一種高摻量混合鋼纖維混凝土及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高摻量混合鋼纖維混凝土制備方法，包括膠凝材料、水、混合鋼纖維和減水劑，所述的膠凝材料為水泥和粉煤灰，所述混合鋼纖維為兩種以上不同尺寸的鋼纖維。本發(fā)明可生產(chǎn)出一種具有高強(qiáng)和抗裂等功能的鋼纖維混凝土，鋼纖維體積摻量可達(dá)到6%甚至以上，克服了混凝土中鋼纖維摻量較高時攪拌易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象等問題，混凝土抗壓強(qiáng)度可提高50%以上。本發(fā)明配合比設(shè)計(jì)合理，高效可行，特別適用于強(qiáng)度及抗沖擊要求較高的鋼纖維混凝土。
【專利說明】一種高摻量混合鋼纖維混凝土及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混凝土【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及鋼纖維混凝土 ；該混凝土可在橋梁結(jié)構(gòu)和橋面工程、鐵路軌枕、地下洞室支護(hù)等方面得到廣泛應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入適量的鋼纖維而澆筑形成的一種新型混凝土復(fù)合材料，與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土的力學(xué)性能明顯提高，其抗拉強(qiáng)度一般可提高2倍左右，抗沖擊強(qiáng)度的提高更為明顯。上世紀(jì)初期，美國學(xué)者通過研究在普通混凝土中摻入鋼纖維后，強(qiáng)度和穩(wěn)定性得以提高。此后，美、英、法、德等國相繼發(fā)布了鋼纖維混凝土專利，鋼纖維混凝土的研究得到了飛速地發(fā)展且在建筑結(jié)構(gòu)、橋梁工程、鐵路隧道、地下工程及軍事工程等方面得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]我國對鋼纖維混凝土的研究開始于70年代，至今已在鋼纖維混凝土的基本性能和增強(qiáng)機(jī)理方面都取得了顯著的成果。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國在鋼纖維混凝土的研究和應(yīng)用方面還存在著較大差距，現(xiàn)有的技術(shù)還不能完全滿足工程上的需要，這些方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和相關(guān)的施工技術(shù)還需進(jìn)一步研究，以使鋼纖維混凝土更好地應(yīng)用于各工程領(lǐng)域。
[0004]鋼纖維混凝土具有顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，可降低配筋率，減少混凝土用量，縮短施工周期及提供工程質(zhì)量等。然而由于目前工程的需要，對混凝土強(qiáng)度的要求越來越高，目前工程上應(yīng)用的鋼纖維混凝土的鋼纖維摻量一般不超過3%，根據(jù)纖維增強(qiáng)機(jī)理理論，當(dāng)纖維摻量達(dá)到一定程度時，混凝土在攪拌中會出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。當(dāng)鋼纖維混凝土破壞時，觀察破壞面發(fā)現(xiàn)，鋼纖維是被拔出與混凝土基體脫離，而不是被拉斷，因此提高鋼纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度是增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的控制因素之一。為獲得更高強(qiáng)度的混凝土，需在鋼纖維的種類和摻量方面做更多突破。事實(shí)上，單一的改變纖維的特性，比如增加長徑比、改善纖維的形狀等，取得了一些成效，但不是很理想，因增加長徑比使得攪拌時更易結(jié)團(tuán)，從而降低摻量。目前為克服纖維間距理論的缺陷——忽略了纖維的復(fù)合增強(qiáng)作用和多種纖維所產(chǎn)生的的耦合作用等因素，也有學(xué)者將單一鋼纖維和其他纖維混合，取得了理想的效果，但是鋼纖維的摻量因其長徑比制約還是較低。這些不利因素嚴(yán)重制約了鋼纖維混凝土的發(fā)展，特別是當(dāng)鋼纖維的摻量大于3%時，采用目前技術(shù)和工藝制備的鋼纖維混凝土就會出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。
