)   342   25.5   140   1/5.5
  1-12   2.4(15)   FA20 13.6(85)   336   22.7   138   1/6.1
  1-13   1.6(10)   FA20 14.4(90)   311   17.1   136   1/8.0
  1-14   0   FA20 16.0(100)   290   15.3   134   1/8.8
  1-15   0.5(50)   FA20 0.5(50)   202   16.7   137   1/8.2
  1-16   1.5(50)   FA20 1.5(50)   273   19.1   143   1/7.5
  1-17   2.5(50)   FA20 2.5(50)   296   21.2   140   1/6.6
  1-18   3.5(50)   FA20 3.5(50)   325   24.7   148   1/6.0
  1-19   5.0(50)   FA20 5.0(50)   348   28.0   140   1/5.0
  1-20   7.0(50)   FA20 7.0(50)   357   29.6   153   1/5.2
  1-21   10.0(50)   FA20 10.0(50)   374   31.5   158   1/5.0
  1-22   12.5(50)   FA20 12.5(50)   380   32.0   160   1/5.0
  1-23   15.0(50)   FA20 15.0(50)   385   33.0   162   1/4.9
  1-24   17.5(50)   FA20 17.5(50)   387   33.4   163   1/4.9
  1-25   20.0(50)   FA20 20.0(50)   389   31.8   158   1/5.0
  1-26   15.2(95)   FA10 0.8(5)   305   19.7   160   1/8.1
  1-27   14.4(90)   FA10 1.6(10)   323   26.0   156   1/6.0
  1-28   9.6(60)   FA10 6.4(40)   371   30.4   152   1/5.0
  1-29   2.4(15)   FA10 13.6(85)   346   24.1   140   1/5.8
  1-30   1.6(10)   FA10 14.4(90)   323   17.5   138   1/7.8
  1-31   9.6(60)   FA 6.4(40)   259   16.6   148   1/8.9
注释:括号内的数字值表明SF和FA的重量比。
[实施例2]
灰浆
除了进一步结合表2所示的石膏种类和加入量(每100份水泥)外,以与实施例1中的序号1-1、1-2、1-7和1-14相同的方式进行试验。其结果示于表2中。
表2表明石膏增强了抗压强度和抗弯强度以提高强度。在本实施例中,当石膏以0.5份或以上/100份水泥的量加入时,具有该作用。当以0.8份或以上,或1.0份或以上的量加入石膏时,该作用变得更明显。即使超过12份的量加入石膏,没有得到强度进一步提高的作用。结果,清楚的是,当每100份水泥中加入的石膏量为10份或以下,优选为1至8份时,抗压强度和抗弯强度的绝对值得到提高。
[表2]
  序号   粘合材料的种类   石膏的混和量(份)   流值(mm)   抗弯强度(N/mm2)   抗压强度(N/mm2)
  无水石膏   二水合物石膏
  2-1   No.1-1   5.0   -   203   16.6   153
  2-2   No.1-2   5.0   -   299   17.1   168
  2-3   No.1-14   5.0   -   301   15.5   147
  2-4   No.1-7   0.5   -   363   30.0   153
  2-5   No.1-7   0.8   -   366   31.5   158
  2-6   No.1-7   1.0   -   370   33.8   165
  2-7   No.1-7   2.0   -   374   34.3   171
  2-8   No.1-7   3.0   -   375   35.0   176
