CN109455998A - 一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺。包括以下组分：再生粗骨料、天然粗骨料、天然细骨料、水泥、高效减水剂、拌合水、纤维、矿粉、硅灰、橡胶颗粒。将配制的纤维自应力再生混凝土灌注入钢管，制成钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱。本发明利用纤维减轻再生混凝土内部微缺陷的扩展；利用矿粉和硅灰提高混凝土的强度，减小混凝土的徐变；利用橡胶颗粒提高混凝土的延性，改善再生混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性，增强其耐久性；利用钢管混凝土的力学优势，将再生混凝土置于三向受力状态，显著提高其抗压强度。通过这种新型的组合结构可大幅提高再生混凝土的利用效率，实现建筑材料的可持续发展之路。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作工艺，尤其涉及一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺。
背景技术
随着建筑业的快速发展，建筑物建造和拆除过程中产生大量的建筑垃圾，其中30％～40％为废弃混凝土，由此引起的占地、环境污染等问题已引起国内外的广泛关注。我国政府制定的社会可持续发展战略，鼓励废弃物再生技术的研究与应用。1997年，住建部将“建筑废渣综合利用”列入科技成果重点推广项目。2002年，上海市政府将“进行开发再生废弃混凝土和研究新的关键技术并将其高效利用”纳入重点项目。2010年，***出台了《混凝土和砂浆用再生细骨料》和《混凝土用再生粗骨料》两部国家标准，对再生骨料的工程应用进行规范。目前，废弃混凝土的资源化利用的问题已成为当今国际社会共同关注的热点和前沿问题之一。
将废弃混凝土块，经过破碎、清洗与分级后，按一定的比例与级配混合形成再生混凝土骨料，将其部分或全部代替天然骨料配制而成的混凝土，称为再生混凝土。再生混凝土技术一方面实现了大量废弃混凝土的循环再利用，解决了废弃混凝土的环境污染问题；另一方面，用建筑垃圾的循环再生骨料代替天然骨料，可以减少建筑业对天然骨料的消耗，从而减少对天然砂石的开采，对环境保护、节约资源、发展生态建筑均具有极其重要的意义。然而，相对于天然骨料，再生骨料具有孔隙率高、吸水性强、密度小和强度低等特点。这些特点导致再生混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量、耐久性等都比普通混凝土低，很大程度上限制了其在工程上的推广应用。
在此背景下，本发明提出一种新型的组合柱—钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱，将纤维、矿粉、硅灰和橡胶颗粒加入再生混凝土中，利用纤维的桥接作用减轻再生混凝土内部微缺陷的引发和扩展，改善再生混凝土的抗拉、抗弯、抗剪、抗火、延性等性能；利用矿粉和硅灰提高混凝土的强度，并减小它的徐变。利用橡胶提高混凝土的延性，改善再生混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性，增强其耐久性；利用钢管混凝土的力学优势，将再生混凝土置于三向受力状态，显著提高其抗压强度，解决其耐久性差、徐变大的问题；利用自应力水泥的膨胀性能有效提高钢管对再生混凝土的套箍作用，优化钢管再生混凝土的力学性能。通过这种新型的组合结构可提高再生混凝土的利用效率，实现建筑材料的可持续发展之路。
发明内容
本发明的目的在于，充分利用废弃混凝土，将再生混凝土、纤维混凝土、自应力混凝土和钢管混凝土技术相结合，提出一种新型组合柱—钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱，并提供其制作工艺。此种新型组合柱，可以解决废弃混凝土再利用、再生混凝土性能差、内部裂缝过多、钢管再生混凝土延性差等问题，能够显著提高钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱受力性能。
为实现本发明的目的，解决方案为：
一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，包括以下步骤：
