CN108501172A

CN108501172A - 大掺量短切合成细纤维混凝土的成型方法

Info

Publication number: CN108501172A
Application number: CN201810350298.7A
Authority: CN
Inventors: 樊俊江; 於林锋; 王琼; 韩建军
Original assignee: Shanghai Building Science Research Institute Co Ltd
Current assignee: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd; Shanghai Building Science Research Institute Co Ltd
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2018-09-07
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: CN108501172B

Abstract

本发明公开了一种大掺量短切合成细纤维混凝土成型方法，根据纤维掺量的不同在以下三种方法中选择：1、纤维混凝土中纤维体积率≤0.2％：将纤维与包含粗细骨料的固体组分干拌均匀，加含液态外加剂的液体组分湿拌均匀；2、当体积率中等时，将部分纤维与含粗细骨料的固体组分干拌均匀，加水和液态外加剂的液体组分湿拌得分散性和工作性好的纤维混凝土；再将剩余纤维分批加入，据加料时混凝土状态控制每次添加量和间隔；3、当体积率>0.5％时，将含细骨料的固体组分干拌均匀，掺加80～90％的水和全部减水剂，湿拌至得工作性能好的砂浆；加入纤维和剩余水，湿拌至纤维均匀分散于砂浆；再加粗骨料湿拌至石子均匀分布于合成纤维混凝土。

Description

大掺量短切合成细纤维混凝土的成型方法

技术领域

本发明属高性能混凝土制备技术领域，具体涉及一种大掺量短切合成细纤维混凝土的成型方法。

背景技术

根据合成纤维在混凝土中所起的作用，可分为两类，即阻裂纤维与增韧纤维，因前者纤维较细，通常称之为“细合成纤维”(micro synthetic fibre)，而后者纤维较粗，通常称之为“粗合成纤维”(macro synthetic fibre)。粗合成纤维可提高混凝土的抗拉强度、并起到良好的增韧作用，同时也可提高混凝土的耐磨性、抗冲击性、抗***性能和抗疲劳寿命，在路面、桥面、工业厂房地板、装卸码头、隧道衬砌、机场跑道、停机坪、停车场和工业与民用建筑等工程领域得到了广泛的应用。细纤维在混凝土中则主要起到减少和抑制混凝土塑性沉降裂缝和塑性收缩裂缝的作用，同时也能在一定程度上提升混凝土的抗冲磨性能和耐高温性能。由于细纤维对混凝土的力学性能和弯曲韧性无显著提升作用，其应用与粗纤维相比，受到了极大的限制。

从纤维增韧的机理来看，混凝土在受拉应力开裂后，纤维对裂缝的发展起到约束作用，外部荷载传递至跨越裂缝的纤维上。若纤维未被拉断或直接拔出，则可通过纤维与水泥浆体的粘结力将荷载传递至裂缝的上下表面，使裂缝仍能继续承载，表现为混凝土的韧性提高。

纤维是否会被拉断而失去增韧效果主要取决于界面处所有纤维的累积截面积，累积截面积越大，纤维所受的拉应力越小，纤维越不容易被拉断，这与纤维的粗细无关，而与纤维的体积掺量有关。

由于粗纤维直径较大，比表面积较低，对混凝土工作性的影响较小，因而在混凝土中的掺量上限较大。当掺量较大时，相应地裂缝处累积截面积，可对混凝土产生较为明显的增韧作用。研究表明，即使是粗纤维，当其在混凝土中的体积掺量低于0.5％时，也无法发挥增韧效果。因此，可推测当细纤维在混凝土中的掺量突破0.5％时(常规掺量在0.2％以下)，细纤维也可对混凝土产生增韧作用。

然而在相同体积掺量时，细纤维的根数和比表面积远大于粗纤维，对混凝土工作性能的影响较为明显，传统的纤维混凝土成型工艺在细纤维掺量较大时甚至无法成型。因此有必要探索大掺量短切合成细纤维混凝土成型方法，使细纤维在发挥其塑性阶段阻裂作用的同时也可在特定情况下发挥其增韧作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种短切合成细纤维在混凝土中大掺量应用的混凝土成型方法。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种大掺量短切合成细纤维混凝土的成型方法，其特点为，根据短切合成细纤维掺量的不同，分别采用以下步骤(其中，未提及比例的部分均指按计量比例全部加入)：

(1)当纤维混凝土中纤维的体积率较低时(≤0.2％)，将纤维与水泥、矿物掺合料、粗细骨料等固体组分干拌(1～2)min至混合均匀，然后加入水、液态外加剂等液体组分湿拌(60～90)s至混凝土搅拌均匀；