  2-9   No.1-7   5.0   -   377   36.4   180
  2-10   No.1-7   6.0   -   368   37.2   186
  2-11   No.1-7   8.0   -   360   37.3   188
  2-12   No.1-7   10.0   -   356   37.2   186
  2-13   No.1-7   12.0   -   342   36.0   184
  2-14   No.1-7   -   1.0   360   31.4   160
  2-15   No.1-7   -   3.0   358   33.9   164
  2-16   No.1-7   -   5.0   342   34.3   167
  2-17   No.1-7   -   6.0   330   35.3   173
  2-18   No.1-7   -   8.0   321   35.6   174
  2-19   No.1-7   -   10.0   308   35.7   172
[实施例3]
金属纤维-结合灰浆
用实施例1的序号1-8的灰浆1m3(空气含量:4%)捏合金属纤维,改变加入的金属纤维量(向灰浆的外加入),并且通过倒入进行浇铸以形成试验片。以与实施例1相同的方式,进行蒸汽养护,然后,进行一日龄抗弯强度试验。其结果示于表3中。
从表3中,金属纤维极大提高了灰浆的抗弯强度,但是在1.5体积%量的条件下没有作用。金属纤维从2体积%量开始显示出明显的效果,抗弯强度随着加入的金属纤维量的增加而增加。超过5.0体积%导致达到峰值,6.5体积%导致差的加工性,以恶化浇铸性。在通过振荡浇铸得到的灰浆情况下,清楚的是,最优选的范围是2.5至5体积%。
[表3]
  序号   粘合材料的种类   金属纤维(体积%)   抗弯强度(N/mm2)
  3-1   No.1-8   0   28.9
  3-2   No.1-8   1.5   28.7
  3-3   No.1-8   2.0   33.2
  3-4   No.1-8   2.5   42.4
  3-5   No.1-8   3.0   47.5
  3-6   No.1-8   3.5   52.6
  3-7   No.1-8   4.0   58.0
  3-8   No.1-8   4.5   62.4
  3-9   No.1-8   5.0   65.8
  3-10   No.1-8   5.5   66.2
  3-11   No.1-8   6.0   66.4
  3-12   No.1-8   6.5   不可浇铸的
[实施例4]
混凝土
为了得到总体积为1m3的混凝土,除了每1m3混凝土中加入的粗骨料为900kg/m3和空气含量调节为2.5%外,以与实施例1的序号1-1至1-14和实施例2的序号2-5至2-13相同的方式进行捏合,然后由此浇铸试验片。在标准养护91天后,测量抗压强度和抗弯强度。其结果示于表4中。
如从表4中明显的是,序号4-2的混凝土,其中水泥和只有硅粉作为粘合材料加入,和序号4-14的混凝土,其中水泥和只有分级飞灰加入,抗弯强度的增长率小。另一方面,清楚的是,其中掺混硅粉和分级飞灰的混凝土,如序号4-3至4-13,显示出抗弯强度的显著提高。当硅粉与分级飞灰的比率为95∶5至10∶90,优选为90∶10 to 20∶80时,这特别显著。
如从序号4-15至4-23明显的是,表明石膏的同时使用提高了抗压强度和抗弯强度。在其中组合使用石膏的混凝土的情况下,与灰浆的情况相似,即使以超过12份/100份的水泥的量加入石膏,也没有得到强度进一步提高的作用。因此,加入石膏的量为10份或以下,优选为1至8份。
[表4]
  序号   粘合材料的种类(包括石膏)   抗弯强度(N/mm2)   抗压强度(N/mm2)   抗弯/抗压强度比
  4-1   No.1-1   11.2   123   1/11.0
  4-2   No.1-2   12.1   156   1/12.9
  4-3   No.1-3   15.3   155   1/10.1
  4-4   No.1-4   15.9   154   1/9.7
  4-5   No.1-5   18.8   152   1/8.1
  4-6   No.1-6   20.8   150   1/7.2
  4-7   No.1-7   21.2   151   1/7.1
  4-8   No.1-8   20.5   150   1/7.3
