本發(fā)明涉及的是一種改性混凝土，本發(fā)明也涉及的是一種改性混凝土的制備方法。具體地說是一種纖維改性混凝土及制備方法。

背景技術(shù)：

混凝土具有可塑性強(qiáng)、整體性好、耐火性好、價(jià)格低廉、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，砂、石等組成材料易于就地取材，且礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣可作為礦物添加劑替代部分水泥，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。然而，混凝土是一種抗拉強(qiáng)度很低的準(zhǔn)脆性材料，組成成分也決定了它具有自重大、延性差等缺點(diǎn)，而且隨著時(shí)間的推移，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生著材料老化和結(jié)構(gòu)性能劣化，這個(gè)不可逆的過程將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降，耐久性降低。

為克服混凝土的弱點(diǎn)，人們一直致力于混凝土的改性研究，采用纖維增強(qiáng)混凝土則是一種重要的解決途徑。纖維的摻入，使混凝土的韌性、破壞方式、耐沖刷性、耐磨性等方面發(fā)生了明顯的改善，然而耐久性及工程造價(jià)方面卻存在很大限制。

公開號(hào)為CN1686906A、名稱為《高性能混雜纖維增強(qiáng)混凝土》的專利文件所公開的技術(shù)方案中，所用的纖維為碳纖維、鋼纖維，其中用碳纖維來提高強(qiáng)度不僅價(jià)格昂貴更難以適應(yīng)工程上大量使用，鋼纖維不僅存在易銹蝕的致命問題，而且用量大也間接提高了工程造價(jià)難以大量推廣；公開號(hào)為CN102584137A、名稱為《一種多元低彈模混雜纖維增強(qiáng)再生混凝土制備方法》的專利文件所公開的技術(shù)方案中，主要目的在于廢物利用，對(duì)混凝土自身性能改善較小，所使用的低彈模纖維只能在混凝土硬化前期起到阻裂的效果，強(qiáng)度方面的貢獻(xiàn)微小，耐久性方面的性能更是未提及。因此，從耐久性方面和工程造價(jià)方面考慮有必要對(duì)現(xiàn)有纖維混凝土做進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種纖維用量少，價(jià)格便宜，能在滿足強(qiáng)度要求的前提下提高混凝土的耐久性、降低工程造價(jià)的玄武巖和聚丙烯混雜纖維混凝土。本發(fā)明的目的還在于提供一種玄武巖和聚丙烯混雜纖維混凝土的制備方法。

本發(fā)明的玄武巖和聚丙烯混雜纖維混凝土是在混凝土基質(zhì)中，摻有占混凝土基質(zhì)重量0.1份～0.5份的玄武巖纖維、0.01份～0.08份的聚丙烯纖維。

所述混凝土基質(zhì)的重量分?jǐn)?shù)組成為水泥21份、水7份、砂子29份和石子43份。

所述玄武巖纖維為短切纖維，單絲直徑9～22um，長(zhǎng)度9～16mm，抗拉強(qiáng)度≥2000MPa，彈性模量≥85GPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥2.5％。

所述聚丙烯纖維為單絲束狀，單絲直徑15～45um，長(zhǎng)度3～12mm，吸濕率＜0.1％，斷裂伸長(zhǎng)率5％～20％。

本發(fā)明的玄武巖和聚丙烯混雜纖維混凝土的制備方法為：

(1)在常溫下，將砂子和石子投入到攪拌機(jī)中攪拌60s；

(2)投入水泥并攪拌60s；

(3)將水加入攪拌機(jī)攪拌90s～120s，得到混凝土基質(zhì)；

(4)預(yù)先將武巖纖維與聚丙烯纖維兩種纖維混合并使兩種纖維高度分散后，將其撒入步驟(3)所得混凝土基質(zhì)中并攪拌120s，即得玄武巖和聚丙烯混雜纖維混凝土。