(2)当纤维混凝土中纤维的体积率中等时(>0.2％，≤0.5％)，将总量30％～50％纤维(即预先用于混凝土拌和的所述部分纤维的质量百分比为纤维总量的30％～50％)与水泥、矿物掺合料、粗细骨料等固体组分干拌均匀，然后加入水、液态外加剂等液体组分湿拌，搅拌(2～3)min得到分散性和工作性能较好的纤维混凝土。然后将剩余的纤维分批缓慢加入混凝土中，根据加料时混凝土的状态，控制每次纤维添加的体积掺量为0.02％～0.03％和时间间隔为(10～15)s。纤维全部加完后，继续搅拌(1～2)min至混凝土拌合物状态良好；

(3)当纤维混凝土中纤维的体积率较高时(>0.5％)，先将水泥、矿物掺合料、细骨料等固体组分干拌均匀，掺加80％～90％的水和全部减水剂，湿拌至得到工作性能较好的砂浆。在砂浆中加入纤维和剩余的10％～20％的水，继续湿拌至纤维均匀地分散于砂浆中。然后在砂浆中继续加入粗骨料，湿拌(1～2)min至石子均匀分布于合成纤维混凝土中。

其中，步骤(1)所述的成型方法为纤维在常规掺量范围内时的成型方法，在普通混凝土成型方法的基础上增加了纤维与水泥、矿物掺合料、粗细骨料等固体组分干拌过程，此掺量范围内纤维对混凝土的拌合物性能有一定的影响，但可以通过调整用水量或增加减水剂用量等方法实现混凝土具有良好的拌合物性能。

步骤(2)所述的成型方法为纤维掺量相对较大时的成型方法，此纤维掺量下，一次性将纤维掺入搅拌成型易引起纤维的结团和分散不均，因此将体积率为0.2％部分的合成细纤维按步骤(1)所示成型方法与其他组分先拌和为工作性能较为理想的纤维混凝土，然后再分批次加入剩余纤维，可保证纤维在混凝土中的均匀分散不出现结团。此方法可称为后加部分纤维法。

步骤(3)所述的成型方法为纤维掺量极大掺量时的成型方法，此掺量下大量的纤维需要分散于有限的水泥浆体中，带纤维的水泥浆体同时要去包裹粗、细骨料，对于需水量的要求较高，直接采用步骤(1)或步骤(2)的方法成型可能出现纤维大量打结，带纤维的砂浆和石子分离的现象，成型后混凝土缺陷增多的问题。因此本发明中将粗骨料分离，参考ECC(超高韧性纤维水泥基符合材料)的成型方法将纤维与除粗骨料以外的组分预先拌和，得到纤维砂浆。然后再加入粗骨料搅拌得到纤维混凝土，此方法可称为后加粗骨料法。为了保证有足够的空间分散大量的合成细纤维，此方法下混凝土的单方胶凝材料用量不应低于500kg/m³。

采用上述技术方案的大掺量短切合成纤维混凝土的成型方法，具有如下意义：本发明在充分认识短切合成纤维在混凝土中分散的本质的基础上，对现有的混凝土成型方法进行改进，采用后加部分纤维法或后加粗骨料法，大幅提高了混凝土中短切合成纤维的纤维，形成了一种大掺量短切合成细纤维混凝土的成型方法，为短切合成纤维在混凝土中发挥其增强增韧作用提供了一条切实可行的途径。

具体实施方式

下面将进一步对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例1：

为了提高高强混凝土的力学性能和弯曲韧性，采用高强高模PVA细纤维制备大掺量合成纤维高强混凝土，高强混凝土强度等级为C60，高强高模PVA纤维的体积掺量分别为0％、0.3％、0.5％、0.7％。分别采用传统的纤维混凝土成型方法以及本发明所述的纤维混凝土成型方法根据纤维掺量，采用不同的工艺进行混凝土成型。

试验结果表明：传统的纤维混凝土成型方法在高强高模PVA纤维掺量达到0.3％时，需要同时增加单方混凝土用水量和增加减水剂用量来使混凝土达到设计坍落度，同时混凝土出现一定的泌水离析，混凝土拌合物性能较差。当纤维掺量达到0.5％时，无论增加单方混凝土用水量还是增加减水剂用量均无法使混凝土达到设计坍落度，为使混凝土能够成型，减水剂用量大幅高于合理掺量，泌水严重，硬化混凝土表面出现一定量的空洞及漏浆缺陷。当纤维掺量达到0.7％时，纤维出现大量的结团，带纤维的浆体无法包裹粗骨料，硬化混凝土中出现大量的缺陷，大量石子裸露。