  4-9   No.1-9   20.0   149   1/7.5
  4-10   No.1-10   18.0   150   1/8.3
  4-11   No.1-11   17.2   152   1/8.8
  4-12   No.1-12   15.5   150   1/9.7
  4-13   No.1-13   13.7   144   1/10.5
  4-14   No.1-14   11.9   142   1/11.9
  4-15   No.2-5   21.9   162   1/7.9
  4-16   No.2-6   23.1   165   1/7.1
  4-17   No.2-7   24.9   170   1/6.8
  4-18   No.2-8   25.3   174   1/6.9
  4-19   No.2-9   25.8   178   1/6.9
  4-20   No.2-10   26.4   177   1/6.7
  4-21   No.2-11   26.0   175   1/6.7
  4-22   No.2-12   25.9   176   1/6.8
  4-23   No.2-13   25.0   173   1/6.9
[实施例5]
金属纤维-结合的混凝土
用1m3实施例4的序号4-8的混凝土用表5中所示的量捏合金属纤维,将混凝土倒入放置在台式振动器的模腔中,同时轻微振动它,以便金属纤维不会遭受分离,由此浇铸试验片。以与实施例1相同方式进行蒸汽养护,然后,进行一日龄的抗弯强度试验。其结果示于表5中。
如从表5中可以看出,金属纤维提高了混凝土的抗弯强度,但是用1.0体积%的量根本没有作用。金属纤维从1.5体积%开始显示出明显的效果,抗弯强度随着加入的金属纤维量的增加而增加。但是,它逐渐达到峰值,并且4.5体积%导致加工性差,引起浇铸困难。在通过振动浇铸得到的混凝土的情况下,明显的是,最优选范围为2.0至4.0体积%。
[表5]
  序号   混凝土种类  金属纤维(外加入量,体积百分比)(基于混凝土)   抗弯强度(N/mm2)
  5-1   No.4-8   1.0   21.7
  5-2   No.4-8   1.5   23.8
  5-3   No.4-8   2.0   27.1
  5-4   No.4-8   2.5   32.4
  5-5   No.4-8   3.0   36.5
  5-6   No.4-8   3.5   38.6
  5-7   No.4-8   4.0   39.1
  5-8   No.4-9   4.5   不可浇铸的
[实施例6]
使用表6中所示的配方,用改变加入金属纤维的量捏合灰浆或混凝土,通过离心浇铸制备试验片。以与实施例1相同方式进行蒸汽养护,然后,在一日龄下测量裂缝发生时的外部压力负载,以计算抗弯抗张强度。中间排是指混凝土的配方,上排是指比较用的混凝土配方,下排是指灰浆的配方,其从中间排的混凝土配方中减去粗骨料量并改变为每立方米的值而得到的。顺便提及,表6中使用的符号分别表示如下:
Gmax:最大骨料的尺寸
air:空气含量
sL:塌落
s/a:细骨料比率
W/B:水/粘合材料比率
W:水
C:水泥
S:细骨料
G:粗骨料
通过离心浇铸制备试验片,其中用改变量的金属纤维单层浇铸混凝土或灰浆,来浇铸单层全部的试验片,并且制备通过双层浇铸来浇铸的试验片,所述的试验片是由不包含金属纤维的灰浆或混凝土浇铸试验片外面的3-cm部分,然后用改变量的金属纤维的单层混凝土或灰浆浇铸其内部2-cm部分而浇铸的。其结果示于表7中。
[表6]
  Gmax(mm)   Air(%)   sL(cm)   s/a(%)   W/B(%)   单位量(kg/m3)
  W   C   S   G   WRA(2)   SF   FA20   II-CS
  *13   1.5   65   48.7   28   168   600   799   850   12   0   0   0
  13   1.5   65   48.1   28   168   500   782   850   10   48   29   19
  -   1.6   35   -   20   234   984   953   -   18   94   56   38
(注释)WRA(2):高性能减水剂,以粉末形式加入和捏合。
II-CS是不溶性的无水石膏。