[0005]因此，有必要研制出一種高摻量鋼纖維混凝土，在鋼纖維摻量較高(大于3%)時，與普通的混凝土同樣攪拌施工，也能分布均勻、不結(jié)團(tuán)，從而具有更高抗壓、抗沖擊性能，更好的應(yīng)用于工程需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了使鋼纖維混凝土在制備過程中不易結(jié)團(tuán)，提高鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗沖擊性能，本發(fā)明提供一種高摻量混合鋼纖維混凝土及其制備方法。[0007]—種高摻量混合鋼纖維混凝土包括基準(zhǔn)混凝土和混合鋼纖維，所述混合鋼纖維為兩種以上不同尺寸和形狀的鋼纖維，混合鋼纖維按體積百分比的摻量為1.0~8%。
[0008]高摻量混合鋼纖維混凝土所用原料和重量如下:
水泥700~800Kg
粉煤灰110~120 Kg
石子500~600 Kg
沙子300~400 Kg
水300 ~350 Kg
減水劑1~2 Kg
混合鋼纖維100~500 Kg
其中水泥和粉煤灰為膠凝材料；石子和沙子為集料。
[0009]所述的混合鋼纖維可以是同一類型的鋼纖維按照不同的長度組合而成，也可以是不同類型的鋼纖維按照不同的長度組合而成；所述鋼纖維為碳素鋼纖維、或者端鉤型鋼纖維、或者鍍銅鋼纖維。
[0010]所述水泥為強(qiáng)度等級42.5級或52.5級的普通硅酸鹽水泥。
[0011]所述的粉煤灰為一級粉煤灰。
[0012]所述的減水劑為萘系減水劑、多羧酸系減水劑。
[0013]制備高摻量混合鋼纖維混凝土的具體操作步驟如下:
(1)稱量:按照權(quán)利要求2所述的配方稱取各原料；
(2)將石子過20mm方孔篩，以防止超大粒徑影響級配；
(3)上料及攪拌:在投料前先潤濕攪拌鍋，然后依次加入石子、沙子、水泥、粉煤灰，開機(jī)混合均勻，得到初混料；
(4)加入鋼纖維:在攪拌狀態(tài)下，在初混料中緩緩地依次加入碳素鋼纖維、端鉤型鋼纖維和鍍銅鋼纖維，緊接著加入減水劑，繼續(xù)攪拌至均勻；再在攪拌的狀態(tài)下加入水，繼續(xù)攪拌4~8min ；
(5)澆筑成型，即得高摻量混合鋼纖維混凝土預(yù)制件。
[0014]本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在下述幾個方面:
1.本發(fā)明的鋼纖維混凝土中鋼纖維的摻量可達(dá)到6%甚至以上，而在攪拌過程中不出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，并保證混凝土的和易性，易于澆筑和泵送；
2.采用本發(fā)明制備的鋼纖維混凝土，由于復(fù)合效應(yīng)使混凝土的韌性更強(qiáng)、強(qiáng)度更高，在相同摻量下，混合鋼纖維混凝土比單一鋼纖維混凝土可提高3%~12% ；
3.本發(fā)明的制備方法簡單，設(shè)計(jì)合理，便于操作，可廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、水利工程、橋梁工程、鐵路隧道、地下工程及軍事工程等領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0016]以下實(shí)施例所用原材料的來源說明:水泥選用的是海螺公司生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥，其性能符合GB175—1999的規(guī)定；粉煤灰選用的是一級粉煤灰，其性能指標(biāo)符合GB/T1596— 2005的規(guī)定；減水劑選用的是萘系固體FDN-1高效減水劑；鋼纖維選用的分別是鞍山市鐵西區(qū)昌宏鋼纖維廠生產(chǎn)碳素鋼纖維，碳素鋼纖維的長度為6.0~7.3_，抗拉強(qiáng)度達(dá)到2850MPa ;江蘇常州武進(jìn)東南新型建筑材料廠生產(chǎn)的新型特種鋼纖維，即端鉤型鋼纖維，其長度為28.0~30.0mm，抗拉強(qiáng)度達(dá)到750MPa ;鞍山市鐵西區(qū)昌宏鋼纖維廠生產(chǎn)的鍍銅鋼纖維，鍍銅鋼纖維的長度為13.0~14.2mm，抗拉強(qiáng)度達(dá)到2860MPa。
[0017]實(shí)施例1
一種高摻量混合鋼纖維混凝土，它的原料和重量組成如下:
原料重量
(1)膠凝材料:
水泥787 Kg
粉煤灰119 Kg
(2)集料