為了克服已有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供了一種玄武巖-聚丙烯混雜纖維混凝土及其制備方法。該種混凝土纖維用量少，價(jià)格便宜，纖維來源環(huán)保，在滿足強(qiáng)度要求的前提下提高混凝土的耐久性，降低工程造價(jià)。玄武巖纖維是一種新型材料，它抗拉強(qiáng)度高、耐高溫、耐酸堿性能強(qiáng)、熱穩(wěn)定性優(yōu)越，與砂漿、混凝土的親和力優(yōu)良；聚丙烯纖維彈性好、耐腐蝕、質(zhì)量輕，而且具有電絕緣性，將玄武巖纖維與聚丙烯纖維混雜制備的混凝土不僅能獲得較好的力學(xué)性能，而且纖維的阻裂及架橋效果大大提高了混凝土的延性和韌性，耐久性優(yōu)異，經(jīng)濟(jì)效益良好。該種混凝土較傳統(tǒng)混凝土相比能更好的適應(yīng)高溫、高熱、腐蝕等復(fù)雜環(huán)境，可廣泛應(yīng)用于道路、橋梁、房建、地下及海洋工程，大大擴(kuò)展了混凝土應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的有益效果是：

第一，纖維制造原料來源廣泛，工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)異，價(jià)格低廉。玄武巖纖維是用玄武巖礦石經(jīng)過高溫熔融后快速拉制而成，它具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量大、耐高溫、耐酸堿性能強(qiáng)和熱穩(wěn)定性優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，玄武巖纖維與砂漿、混凝土的親和力都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。聚丙烯纖維強(qiáng)度高、彈性好、耐磨、耐腐蝕、質(zhì)量輕，而且具有電絕緣性。

第二，阻裂效果明顯。低彈性模量的聚丙烯纖維分散在混凝土基體中，能充分發(fā)揮架橋作用，不僅能延緩第一條裂縫的出現(xiàn)，明顯降低混凝土早期干燥收縮和開裂，而且能有效的抑制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。

第三，延性和韌性高。高彈性模量的玄武巖纖維使得混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度有明顯的增加，混凝土表現(xiàn)出更高的極限承載力和更大的撓度。

第四，耐久性好。高彈性模量與低彈性模量纖維搭配，從不同尺度上改善了混凝土的性能，使其具有更好的抗凍性、抗氯離子滲透及抗硫酸鹽侵蝕，并延緩了混凝土碳化，大大擴(kuò)展了混凝土應(yīng)用范圍。

第五，經(jīng)濟(jì)效益好。低摻量的混合纖維就可以獲得理想的力學(xué)性能及耐久性，減少了后期維修工作量，與普通混凝土相比工程造價(jià)并沒有提高很多。

附圖說明

圖1a和圖1b為受壓破壞后試件形態(tài)。

圖2a和圖2b為劈裂抗拉試驗(yàn)完成后試件形態(tài)。

圖3為纖維跨縫工作狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的玄武巖-聚丙烯混雜纖維混凝土，以C60混凝土為基質(zhì)，混雜纖維為低摻量的玄武巖纖維和聚丙烯纖維組成。

按100份重量單位計(jì)算，由基質(zhì)以下物質(zhì)組成：水泥21份、水7份、砂子29份、石子43份，并摻入玄武巖纖維0.1份～0.5份、聚丙烯纖維0.01份～0.08份。所得到的玄武巖-聚丙烯混雜纖維混凝土中按混凝土總體積計(jì)算，玄武巖纖維不超過0.45％、聚丙烯纖維不超過0.2％。

以使混凝土獲得良好的和易性為準(zhǔn)適量加入減水劑。

對(duì)各組分材料的品質(zhì)可以有如下的要求：

所述玄武巖纖維為短切纖維，單絲直徑9～22um，長(zhǎng)度9～16mm，抗拉強(qiáng)度≥2000MPa，彈性模量≥85GPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥2.5％。

所述聚丙烯纖維為單絲束狀，單絲直徑15～45um，長(zhǎng)度3～12mm，吸濕率＜0.1％，斷裂伸長(zhǎng)率5％～20％。

所述水泥為42.5的硅酸鹽水泥。

所述砂子為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.3～3.0。

所述石子為碎石，粒徑為5～25mm。

所述減水劑為高效減水劑。

本發(fā)明的玄武巖-聚丙烯混雜纖維混凝土的制備方法按下列步驟實(shí)施：

(1)在常溫下，將稱量好的粗、細(xì)骨料投入攪拌機(jī)中攪拌60s；

(2)投入稱量好的水泥并攪拌60s(若摻有硅灰，則將硅灰與水泥一起投入攪拌機(jī))；

(3)將水加入攪拌機(jī)攪拌90s～120s(若摻有減水劑，則將減水劑倒入水中并充分?jǐn)嚢韬蠹尤霐嚢铏C(jī))；

(4)預(yù)先將兩種纖維混合保證纖維高度分散后，將其撒入步驟(3)所得產(chǎn)物并攪拌120s，即得到所需產(chǎn)物。

為了更加明確的闡述本發(fā)明，下面舉實(shí)例來驗(yàn)證本發(fā)明的效果。

實(shí)施例1：

劈裂抗拉強(qiáng)度：本實(shí)施例涉及的具體配料和組分為：設(shè)計(jì)水灰比為0.32，水泥強(qiáng)度為42.5，共制作7組試件，其中1組不添加任何纖維作為對(duì)照組，6組混雜纖維混凝土作為試驗(yàn)組。

