CN109250937A - 一种短切玄武岩纤维束增强混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短切玄武岩纤维束增强混凝土，该混凝土包括短切玄武岩纤维束，所述短切玄武岩纤维束的体积含量在0.1～0.8％之间。短切玄武岩纤维束与常规尺寸的骨料匹配得更好，能够更好的填充到骨料之间的空隙中，使得短切玄武岩纤维束与混凝土基体形成很好的密实度，很好的增加与水泥混凝土的粘结性能，达到增强增韧的效果，改善混凝土的韧性，提升混凝土的抗压、劈裂、抗拉、抗折等基本力学性能，短切玄武岩纤维增强水泥混凝土的抗压强度提高20％以上，抗折强度提高50％以上，劈裂抗拉强度提高100％以上，而且提高混凝土的耐久性能，使得短切玄武岩纤维束增强混凝土具有良好的应用前景。

Description

一种短切玄武岩纤维束增强混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种短切玄武岩纤维束增强混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是土木工程中应用最广泛的建筑材料，但也有其自身缺点，如抗拉强度仅约为抗压强度的1/10，容易导致开裂，破坏形态呈脆性破坏。纤维具有抑制混凝土收缩、提高混凝土抗拉强度、增加混凝土韧性的作用，能够解决高强高性能混凝土中出现的拉压比低、韧性差和收缩大等问题，如钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维等；而玄武岩纤维作为新的建筑材料，在提高混凝土的耐久性方面具有广阔的应用前景。玄武岩纤维是一种环保、高性价比的新型无机纤维材料，由天然的玄武岩矿石经高温熔融、喷丝板拉丝而成，玄武岩纤维具有抗拉强度高、耐冲击性能好而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异的物理和化学性能。玄武岩纤维的主要成分与混凝土成分基本一致，都属于硅酸盐材料，与混凝土搅拌时易于结合，使混凝土和易性能良好、体积稳定。近些年来短切玄武岩纤维越来越受到广大学者以及研究人员的青睐。但是，有研究表明，短切玄武岩纤维对提高普通混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度的效果并不是十分明显，甚至还会降低混凝土的力学性能。有文献研究表明，玄武岩纤维CBF对于混凝土的抗压强度影响不大，超过一定掺量后反而会降低；例如，短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验表明，混凝土28d立方体抗压强度在纤维掺量为0.1％时达到最大值，之后随掺量的增加呈现减小趋势，甚至低于普通混凝土的抗压强度。

发明内容

为了至少解决以上提到现有技术存在的技术问题之一，本发明公开了一种短切玄武岩纤维束增强混凝土，该混凝土包括短切玄武岩纤维束，该短切玄武岩纤维束的体积含量在0.1～0.8％之间。

本发明一些实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土，短切玄武岩纤维束的长度设置为20～60mm，直径设置为0.2～1.2mm。

本发明一些实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土，短切玄武岩纤维束的长径比设置为25～300。

本发明一些实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土，短切玄武岩纤维束为圆柱形。

本发明一些实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土，该混凝土还包括骨料、胶凝材料和减水剂。

另一方面，本发明一些实施例还公开了一种短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：

(a)、将骨料、凝胶材料搅拌均匀，得到骨料混合料；

(b)、将短切玄武岩纤维束加入骨料混合料中，搅拌，在搅拌过程中逐步加入混合液，继续搅拌均匀，得到短切玄武岩纤维束增强混凝土。

本发明一些实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(a)、将骨料、凝胶材料搅拌1～5分钟，搅拌均匀，得到骨料混合料；

(b)、将短切玄武岩纤维束加入骨料混合料中，搅拌1～5分钟，在搅拌过程中逐步加入水和减水剂混合液，继续搅拌2～8分钟，搅拌均匀，得到短切玄武岩纤维束增强混凝土。

本发明一些实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法，减水剂包括聚羧酸类减水剂、萘系减水剂、木钙类减水剂或者复合减水剂。