石子597 Kg
沙子382 Kg
(3)水317 Kg
(4)減水劑1.85 Kg
(5)碳素鋼纖維156 Kg
(6)端鉤型鋼纖維156 Kg
(7)鍍銅鋼纖維156 Kg。
[0018]一種高摻量混合鋼纖維混凝土制備方法，包括以下步驟:
Cl)原材料的預(yù)處理:石子過15_方孔篩，以防止超大粒徑影響級配；
(2)稱量:按照配比稱取各原料重量份；
(3)上料及攪拌:先用水使攪拌機(jī)機(jī)筒的筒壁潤滑，然后依次加入石子、沙子、水泥、粉煤灰，開啟攪拌機(jī)，將材料攪拌混合均勻；
(4)加入鋼纖維:在攪拌狀態(tài)下緩緩地依次加入碳素鋼纖維、端鉤型鋼纖維和鍍銅鋼纖維，緊接著加入減水劑，繼續(xù)攪拌至均勻；再在攪拌的狀態(tài)下加入水，直至攪拌完成；
(5)澆筑成型:當(dāng)攪拌均勻后，出料，澆筑成型，放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，測得28天強(qiáng)度即可。
[0019]本實(shí)例制備的鋼纖維混凝土的鋼纖維體積摻量為6%，28天抗壓強(qiáng)度為73.6MPa，與基準(zhǔn)素混凝土比較 ，抗壓強(qiáng)度提高了 52.4%。
[0020]實(shí)施例2
一種高摻量混合鋼纖維混凝土，它的原料和重量組成如下:
原料重量
(1)膠凝材料:
水泥787 Kg
粉煤灰119 Kg
(2)集料
石子597 Kg
沙子382 Kg
(3)水317 Kg(4)減水劑1.85 Kg
(5)碳素鋼纖維312 Kg
(6)端鉤型鋼纖維156 Kg
本實(shí)例制備的鋼纖 維混凝土的鋼纖維體積摻量為6%，28天抗壓強(qiáng)度為68.38MPa，與基準(zhǔn)素混凝土比較，抗壓強(qiáng)度提高了 41.6%。
[0021 ] 實(shí)施例2的混凝土的制備方法同實(shí)施例1。
【權(quán)利要求】
1.一種高摻量混合鋼纖維混凝土，包括基準(zhǔn)混凝土和混合鋼纖維，其特征在于:所述混合鋼纖維為兩種以上不同尺寸和形狀的鋼纖維，混合鋼纖維按體積百分比的摻量為1.0 ~8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高摻量混合鋼纖維混凝土，其特征在于所用原料和重量如下: 水泥700~800Kg 粉煤灰110~120 Kg 石子500~600 Kg 沙子300~400 Kg 水300 ~350 Kg 減水劑I~2 Kg 混合鋼纖維100~500 Kg 其中水泥和粉煤灰為膠凝材料；石子和沙子為集料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高摻量混合鋼纖維混凝土，其特征在于:所述的混合鋼纖維可以是同一類型的鋼纖維按照不同的長度組合而成，也可以是不同類型的鋼纖維按照不同的長度組合而成；所述鋼纖維為碳素鋼纖維、或者端鉤型鋼纖維、或者鍍銅鋼纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高摻量混合鋼纖維混凝土，其特征在于:所述水泥為強(qiáng)度等級42.5級或52.5級的普通硅酸鹽水泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高摻量混合鋼纖維混凝土，其特征在于:所述的粉煤灰為一級粉煤灰。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高摻量混合鋼纖維混凝土，其特征在于:所述的減水劑為萘系減水劑、多羧酸系減水劑。
7.制備權(quán)利要求1所述的一種高摻量混合鋼纖維混凝土，其特征在于具體操作步驟如下: (1)稱量:按照權(quán)利要求2所述的配方稱取各原料； (2)將石子過20mm方孔篩，以防止超大粒徑影響級配； (3)上料及攪拌:在投料前先潤濕攪拌鍋，然后依次加入石子、沙子、水泥、粉煤灰，開機(jī)混合均勻，得到初混料； (4)加入鋼纖維:在攪拌狀態(tài)下，在初混料中緩緩地依次加入碳素鋼纖維、端鉤型鋼纖維和鍍銅鋼纖維，緊接著加入減水劑，繼續(xù)攪拌至均勻；再在攪拌的狀態(tài)下加入水，繼續(xù)攪拌4~8min ； (5)澆筑成型，即得高摻量混合鋼纖維混凝土預(yù)制件。
【文檔編號】C04B14/48GK103964787SQ201410194562
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】張永亮, 姚華彥, 朱大勇 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)