本發(fā)明申請涉及一種建材領(lǐng)域，尤其涉及一種微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料及制備方法。

背景技術(shù)：
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堿礦渣膠凝材料是以工業(yè)廢棄物高爐礦渣作為主要原材料，堿性化合物或堿工業(yè)廢料作為激發(fā)劑激發(fā)而成的膠凝材料。與傳統(tǒng)水泥相比，堿礦渣膠凝材料具有更高的強度，更低的水化熱和更小的能耗等優(yōu)勢。從材料性能層面看，堿礦渣膠凝材料有更好的快硬性、抗凍性、抗腐蝕性、護筋性等優(yōu)異的性能。從生產(chǎn)工藝層面看，堿礦渣膠凝材料具有生產(chǎn)工藝簡單、投資少，礦渣利用率高、污染小的突出優(yōu)點，目前已經(jīng)成為建筑領(lǐng)域的研究熱點。本文為研究，堿礦渣膠凝材料中摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的粗、細(xì)鋼纖維在常溫下，不同養(yǎng)護天數(shù)下的抗壓抗折強度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料及制備方法。

上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，其組成包括：礦渣、鉀水玻璃、氫氧化鈉、微細(xì)鋼纖維和水，其重量份數(shù)為：礦渣55~78.25份、鉀水玻璃10~19.30份、氫氧化鈉0.40~4.60份、微細(xì)鋼纖維0.85~2.20份和水10.50~20份。

所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，其重量份數(shù)為：礦渣55份、鉀水玻璃19.30份、氫氧化鈉4.60份、微細(xì)鋼纖維1.10份和水20份。

所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，礦渣78.25份、鉀水玻璃10份、氫氧化鈉0.40份、微細(xì)鋼纖維0.85份和水10.50份。

所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，礦渣66.5份、鉀水玻璃12.80份、氫氧化鈉3份、微細(xì)鋼纖維2.20份和水15.50份。

所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，礦渣66份、鉀水玻璃13份、氫氧化鈉3.50份、微細(xì)鋼纖維2.10份和水15.40份。

所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，所述的礦渣，其化學(xué)成分主要有：二氧化硅36.9% 氧化鋁15.66% 氧化鈣37.57% 氧化鎂9.3% 氧化鐵0.36%；活性指標(biāo)主要為：質(zhì)量系數(shù)=1.69 堿性系數(shù)=0.97 活度系數(shù)=0.42。

所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，所述的鉀水玻璃，鉀水玻璃俗稱泡花堿，質(zhì)地粘稠，一般顯青灰色或者淡黃色，這是由于其中含有雜質(zhì)，若無雜質(zhì)，則是無色透明，可溶于水，主要成分是堿金屬硅酸鹽，化學(xué)式為，其波美度46.3，密度1.465，模數(shù)1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)含氧化鉀15.98%、二氧化硅28.15%。

所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，所述的氫氧化鈉，氫氧化鈉（），苛性鈉，俗稱火堿、燒堿，是一種無色透明晶體，易溶于水，溶于水后溶液呈強堿性，具有強腐蝕性，易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，所以不宜長期暴露在空氣中，防止其潮解變質(zhì)。

所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，所述的鋼纖維，常用截面為圓形的長直鋼纖維，其長度為10～60mm，直徑為0.2～0.6mm，長徑比為30mm～100mm；為增加鋼纖維和膠凝材料的界面粘結(jié)，可選用各種異形的鋼纖維，其截面有矩形、鋸齒形、彎月形的；截面尺寸沿長度而交替變化的；波形的；圓圈狀的；端部放大的或帶彎鉤的等。

