CN109485345A - 一种双掺纤维的超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料的技术领域,尤其涉及一种双掺纤维的超高性能混凝土及其制备方法。本发明提供的双掺纤维的超高性能混凝土包括水泥、砂、硅灰、粉末减水剂、消泡剂、水、钢纤维和碳纤维。本发明提供的混凝土的钢纤维和碳纤维能协助传递拉应力,提高本发明混凝土的抗折强度、韧性和冲击力。本发明双掺纤维的超高性能混凝土应用于桥梁结构,可以减少材料用量,减小结构截面尺寸和结构自重,增大结构跨度,增加结构的安全性、耐久性和服务周期。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料的技术领域,尤其涉及一种双掺纤维的超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土,是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料,砂、石作骨料;与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合,经搅拌而得的水泥混凝土,也称普通混凝土,它广泛应用于土木工程。混凝土结构,如建筑物、桥梁和大坝,不可避免地承受着动态荷载。现有技术中混凝土的制备只是通过将水泥、沙子、石子、水和减水剂混合制备而成,这样的混凝土的优点是抗压强度高、取材容易、易成型、价格低廉、可与钢材结合制成各种承重构件,但是其致命弱点为抗拉强度低、脆性大、易开裂、韧性差,从而降低混凝土结构的承载能力,缩短使用寿命,成为各种灾难事故的隐患。特别是其抗冲击性能差,在冲击荷载作用下易于脆性断裂和脱落。
碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。随着对碳纤维在航空航天等领域应用的迅速扩大,以往废弃碳纤维通常采用填埋和焚烧的手段进行处理,废弃碳纤维的回收再利用技术的开发对于减缓环境污染起着重要作用。
因此,对于冲击荷载较大的桥梁、道路、堤坝等结构,设计出一种具有优异的抗拉和抗拉性能的混凝土是本领域急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种双掺纤维的超高性能混凝土,用于提高混凝土的承担拉应力、传递拉应力,阻止宏观裂缝的扩展,增强现有混凝土的抗压强度和抗拉强度。
本发明提供了一种双掺纤维的超高性能混凝土,包括:水泥、砂、硅灰、外加剂、水、钢纤维和碳纤维。
作为优选,所述钢纤维和所述碳纤维的质量比为1:1。
作为优选,所述碳纤维为废弃碳纤维。
需要说明的是,废弃碳纤维可以从市面上回收得到。
作为优选,所述碳纤维包括长碳纤维和短碳纤维;所述长碳纤维和所述短碳纤维的质量比为2:1。
作为优选,所述长碳纤维的长度为2~4厘米,所述短碳纤维的长度为1~2厘米。
需要说明的是,所述长碳纤维为:长度为2-4厘米的碳纤维混合而成;所述短碳纤维的为:长度为1-2厘米的碳纤维混合而成。
作为优选,所述钢纤维为螺纹状钢纤维,所述钢纤维的长度为2~4厘米。
需要说明的是,所述钢纤维为:长度为2~4厘米的钢纤维混合而成。
作为优选,所述砂的粒径为0.25~0.35mm,所述砂的细度模数为1.7~2.1。
需要说明的是,所述砂为:粒径为0.25~0.35mm的砂,细度模数为1.7~2.1的砂混合而成。
作为优选,所述外加剂包括减水剂和消泡剂,所述减水剂和所述消泡剂的质量比为2:1。
本发明中,所述水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
作为优选,按照重量份计算,包括:
水泥800~1000份;砂800~880份;硅灰110~200份;外加剂5~6份;水220~259份;钢纤维39~78份;碳纤维39~78份。
本发明还公开了一种双掺纤维的超高性能混凝土的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、将水泥、砂和硅灰混合,得到混合物1;
