CN116425467A - 一种竹纤维轻质高强混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种竹纤维轻质高强混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域，用于解决天然骨料开采所造成的资源枯竭与环境污染问题。该混凝土包括如下重量份数的各组分：陶粒700‑850份；页岩陶砂100‑200份；水泥425‑525份；硅灰55‑65份；粉煤灰0‑30份；矿粉0‑20份；天然砂80‑160份；减水剂5.5‑6.5份；漂珠60‑90份；纳米SiO2 0‑15份；碳纳米管0‑1.5份；氧化石墨烯0‑6份；水50‑70份；竹纤维：1.5‑7.5份。按照其配合比设计，成功研制出强度等级LC60以上性能较好的竹纤维轻质高强混凝土，有力提升了轻骨料混凝土的抗拉强度，使得轻质高强混凝土的脆性得到降低，有利于轻骨料混凝土的工程推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种竹纤维轻质高强混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土应用于土木建筑工程中已有百余年的历史，根据我国近期的不完全统计，混凝土每年的用量约为10亿·m3。然而，我国一半以上的地区都出现了天然砂石骨料资源严重短缺的状况，甚至连原来砂石资源丰富的地区天然砂石也大为减少或者接近枯竭。随着现代高层及超高层建筑、大跨度桥梁的纵深发展，人们对混凝土材料提出了轻质、高强、保温、隔热、环保等一系列要求。因此，推动绿色建筑发展是改善民生、节约建设资源、塑造环境友好型社会的重要举措。
轻骨料混凝土(轻质混凝土)具有轻质、保温、耐火、抗冻、抗渗等优势，同时兼具经济效益、节能环保效果、应用范围广等特点，故在工程应用中愈加受到关注。然而，轻骨料混凝土在我国工程中的应用仍然存在着一个主要问题，即高强轻骨料混凝土的高脆性。
因而，有必要研发一种竹纤维轻质高强混凝土及其制备方法，一方面缓解天然骨料供应的压力，解决天然骨料开采所造成的资源枯竭与环境污染问题，实现工业废物的循环利用，另一方面降低混凝土构件自身重量，提升其抗拉强度与韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种竹纤维轻质高强混凝土及其制备方法，在确保LC60及以上强度等级的基础上，有效解决高强度轻骨料混凝土的高脆性问题，同时兼具经济、节能环保效果。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种竹纤维轻质高强混凝土，包括如下重量份数的各组分：陶粒700-850份；页岩陶砂100-200份；水泥425-525份；硅灰55-65份；粉煤灰0-30份；矿粉0-20份；天然砂80-160份；减水剂5.5-6.5份；漂珠60-90份；纳米SiO20-15份；碳纳米管0-1.5份；氧化石墨烯0-6份；水50-70份；竹纤维：1.5-7.5份。
进一步地，包括如下重量份数的各组分：陶粒740份；页岩陶砂141份；水泥500份；硅灰60份；粉煤灰25份；矿粉16份；天然砂127份；减水剂6份；漂珠80份；纳米SiO2 2份；碳纳米管0.2份；氧化石墨烯0.8份；水60份；竹纤维：1.5份。
进一步地，包括如下重量份数的各组分：陶粒740份；页岩陶砂141份；水泥500份；硅灰60份；粉煤灰25份；矿粉16份；天然砂127份；减水剂6份；漂珠80份；纳米SiO2 2份；碳纳米管0.2份；氧化石墨烯0.8份；水60份；竹纤维：4.5份。
进一步地，包括如下重量份数的各组分：陶粒740份；页岩陶砂141份；水泥500份；硅灰60份；粉煤灰25份；矿粉16份；天然砂127份；减水剂6份；漂珠80份；纳米SiO2 2份；碳纳米管0.2份；氧化石墨烯0.8份；水60份；竹纤维：7.5份。
进一步地，云砼石为粒径5mm-10mm和11mm-16mm以3:7比例混掺得到的连续级配带核壳结构的高强陶粒。
进一步地，所述陶粒为粒径为5-10mm的连续级配带核壳结构的圆球型高强粉煤灰陶粒，筒压强度为18-25MPa，密度为1600kg/m3。