步骤1，将自应力水泥、纤维、矿粉、硅灰、橡胶颗粒、高效减水剂混合搅拌2～8分钟，至均匀；
步骤2，在15分钟内，将步骤1的混合物中加入混凝土拌合用水，搅拌1.5～3分钟，制作出水泥浆体；
步骤3，在15分钟内，将步骤2的水泥浆体中加入细骨料并拌合1.5～3分钟，至均匀，制作出水泥砂浆浆体；
步骤4，在15分钟内，将步骤3的水泥砂浆浆体中加入由天然粗骨料和再生粗骨料组成的粗骨料并拌合1.5～3分钟，至均匀，制作出纤维自应力再生骨料混凝土；
步骤5，在15分钟内，将步骤4的纤维自应力再生骨料混凝土灌注入钢管，与钢管凝结成整体形成钢管纤维自应力再生骨料混凝土组合结构，制成后24小时之内发生初凝，养护28天后可以投入使用。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，各组分的重量份数如下：
再生粗骨料240～1200份；
天然粗骨料0～840份；
天然细骨料500～800份；
水泥650～850份；
高效减水剂0～15份；
拌合水150～280份；
纤维4.55～156份；
矿粉0～180份；
硅灰0～60份；
橡胶颗粒0～160份。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，所述步骤1中，所述自应力水泥采用硅酸盐自应力水泥、硫铝酸盐自应力水泥或者铝酸盐自应力水泥。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，所述步骤1中，所述纤维为金属纤维、无机非金属纤维、合成纤维、天然有机纤维中任意一种或两种及以上的混合。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，所述步骤1中，所述矿粉为粒化高炉矿粉微粉，产品等级为S95级。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，所述步骤1中，所述硅灰为比表面积为17900m2/kg的一级微硅粉。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，所述步骤1中，所述橡胶由废旧汽车轮胎破碎而成，粒径为1～2mm，表观密度为1225kg/m3，堆积密度为617kg/m3。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，所述步骤3中，细骨料采用中砂，细度模数为2～3。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，所述步骤4中，再生粗骨料为废弃混凝土试块经人工、锤式破碎机破碎所得，粗骨料粒径均为5～25mm，其中再生粗骨料替代率为30％～100％。
上述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，所述步骤5中，钢管为圆钢管或方钢管中任意一种。
本发明的优点在于：克服了再生混凝土力学性能和工作性能方面的不足，开辟出一条能推广应用再生混凝土骨料的新道路，即将其与纤维、钢管结合，形成钢管纤维再生混凝土柱。钢管纤维再生混凝土，利用纤维的桥接作用减轻再生混凝土内部微缺陷的引发和扩展，改善再生混凝土的抗拉、抗弯、抗剪、抗火、延性等性能；利用矿粉和硅灰提高混凝土的强度，减小再生混凝土的总徐变和基本徐变。利用橡胶提高混凝土的延性，改善再生混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性，增强其耐久性。利用钢管混凝土的力学优势，将再生混凝土置于三向受力状态，显著提高其抗压强度，解决其耐久性差、徐变大的问题。利用自应力水泥的膨胀性能提高钢管对再生混凝土的套箍作用，优化钢管再生混凝土的力学性能。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
1.将750份硫铝酸盐自应力水泥、47.1份端弯钩型钢纤维、4.88份矿粉、4.02份橡胶颗粒、2.22份硅灰、0.075份高效减水剂混合搅拌2～8分钟，至均匀；
2.在15分钟内，将步骤1的混合物中加入270.5份拌合用水，搅拌1.5～3分钟，制作出水泥浆体；
3.在15分钟内，将步骤2的水泥浆体中加入634.1份细骨料并拌合1.5～3分钟，至均匀，制作出水泥砂浆浆体；
