CN1385394A - 纤维抗渗防裂混凝土 - Google Patents

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Abstract

一种纤维抗渗防裂混凝土,其组分和掺加量为:(1)普通硅酸盐水泥,(2)中砂;(3)石子;(4)减水剂;(5)矿渣粉内掺量5%～50%,最佳掺量20%－30%;(6)粉煤灰内掺量5%～50%,最佳掺量40%～50%;(7)防水剂内掺0.5%～5.0%,最佳掺量2.5%;(8)膨胀剂UEA内掺量6%～12%,最佳掺量8%－10%;防水剂和膨胀剂可以择一掺加;(9)聚丙纤维纤维是改性束状、网状短纤维、单丝状纤维或杜拉纤维,外掺量是0.1－2.0kg/m3,最佳掺量为1kg/m3。从源头上消除混凝土裂缝,解决混凝土在水化硬化及使用过程中出现的裂缝问题,提高混凝土建筑物的整体性、稳定性、安全性,改善混凝土的耐久性和抗裂防渗功能,提高建筑物的使用寿命,适于抗渗防裂建筑工程预拌、泵送混凝土。

Description

纤维抗渗防裂混凝土
本发明涉及一种特种混凝土，特别是一种适于预拌、泵送的抗渗防裂混凝土。
目前国内外建设的许多大型桥梁、江河堤坝、大型体育场馆等公用设施，都或多或少的出现结构缺陷裂缝，有的部位已经延伸到钢筋部位，使混凝土建筑物的整体性受到破坏，堤坝出现渗漏，地下室渗水变潮，桥梁的安全性受到质疑，并最终拆除重建，许多公共场所被迫关闭，造成大量的人力物力浪费，人们的生命财产安全受到严重威胁。究其原因，主要是由于混凝土在使用的过程中内部应力集中，使内部存在结构缺陷的部位产生微裂纹，并逐渐扩展延伸最终形成较大的裂缝。随着这些裂缝的产生与扩展，其表层逐渐碳化，当裂缝扩展至钢筋时，混凝土的护筋作用完全丧失，空气中的腐蚀性气体直接侵害钢筋导致钢筋锈蚀，引起钢筋混凝土结构的破坏最终完全失效。目前国内外预防混凝土裂缝主要采取以下二种方式：
1、采用掺加膨胀剂的方法。对于处于潮湿环境及地下的混凝土工程、游泳池及水工工程，基本上实现了在使用掺加膨胀剂混凝土后不开裂，不渗漏，保证了这些混凝土建筑物的正常使用。但对于大多数露天工程，特别是桥梁、大型体育场馆的顶板和屋架、大面积公用建筑的地面、飞机跑道等混凝土构筑物，掺加膨胀剂不仅不能起到防裂的作用，而且在使用过程中开裂的更严重，究其原因，是由于膨胀剂的水化和水化产物的形成，必须在饱水的条件下进行，一旦周围环境水分不足，膨胀剂不仅不会起到膨胀抗裂作用，并且由于膨胀剂水化还要争夺原本不多的水分，混凝土内部产生毛细管力，导致混凝土收缩，形成裂纹。
2、采用掺加传统纤维的方法来改善混凝土的性能。传统掺加的纤维有玻璃纤维、有机质植物纤维和钢纤维三种，从使用效果看，采用玻璃纤维混凝土主要使用玻璃纤维增强水泥制品，且水泥石液相中的Ca(OH)2会使玻璃纤维的硅氧键发生断裂，SiO2与Ca(OH)2发生反应生成低钙的水化硅酸钙，此种反应可以进行至玻璃中的SiO2完全消耗为止，因而玻璃纤维的抗拉强度大大降低，使混凝土的性能劣化，因此不能大规模应用于混凝土建筑构筑物中。采用有机质植物纤维的混凝土由于纤维直径较大，强度较低，与水泥基胶结材料效果较差，因此没有大规模推广使用。采用钢纤维的混凝土有效地预防了混凝土裂缝的出现。但是其昂贵的价格，复杂的操作工艺使其应用范围仅限于现场搅拌或有特殊要求的特种混凝土，不能大面积推广使用。以上三种纤维在预拌混凝土领域不能大规模应用的另一个原因就是掺加这几种纤维的混凝土坍落度损失大，扩展度小，工作性差，不利于长距离运输和泵送施工。针对膨胀防裂和传统纤维防裂方法的不足，国内外又研究了采用合成纤维配制混凝土来防止混凝土裂缝的出现，但应用于预拌混凝土中坍落度损失大，扩展度小，泵送性能差，没有在预拌混凝土行业大量应用。工程界普遍认为聚丙烯纤维是一种低弹性模量纤维，掺量少，对混凝土的抗压强度，抗折强度，抗拉强度影响较小，不能作为一种结构性能增强材料。
本发明的目的是提供一种适于预拌、泵送的纤维抗渗防裂混凝土，从源头上消除混凝土裂缝，解决混凝土在水化硬化及使用过程中出现的裂缝问题，提高混凝土建筑物的整体性、稳定性、安全性，改善混凝土的耐久性和抗裂防渗功能，提高建筑物的使用寿命。
本发明的技术方案：
纤维抗渗防裂混凝土，其特征在于：其组分和掺加量为
(1)普通硅酸盐水泥；
(2)中砂；
(3)石子；
(4)减水剂；
(5)矿渣粉：内掺比表面积400±20m2/Kg的矿渣粉，掺量按水泥重量的5％～50％，最佳掺量20％-30％；
(6)粉煤灰  内掺掺量按水泥重量的5％～50％，最佳掺量40％～50％；
(7)防水剂  内掺掺量按水泥重量的0.5％～5.0％，最佳掺量2.5％；
(8)膨胀剂  UEA内掺掺量按水泥重量的6％～12％，其最佳的掺量为8％-10％；
(9)聚丙纤维的掺量是外掺按胶凝材料重量的0.1kg/m3-2.0kg/m3，最佳掺量为1kg/m3。
上述聚丙烯纤维是改性束状纤维、网状短纤维、单丝状纤维或杜拉纤维。
上述防水剂和膨胀剂可以择一掺加。
本发明抗渗防裂原理和优点：
