CN112028578A - 一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土 - Google Patents

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Abstract

一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，以重量份数计，包括以下各原料：水泥814～854份，硅灰198～220份，石英砂901～950份，水159～171份，减水剂51～53份，玄武岩纤维4～12份。本发明将石英砂作为骨料，内部结构更加致密，空隙更加微小且相互不连通，不易受到外界的侵蚀，提高了混凝土的抗氯离子侵蚀性。所用水泥量少、CO2排放量少，满足环保要求；本发明掺入的玄武岩纤维与混凝土均为硅酸盐类材料，二者具有天然的相容性，使玄武岩纤维能够在混凝土中更容易的分散均匀。玄武岩纤维对混凝土的微加筋作用可以抑制混凝土裂缝的发展，减少水进入混凝土中，从而使混凝土的抗冻性显著提高。

Description

一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体来说，涉及一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土。
背景技术
在季节性冰冻地区实际工程中，混凝土材料暴露在复杂的环境条件下，混凝土冻融破坏是季节性冰冻地区混凝土结构工程中常见的病害。然而季节性冰冻区混凝土不仅受到冻融破坏，由于融雪剂的使用，还经常受到氯盐的腐蚀，冻融循环作用还可以促进氯离子在活性粉末中扩散。冻融与氯盐侵蚀共同作用，对混凝土材料造成损害，使得混凝土结构性能劣化，严重影响混凝土结构的安全性以及耐久性，严重时会造成巨大的经济损失与人员伤亡。因此，研究混凝土在氯盐-冻融耦合作用下的抗冻性能具有重要的现实意义。
应用钢纤维改性活性粉末混凝土可以在一定程度上提高混凝土的抗冻性，但是钢纤维作为一种金属纤维，在酸碱溶液下甚至空气中都非常容易被腐蚀，耐腐蚀性较差，而且钢纤维在生产过程中伴随着大量的工业废水与污染物，不利于生态环境的健康发展。
由此可见，使用环保材料，研发一种适用于季节性冰冻区、在氯盐-冻融耦合作用下具有较强抗冻性的新型混凝土，减少季节性冰冻区混凝土冻融病害，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种在氯离子侵蚀作用下抗冻性能好的适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，以重量份数计，包括以下各原料：水泥814～854份，硅灰198～220份，石英砂901～950份，水159～171份，减水剂51～53份，玄武岩纤维4～12份。
进一步的，水泥为P·O 42.5级普通硅酸盐水泥。
进一步的，硅灰为活性矿物掺合料，质量分数为93.3％，密度为2.12g/cm3，比表面积为18100m2/kg。
进一步的，石英砂为三种不同粒径石英砂混合，分别为30-45目、45-100目、100-150目，三者比例为2：4：1。
进一步的，减水剂为聚羧酸或萘系高效减水剂。
进一步的，玄武岩纤维为直径15μm左右，长度为20mm的短切玄武岩纤维。
本发明中，采用石英砂代替普通混凝土中的粗骨料，使其具有与普通混凝土不同的微观结构，由于活性粉末材料的填充作用以及催化作用，使得混凝土的孔结构改善、密实度提高，可冰水含量降低，由孔隙水结冰膨胀而导致的混凝土冻融破坏响应减少；由于玄武岩纤维活性粉末混凝土的密实度提高，其抗渗性也会随之提高，渗透系数低，从而抑制了外部水与融雪剂中氯离子的侵入以及混凝土内部水分的迁移，使混凝土内的毛细孔难以达到冻融循环破坏所需的临界饱和度；在混凝土中随机分布的玄武岩纤维具有微加筋效应，对混凝土起到了限缩、阻裂和增加韧性等作用，减少裂缝源的尺度与数量并限制发展，能缓解冻融循环过程中裂缝尖端的应力集中，从而使混凝土的抗冻性显著改善。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明将石英砂作为骨料，内部结构更加致密，空隙更加微小且相互不连通，不易受到外界的侵蚀，提高了混凝土的抗氯离子侵蚀性。
2、本发明在生产过程中，所用水泥量少、CO2排放量少，满足环保要求；生产玄武岩纤维的原材料取自天然火山岩，可以称玄武岩纤维为一种绿色纤维。
3、本发明掺入的玄武岩纤维与混凝土均为硅酸盐类材料，二者具有天然的相容性，使玄武岩纤维能够在混凝土中更容易的分散均匀。玄武岩纤维对混凝土的微加筋作用可以抑制混凝土裂缝的发展，减少水进入混凝土中，从而使混凝土的抗冻性显著提高。
具体实施方式
本发明各实施例中所使用的材料如下：
水泥：采用长春某厂生产的P·O 42.5级普通硅酸盐水泥。
石英砂：洛阳某厂生产的石英砂，筛分后将粒径为30-45目、45-100目、100-150目的石英砂按照2:4:1的比例混合均匀。
硅灰：采用长春某厂生产的SF92型硅灰。
玄武岩纤维：采用浙江省某厂生产的短切玄武岩纤维，直径为23μm，长度为22mm。
减水剂：采用陕西某厂生产的HPWR-Q8011型聚羧酸减水剂。
实施例1：
一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其制备原材料由以下重量份数的组分组成：水泥834份，硅灰208份，石英砂939份，水166份，减水剂52份，玄武岩纤维4份。
实施例2：
一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其制备原料由以下重量份数的组分组成：水泥820份，硅灰210份，石英砂932份，水160份，减水剂53份，玄武岩纤维8份；
