CN104773988A - 一种免蒸养、早强钢纤维混凝土管片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，包括普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、细集料、粗集料、水、聚羧酸系减水剂、端钩型钢纤维。本发明还公开了其制备方法。本发明的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，具有凝结硬化快，早期强度高，6h～8h即可达到管片脱模所要求的15MPa强度，移入20℃饱和氢氧化钙溶液中水养24h后自然养护28d，即可制得地下结构用混凝土管片。不需要蒸养，可简化管片养护方式，缩短养护时间，节省大量的人力和能源，推广应用价值高。

Description

一种免蒸养、早强钢纤维混凝土管片及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土管片技术领域，具体涉及一种免蒸养、早强钢纤维混凝土管片及其制备方法。
背景技术
目前，混凝土管片是地铁隧道内衬应用最主要的形式，混凝土管片有两种类型，一种是传统的钢筋混凝土管片，即在混凝土管片按技术要求配钢筋；另一种是钢纤维混凝土管片。传统的隧道管片混凝土基本上采用钢筋混凝土，通常在渗水和杂散电流作用下内部的钢筋易锈蚀而胀裂混凝土保护层，导致钢筋混凝土管片耐久性差、寿命短；不仅制备工艺复杂，而且需要蒸汽养护和长期水养，既浪费人力物力，又会造成能源的消耗。与钢筋混凝土管片相比，钢纤维混凝土管片具有更优异的性能，其强度、韧性和和耐久性能明显改善，可有效取代钢筋混凝土管片。但是现有钢纤维混凝土管片还需要蒸养。养护制度是管片生产过程中耗能较大的环节，传统的隧道或地铁混凝土管片需要蒸汽养护使强度快速发展，耗能较大。在当前全社会提倡节能的大背景下，更需要找到一种低碳环保的免蒸养早强钢纤维混凝土管片的制备方法。
发明内容
本发明目的是提供一种免蒸养、早强钢纤维混凝土管片及其制备方法，以解决现有技术的不足。
本发明采用以下技术方案：
一种免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，包括普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、细集料、粗集料、水、聚羧酸系减水剂、端钩型钢纤维，水泥总质量为普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥的总重量，胶凝材料质量为普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰和矿渣的总质量；普通硅酸盐水泥的质量为水泥总质量的70％～75％，快硬硫铝酸盐水泥的质量为水泥总质量的30％～25％，粉煤灰和矿渣的质量均为水泥总质量的12.5％，细集料和粗集料的总砂率为42％，细集料的质量为水泥总质量的2.5倍，粗集料的质量为水泥总质量的3.45倍，水的质量为胶凝材料质量的30％，聚羧酸系减水剂的质量为胶凝材料质量的2％～3％，端钩型钢纤维的用量为40kg/m3混凝土管片。
优选地，还包括早强剂，所述早强剂的质量为水泥总质量的2.5％。
优选地，所述端钩型钢纤维的长度为60mm，直径为0.75mm，抗拉强度为1800N/m3，弹性模量为210000N/m3。
优选地，所述细集料为普通河砂、中砂，连续级配，细度模数2.7，最大粒径为2.36mm；所述粗集料为石灰岩碎石，连续级配，粒径范围5～16mm、16～20mm按照质量比2:3混合，表观密度为2720kg/m3。
优选地，所述普通硅酸盐水泥为PII 52.5硅酸盐水泥，所述快硬硫铝酸盐水泥为低碱度快硬硫铝酸盐水泥。
优选地，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述矿渣为S95级矿渣。
优选地，所述聚羧酸系减水剂的固含量为40％，减水率为20％～25％。
上述免蒸养、早强钢纤维混凝土管片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的细集料、粗集料、端钩型钢纤维，倒入搅拌锅干拌30s～60S，以搅拌均匀；
步骤二、将配方量的普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣倒入搅拌锅，加配方量的水和聚羧酸系减水剂湿拌2～3min后成型混凝土；
步骤三、将成型的混凝土倒入模具中，震动密实；自然条件下养护6h-8h后脱模；之后浸入20℃饱和氢氧化钙溶液中水养24h，取出自然养护28d，得到所述免蒸养、早强钢纤维混凝土管片。
本发明的有益效果：