步骤2、将所述混合物1和外加剂和水混合,得到混合物2;
步骤3、将所述混合物2、钢纤维和碳纤维混合,制成双掺纤维的超高性能混凝土。
本发明还公开了一种双掺纤维的超高性能混凝土在桥梁结构中的应用,本发明的混凝土可以减少材料用量,减小结构截面尺寸和结构自重,增大结构跨度,增加结构的安全性、耐久性和服务周期。
本发明的有益效果在于:1、本发明使用的碳纤维可以是废弃的碳纤维和新制备的碳纤维,使用废弃回收的碳纤维能防止污染环境,符合国家能源发展战略;2、本发明可减少材料用量;3、双掺纤维的超高性能混凝土在结构开裂后仍具有相当大的抗拉能力,可保证桥梁结构承受较大的弯曲变形;4、双掺纤维的超高性能混凝土具有良好的变形性能和断裂韧性,保证了承受动载的桥梁结构具有较好的吸收能量的能力,使得桥梁结构具有较好的抗震性能。
具体实施方式
本发明提供了一种双掺纤维的超高性能混凝土及其制备方法,用于解决现有技术的混凝土抗压强度和抗拉强度低的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
其中,以下实施例所用的原料均为市售或自制。
实施例1
本实施例提供第一种双掺纤维的超高性能混凝土,其步骤如下:
按以下质量份向搅拌机内加入水泥、砂和硅灰,搅拌60秒,再将以下质量份的水和外加剂混合搅拌均匀后加入搅拌机内,搅拌60秒,再在搅拌机中加入以下质量份的钢纤维和废弃碳纤维,搅拌120秒,得到双掺纤维的超高性能混凝土;各组质量份如下:水泥800份,砂880份,硅灰200份,外加剂5份,水220份,钢纤维39份,废弃碳纤维39份。
其中,废弃碳纤维包括长碳纤维和短碳纤维,废弃碳纤维为长碳纤维和短碳纤维按照质量比为2:1混合而成,长碳纤维的长度为2~4厘米,短碳纤维的长度为1~2厘米。钢纤维为螺纹状,钢纤维的长度为2~4厘米,钢纤维与废弃碳纤维的质量比为1:1。砂为细砂,砂的粒径为0.25~0.35mm,砂的细度模数为2.1。外加剂包括粉末减水剂和消泡剂,外加剂为粉末减水剂和消泡剂按照质量比为2:1混合而成,粉末减水剂和消泡剂使用本领域常用的粉末减水剂和消泡剂。水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
将本实施例的混凝土养护28天,检测本实施例的双掺纤维的超高性能混凝土的抗压强度和抗拉强度,结果如表1所示。
实施例2
本实施例提供第二种双掺纤维的超高性能混凝土,其步骤如下:
按以下质量份向搅拌机内加入水泥、砂和硅灰,搅拌60秒,再将以下质量份的水和外加剂混合搅拌均匀后加入搅拌机内,搅拌60秒,再在搅拌机中加入以下质量份的钢纤维和废弃碳纤维,搅拌120秒,得到双掺纤维的超高性能混凝土;各组质量份如下:水泥800份,砂880份,硅灰200份,外加剂6份,水220份,钢纤维78份,废弃碳纤维78份。
其中,废弃碳纤维包括长碳纤维和短碳纤维,废弃碳纤维为长碳纤维和短碳纤维按照质量比为2:1混合而成,长碳纤维的长度为2~4厘米,短碳纤维的长度为1~2厘米。钢纤维为螺纹状,钢纤维的长度为2~4厘米,钢纤维与废弃碳纤维的质量比为1:1。砂为细砂,砂的粒径为0.25~0.30mm,砂的细度模数为1.8。外加剂包括粉末减水剂和消泡剂,外加剂为粉末减水剂和消泡剂按照质量比为2:1混合而成,粉末减水剂和消泡剂使用本领域常用的粉末减水剂和消泡剂。水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
将本实施例的混凝土养护28天,检测本实施例的双掺纤维的超高性能混凝土的抗压强度和抗拉强度,结果如表1所示。
实施例3
本实施例提供第三种双掺纤维的超高性能混凝土,其步骤如下:
按以下质量份向搅拌机内加入水泥、砂和硅灰,搅拌60秒,再将以下质量份的水和外加剂混合搅拌均匀后加入搅拌机内,搅拌60秒,再在搅拌机中加入以下质量份的钢纤维和废弃碳纤维,搅拌120秒,得到双掺纤维的超高性能混凝土;各组质量份如下:水泥1000份,砂800份,硅灰110份,外加剂5份,水259份,钢纤维39份,废弃碳纤维39份。
