CN112408920A - 高延性预拌纤维混凝土及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土的领域，具体公开了一种高延性预拌纤维混凝土，包括以下重量份的组分：粗骨料850‑1000份，细骨料600‑650份，水泥320‑350份，微硅粉110‑125份，水105‑120份，石英砂40‑60份，减水剂6‑8份，改性纤维25‑35份，其中改性纤维为表面包裹有防水膜的纤维。本申请的高延性预拌纤维混凝土具有高延性的同时，能保持良好的和易性的优点。

Description

高延性预拌纤维混凝土及制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种高延性预拌纤维混凝土及制备方法。

背景技术

混凝土指以水泥为主要胶结材料，与水、砂、石或一些必要的外加剂按比例调配、搅拌、密实成型，经养护硬化而成的建筑材料。而其中的高延性混凝土是由胶凝材料、集料、外加剂和纤维等原材料组成，其变形能力远超普通混凝土，也被称为“可弯曲混凝土”。

申请公布号为CN110105011A的发明专利申请公开了一种具有低收缩高延性的细石骨料混凝土，主要是由水泥、粉煤灰、工业废渣、细石骨料、混杂纤维、外加剂以及水组成，混杂纤维由亲水性聚乙烯醇纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中的两种按任意配比混合组成。

针对上述中的相关技术，发明人认为由于在混凝土拌和料中，除了必须有足够的水泥浆填充骨料孔隙，还需要有一部分水泥浆包裹骨料表面形成润滑层，以减少拌和无内部摩擦力，加入纤维后，由于纤维表面积较大，水泥浆还必须包裹纤维形成润滑层，在水泥浆量大体相当的情况下，加入纤维会增大拌和无内部摩擦力，因而使得混凝土和易性差。

发明内容

为了使得混凝土具有高延性的同时，能保持良好的和易性，有利于预拌泵送，本申请提供一种高延性预拌纤维混凝土及制备方法。

第一方面，本申请提供一种高延性预拌纤维混凝土，采用如下的技术方案：

一种高延性预拌纤维混凝土，包括以下重量份的组分：粗骨料850-1000份，细骨料600-650份，水泥320-350份，微硅粉110-125份，水105-120份，石英砂40-60份，减水剂6-8份，改性纤维25-35份，其中改性纤维为表面包裹有防水膜的纤维。

通过采用上述技术方案，由于防水膜包裹在纤维表面，在纤维表面提前包裹润滑层，使得纤维表面光滑度提高，从而减小纤维在拌和时对水泥浆的占用量，有利于提高混凝土拌和时的和易性。同时，当裂缝产生后，由于纤维的高弹性模量和高抗拉强度，在混凝土体系中，起到连接拉紧两端混凝土的作用，从而能阻止裂缝的进一步开展，提高混凝土的延性，减少混凝土开裂的可能性。因此，获得在提高混凝土的和易性的同时，提高混凝土延展性的效果。

优选的，还包括有机溶剂7-12份，防水膜包括占防水膜总质量50-80重量份的漆酚。

通过采用上述技术方案，漆酚成膜包覆在纤维表面，减小纤维对混凝土基体的摩擦力。当拌和结束后，由于有机溶剂能溶解漆酚，防水膜被有机溶剂逐渐溶解，使得纤维和混凝土基体接触，由于纤维和混凝土界面结合的浸润性极好，因而能提高混凝土与纤维的连接强度，进而提高纤维对混凝土的拉力，进一步提高混凝土延性。

优选的，所述有机溶剂包括乙醇。

通过采用上述技术方案，多余的乙醇能挥发排出，挥发排出的过程在混凝土内部形成气泡，由于气泡的滚珠效应，进一步提高混凝土的和易性。

优选的，所述防水膜还包括占防水膜总质量5-13重量份的树胶质。

通过采用上述技术方案，树胶质可使漆酚形成均匀的胶乳，提高膜层的均匀度，有利于提高漆酚的粘度，进而减小防水膜层在混凝土拌和过程中局部破损或脱落的可能性，进而提高混凝土的和易性。

优选的，所述改性纤维包括表面包裹有防水膜的玄武岩纤维。

通过采用上述技术方案，玄武岩纤维既耐酸又耐碱、既耐低温又耐高温，表面极性，因此，适用于混凝土的碱性和高温环境中。而且由于玄武岩纤维在混凝土基体中界面结合的浸润性极好，在防水膜溶解后容易与混凝土基体结合，并且由于拉伸强度超过大丝束碳纤维，断裂延伸率比小丝束的碳纤维还要好，而且具有三维的分子维数与分子维数一维的线性聚合物纤维相比具有较高的抗压缩强度、剪切强度，不至于在裂缝扩展时被拉断，有效的阻止微裂缝的扩展，因此，有利于进一步提高混凝土的延性。