实施例3：
一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其制备原料由以下重量份数的组分组成：水泥854份，硅灰198份，石英砂950份，水171份，减水剂51份，玄武岩纤维12份；
对比例1：
一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其制备原料由以下重量份数的组分组成：水泥834份，硅灰208份，石英砂939份，水166份，减水剂52份；
对比例2：
一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其制备原料由以下重量份数的组分组成：水泥814份，硅灰220份，石英砂940份，水169份，减水剂51份，钢纤维78份；
对比例2中的钢纤维长度18mm，直径220μm，满足《活性粉末混凝土》(GB/T31387-2015)标准要求。
性能测试：
结合《水泥胶砂强度检验方法》(GBT17671-1999)和《普通混凝土长期性能和耐久能试验方法标准》(GB/T50082-2009)的规范要求,考虑活性粉末混凝土本身强度较高，力学测试过程中可能会超出实验仪器量程，因此将上述实施例1-3以及对比例1-2所得的适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土用40mm×40mm×160mm的试模中振动成型，蒸汽养护48h后进行测试。
按照《活性粉末混凝土》(GB/T31387-2015)标准要求以及《普通混凝土长期性能和耐久能试验方法标准》(GB/T50082-2009)的规范要求对上述实施例1-3以及对比例1-2所得的适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土进行冻融循环试验，为了模拟混凝土在季节性冰冻区环境下的状态，将冻融循环试验中的清水更换为质量分数为5％的NaCl溶液以模拟融雪剂融化后氯离子对混凝土的侵蚀作用，测试混凝土在氯盐-冻融耦合作用下的性能，以质量损失率和相对动弹性模量来表征混凝土的抗冻性能，结果如表1、表2所示。
表1：氯盐-冻融耦合作用下混凝土质量损失率(％)
Figure BDA0002685977800000051
混凝土质量损失率是评价混凝土抗冻性能的标准之一。在5％NaCl溶液中，不同类型活性粉末混凝土的质量随着冻融循环次数的增加而呈现出下降-上升-下降的趋势，实施例1、2和3得到的适用于季节性冰冻地区的玄武岩纤维活性粉末混凝土在100-800次氯盐-冻融耦合作用下的质量损失率明显低于对比例1-2中混凝土的质量损失率，从上述试验结果中可以看出，玄武岩纤维活性粉末混凝土在更适用于季节性冰冻地区氯盐-冻融耦合作用的环境。
表2：氯盐-冻融耦合作用下混凝土相对动弹性模量(％)
Figure BDA0002685977800000061
混凝土相对动弹性模量也是评价混凝土抗冻性能的标准之一，实施例1、2和3得到的适用于季节性冰冻地区的玄武岩纤维活性粉末混凝土在100-800次氯盐-冻融耦合作用下的相对动弹性模量均大于对比例1-2中混凝土的相对动弹性模量。从上述试验结果中可以看出，玄武岩纤维活性粉末混凝土在更适用于季节性冰冻地区氯盐-冻融耦合作用的环境。
通过对混凝土质量损失率和相对动弹性模量试验结果的分析，可以发现钢纤维的掺入对活性粉末混凝土的抗冻性能提升较玄武岩纤维小，这是由于钢纤维为刚性纤维，在混凝土中较难分散均匀，及其易腐蚀性的特性导致的，而玄武岩纤维属于柔性纤维，弹性模量低、纤维刚度小，尽管传递荷载的能力较钢纤维弱，但由于玄武岩纤维密度小且细微，加上优良的分散性，有利于增强介质的连续性，提高混凝土内在的均质性，因而在氯盐-冻融耦合作用下抗冻性更好，更适用于季节性冰冻地区。
需要说明的是，本发明涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1～3相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。

Claims (6)

1.一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其特征在于：以重量份数计，包括以下原材料：水泥814～854份，硅灰198～220份，石英砂901～950份，水159～171份，减水剂51～53份，玄武岩纤维4～12份。
2.根据权利要求1所述的一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其特征在于：所述水泥为P·O42.5级普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其特征在于：所述硅灰质量分数为93.3％，密度为2.12g/cm3，比表面积为18100m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其特征在于：所述石英砂为三种不同粒径石英砂混合，分别为30-45目、45-100目、100-150目，三者比例为2：4：1。
5.根据权利要求1所述的一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸或萘系高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的一种适用于季节性冰冻区的玄武岩纤维活性粉末混凝土，其特征在于：所述玄武岩纤维长度为20mm，直径为15μm。
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