4.在15分钟内，将步骤3的水泥砂浆浆体中加入182.3份天然粗骨料、546.7份再生粗骨料并拌合1.5～3分钟，至均匀，制作出纤维自应力再生骨料混凝土；
5.在15分钟内，将步骤4的纤维自应力再生骨料混凝土灌注入外径为140mm、壁厚为3mm、高度为420mm的圆钢管，与钢管凝结成整体形成钢管纤维自应力再生骨料混凝土组合结构。制成后24小时之内发生初凝，养护28天后可以投入使用。
上述步骤1中，所述矿粉为粒化高炉矿粉微粉，产品等级为S95级。
上述步骤1中，所述硅灰为比表面积为17900m2/kg的一级微硅粉。
上述步骤1中，所述橡胶由废旧汽车轮胎破碎而成，粒径为1～2mm，表观密度为1225kg/m3，堆积密度为617kg/m3。
上述步骤3中，细骨料采用中砂，细度模数为2～3。
上述步骤4中，再生粗骨料为废弃混凝土试块经人工、锤式破碎机破碎所得，粗骨料粒径均为5～25mm，其中再生粗骨料替代率为30％～100％。
采用本制作工艺制作出来的纤维自应力再生骨料混凝土，其流动坍落度≥550mm，自应力值≥3MPa，混凝土强度≥C40。依据国家标准GB/50152-2012《混凝土结构试验方法标准》对试件进行轴心受压试验，得到试件的轴压承载力为1547kN。
实施例2
1.将750份硫铝酸盐自应力水泥、47.1份端弯钩型钢纤维、2.16份矿粉、3.32份橡胶颗粒、2.22份硅灰、0.9份高效减水剂混合搅拌2～8分钟，至均匀；
2.在15分钟内，将步骤1的混合物中加入225.9份拌合用水，搅拌1.5～3分钟，制作出水泥浆体；
3.在15分钟内，将步骤2的水泥浆体中加入675.8份细骨料并拌合1.5～3分钟，至均匀，制作出水泥砂浆浆体；
4.在15分钟内，将步骤3的水泥砂浆浆体中加入378份天然粗骨料、378份再生粗骨料并拌合1.5～3分钟，至均匀，制作出纤维自应力再生骨料混凝土；
5.在15分钟内，将步骤4的纤维自应力再生骨料混凝土灌注入外径为140mm、壁厚为3mm、高度为420mm的圆钢管，与钢管凝结成整体形成钢管纤维自应力再生骨料混凝土组合结构。制成后24小时之内发生初凝，养护28天后可以投入使用。
上述步骤1中，所述矿粉为粒化高炉矿粉微粉，产品等级为S95级。
上述步骤1中，所述硅灰为比表面积为17900m2/kg的一级微硅粉。
上述步骤1中，所述橡胶由废旧汽车轮胎破碎而成，粒径为1～2mm，表观密度为1225kg/m3，堆积密度为617kg/m3。
上述步骤3中，细骨料采用中砂，细度模数为2～3。
上述步骤4中，再生粗骨料为废弃混凝土试块经人工、锤式破碎机破碎所得，粗骨料粒径均为5～25mm，其中再生粗骨料替代率为30％～100％。
采用本制作工艺制作出来的纤维自应力再生骨料混凝土，其流动坍落度≥550mm，自应力值≥3MPa，混凝土强度≥C50。依据国家标准GB/50152-2012《混凝土结构试验方法标准》对试件进行轴心受压试验，得到试件的轴压承载力为1798kN。
实施例3
1.将750份硫铝酸盐自应力水泥、94.2份端弯钩型钢纤维、1.08份矿粉、4.02份橡胶颗粒、2.22份硅灰、1.5份高效减水剂混合搅拌2～8分钟，至均匀；
2.在15分钟内，将步骤1的混合物中加入225.9份拌合用水，搅拌1.5～3分钟，制作出水泥浆体；
3.在15分钟内，将步骤2的水泥浆体中加入675.8份细骨料并拌合1.5～3分钟，至均匀，制作出水泥砂浆浆体；
4.在15分钟内，将步骤3的水泥砂浆浆体中加入378份天然粗骨料、378份再生粗骨料并拌合1.5～3分钟，至均匀，制作出纤维自应力再生骨料混凝土；
5.在15分钟内，将步骤4的纤维自应力再生骨料混凝土灌注入外径为140mm、壁厚为3mm、高度为420mm的圆钢管，与钢管凝结成整体形成钢管纤维自应力再生骨料混凝土组合结构。制成后24小时之内发生初凝，养护28天后可以投入使用。
上述步骤1中，所述矿粉为粒化高炉矿粉微粉，产品等级为S95级。
上述步骤1中，所述硅灰为比表面积为17900m2/kg的一级微硅粉。
上述步骤1中，所述橡胶由废旧汽车轮胎破碎而成，粒径为1～2mm，表观密度为1225kg/m3，堆积密度为617kg/m3。
上述步骤3中，细骨料采用中砂，细度模数为2～3。
上述步骤4中，再生粗骨料为废弃混凝土试块经人工、锤式破碎机破碎所得，粗骨料粒径均为5～25mm，其中再生粗骨料替代率为30％～100％。