1)、本发明的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，具有凝结硬化快，早期强度高，6h～8h即可达到管片脱模所要求的15MPa强度，移入20℃饱和氢氧化钙溶液中水养24h后自然养护28d，即可制得地下结构用混凝土管片。不需要蒸养，可简化管片养护方式，缩短养护时间，节省大量的人力和能源，推广应用价值高。
2)本发明利用快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥复配，在普通硅酸盐水泥中加入快硬硫铝酸盐水泥，由于提高了水化很快的矿物C4A3S的含量，使钙矾石和铝胶的生成速度加快，又消耗了氢氧化钙，降低了水泥浆体的碱度，促进了C3S的水化，也导致了凝结速度加快。
3)本发明使用的端钩型钢纤维为高强度高韧性端钩型80/60BG钢纤维，与传统钢纤维比较，端钩型80/60BG钢纤维能够更加有效地阻碍混凝土管片内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土管片的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。
4)通过优化配合比，使混凝土管片的强度达到设计要求，并且用粉煤灰和矿渣取代部分水泥，既可以制备高性能混凝土管片又能达到经济节约的效果。
附图说明
图1为实施例1制备的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片的早期强度。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
一种免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，包括普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、细集料、粗集料、水、聚羧酸系减水剂、端钩型钢纤维。水泥总质量为普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥的总重量，胶凝材料质量为普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰和矿渣的总质量。普通硅酸盐水泥优选PII 52.5硅酸盐水泥，其质量为水泥总质量的70％～75％；快硬硫铝酸盐水泥优选低碱度快硬硫铝酸盐水泥，其质量为水泥总质量的30％～25％。粉煤灰优选I级粉煤灰，其质量为水泥总质量的12.5％；矿渣优选S95级矿渣，其质量为水泥总质量的12.5％。细集料和粗集料的总砂率为42％。细集料优选普通河砂、中砂，连续级配，细度模数2.7，最大粒径为2.36mm，其质量为水泥总质量的2.5倍；粗集料优选石灰岩碎石，连续级配，粒径范围5～16mm、16～20mm按照质量比2:3混合，表观密度为2720kg/m3，其质量为水泥总质量的3.45倍。水的质量为胶凝材料质量的30％。聚羧酸系减水剂优选固含量为40％，减水率为20％～25％，其质量为胶凝材料质量的2％～3％。端钩型钢纤维优选长度为60mm，直径为0.75mm，抗拉强度为1800N/m3，弹性模量为210000N/m3，其用量为40kg/m3混凝土管片。
上述免蒸养、早强钢纤维混凝土管片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的细集料、粗集料、端钩型钢纤维，倒入搅拌锅干拌30s～60S，以搅拌均匀；
步骤二、将配方量的普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣倒入搅拌锅，加配方量的水和聚羧酸系减水剂湿拌2～3min后成型混凝土；
步骤三、将成型的混凝土倒入模具中，震动密实；自然条件下养护6h-8h后脱模；之后浸入20℃饱和氢氧化钙溶液中水养24h，取出自然养护28d，得到所述免蒸养、早强钢纤维混凝土管片。
以下实施例涉及的普通硅酸盐水泥为PII 52.5硅酸盐水泥；快硬硫铝酸盐水泥为低碱度快硬硫铝酸盐水泥，由郑州市王楼水泥工业有限公司生产；粉煤灰为I级粉煤灰；矿渣为S95级矿渣；细集料和粗集料的总砂率为42％；细集料为普通河砂、中砂，连续级配，细度模数2.7，最大粒径为2.36mm；粗集料为石灰岩碎石，连续级配，粒径范围5～16mm、16～20mm按照质量比2:3混合，表观密度为2720kg/m3；聚羧酸系减水剂由西卡公司生产，固含量为40％，减水率20％～25％；端钩型钢纤维由贝卡尔特生产的高强度高韧性端钩型80/60BG钢纤维，力学性能指标见表1。
表1端钩型80/60BG钢纤维力学性能指标
实施例1
1、原材料与配合比