优选的，所述改性纤维还包括表面包裹有防水膜的丝瓜络纤维，其中表面包裹有防水膜的玄武岩纤维占改性纤维的40重量份，表面包裹有防水膜的丝瓜络纤维占改性纤维60重量份。

通过采用上述技术方案，丝瓜络纤维具有体轻、质韧且孔隙结构发达、富有弹性和耐磨的特性，因此添加到混凝土中，能够和玄武岩纤维协同进一步提高混凝土的韧性。在拌和混凝土时，防水膜包裹在丝瓜络纤维表面也能减小丝瓜络纤维的摩擦力，进而提高混凝土的和易性。由于丝瓜络纤维具有优良的吸附效应，当拌和结束后，防水膜被有机溶剂逐渐溶解，使得混凝土中的水泥浆料能够被吸附力强的丝瓜络纤维吸附到丝瓜络纤维的内部孔隙中，对丝瓜络纤维进行填充，既能提高丝瓜络纤维的强度，又能提高混凝土与丝瓜络纤维的连接强度，进而提高丝瓜络纤维对混凝土的收拉效率，进而进一步提高混凝土的延性。

优选的，所述改性纤维的制备方法包括以下步骤：

S1、制备防水膜溶液备用；

S2、将纤维浸泡到水中2h后，取出沥干至无水滴下，然后将防水膜溶液喷洒到纤维表面，干燥，得到改性纤维。

通过采用上述技术方案，先用水将丝瓜络纤维浸透，然后以喷洒的方式在丝瓜络纤维表面形成膜层，减小防水膜过多吸附到丝瓜络纤维内部影响后续丝瓜络纤维吸附能力的可能性，使得防水膜仅包裹在丝瓜络纤维表面，用于形成润滑层。

第二方面，本申请提供一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉、石英砂和改性纤维混合均匀，得到集料混合物；

S2、加入水混匀后，加入减水剂，搅拌均匀，得到高延性预拌纤维混凝土。

优选的，S2步骤中，加入水混匀后，加入减水剂和有机溶剂，搅拌均匀，得到高延性预拌纤维混凝土。

通过采用上述技术方案，先将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉、石英砂和改性纤维混合有利于集料混合均匀，减小纤维在润湿环境下容易结团、不易分散均匀的可能性，从而提高改性纤维在混凝土中分布的均匀度，进而起到提高混凝土抗延性的作用。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、通过将防水膜包裹在纤维表面预先形成润滑层，从而减小纤维在拌和时对水泥浆的占用量，有利于提高混凝土拌和时的和易性；同时，当裂缝产生后，由于具有高弹性模量和高抗拉强度的纤维在混凝土体系中起到承受拉力的作用，从而能阻止裂缝的进一步延展，提高混凝土的延性，因此，获得保持混凝土和易性的同时，提高混凝土延展性的效果。

2、利用有机溶剂在拌和结束后对防水膜逐渐进行溶解，使得纤维能够和混凝土基体接触，提高混凝土与纤维的连接强度，进而提高纤维对混凝土的拉力，进一步提高混凝土延性。

3、本申请的方法，通过先将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉、石英砂和改性纤维混合，从而减小纤维在润湿环境下容易结团不易分散均匀的可能性，从而提高改性纤维在混凝土中分布的均匀度，进而起到进一步提高混凝土抗延性的作用。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请的原料都是通过自制或商业渠道获得，具体来源如表1所示。

表1

名称	规格/批号	来源
			粗骨料（鹅卵石）	5-20mm连续级配	深圳市鑫鸿扬建材有限公司
细骨料（河砂）	细度模数2.6	深圳市深宝业建材有限公司
			水泥	P.O425R	深圳市君邦建材有限公司
水	自来水	/
			微硅粉	细度模数1.8	深圳茂源新材料科技有限公司
石英砂	细度模数2.2	深圳市三泰环保科技有限公司
			氨基磺酸减水剂	AR	广州市裕兴泰贸易有限公司
漆酚	AR	武汉拉那白医药化工有限公司
			乙醇	AR	深圳市东港田化工有限公司
树胶质	AR	武汉拉那白医药化工有限公司
			玄武岩纤维	AR	深圳市特力新材科技有限公司
丝瓜络纤维	AR	深圳市特力新材科技有限公司
			***	AR	深圳市宏远强科技有限公司