其中,废弃碳纤维包括长碳纤维和短碳纤维,废弃碳纤维为长碳纤维和短碳纤维按照质量比为2:1混合而成,长碳纤维的长度为2~4厘米,短碳纤维的长度为1~2厘米。钢纤维为螺纹状,钢纤维的长度为2~4厘米,钢纤维与废弃碳纤维的质量比为1:1。砂为细砂,砂的粒径为0.25~0.35mm,砂的细度模数为2.0。外加剂包括粉末减水剂和消泡剂,外加剂为粉末减水剂和消泡剂按照质量比为2:1混合而成,粉末减水剂和消泡剂使用本领域常用的粉末减水剂和消泡剂。水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
将本实施例的混凝土养护28天,检测本实施例的双掺纤维的超高性能混凝土的抗压强度和抗拉强度,结果如表1所示。
实施例4
本实施例提供第四种双掺纤维的超高性能混凝土,其步骤如下:
按以下质量份向搅拌机内加入水泥、砂和硅灰,搅拌60秒,再将以下质量份的水和外加剂混合搅拌均匀后加入搅拌机内,搅拌60秒,再在搅拌机中加入以下质量份的钢纤维和废弃碳纤维,搅拌120秒,得到双掺纤维的超高性能混凝土;各组质量份如下:水泥1000份,砂800份,硅灰110份,外加剂5份,水259份,钢纤维78份,废弃碳纤维78份。
其中,废弃碳纤维包括长碳纤维和短碳纤维,废弃碳纤维为长碳纤维和短碳纤维按照质量比为2:1混合而成,长碳纤维的长度为2~4厘米,短碳纤维的长度为1~2厘米。钢纤维为螺纹状,钢纤维的长度为2~4厘米,钢纤维与废弃碳纤维的质量比为1:1。砂为细砂,砂的粒径为0.25~0.30mm,砂的细度模数为1.7。外加剂包括粉末减水剂和消泡剂,外加剂为粉末减水剂和消泡剂按照质量比为2:1混合而成,粉末减水剂和消泡剂使用本领域常用的粉末减水剂和消泡剂。水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
将本实施例的混凝土养护28天,检测本实施例的双掺纤维的超高性能混凝土的抗压强度和抗拉强度,结果如表1所示。
实施例5
本实施例提供第五种双掺纤维的超高性能混凝土,其步骤如下:
按以下质量份向搅拌机内加入水泥、砂和硅灰,搅拌60秒,再将以下质量份的水和外加剂混合搅拌均匀后加入搅拌机内,搅拌60秒,再在搅拌机中加入以下质量份的钢纤维和废弃碳纤维,搅拌120秒,得到双掺纤维的超高性能混凝土;各组质量份如下:水泥1000份,砂800份,硅灰110份,外加剂6份,水259份,钢纤维78份,废弃碳纤维78份。
其中,废弃碳纤维包括长碳纤维和短碳纤维,废弃碳纤维为长碳纤维和短碳纤维按照质量比为2:1混合而成,长碳纤维的长度为2~4厘米,短碳纤维的长度为1~2厘米。钢纤维为螺纹状,钢纤维的长度为2~4厘米,钢纤维与废弃碳纤维的质量比为1:1。砂为细砂,砂的粒径为0.25~0.30mm,砂的细度模数为1.8。外加剂包括粉末减水剂和消泡剂,外加剂为粉末减水剂和消泡剂按照质量比为2:1混合而成,粉末减水剂和消泡剂使用本领域常用的粉末减水剂和消泡剂。水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
将本实施例的混凝土养护28天,检测本实施例的双掺纤维的超高性能混凝土的抗压强度和抗拉强度,结果如表1所示。
对比例1
本对比例提供第一种混凝土,其步骤如下:
按以下质量份向搅拌机内加入水泥、砂和硅灰,搅拌60秒,再将以下质量份的水和外加剂混合搅拌均匀后加入搅拌机内,搅拌60秒,再在搅拌机中加入以下质量份的钢纤维,搅拌120秒,得到双掺纤维的超高性能混凝土;各组质量份如下:水泥800份,砂880份,硅灰200份,外加剂5份,水220份,钢纤维78份,本对比例中不掺入废弃碳纤维。
其中,钢纤维为螺纹状,钢纤维的长度为2~4厘米。砂为细砂,砂的粒径为0.25~0.35mm,砂的细度模数为2.1。外加剂包括粉末减水剂和消泡剂,外加剂为粉末减水剂和消泡剂按照质量比为2:1混合而成,粉末减水剂和消泡剂使用本领域常用的粉末减水剂和消泡剂。水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