原材料分别为普通硅酸盐水泥(OPC)、快硬硫铝酸盐水泥(SAC)、粉煤灰(FA)、矿渣(SG)、细集料(S)、粗集料(SZ)、水(W)、聚羧酸系减水剂(WR)、端钩型钢纤维(GXW)，各配合比设计如表2所示。
表2(单位：Kg/m3)
2、制备方法：
1)将配方量的细集料、粗集料、端钩型钢纤维倒入搅拌锅，干拌30s以混合均匀；
2)将配方量的普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣倒入搅拌锅中，加入配方量的水和聚羧酸系减水剂湿拌180s后成型混凝土；
3)将成型的混凝土倒入模具中，震动密实，自然条件下养护6h-8h后脱模，之后浸入20℃饱和氢氧化钙溶液中水养24h，室温自然养护28d，形成100mm*100mm*100mm混凝土试件，不需要蒸汽养护。
对试件6h脱模、8h脱模、自然养护28d时分别测其强度，其计算结果如图1和表3所示。
表3
结果可以看出，该配比下混凝土6h即可达到管片脱模所要求的最低15MPa强度，并且28d强度达到管片设计要求。

Claims (8)

1.一种免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，其特征在于，包括普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、细集料、粗集料、水、聚羧酸系减水剂、端钩型钢纤维，水泥总质量为普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥的总重量，胶凝材料质量为普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰和矿渣的总质量；普通硅酸盐水泥的质量为水泥总质量的70％～75％，快硬硫铝酸盐水泥的质量为水泥总质量的30％～25％，粉煤灰和矿渣的质量均为水泥总质量的12.5％，细集料和粗集料的总砂率为42％，细集料的质量为水泥总质量的2.5倍，粗集料的质量为水泥总质量的3.45倍，水的质量为胶凝材料质量的30％，聚羧酸系减水剂的质量为胶凝材料质量的2％～3％，端钩型钢纤维的用量为40kg/m3混凝土管片。
2.根据权利要求1所述的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，其特征在于，还包括早强剂，所述早强剂的质量为水泥总质量的2.5％。
3.根据权利要求1所述的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，其特征在于，所述端钩型钢纤维长度为60mm，直径为0.75mm，抗拉强度为1800N/m3，弹性模量为210000N/m3。
4.根据权利要求1所述的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，其特征在于，所述细集料为普通河砂、中砂，连续级配，细度模数2.7，最大粒径为2.36mm；所述粗集料为石灰岩碎石，连续级配，粒径范围5～16mm、16～20mm按照质量比2:3混合，表观密度为2720kg/m3。
5.根据权利要求1所述的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥为PII 52.5硅酸盐水泥，所述快硬硫铝酸盐水泥为低碱度快硬硫铝酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，其特征在于，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述矿渣为S95级矿渣。
7.根据权利要求1所述的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片，其特征在于，所述聚羧酸系减水剂的固含量为40％，减水率为20％～25％。
8.权利要求1-7任一权利要求所述的免蒸养、早强钢纤维混凝土管片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的细集料、粗集料、端钩型钢纤维，倒入搅拌锅干拌30s～60S，以搅拌均匀；
步骤二、将配方量的普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣倒入搅拌锅，加配方量的水和聚羧酸系减水剂湿拌2～3min后成型混凝土；
步骤三、将成型的混凝土倒入模具中，震动密实；自然条件下养护6h-8h后脱模；之后浸入20℃饱和氢氧化钙溶液中水养24h，取出自然养护28d，得到所述免蒸养、早强钢纤维混凝土管片。
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