采用本制作工艺制作出来的纤维自应力再生骨料混凝土，其流动坍落度≥550mm，自应力值≥3MPa，混凝土强度≥C60。依据国家标准GB/50152-2012《混凝土结构试验方法标准》对试件进行轴心受压试验，得到试件的轴压承载力为1831kN。
本发明的钢管纤维自应力再生骨料混凝土结构充分发挥了纤维的增强作用和钢管的套箍作用，有效地改善了再生混凝土的弹性模量和抗渗性能，降低了再生混凝土的徐变收缩，增强了再生混凝土的塑形，与传统的钢管再生混凝土结构相比较，其抗压承载力、抗弯承载力、耐疲劳、耐磨耗、韧性等力学性质得到大幅度提高。矿粉和硅灰填充到骨料间的缝隙中形成致密和坚固的凝胶堆聚物，提高了混凝土的强度和致密性，从而形成高强、耐磨抗渗性好的混凝土。橡胶颗粒通过物理作用改善了混凝土的内部结构，提高混凝土的延性，改善再生混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性，耐久性得到加强。本发明使再生骨料混凝土的力学性能得到充分应用，不但解决了建筑废弃物对环境的污染问题以及开采天然砂石骨料对生态的破坏，还拓宽了再生混凝土的应用途径。本发明利用纤维减轻再生混凝土内部微缺陷的扩展；利用钢管混凝土的力学优势，将再生混凝土置于三向受力状态，显著提高其抗压强度；自应力水泥的应用有效提高了钢管对再生混凝土的套箍作用，改善了钢管再生混凝土的力学性能。利用矿粉和硅灰提高混凝土的强度，减小混凝土的徐变。利用橡胶颗粒提高混凝土的延性，改善再生混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性，增强其耐久性。通过这种新型的组合结构可大幅提高再生混凝土的利用效率，实现建筑材料的可持续发展之路。可以预见，这种符合国家可持续发展战略的新型组合结构，一定有着广阔的应用市场和前景。
Claims (7)
1.一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将水泥、纤维、矿粉、硅灰、橡胶颗粒、高效减水剂混合搅拌均匀；
步骤2，将步骤1的混合物中加入混凝土拌合用水，搅拌制作出水泥浆体；
步骤3，将步骤2的水泥浆体中加入细骨料并拌合均匀，制作出水泥砂浆浆体；
步骤4，将步骤3的水泥砂浆浆体中加入由天然粗骨料和再生粗骨料组成的粗骨料并拌合均匀，制作出纤维自应力再生混凝土；
步骤5，将步骤4的纤维自应力再生骨料混凝土灌注入钢管，与钢管凝结成整体形成钢管纤维自应力再生骨料混凝土组合结构。
2.根据权利要求1所述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，其特征在于，所述再生混凝土制备原料各组分的重量份数如下：
再生粗骨料240～1200份；
天然粗骨料0～840份；
天然细骨料500～800份；
水泥650～850份；
高效减水剂0～15份；
拌合水150～280份；
纤维4.55～156份；
矿粉0～180份；
硅灰0～60份；
橡胶颗粒0～46份。
3.根据权利要求1所述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，其特征在于，所述步骤1中，水泥采用硅酸盐自应力水泥、硫铝酸盐自应力水泥或者铝酸盐自应力水泥。
4.根据权利要求1所述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，其特征在于，所述纤维为金属纤维、无机非金属纤维、合成纤维、天然有机纤维中任意一种、两种或以上的混合。
5.根据权利要求1所述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，其特征在于，所述矿粉为粒化高炉矿粉微粉，产品等级为S95级；所述硅灰为比表面积为17900m2/kg的一级微硅粉。
6.根据权利要求1所述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，其特征在于，所述橡胶由废旧汽车轮胎破碎而成，粒径为1～2mm，表观密度为1225kg/m3，堆积密度为617kg/m3。
7.根据权利要求1所述的一种钢管纤维自应力再生骨料混凝土柱的制作工艺，其特征在于，所述步骤5中，钢管为圆钢管或方钢管。
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