进一步地，所述纳米SiO2粒径为20nm，比表面积为640m2/g，松散密度为0.1g/cm3。
进一步地，漂珠为表观密度0.7×103kg/m3-0.9×103kg/m3的粉煤灰质球形漂珠。
进一步地，所述竹纤维由经过高温蒸养防腐处理的竹片捶打而成，所述竹纤维的平均直径为20μm，平均长度为15mm，密度为1.49×103kg/m3、平均抗拉强度为442MPa。
本发明还提供了一种竹纤维轻质高强混凝土的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1、将竹纤维浸泡在5wt％的苯甲酸酯水解液处理24h，随后用水洗涤并晾干；
步骤S2、将页岩陶砂浸水预湿，预湿时间为18h；将陶粒泡在3wt％Na2SiO3溶液中进行改性，改性时间为18h，随后自然晾晒至面干状态；
步骤S3、将0.01wt％碳纳米管、0.1wt％纳米SiO2以及0.04wt％氧化石墨烯进行混合，形成纳米材料混合物，并采用总用水量1/4的水溶解纳米材料混合物，形成纳米材料浓缩水溶液，再将浓缩水溶液与总用水量3/4的水进行混合；
步骤S4、将硅灰、水泥、粉煤灰、漂珠在混凝土搅拌机中进行干拌1.0min，搅拌均匀得到初混干料；
步骤S5、在步骤S4得到的初混干料中加入陶粒、50％纳米材料浓缩水溶液、50％外加剂、50％竹纤维，搅拌1min，形成中混物料；
步骤S6、将步骤S5得到的中混物料中加入页岩陶砂、50％纳米材料浓缩水溶液、50％外加剂、50％竹纤维，搅拌1min，即可得到竹纤维轻质高强混凝土。
与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：
(1)本发明提供的竹纤维轻质高强混凝土，包括如下重量份数的各组分：陶粒700-850份；页岩陶砂100-200份；水泥425-525份；硅灰55-65份；粉煤灰0-30份；矿粉0-20份；天然砂80-160份；减水剂5.5-6.5份；漂珠60-90份；纳米SiO2 0-15份；碳纳米管0-1.5份；氧化石墨烯0-6份；水50-70份；竹纤维：1.5-7.5份。按照其配合比设计，成功研制出强度等级LC60以上性能较好的竹纤维轻质高强混凝土，有力提升了轻骨料混凝土的抗拉强度，使得轻质高强混凝土的脆性得到降低，有利于轻骨料混凝土的工程推广应用。
(2)本发明提供的竹纤维轻质高强混凝土，采用固体废弃物作为轻骨料，具有显著的环保效益。
(3)本发明提供的竹纤维轻质高强混凝土的制备方法，取材方便，操作简单，采用天然竹纤维作为组分，可有效降低合成纤维对环境的污染，可大幅降低混凝土成本，经济效益显著。
附图说明
图1为本发明实施例中竹纤维轻质高强混凝土制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的竹纤维轻质高强混凝土及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
下面结合图1详细说明本发明的竹纤维轻质高强混凝土及其制备方法。
一种竹纤维轻质高强混凝土，包括如下重量份数的各组分：陶粒700-850份；页岩陶砂100-200份；水泥425-525份；硅灰55-65份；粉煤灰0-30份；矿粉0-20份；天然砂80-160份；减水剂5.5-6.5份；漂珠60-90份；纳米SiO2 0-15份；碳纳米管0-1.5份；氧化石墨烯0-6份；水50-70份；竹纤维：1.5-7.5份。
所使用的陶粒为粒径为5-10mm的连续级配带核壳结构的圆球型高强粉煤灰陶粒，筒压强度为18-25MPa，密度为1600kg/m3，可在降低混凝土密度的同时提升其强度，同时改善陶粒与基体间界面过渡区，此外，核壳结构可在不增加陶粒自重的同时，提升陶粒自身的力学性能，兼顾陶粒的轻质与高强性能。天然砂粒径为0-5mm连续级配；页岩陶砂采用连续级配，其粒径为0-5mm，部分替代天然砂可有效降低混凝土容重。所采用的漂珠为表观密度0.7×103-0.9×103kg/m3的粉煤灰质球形漂珠，可有效降低混凝土密度，改善浆料性能、优化整个混凝土骨料粒级，提升浇筑稳定性。所采用水泥标号为PII52.5，28d抗压强度为60.6MPa，抗折强度为9.1MPa。