本发明一些实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法，还包括步骤：

将短切玄武岩纤维束增强混凝土装入模具，养护成型，得到纤维增束强混凝土制品。

另一方面，本发明一些实施例还公开了一种短切玄武岩纤维束增强混凝土制品，由本发明实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法制备得到。

另一方面，本发明一些实施例还公开了用于增强水泥混凝土的短切玄武岩纤维束的制备方法，包括步骤：(a)玄武岩纤维丝合股，得到玄武岩纤维束；(b)玄武岩纤维束浸胶、成形；(c)将浸胶后的玄武岩纤维束切割，得到用于增强水泥混凝土的短切玄武岩纤维束。

本发明公开的短切玄武岩纤维束增强水泥混凝土中，短切玄武岩纤维束与常规尺寸的骨料匹配得更好，能够更好的填充到骨料之间的空隙中，使得短切玄武岩纤维束与混凝土基体形成很好的密实度，很好的增加与水泥混凝土的粘结性能，达到增强增韧的效果，改善混凝土的韧性，提升混凝土的抗压、劈裂、抗拉、抗折等基本力学性能，而且提高混凝土的耐久性能，短切玄武岩纤维增强水泥混凝土的抗压强度提高20％以上，抗折强度提高50％以上，劈裂抗拉强度提高100％以上，使得短切玄武岩纤维束混凝土在水电站、港口码头、跨海大桥、机场跑道、高速公路等建筑结构中具有良好的应用前景。

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本法实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本发明中的其它未特别注明的原材料、试剂、试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常使用的原材料和试剂，以及通常采用的实验方法和技术手段。本文述及的骨料，通常是指本领域技术人员所知晓的水泥混凝土用的骨料，包括但不限于石头、砂子等；本文述及的胶凝材料包括但不限于水泥等。

本公开所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。浓度、量和其它数值数据在本文中可以以范围格式表示或呈现。这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。

在本公开，包括权利要求书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。连接词“由...构成”和“由...组成”是封闭连接词。

为了更好的说明本发明内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备、原料组成、分子结构等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

在一些实施方式中，短切玄武岩纤维束增强混凝土包括短切玄武岩纤维束，其中短切玄武岩纤维束的体积含量在0.1～0.8％之间。作为较为优选技术方案，短切玄武岩纤维束的体积含量设置在0.2～0.5％之间。作为可选技术方案，短切玄武岩纤维束的长度设置为20～60mm，直径设置为0.2～1.2mm。进一步，作为可选技术方案，短切玄武岩纤维束的长径比设置为25～300。进一步，作为可选技术方案，短切玄武岩纤维束的形状为圆柱形。

在一些实施方式中，短切玄武岩纤维束增强混凝土还具体包括骨料、胶凝材料和减水剂。作为可选技术方案，减水剂包括聚羧酸类减水剂、萘系减水剂、木钙类减水剂或者复合减水剂。

在另一些实施方式中，公开了一种短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：(a)、将骨料、凝胶材料搅拌均匀，得到骨料混合料；(b)、将短切玄武岩纤维束加入骨料混合料中，搅拌，在搅拌过程中逐步加入混合液，继续搅拌均匀，得到短切玄武岩纤维束增强混凝土。进一步地，短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法包括如下步骤：(a)、将骨料、凝胶材料搅拌1～5分钟，搅拌均匀，得到骨料混合料；(b)、将短切玄武岩纤维束加入骨料混合料中，搅拌1～5分钟，在搅拌过程中逐步加入水和减水剂混合液，继续搅拌2～8分钟，搅拌均匀，得到短切玄武岩纤维束增强混凝土。在一些实施方式中，减水剂包括聚羧酸类减水剂、萘系减水剂、木钙类减水剂或者复合减水剂。

进一步，本发明一些实施方式中，短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法，还包括将短切玄武岩纤维束增强混凝土装入模具，养护成型，得到短切玄武岩纤维增束强混凝土制品。其中所述的模具为本领域技术人员所熟知的类型，可以根据短切玄武岩纤维束增强混凝土制品的需要设置。