聚丙烯纤维遇水搅拌后呈单层网状或单丝乱向均匀分布，犹如在混凝土中掺入了巨大数量的微细筋，可以握裹粘结水泥和集料，抑制混凝土的开裂，对裂缝发生和发展起约束作用，提高韧性，降低内部裂缝端部的应力集中系数，防止和控制裂缝的出现，与混凝土各组份的接触面较大，具有分散性能好、价格低，彻底消除了传统纤维价格昂贵、含碱量高、与水泥粘结效果差、长纤维较粗，且不利于泵送等缺陷，使掺加纤维的预拌混凝土的坍落度损失小、扩展度大、工作性能良好，这些都有利于纤维抗渗防裂混凝土泵送施工及大批量生产。单方混凝土造价比基准混凝土仅增加32元/m3。防裂效果、适用范围明显改善和增加，施工养护中可节省人工费3～5元/m3。
加入膨胀剂UEA，提高了混凝土在潮湿环境下的抗渗防裂能力。在标养条件下，由于有充足的水分，膨胀作用发挥，混凝土收缩小，但在干燥环境下混凝土收缩达到甚至超过不掺膨胀剂的混凝土。因此，对处于地下或潮湿环境中工作的纤维混凝土采用膨胀剂可以起到膨胀补偿收缩，防渗抗裂的作用。
加入防水剂来改善混凝土的防水抗裂功能，对于地下及地上有防水要求的混凝土工程，可以增加混凝土的结构密实度，防止了自由水和结合水在混凝土内部的分解、移动、蒸发，从而有效的预防了混凝土脆性裂纹的产生。这种抗裂措施的有效实施跨越了膨胀剂只适用于地下和潮湿环境使用范围的障碍，使刚性防裂由地下及潮湿环境扩大到整个混凝土工程。采用掺加防水剂的措施为确保在潮湿环境和干燥环境的纤维混凝土都具有防水抗裂的能力。
加入高效减水剂，改善了混凝土施工性能，提高了耐久性，起到了润滑油的作用，便于混凝土泵送施工，消除了传统纤维混凝土只适用于现场搅拌，无法泵送的不足。
掺加矿物掺合料，对于大流动度和水泥用量较多的混凝土，可降低混凝土的水化热，延缓水化峰值的出现，降低混凝土内部的温度梯度，减少混凝土的温度应力，同时可以提高混凝土结构的密实度，从而达到预防混凝土裂缝产生的目的。
采用干燥收缩较小的水泥、砂石、降低混凝土干缩的膨胀剂、防水剂、掺合料，经优化配比后，配置出具有刚性防水抗裂功能的结构密实的基体混凝土，然后在这种混凝土的基础上掺加改性聚丙烯纤维，防止混凝土在不同方向的结构缺陷破坏，充分利用了混凝土各种原材料在混凝土中的功能优势，提高混凝土防裂能力、延长混凝土使用寿命。经检测各项主要力学性能指标满足设计要求，本发明生产成本低，工作性能好，在相应的环境工作中具有良好的抗渗漏、防裂、防潮、护筋作用，提高了混凝土的耐久性，提高了建筑物的使用寿命，具备刚柔相济，柔中带刚的抗裂防渗功能。实现了无机刚性防裂、有机刚性防裂及复合材料柔性防裂的有机结合，改善了水泥基胶凝材料的功能，使混凝土向高性能、多功能方向发展。适用于各种潮湿环境或干燥环境抗渗防裂建筑工程预拌、泵送混凝土。
以下结合实施例对本发明作详细描述：
纤维抗渗防裂混凝土原材料选择实施例：
(1)水泥：普通硅酸盐水泥32.5；
(2)砂子：中砂M0＝2.8；
(3)石子：碎卵石d＝25.0；
(4)外加剂：TZ1-2减水剂或同类减水剂，外掺；
(5)矿渣粉：内掺比表面积400±20m2/kg，掺量按水泥重量的5％～50％，最佳掺量在20％-30％；
(6)粉煤灰：内掺II级粉煤灰，掺量按水泥重量的5％～50％，最佳掺量40％～50％。
(7)防水剂：掺加FS防水剂或其它同类防水剂，掺量按水泥重量的0.5％～5.0％，最佳掺量2.5％。
(8)膨胀剂：UEA膨胀剂或其它同类膨胀剂，掺量范围按水泥重量的6％～12％，其最佳掺量为8％～10％。如适用范围在潮湿工作环境应优选配合比实施例一，在干燥环境中应选配合比实施例二。
(9)采用的纤维有聚丙烯纤维、玻璃纤维或钢纤维。
聚丙烯纤维可选择改性束状纤维、网状短纤维、单丝状纤维或杜拉纤维，纤维掺量是按胶凝材料重量的选择0.1kg/m3、0.6kg/m3、1.0kg/m3、1.4kg/m3，最佳掺量为1kg/m3，其纤维直径一般为20μm左右。
也可以掺加钢纤维，增强混凝土的抗拉、抗弯等强度，提高耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性和抗裂，抗爆等性能，用于泵送施工的纤维混凝土，拌合物中钢纤维的掺量可选择外掺占胶凝材料总量的0.5％、1.0％、1.5％、2.0％，最佳掺量1.5％。
当掺用玻璃纤维的时候，外掺掺量可选择占胶凝材料总量的0.5％、1.0％、1.5％、2.0％。
本发明纤维抗渗防裂混凝土强度等级可以是C30、C40、C50、C60。
本发明纤维抗渗防裂混凝土C30强度等级重量配合比实施例一：
水   水泥  砂   石    粉煤灰  矿渣粉  TZ1-2  UEA  FS  聚丙烯纤维
172  240   750  1036  100     100     9.2    35   0   1kg/m3
本发明纤维抗渗防裂混凝土C30强度等级重量配合比实施例二：
水   水泥  砂   石    粉煤灰  矿渣粉  TZ1-2  UEA  FS  聚丙烯纤维
172  240   750  1036  100     100     9.2    0    12  1kg/m3
本发明纤维抗渗防裂混凝土的制作工艺：将水泥、砂石、膨胀剂、防水剂、掺合料，按配比称重后，入搅拌机，边搅拌边掺加聚丙烯纤维。