改性纤维的制备例

制备例1

一种改性纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1、将漆酚装入喷壶中备用；

S2、将聚乙烯醇纤维浸泡到水中2h，取出放置格栅板上沥干至无水滴下，然后将漆酚溶液喷洒到聚乙烯醇纤维表面，观察到膜层将聚乙烯醇纤维完全包裹后，利用烘箱在40℃下烘干，得到改性纤维。

制备例2

一种改性纤维的制备方法，步骤S1中，将50重量份漆酚和5重量份的树胶质混匀后，装入喷壶中备用。

制备例3

一种改性纤维的制备方法，步骤S2中，将玄武岩纤维浸泡到水中2h，取出沥干至无水滴下，然后将漆酚溶液喷洒到玄武岩纤维表面，观察到膜层将玄武岩纤维完全包裹后，利用烘箱在40℃下烘干，得到改性纤维。

制备例4

一种改性纤维的制备方法，步骤S2中，将丝瓜络纤维浸泡到水中2h，取出沥干至无水滴下，然后将漆酚溶液喷洒到丝瓜络纤维表面，观察到膜层将丝瓜络纤维完全包裹后，利用烘箱在40℃下烘干，得到改性纤维。

制备例5

一种改性纤维的制备方法，步骤S2中，将聚乙烯醇纤维浸泡到水中2h，取出沥干至无水滴下，然后将水溶液喷洒到聚乙烯醇纤维表面，观察到将聚乙烯醇纤维外表完全润湿后，利用烘箱在40℃下烘干，得到改性纤维。

制备例6

一种改性纤维的制备方法，步骤S1中，将80重量份漆酚和13重量份的树胶质混匀后，装入喷壶中备用。

实施例

各实施例中的组分和配比如表2所示。

表2

以上实施例的制备方法为：

实施例1-3

一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按表2中的配比，将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉和石英砂一次性投入搅拌机，搅拌均匀，然后在搅拌下，用筛子将制备例1制得的改性纤维筛到搅拌机中，混合均匀，得到集料混合物；

S2、在搅拌下，按表2中的配比，将水和聚羧酸减水剂依次加入集料混合物，搅匀，得到高延性预拌纤维混凝土。

实施例4

一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，与实施例2的制备方法区别之处在于：S2步骤中，在搅拌下，按表2中的配比，加入水混匀后，加入聚羧酸减水剂和***，依次加入集料混合物，搅匀，得到高延性预拌纤维混凝土。

实施例5-6

一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，与实施例2的制备方法区别之处在于：S2步骤中，在搅拌下，按表2中的配比，加入水混匀后，加入聚羧酸减水剂和乙醇，依次加入集料混合物，搅匀，得到高延性预拌纤维混凝土。

实施例7

一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，与实施例1的制备方法区别之处在于：S1步骤中，按表2中的配比，将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉和石英砂一次投入搅拌机，搅拌均匀，然后在搅拌下，用筛子将制备例2制得的改性纤维筛到搅拌机中，混合均匀，得到集料混合物。

实施例8

一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，与实施例1的制备方法区别之处在于：S1步骤中，按表2中的配比，将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉和石英砂一次投入搅拌机，搅拌均匀，然后在搅拌下，用筛子将制备例6制得的改性纤维筛到搅拌机中，混合均匀，得到集料混合物。

实施例9

一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，与实施例1的制备方法区别之处在于：S1步骤中，按表2中的配比，将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉和石英砂一次投入搅拌机，搅拌均匀，然后在搅拌下，用筛子将制备例3制得的改性纤维筛到搅拌机中，混合均匀，得到集料混合物。

实施例10

一种高延性预拌纤维混凝土的制备方法，与实施例1的制备方法区别之处在于：S1步骤中，按表2中的配比，将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉和石英砂一次投入搅拌机，搅拌均匀，然后在搅拌下，用筛子将制备例4制得的改性纤维筛到搅拌机中，混合均匀，得到集料混合物。

对比例

各对比例中的组分和配比如表3所示。

表3

以上对比例的制备方法为：

对比例1

一种具有低收缩高延性的细石骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按重量份计，称取水泥33份，粉煤灰35份，粒化高炉矿渣15份，外加剂9.8份，细石骨料50份，水35份，混杂纤维为总质量的1％，混杂纤维由亲水性聚乙烯醇纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中的两种按等量配比混合组成；