本发明一些实施例中，还公开了用于增强水泥混凝土的短切玄武岩纤维束的制备方法，包括步骤：(a)玄武岩纤维丝合股，得到玄武岩纤维束；(b)玄武岩纤维束浸胶、成形；(c)将成形后的玄武岩纤维束切割，得到用于增强水泥混凝土的短切玄武岩纤维束。

作为可选实施方式，步骤(a)通常为，将玄武岩纤维丝合股，形成预定形状和尺寸的玄武岩纤维束。在一些实施方式中，玄武岩纤维丝的直径设置为8～20μm，将多根玄武岩纤维丝按照通常方式合股形成束状的玄武岩纤维，可以控制束状玄武岩纤维的形状，以便在后续步骤中控制其形状，得到预定形状的短切玄武岩纤维束，例如可以控制玄武岩纤维束为棒状，以便在后续步骤中控制得到圆柱形的短切玄武岩纤维束。在一些实施方式中，玄武岩纤维丝合股，形成直径为0.2～1.0mm的玄武岩纤维束。

作为可选实施方式，步骤(b)通常为，将玄武岩纤维束整体浸渍在胶中，在升高的温度下成形，得到玄武岩纤维束。具体地，将得到的一定形状的玄武岩纤维束整体放入盛放有胶的容器中，使得容器中的胶完全覆盖玄武岩纤维束，使得玄武岩纤维束中的玄武岩纤维丝与胶充分接触，得到浸渍有胶的玄武岩纤维束，控制浸渍有胶的玄武岩纤维束的形状在升高的温度下成形，得到预定形状的玄武岩纤维束。在一些实施方式中，该升高的温度可以选择50～120℃。在一些实施方式中，浸渍玄武岩纤维束的胶包括酚醛树脂、乙烯基树脂、聚酯树脂。经过浸胶处理的玄武岩纤维束可以减少其对水泥混凝土流动性的阻碍，同时浸胶的玄武岩纤维束表面特性也很好的改善了玄武岩纤维束与水泥基体的粘结性能，例如，粘结强度、界面结构等，促进了水泥基体的强度的提高。

在一些实施方式中，步骤(c)中用于增强水泥混凝土的短切玄武岩纤维束的长度设置为20～60mm，直径设置为0.2～1.2mm。作为可选实施方式，用于增强水泥混凝土的短切玄武岩纤维束的长径比设置为25～300。作为可选实施方式，用于增强水泥混凝土的短切玄武岩纤维束的形状设置为圆柱形。

实施例1

本实施例1对短切玄武岩纤维束增强水凝混凝土的立方体抗压强度进行示例性比较。

水泥混凝土的配料和组分为，水灰比为0.34，水泥强度为42.5，其他配合比见表1。

表1水泥混凝土配合比

本实施例采用的立方体试验块的尺寸为150mm×150mm×150mm的试件，每组三个试件，共进行7组实验，每一组实验的组分见表2所示。

L1-0为对照实验，短切纤维束的掺量为0。L1-1至L1-6为不同短切纤维束掺量的实验，表中列出了短切纤维束掺量、短切纤维束长度、短切纤维束直径、短切纤维束增强水泥混凝土试验块的抗压强度和抗压强度的增长率。

从试验数据可知，本发明实施例公开的短切玄武岩纤维束增强水泥混凝土的抗压强度增加，最高的增长率高达22.37％。

表2实施例1立方体抗压强度实验组分列表

实施例2

本实施例2对短切玄武岩纤维束增强水凝混凝土的抗折强度进行示例性比较。

水泥混凝土基准配合比同实施例1。

本实施例采用的试验块的尺寸为100mm×100mm×400mm的试件，每组三个试件，共进行7组实验，每一组实验的组分见表3所示。

L2-0为对照实验，短切纤维束的掺量为0。L2-1至L2-6为不同短切纤维束掺量的实验，表中列出了短切纤维束掺量、短切纤维束长度、短切纤维束直径、短切纤维束增强水泥混凝土试验块的抗折强度和抗折强度的增长率。