利用所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料的制備方法，所述的制備方法按如下步驟操作：（1）依據(jù)確定好的比例用衡器稱量各種原料的質(zhì)量；（2）在反應(yīng)容器中，放入鉀水玻璃，再將稱量好的氫氧化鈉顆粒倒入稱量好的鉀水玻璃中，用玻璃攪拌棒攪拌均勻，直至氫氧化鈉完全溶解，即溶液中沒有懸浮白色絮狀物，再將盛裝有調(diào)整好模數(shù)的鉀水玻璃的反應(yīng)容器，放置在陰涼干燥通風(fēng)處靜置1.5h，釋放溶解氫氧化鈉所產(chǎn)生的熱量，直到溶液溫度降至常溫：（3）將稱量好的礦渣放入攪拌鍋中，與靜置好的鉀水玻璃混合，然后用攪拌機低速慢攪1min左右，期間將稱量好的水倒入，用玻璃攪拌棒繼續(xù)攪拌，使得水、鉀水玻璃和礦渣充分溶解，繼續(xù)用攪拌機低速慢攪約2~8min，直到膠凝材料混合均勻；（4）膠凝材料混合均勻后將稱量好的微細(xì)鋼纖維加入，繼續(xù)用攪拌機低速慢攪約1min，得溶性微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料；（5）對溶性微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料注入相應(yīng)尺寸的模具中，然后在混凝土振動臺上震蕩，排出其中的氣泡，最后包上一層保鮮膜進行養(yǎng)護，完成規(guī)定的養(yǎng)護時間既得凝固微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明的堿礦渣膠凝材料，與傳統(tǒng)水泥相比，堿礦渣膠凝材料具有更高的強度，更低的水化熱和更小的能耗等優(yōu)勢。

本發(fā)明的堿礦渣膠凝材料，從材料性能層面看，堿礦渣膠凝材料有更好的快硬性、抗凍性、抗腐蝕性、護筋性等優(yōu)異的性能。

本發(fā)明的堿礦渣膠凝材料，從生產(chǎn)工藝層面看，堿礦渣膠凝材料具有生產(chǎn)工藝簡單、投資少，礦渣利用率高、污染小的突出優(yōu)點，目前已經(jīng)成為建筑領(lǐng)域的研究熱點。

本發(fā)明的堿礦渣膠凝材料，為增加鋼纖維和膠凝材料的界面粘結(jié)，可選用各種異形的鋼纖維，其截面有矩形、鋸齒形、彎月形的；截面尺寸沿長度而交替變化的；波形的；圓圈狀的；端部放大的或帶彎鉤的等。

本發(fā)明的堿礦渣膠凝材料，所采用的鋼纖維可用冷拔鋼絲切斷、薄鋼板剪切、鋼塊或鋼錠銑削以及熔鋼抽紗等方法制造。

本發(fā)明的堿礦渣膠凝材料，在膠凝材料中摻加適量的微細(xì)鋼纖維，可提高其抗拉、抗彎強度，并大幅度地提高其韌性和抗沖擊強度。

本發(fā)明的堿礦渣膠凝材料，通過微細(xì)鋼纖維在基體內(nèi)的均勻分布，減輕了基體的質(zhì)量；提高了基體本身的抗折、抗壓強度，減少了基體的脆性斷裂，增加了基體的延性，提高了基體的抗拉性。

附圖說明：

附圖1是本發(fā)明的摻入微細(xì)鋼纖維的堿礦渣膠凝材料膠砂件抗折強度的列表。

附圖2是本發(fā)明的摻入微細(xì)鋼纖維3%的堿礦渣膠凝材料膠砂件抗壓強度列表。

附圖3是本發(fā)明的不同摻入量的微鋼纖維堿礦渣膠凝材料啞鈴件抗拉強度列表。

附圖4是本發(fā)明的試件抗壓強度隨養(yǎng)護齡期的變化示意圖。

圖中：a —堿含量14%，水用量32%；b —堿含量12%，水用量35%

具體實施方式：

實施例1：

一種微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，其組成包括：礦渣、鉀水玻璃、氫氧化鈉、微細(xì)鋼纖維和水，其重量份數(shù)為：礦渣55~78.25份、鉀水玻璃10~19.30份、氫氧化鈉0.40~4.60份、微細(xì)鋼纖維0.85~2.20份和水10.50~20份。

實施例2：

根據(jù)實施例1所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，其重量份數(shù)為：礦渣55份、鉀水玻璃19.30份、氫氧化鈉4.60份、微細(xì)鋼纖維1.10份和水20份。

實施例3：

根據(jù)實施例1所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，礦渣78.25份、鉀水玻璃10份、氫氧化鈉0.40份、微細(xì)鋼纖維0.85份和水10.50份。

實施例4：

根據(jù)實施例1所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，礦渣66.5份、鉀水玻璃12.80份、氫氧化鈉3份、微細(xì)鋼纖維2.20份和水15.50份。