S2、将水泥、粒化高炉矿渣、粉煤灰、细石骨料以及外加剂胶乳搅拌机搅拌至混合均匀，然后加入水，继续搅拌至物料达到流动状态，最后投入混杂纤维，搅拌使其均匀地分散在材料中，得到具有低收缩高延性的细石骨料混凝土。

对比例2

一种高延性预拌纤维混凝土与实施例2的制备方法的区别之处在于：S1步骤中，按表2中的配比，将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉和石英砂一次投入搅拌机，搅拌均匀，然后在搅拌下，用筛子将制备例5制得的改性纤维筛到搅拌机中，混合均匀，得到集料混合物。

对比例3

一种高延性预拌纤维混凝土与实施例2的制备方法的区别之处在于：S1步骤中，按表2中的配比，将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉和石英砂一次投入搅拌机，搅拌均匀，然后在搅拌下，用筛子将与实施例2加入得等重量的漆酚烘干后的干粉筛到搅拌机中，混合均匀，得到集料混合物。

检测方法

1、坍落度：按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》分别测试混凝土拌合物出机时和2h后的坍落度。

2、延性：按照DB/J61/T112-2016《高延性混凝土应用技术规程》测试混凝土拌合物的养护60天后的等效弯曲韧性、等效弯曲强度和抗折强度。

3表观裂缝：利用扫描电子显微镜对混凝土标准试块进行微观观测，观测其表面裂纹。

测试结果

以上各实施例制得的高延性预拌纤维混凝土的性能测试结果如表4所示：

表4各实施例制得的高延性预拌纤维混凝土的性能测试结果

以上各对比例制得的高延性预拌纤维混凝土性能测试结果如表5所示：

表5各对比例制得的高延性预拌纤维混凝土的性能测试结果

1、结合实施例1-10和对比例1并结合表2-5可以看出，实施例1-10的出机坍落度和2小时后坍落度都大于对比例1，表明实施例1-10的和易性优于背景技术的相关技术。此外，实施例1-10的等效弯曲韧性、等效弯曲强度和抗折强度都大于对比例1，因此，实施例1-10制得的混凝土延展性优于背景技术的相关技术。

2、结合实施例1-10和对比例2并结合表2-5可以看出，实施例1-10的出机坍落度和2小时后坍落度都大于对比例2，可见实施例1-10的和易性相对于对比例1更好。可以看出，通过于防水膜包裹在纤维表面，使得纤维表面光滑度提高，从而减小纤维在拌和时对水泥浆的占用量，有利于提高混凝土拌和时的和易性。同时，实施例1-10的等效弯曲韧性、等效弯曲强度和抗折强度都大于对比例2，可见，实施例1-10制得的混凝土延性优于对比例2，并且对比例2观测到了裂缝，当裂缝产生后，由于加入实施例1-10的纤维的高弹性模量和高抗拉强度，在混凝土体系中，起到连接拉紧两端混凝土的作用，从而能阻止裂缝的进一步开展，提高混凝土的延性，减少混凝土开裂。因此，获得在提高混凝土的和易性的同时，提高混凝土延展性的效果。

3、结合实施例1-10和对比例3并结合表2-5可以看出，实施例1-10的出机坍落度和2小时后坍落度大于对比例3，表明单独加入等量的漆酚并不能提高混凝土的和易性。实施例1-10的等效弯曲韧性、等效弯曲强度和抗折强度都大于对比例3，可见，单独加入漆酚也不能提高混凝土的延性。

4、结合实施例4和实施例2并结合表2-5可以看出，当实施例4的混凝土基体中加入了有机溶剂***后，实施例4的混凝土相对于实施例2和易性基本不变，但等效弯曲韧性、等效弯曲强度和抗折强度都大于实施例2，可见，加入有机溶剂有利于进一步提高混凝土的延性。可以表明，拌和结束后，由于有机溶剂能溶解漆酚，防水膜被有机溶剂逐渐溶解，使得纤维和混凝土基体接触，由于纤维和混凝土界面结合的浸润性极好，因而能提高混凝土与纤维的连接强度，进而提高纤维对混凝土的拉力。