表3实施例2抗折强度实验组分列表

从试验数据可知，本发明实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土基体的抗折强度明显增大，最高增长率可达62.33％，提高混凝土的韧性。

实施例3

本实施例3对短切玄武岩纤维束增强水凝混凝土的劈裂抗拉强度强度进行示例性比较。

水泥混凝土基准配合比同实施例1。

本实施例采用的立方体试验块的尺寸为150mm×150mm×150mm的试件，每组三个试件，共进行7组实验，每一组实验的组分见表4所示。

L3-0为对照实验，短切纤维束的掺量为0。L3-1至L3-6为不同短切纤维束掺量的实验，表中列出了短切纤维束掺量、短切纤维束长度、短切纤维束直径、短切纤维束增强水泥混凝土试验块的劈裂抗拉强度和劈裂抗拉强度的增长率。

表4实施例3立方体劈裂抗拉强度实验组分列表

从试验数据可知，本发明实施例公开的短切玄武岩纤维束增强混凝土基体的立方体劈裂抗拉强度明显增加，最高增长率可达101.78％，提高混凝土的韧性。

本发明实施例公开的水泥混凝土用短切玄武岩纤维束，与常规尺寸的骨料匹配得更好，能够更好的填充到骨料之间的空隙中，使得短切玄武岩纤维束与混凝土基体形成很好的密实度，很好的增加与水泥混凝土的粘结性能，达到增强增韧的效果，改善混凝土的韧性，提升混凝土的抗压、劈裂、抗拉、抗折等基本力学性能，而且提高混凝土的耐久性能，短切玄武岩纤维增强水泥混凝土的抗压强度提高20％以上，抗折强度提高50％以上，劈裂抗拉强度提高100％以上，使得短切玄武岩纤维束混凝土在水电站、港口码头、跨海大桥、机场跑道、高速公路等建筑结构中具有良好的应用前景。

本发明公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本发明的构思，并不构成对本发明的限定，凡是对本发明公开的技术细节所做的没有创造性的改变，都与本发明具有相同的发明精神，都在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种短切玄武岩纤维束增强混凝土，其特征在于，该混凝土包括短切玄武岩纤维束，所述短切玄武岩纤维束的体积含量在0.1～0.8％之间。

2.根据权利要求1所述的短切玄武岩纤维束增强混凝土，其特征在于，所述的短切玄武岩纤维束的长度设置为20～60mm，直径设置为0.2～1.2mm。

3.根据权利要求1所述的短切玄武岩纤维束增强混凝土，其特征在于，所述的短切玄武岩纤维束的长径比设置为25～300。

4.根据权利要求1所述的短切玄武岩纤维束增强混凝土，其特征在于，所述的短切玄武岩纤维束为圆柱形。

5.根据权利要求1所述的短切玄武岩纤维束增强混凝土，其特征在于，该混凝土还包括骨料、胶凝材料和减水剂。

6.一种短切玄武岩纤维束增强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)、将骨料、凝胶材料搅拌均匀，得到骨料混合料；

(b)、将短切玄武岩纤维束加入骨料混合料中，搅拌，在搅拌过程中逐步加入混合液，继续搅拌均匀，得到短切玄武岩纤维束增强混凝土。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)、将骨料、凝胶材料搅拌1～5分钟，搅拌均匀，得到骨料混合料；

(b)、将短切玄武岩纤维束加入骨料混合料中，搅拌1～5分钟，在搅拌过程中逐步加入水和减水剂混合液，继续搅拌2～8分钟，搅拌均匀，得到短切玄武岩纤维束增强混凝土。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述减水剂包括聚羧酸类减水剂、萘系减水剂、木钙类减水剂或者复合减水剂。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括步骤：

将短切玄武岩纤维束增强混凝土装入模具，养护成型，得到纤维增束强混凝土制品。

10.一种短切玄武岩纤维束增强混凝土制品，由权利要求9所述的制备方法制备得到。