實施例5：

根據(jù)實施例1所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，礦渣66份、鉀水玻璃13份、氫氧化鈉3.50份、微細(xì)鋼纖維2.10份和水15.40份。

實施例6：

根據(jù)實施例1或2或3或4或5所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，所述的礦渣，為市售產(chǎn)品，其化學(xué)成分主要有：二氧化硅36.9% 氧化鋁15.66% 氧化鈣37.57% 氧化鎂9.3% 氧化鐵0.36%；活性指標(biāo)主要為：質(zhì)量系數(shù)=1.69 堿性系數(shù)=0.97 活度系數(shù)=0.42。

實施例7：

根據(jù)實施例1或2或3或4或5所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，所述的鉀水玻璃，為市售產(chǎn)品，鉀水玻璃俗稱泡花堿，質(zhì)地粘稠，一般顯青灰色或者淡黃色，這是由于其中含有雜質(zhì)，若無雜質(zhì)，則是無色透明，可溶于水，主要成分是堿金屬硅酸鹽，化學(xué)式為，其波美度46.3，密度1.465，模數(shù)1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)含氧化鉀15.98%、二氧化硅28.15%。

實施例8：

根據(jù)實施例1或2或3或4或5所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，所述的氫氧化鈉，為市售產(chǎn)品，氫氧化鈉（），苛性鈉，俗稱火堿、燒堿，是一種無色透明晶體，易溶于水，溶于水后溶液呈強堿性，具有強腐蝕性，易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，所以不宜長期暴露在空氣中，防止其潮解變質(zhì)。

實施例9：

根據(jù)實施例1或2或3或4或5所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料，所述的鋼纖維，為市售產(chǎn)品，常用截面為圓形的長直鋼纖維，其長度為10～60mm，直徑為0.2～0.6mm，長徑比為30mm～100mm；為增加鋼纖維和膠凝材料的界面粘結(jié)，可選用各種異形的鋼纖維，其截面有矩形、鋸齒形、彎月形的；截面尺寸沿長度而交替變化的；波形的；圓圈狀的；端部放大的或帶彎鉤的等。

實施例10：

一種實施例1至9之一所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料的制備方法，所述的制備方法按如下步驟操作：（1）依據(jù)確定好的比例用衡器稱量各種原料的質(zhì)量；（2）在反應(yīng)容器中，放入鉀水玻璃，再將稱量好的氫氧化鈉顆粒倒入稱量好的鉀水玻璃中，用玻璃攪拌棒攪拌均勻，直至氫氧化鈉完全溶解，即溶液中沒有懸浮白色絮狀物，再將盛裝有調(diào)整好模數(shù)的鉀水玻璃的反應(yīng)容器放置在陰涼干燥通風(fēng)處靜置1.5h，釋放溶解氫氧化鈉所產(chǎn)生的熱量，直到溶液溫度降至常溫：（3）將稱量好的礦渣放入攪拌鍋中，與靜置好的鉀水玻璃混合，然后用攪拌機低速慢攪1min左右，期間將稱量好的水倒入，用玻璃攪拌棒繼續(xù)攪拌，使得水、鉀水玻璃和礦渣充分溶解，繼續(xù)用攪拌機低速慢攪約2~8min，直到膠凝材料混合均勻；（4）膠凝材料混合均勻后將稱量好的微細(xì)鋼纖維加入，繼續(xù)用攪拌機低速慢攪約1min，得溶性微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料；（5）對溶性微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料注入相應(yīng)尺寸的模具中，然后在混凝土振動臺上震蕩，排出其中的氣泡，最后包上一層保鮮膜進行養(yǎng)護，完成規(guī)定的養(yǎng)護時間既得凝固微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料。

實施例11：

根據(jù)實施例1至10之一所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料及制備方法，其強度變化規(guī)律的測定可以用抗折強度、抗壓強度和立方體抗壓強度來衡量；所述的抗折強度，根據(jù)《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》規(guī)定，膠砂件抗折強度按下式計算：

式中:

為堿礦渣膠凝材料的抗折強度（MPa）；

為施加于試件跨中的破壞荷載（N）；

L為兩圓柱支撐之間的距離（此處取100mm）；

b為棱柱體試件的截面邊長（此處取40mm）；

具體實驗步驟如下：

（1）首先按前述的制備方法制作實驗樣件；

（2）打開HYE-300B型水泥抗壓抗折恒應(yīng)力試驗機，調(diào)試到抗折模式，調(diào)整跨距（100mm）、截面邊長（40mm）、加載速率（0.25kN/s）；

（3）將試件放置在試驗機上，讓試件成型的兩個側(cè)面作為試驗的抗折面，試件底面緊靠試驗機上的兩個金屬突起，以確保試件與圓柱支撐垂直；

（4）點擊開始按鈕，開始試驗。

一組試驗取得三個測定值，試件的抗折強度取三個測定值的平均值；若有實驗值大于或小于平均值的10%，那么應(yīng)該舍棄此值，取剩余值的平均值來作為試件的抗折強度值；試驗結(jié)果精確到0.01MPa。

實施例12：

根據(jù)實施例1至10之一所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料及制備方法，其強度變化規(guī)律的測定可以用抗折強度、抗壓強度和立方體抗壓強度來衡量；所述的抗壓強度，根據(jù)《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》規(guī)定，膠砂件抗壓強度按下式計算：

式中：

為堿礦渣膠凝材料膠砂件的抗壓強度（MPa）；

為試件破壞荷載（N）；

A為試件承壓面積（此處取40mm40mm）；

具體實驗步驟如下：

（1）首先按前述的制備方法制作實驗樣件；

（2）將試驗機調(diào)試到抗壓模式，放置好標(biāo)準(zhǔn)抗壓夾具，調(diào)整受壓面積（40mm40mm）、加載速率（0.25kN/s）；

（3）40mm40mm160mm試件在進行完抗折試驗后，會折斷成兩半，取其中一半水平放置在標(biāo)準(zhǔn)抗壓夾具中，將試件底面緊貼夾具一側(cè)的兩個金屬突起，確保受壓面積為40mm40mm，試件成型的兩個側(cè)面作為受壓面；

（4）點擊開始按鈕，開始試驗。

實施例13：

根據(jù)實施例1至10之一所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料及制備方法，其強度變化規(guī)律的測定可以用抗折強度、抗壓強度和立方體抗壓強度來衡量；所述的立方體抗壓強度，根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）規(guī)定，立方體試件抗壓強度按下式計算：

式中：

為堿礦渣膠凝材料立方體試件的抗壓強度（MPa）；

為試件破壞荷載（N）；

A為試件承壓面積（此處取100mm100mm）；

具體實驗步驟如下：

（1）打開電液式壓力試驗機；

（2）將試件放置在試驗機上，讓試件成型的兩個側(cè)面作為試驗的抗壓面，將試件底面與試驗機下壓板上的對角線對齊，確保試件對中放置在試驗機正中間；

（3）調(diào)零，逆時針旋轉(zhuǎn)給油閥，開始試驗。試驗中通過控制給油閥確保試驗機加載速率在0.3kN/s以下；

（4）當(dāng)試驗機顯示力值持續(xù)變小時，迅速順時針旋轉(zhuǎn)關(guān)閉給油閥，逆時針旋轉(zhuǎn)打開回油閥，按“峰值”按鈕，獲得試驗壓力值。

一組試驗取得3個測定值，立方體試件的抗壓強度取3個測定值的平均值。若有一個實驗值大于或小于平均值的10%，那么應(yīng)該舍棄此值，取剩余值的平均值來作為立方體試件的抗壓強度值；試驗結(jié)果精確到0.01MPa。

實施例14：

根據(jù)實施例1至10之一所述的微細(xì)鋼纖維增強堿礦渣膠凝材料及制備方法，所述的試件抗折強度隨養(yǎng)護齡期的變化曲線見附圖3，摻入微細(xì)鋼纖維之后的抗拉強度明顯高于基體的抗拉強度，并且隨著摻入量的增加和齡期的增長，抗拉強度也有明顯的提高；并且在試驗現(xiàn)象中可觀察到基體在破壞時常出現(xiàn)脆性斷裂，加入微細(xì)鋼纖維之后，僅出裂縫但未拉斷，隨著摻入量的增加，基體的延性也有所提高。