Claims (8)

1、纤维抗渗防裂混凝土，其特征在于：其组分和掺加量为
(1)普通硅酸盐水泥；
(2)中砂；
(3)石子；
(4)减水剂；
(5)矿渣粉：内掺比表面积400±20m2/Kg的矿渣粉，掺量按水泥重量的5％～50％；
(6)粉煤灰：内掺掺量按水泥重量的5％～50％；
(7)防水剂：内掺掺量按水泥重量的0.5％～5.0％；
(8)膨胀剂：UEA内掺掺量按水泥重量的6％～12％；
(9)聚丙纤维的掺量是外掺按胶凝材料重量的0.1kg/m3-2.0kg/m3。
2、根据权利要求1所述的纤维抗渗防裂混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维是改性束状纤维、网状短纤维、单丝状纤维或杜拉纤维。
3、根据权利要求1所述的纤维抗渗防裂混凝土，其特征在于：所述矿渣粉最佳掺量20％-30％。
4、根据权利要求1所述的纤维抗渗防裂混凝土，其特征在于：所述粉煤灰最佳掺量40％～50％。
5、根据权利要求1所述的纤维抗渗防裂混凝±，其特征在于：所述防水剂最佳掺量2.5％。
6、根据权利要求1所述的纤维抗渗防裂混凝土，其特征在于：所述膨胀剂UEA最佳的掺量为8％-10％。
7、根据权利要求1所述的纤维抗渗防裂混凝土，其特征在于：所述聚丙纤维的最佳掺量为1kg/m3。
8、根据权利要求1所述的纤维抗渗防裂混凝土，其特征在于：所述防水剂和膨胀剂择一掺加。
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