所采用的硅灰表观密度2.35g/cm3，粒径范围0.1-0.3μm，比表面积22m2/g。所采用粉煤灰密度为2.24g/cm2；所用矿粉密度为2.99g/cm3，比表面积430kg/m3。三种矿物掺合料(硅灰、粉煤灰、矿粉)的添加，替代了部分水泥，可降低成本，提升混凝土强度。所采用的纳米SiO2粒径为20nm，比表面积640m2/g，松散密度0.1g/cm3，可提升水泥水化速度，填充混凝土水化后的空隙，提升混凝土密实度，进而提升强度。所采用的碳纳米管直径为5-10mm，长度为10-30μm，可有效改善混凝土空隙结构，增强骨料与基体间的联结，使得过渡区结构更为致密，进而提升混凝土力学性能和耐久性能。所采用的氧化石墨烯厚度约为1nm，层直径为0.2-10μm，可改善混凝土力学性能和耐久性能。所采用的减水剂固含量为20％，其减水率大于30％。所采用竹纤维由经过高温蒸养防腐处理的竹片捶打而成，竹纤维的平均直径为20μm、平均长度为15mm，密度为1.49×103kg/m3、平均抗拉强度为442MPa，该纤维具有来料便捷、成本低廉、生产过程低能耗且易降解、无污染等优点，在提升混凝土抗拉强度与韧性的同时，符合节能减排。
实施例1至实施例4
实施例1至实施例4之间的区别在于，所包含的竹纤维的组分重量份数不同，详细数值见表1。
表1竹纤维轻质高强混凝土各组分重量份数示意表
性能检测试验：
对各实施例所制得的混凝土试件进行抗压强度试验，混凝土试件为10cm×10cm×10cm立方体，10cm×10cm×30cm棱柱体，每组三块，成型后按标准方法(温度20℃±2℃、相对湿度95％RH以上)养护；干密度的测定采用破碎试件烘干法。所得性能结果如表2所示。
表2抗压强度性能及干密度测试数据表
结果分析：
结合性能结果检测数据可以得出，当竹纤维掺量增加时，竹纤维轻质高强混凝土抗压强度呈现先上升后下降趋势，相较于实施例4未掺加竹纤维的对比组，实施例1-实施例3的7d抗压强度分别提升22.3％、18.4％、11.8％；28d抗压强度分别提升22.5％、15.4％、12.1％；7d劈裂抗拉强度分别提升21.2％、15.3％、8.1％；28d劈裂抗拉强度分别提升28.2％、26.8％、19.9％。因此，当竹纤维掺量为0.1％时(实施例1)，抗压强度和劈裂抗拉强度的提升比例最高。此外，当竹纤维掺量增加时，混凝土的坍落度呈现降低趋势；干密度则略微增加，其增加数值可忽略不计。结合实施例1与实施例3可以看出，竹纤维的最佳掺量为0.1％。
实施例5
请参考图1，本发明还提供了前述竹纤维轻质高强混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将竹纤维浸泡在5wt％的苯甲酸酯水解液处理24h，随后用水洗涤并晾干；
步骤S2、将页岩陶砂浸水预湿，预湿时间为18h；将陶粒泡在3wt％Na2SiO3溶液中进行改性，改性时间为18h，随后自然晾晒至面干状态；
步骤S3、将0.01wt％碳纳米管、0.1wt％纳米SiO2以及0.04wt％氧化石墨烯进行混合，形成纳米材料混合物，并采用总用水量1/4的水溶解纳米材料混合物，形成纳米材料浓缩水溶液，再将浓缩水溶液与总用水量3/4的水进行混合；
步骤S4、将硅灰、水泥、粉煤灰、漂珠在混凝土搅拌机中进行干拌1.0min，搅拌均匀得到初混干料；
步骤S5、在步骤S4得到的初混干料中加入陶粒、50％纳米材料浓缩水溶液、50％外加剂、50％竹纤维，搅拌1min，形成中混物料；
步骤S6、将步骤S5得到的中混物料中加入页岩陶砂、50％纳米材料浓缩水溶液、50％外加剂、50％竹纤维，搅拌1min，即可得到竹纤维轻质高强混凝土。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：陶粒700-850份；页岩陶砂100-200份；水泥425-525份；硅灰55-65份；粉煤灰0-30份；矿粉0-20份；天然砂80-160份；减水剂5.5-6.5份；漂珠60-90份；纳米SiO2 0-15份；碳纳米管0-1.5份；氧化石墨烯0-6份；水50-70份；竹纤维：1.5-7.5份。