将本对比例的混凝土养护28天,检测本对比例的混凝土的抗压强度和抗拉强度,结果如表1所示。
对比例2
本对比例提供第二种混凝土,其步骤如下:
按以下质量份向搅拌机内加入水泥、砂和硅灰,搅拌60秒,再将以下质量份的水和外加剂混合搅拌均匀后加入搅拌机内,搅拌60秒,再在搅拌机中加入以下质量份的钢纤维,搅拌120秒,得到双掺纤维的超高性能混凝土;各组质量份如下:水泥1000份,砂800份,硅灰110份,外加剂5份,水259份,钢纤维78份,本对比例中不掺入废弃碳纤维。
其中,钢纤维为螺纹状,钢纤维的长度为2~4厘米。砂为细砂,砂的粒径为0.25~0.35mm,砂的细度模数为2.0。外加剂包括粉末减水剂和消泡剂,外加剂为粉末减水剂和消泡剂按照质量比为2:1混合而成,粉末减水剂和消泡剂使用本领域常用的粉末减水剂和消泡剂。水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
将本对比例的混凝土养护28天,检测本对比例的混凝土的抗压强度和抗拉强度,结果如表1所示。
下表为实施例1-4和对比例1-2在养护28天后的实验检测结果。
表1
对比实施例1和对比例1、实施例3和对比例2的结果,废弃碳纤维等量替换钢纤维,降低了抗压强度和抗拉强度。从效益上来看,等量的钢纤维的价格远比废弃碳纤维的贵。
对比实施例2和对比例1、实施例4-5和对比例2的结果,钢纤维用量相等,再掺入等量的废弃碳纤维,抗拉强度显著提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,包括:水泥、砂、硅灰、外加剂、水、钢纤维和碳纤维。
2.根据权利要求1所述的双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,所述钢纤维和所述碳纤维的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,所述碳纤维为废弃碳纤维。
4.根据权利要求1所述的双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,所述碳纤维包括长碳纤维和短碳纤维;
所述长碳纤维和所述短碳纤维的质量比为2:1。
5.根据权利要求4所述的双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,所述长碳纤维的长度为2~4厘米,所述短碳纤维的长度为1~2厘米。
6.根据权利要求1所述的双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,所述钢纤维为螺纹状钢纤维,所述钢纤维的长度为2~4厘米。
7.根据权利要求1所述的双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,所述砂的粒径为0.25~0.35mm,所述砂的细度模数为1.7~2.1。
8.根据权利要求1所述的双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,所述外加剂包括减水剂和消泡剂,所述减水剂和所述消泡剂的质量比为2:1。
9.根据权利要求1所述的双掺纤维的超高性能混凝土,其特征在于,按照重量份计算,包括:
水泥800~1000份;砂800~880份;硅灰110~200份;外加剂5~6份;水220~259份;钢纤维39~78份;碳纤维39~78份。
10.一种如权利要求1至9任意一项所述的双掺纤维的超高性能混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、将水泥、砂和硅灰混合,得到混合物1;
步骤2、将所述混合物1和外加剂和水混合,得到混合物2;
步骤3、将所述混合物2、钢纤维和碳纤维混合,制成双掺纤维的超高性能混凝土。
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