采用本发明所述方法成型，高强高模PVA纤维掺量为0.3％和0.5％时，混凝土的拌合物性能较好；高强高模PVA纤维掺量为0.7％时，混凝土的减水剂用量增多，略有泌水，坍落度较小，但混凝土具有可成型性，硬化混凝土表面无明显缺陷。

采用本发明所示成型方法制备的大掺量高强高模PVA纤维混凝土的各项性能指标如下：

试件编号	抗压强度/MPa	劈拉强度/MPa	抗折强度/MPa
				GQ-0	66.35	4.13	5.55
GQ-0.3	68.25	4.56	5.79
				GQ-0.5	68.01	4.58	5.87
GQ-0.7	67.20	5.03	6.02

试验结果表明：虽然高强高模PVA细纤维对混凝土抗压强度无明显的影响，但掺加大掺量高强高模PVA纤维一定程度上提高了高强混凝土的抗折强度和抗压强度。当纤维体积率增加为0.3％和0.5％时，混凝土劈拉强度提高了10％左右、抗折强度提高了5％左右；当纤维体积率增加到0.7％时，劈拉强度提高了21％、抗折强度增加了10％，提升效果较为明显。

从弯曲韧性试验的荷载挠度曲线来看，当高强高模PVA纤维掺量在0.3％时，试件瞬间断裂，曲线到最大荷载后陡然下降，荷载挠度曲线的总体形状基本与素混凝土相同，未出现增韧效果。当高强高模PVA纤维掺量在0.5％和0.7％时，荷载到达峰值以后，荷载迅速下降，然后荷载保持在较低值，随着挠度的继续增大，荷载下降幅度逐渐变缓，表现出一定的增韧效果。

总体来讲，通过本发明所述的成型方法和上述实施例验证了合成细纤维也能在一定程度上发挥了增强增韧作用。

实施例2:

采用聚丙烯(PP)细纤维制备大掺量合成纤维混凝土，混凝土的强度等级为C30，PP细纤维在混凝土中的掺量分别为0％、0.4％、0.6％、0.8％，采用本发明所述成型方法制备混凝土，并研究纤维混凝土的强度及弯曲韧性。

拌合物性能试验结果表明：采用本发明所述的大掺量合成细纤维制备的混凝土在PP纤维体积掺量为0.4％和0.6时，均具有良好的和易性，而当PP纤维体积掺量为0.8％时，纤维混凝土的用水量和减水剂用量增大，略有泌水现象，但成型的混凝土硬化后表面无缺陷。

由于PP纤维本身的抗拉强度和弹性模量低于高强高模PVA纤维，PP纤维掺量为0.4％和0.6％时，混凝土并未表现出增强增韧效果。当PP纤维掺量增加到0.8％时，PP纤维混凝土的抗折强度、劈拉强度与基准组相比有所提升，混凝土的荷载挠度曲线呈现下降段。

实施例2表明，对于不同种类的合成细纤维，均可采用本发明所述成型方法提高合成细纤维在混凝土中的掺量，发挥细纤维的增强增韧效果。

Claims

1.一种大掺量短切合成细纤维混凝土的成型方法，其特征在于，根据纤维掺量的不同，选择性采用以下三类成型步骤中的一种：

(1)、当纤维混凝土中纤维的体积率≤0.2％时，将纤维与包括水泥、矿物掺合料和粗细骨料的固体组分干拌1～2min至混合均匀，然后加入包括水和液态外加剂的液体组分湿拌60～90s至混凝土搅拌均匀；

(2)、当纤维混凝土中纤维的体积率>0.2％且≤0.5％时，将总量30％～50％的纤维与包括水泥、矿物掺合料和粗细骨料的固体组分干拌均匀，然后加入包括水和液态外加剂的液体组分湿拌，搅拌2～3min得到分散性和工作性较好的纤维混凝土；然后将剩余50％～70％的纤维分批缓慢加入混凝土中，根据加料时混凝土的状态，控制每次纤维添加的体积掺量为0.02％～0.03％和时间间隔为10～15s，纤维全部加完后，继续搅拌1～2min至混凝土拌合物状态良好；

(3)、当纤维混凝土中纤维的体积率>0.5％时，先将包括水泥、矿物掺合料和细骨料的固体组分干拌均匀，掺加80％～90％的水和全部减水剂，湿拌2～3min至得到工作性能较好的砂浆；在砂浆中加入纤维和剩余的10％～20％的水，继续湿拌至纤维均匀地分散于砂浆中；然后在砂浆中加入粗骨料，继续湿拌1～2min至石子均匀分布于合成纤维混凝土中。

2.根据权利要求1所述大掺量短切合成细纤维混凝土的成型方法，其特征在于，步骤(3)中纤维混凝土配合比中的单方胶凝材料用量不得低于500kg/m³。