2.根据权利要求1所述的竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：陶粒740份；页岩陶砂141份；水泥500份；硅灰60份；粉煤灰25份；矿粉16份；天然砂127份；减水剂6份；漂珠80份；纳米SiO2 2份；碳纳米管0.2份；氧化石墨烯0.8份；水60份；竹纤维：1.5份。
3.根据权利要求1所述的竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：陶粒740份；页岩陶砂141份；水泥500份；硅灰60份；粉煤灰25份；矿粉16份；天然砂127份；减水剂6份；漂珠80份；纳米SiO2 2份；碳纳米管0.2份；氧化石墨烯0.8份；水60份；竹纤维：4.5份。
4.根据权利要求1所述的竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：陶粒740份；页岩陶砂141份；水泥500份；硅灰60份；粉煤灰25份；矿粉16份；天然砂127份；减水剂6份；漂珠80份；纳米SiO2 2份；碳纳米管0.2份；氧化石墨烯0.8份；水60份；竹纤维：7.5份。
5.根据权利要求1所述的竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，云砼石为粒径5mm-10mm和11mm-16mm以3:7比例混掺得到的连续级配带核壳结构的高强陶粒。
6.根据权利要求1所述的竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，所述陶粒为粒径为5-10mm的连续级配带核壳结构的圆球型高强粉煤灰陶粒，筒压强度为18-25MPa，密度为1600kg/m3。
7.根据权利要求1所述的竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，所述纳米SiO2粒径为20nm，比表面积为640m2/g，松散密度为0.1g/cm3。
8.根据权利要求1所述的竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，漂珠为表观密度0.7×103kg/m3-0.9×103kg/m3的粉煤灰质球形漂珠。
9.根据权利要求1所述的竹纤维轻质高强混凝土，其特征在于，所述竹纤维由经过高温蒸养防腐处理的竹片捶打而成，所述竹纤维的平均直径为20μm，平均长度为15mm，密度为1.49×103kg/m3、平均抗拉强度为442MPa。
10.一种竹纤维轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将竹纤维浸泡在5wt％的苯甲酸酯水解液处理24h，随后用水洗涤并晾干；
步骤S2、将页岩陶砂浸水预湿，预湿时间为18h；将陶粒泡在3wt％Na2SiO3溶液中进行改性，改性时间为18h，随后自然晾晒至面干状态；
步骤S3、将0.01wt％碳纳米管、0.1wt％纳米SiO2以及0.04wt％氧化石墨烯进行混合，形成纳米材料混合物，并采用总用水量1/4的水溶解纳米材料混合物，形成纳米材料浓缩水溶液，再将浓缩水溶液与总用水量3/4的水进行混合；
步骤S4、将硅灰、水泥、粉煤灰、漂珠在混凝土搅拌机中进行干拌1.0min，搅拌均匀得到初混干料；
步骤S5、在步骤S4得到的初混干料中加入陶粒、50％纳米材料浓缩水溶液、50％外加剂、50％竹纤维，搅拌1min，形成中混物料；
步骤S6、将步骤S5得到的中混物料中加入页岩陶砂、50％纳米材料浓缩水溶液、50％外加剂、50％竹纤维，搅拌1min，即可得到竹纤维轻质高强混凝土。
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| CN108821672A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-16 | 北京欧美中科学技术研究院 | 一种利用氧化石墨烯强化再生混凝土的方法 |
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2023
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