5、结合实施例5-6和实施例2并结合表2-5可以看出，当实施例5-6的混凝土基体中加入了有机溶剂乙醇后，实施例5-6的混凝土相对于实施例2出机坍落度和2小时后坍落度都增大，且等效弯曲韧性、等效弯曲强度和抗折强度都大于实施例2，表明实施例5-6的和易性基本和延性都进一步被提高，可见，乙醇除了作为有机溶剂溶解防水膜，还能在多余的乙醇挥发排出混凝土中时在混凝土内部形成大量微小气泡，由于气泡的滚珠效应，进一步提高混凝土的和易性。

6、结合实施例7-8和实施例5并结合表2-5可以看出，实施例7-8相对于实施例5延性基本不变，但出机坍落度和2小时后坍落度增大，既和易性变好。表明实施例7-8的混凝土中加入树胶质后，有利于使漆酚形成均匀的胶乳，提高膜层的均匀度并提高漆酚的粘度，进而减小防水膜层在混凝土拌和过程中局部破损或脱落的可能性，进而提高混凝土的和易性。

7、结合实施例9和实施例2并结合表2-5可以看出，实施例9中将聚乙烯醇纤维替换为玄武岩纤维后，实施例9相对于实施例2的和易性基本不变，但是延性变好，可以证明，玄武岩纤维在混凝土基体中界面结合的浸润性极好，在防水膜溶解后容易与混凝土基体结合，并且由于拉伸强度超过大丝束碳纤维，断裂延伸率比小丝束的碳纤维还要好，而且具有三维的分子维数与分子维数一维的线性聚合物纤维相比具有较高的抗压缩强度、剪切强度，不至于在裂缝扩展时被拉断，有效地防止微裂缝的扩展，因此，有利于进一步提高混凝土的延性。

8、结合实施例10和实施例9并结合表2-5可以看出，当实施例10采用玄武岩改性纤维和丝瓜络改性纤维协同作用时，实施例10的和易性变化不大，但延性提高，可以证明，添加到混凝土中，能够和玄武岩纤维协同作用进一步提高混凝土的韧性。在拌和混凝土时，防水膜包裹在丝瓜络纤维表面也能减小丝瓜络纤维的摩擦力，进而提高混凝土的和易性。由于丝瓜络纤维具有优良的吸附效应，当拌和结束后，防水膜被有机溶剂逐渐溶解，使得混凝土中的水泥浆料能够被吸附力强的丝瓜络纤维吸附到丝瓜络纤维的内部孔隙中，对丝瓜络纤维进行填充，既能提高丝瓜络纤维的强度，又能提高混凝土与丝瓜络纤维的连接强度，进一步提高混凝土的延性。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种高延性预拌纤维混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：粗骨料850-1000份，细骨料600-650份，水泥320-350份，微硅粉110-125份，水105-120份，石英砂40-60份，减水剂6-8份，改性纤维25-35份，其中改性纤维为表面包裹有防水膜的纤维。

2.根据权利要求1所述的高延性预拌纤维混凝土，其特征在于，还包括有机溶剂7-12份，防水膜包括占防水膜总质量50-80重量份的漆酚。

3.根据权利要求2所述的高延性预拌纤维混凝土，其特征在于，所述有机溶剂包括乙醇。

4.根据权利要求2所述的高延性预拌纤维混凝土，其特征在于，所述防水膜还包括占防水膜总质量5-13重量份的树胶质。

5.根据权利要求1所述的高延性预拌纤维混凝土，其特征在于，所述改性纤维包括表面包裹有防水膜的玄武岩纤维。

6.根据权利要求4所述的高延性预拌纤维混凝土，其特征在于，所述改性纤维还包括表面包裹有防水膜的丝瓜络纤维，其中表面包裹有防水膜的玄武岩纤维占改性纤维的40重量份，表面包裹有防水膜的丝瓜络纤维占改性纤维60重量份。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的高延性预拌纤维混凝土，其特征在于，所述改性纤维的制备方法包括以下步骤：

S1、制备防水膜溶液备用；

S2、将纤维浸泡到水中2h后，取出沥干至无水滴下，然后将防水膜溶液喷洒到纤维表面，干燥，得到改性纤维。

8.根据权利要求1所述的高延性预拌纤维混凝土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将粗骨料、细骨料、水泥、微硅粉、石英砂和改性纤维混合均匀，得到集料混合物；

S2、加入水混匀后，加入减水剂，搅拌均匀，得到高延性预拌纤维混凝土。

9.根据权利要求8所述的高延性预拌纤维混凝土制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，加入水混匀后，加入减水剂和有机溶剂，搅拌均匀，得到高延性预拌纤维混凝土。