从表7中可以看出,加入1.0体积%的金属纤维提高了抗弯抗张强度,抗弯抗张强度随着加入的金属纤维量增加而增加。在混凝土的情况下,即使向具有高流动性的混凝土中加入金属纤维,由3.5体积%的加入量,混凝土的伸展也差,造成纤维球漂浮在内表面上。因此优选金属纤维量的加入量最高为3.0体积%。
在灰浆的情况下,超过5.0体积%量不可能浇铸,明显的是,优选金属纤维的加入量最高为5.0体积%。假定为休姆管的情况下,清楚的是,与向全部管混和金属纤维的浇铸相比,其中只向管内部混和金属纤维的浇铸提供更高的抗弯抗张强度,因此它是经济的。
[表7]
  序号   加入的金属纤维量(外加入量,体积百分比)   浇铸方法   抗弯抗张强度(N/mm2)
  混凝土中   灰浆中
  6-1   0,浇铸全部管   -   单层   13.1
  6-2   1.0,浇铸全部管   -   单层   16.1
  6-3   1.5,浇铸全部管   -   单层   19.0
  6-4   2.0,浇铸全部管   -   单层   22.5
  6-5   2.5,浇铸全部管   -   单层   27.6
  6-6   3.0,浇铸全部管   -   单层   27.5
  6-7   3.5,浇铸全部管   -   单层   纤维球
  6-8   -   0,浇铸全部管   单层   17.0
  6-9   -   1.0,浇铸全部管   单层   21.0
  6-10   -   1.5,浇铸全部管   单层   24.6
  6-11   -   2.0,浇铸全部管   单层   28.3
  6-12   -   3.0,浇铸全部管   单层   33.2
  6-13   -   3.5,浇铸全部管   单层   37.2
  6-14   -   4.0,浇铸全部管   单层   40.0
  6-15   -   5.0,浇铸全部管   单层   41.7
  6-16   -   6.0,浇铸全部管   单层   不可浇铸的
  6-17   1.0,浇铸内部   -   双层   19.8
  6-18   2.0,浇铸内部   -   双层   25.8
  6-19   3.0,浇铸内部   -   双层   30.1
  6-21   -   1.0,浇铸内部   双层   24.1
  6-22   -   2.0,浇铸内部   双层   32.5
  6-23   -   3.0,浇铸内部   双层   36.2
  6-24   -   4.0,浇铸内部   双层   44.5
  6-25   *0,浇铸全部管   -   单层   8.2
(注释)*:序号6-25是根据表6中的“*”标志所示的混凝土配方的比较例。
虽然本发明已经详细地和参考了其具体实施方案进行了描述,但是,对本领域的技术人员而言,显而易见的是,可以在不偏离本发明的精神和范围的条件下进行各种改变和修改。
本申请基于2004年3月17日提交的日本专利申请No.2004-075718,其内容在此通过参考而结合在此。
[工业适用性]
根据本发明,改善了捏合的灰浆或混凝土的流值,得到良好的加工性。此外,得到的灰浆和混凝土具有高的抗压强度和抗弯强度的绝对值,得到高的相对于抗压强度的抗弯强度。此外,通过结合金属纤维的强化可以极大地提高抗弯强度。这能够使设计在土木工程和建筑结构和混凝土二次产品的生产中是经济和有利的。

Claims (10)

1、一种水泥混合物,其包含硅粉和分级成尺寸为20μm或以下的飞灰,其中硅粉和分级飞灰的重量混和比为95∶5至10∶90。
2、根据权利要求1的水泥混合物,其还包含石膏。
3、一种水泥组合物,其包含根据权利要求1的水泥混合物,所述的水泥混合物量为1至35重量份/100重量份水泥。
4、根据权利要求3的水泥组合物,其还包含石膏,所述的石膏按脱水物计的量为0.5至12份/100份水泥。
5、一种灰浆,其包含根据权利要求3或4的水泥组合物、细骨料、减水剂和捏合水。
6、根据权利要求5的灰浆,其具有向其中加入的金属纤维,其外加入量为1.0至6.0体积%/立方米的灰浆。
7、一种混凝土,其包含根据权利要求3或4的水泥组合物、细骨料、粗骨料、减水剂和捏合水。
8、根据权利要求7的混凝土,其具有向其中加入的金属纤维,其外加入量为1.0至4.0体积%/立方米的灰浆。
9、一种通过硬化根据权利要求5或6的灰浆得到的水泥硬化产品。
10、一种通过硬化根据权利要求7或8的混凝土得到的水泥硬化产品。
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