基體混凝土配合比：

劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試采用ф150×300棱柱體試件，每組做3個(gè)試件共7組，試驗(yàn)分組及測(cè)試結(jié)果如下：

注：BF代表玄武巖纖維，PP代表聚丙烯纖維，0代表纖維體積摻量為0％，10、15、20、30、45分別代表纖維體積摻量為0.1％、0.15％、0.2％、0.3％和0.45％，下同。

從表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，(1)與素混凝土相比較而言，添加纖維的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度都有不同程度的提高，且纖維對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效果明顯；(2)素混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度為4.49MPa，BF15PP10組強(qiáng)度最大為4.81MPa，增長(zhǎng)幅度7.13％。

實(shí)施例2：

抗折強(qiáng)度：本實(shí)施例涉及的具體配料和組分為：設(shè)計(jì)水灰比為0.32，水泥強(qiáng)度為42.5，共制作7組試件，其中1組不添加任何纖維作為對(duì)照組，6組混雜纖維混凝土作為試驗(yàn)組。

基體混凝土配合比同實(shí)施例1。

抗折強(qiáng)度測(cè)試采用100mm×100mm×400mm棱柱體試件，每組做3個(gè)試件共7組，試驗(yàn)分組及測(cè)試結(jié)果如下：

由以上結(jié)果分析可知，玄武巖-聚丙烯混雜纖維混凝土的抗折強(qiáng)度均比基體混凝土有所提高，最大可提高16.67％，混凝土表現(xiàn)出了很好的韌性。

實(shí)施例3：

抗凍性能：本實(shí)施例涉及的具體配料和組分為：設(shè)計(jì)水灰比為0.32，水泥強(qiáng)度為42.5，共制作7組試件，其中1組不添加任何纖維作為對(duì)照組，6組混雜纖維混凝土作為試驗(yàn)組。

基體混凝土配合比同實(shí)施例1。

抗凍性能測(cè)試采用100mm×100mm×400mm棱柱體試件做快速凍融循環(huán)，每組做3個(gè)試件共7組，試驗(yàn)分組及測(cè)試結(jié)果如下：

由以上結(jié)果分析可知，400次凍融循環(huán)結(jié)束后，普通混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量損失20.78％，而玄武巖-聚丙烯混雜纖維混凝土損失都在5％以內(nèi)；600次凍融循環(huán)后，普通混凝土已經(jīng)被凍壞，而玄武巖-聚丙烯混雜纖維混凝土最大的一組損失才11％，可見纖維可以顯著提高混凝土的抗凍耐久性。

實(shí)施例4：

凍融循環(huán)后的抗折性能：本實(shí)施例涉及的具體配料和組分為：設(shè)計(jì)水灰比為0.32，水泥強(qiáng)度為42.5，共制作7組試件，其中1組不添加任何纖維作為對(duì)照組，6組混雜纖維混凝土作為試驗(yàn)組。

基體混凝土配合比同實(shí)施例1。

凍融循環(huán)后的抗折性能測(cè)試采用100mm×100mm×400mm棱柱體試件，每組做3個(gè)試件共7組，試件經(jīng)歷600次凍融循環(huán)后進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，分組及測(cè)試結(jié)果如下：

由以上結(jié)果分析可知，經(jīng)歷600次凍融循環(huán)后，多數(shù)混雜纖維混凝土仍然具有很高的抗折強(qiáng)度，纖維可以有效緩解混凝土的劣化。

圖1a和圖1b是受壓破壞后試件形態(tài)：

圖1a為BF0PP0組，試件破壞后碎渣散落，脆性破壞明顯；圖1b為BF45PP20組，試件雖然已經(jīng)破壞，但整體形態(tài)完整，表面無水泥漿體掉落，可見纖維阻裂和延性效果好。

圖2a和圖2b為劈裂抗拉試驗(yàn)完成后試件形態(tài)：

圖2a為BF0PP0組，試件破壞后從中間裂成兩半，脆性破壞明顯；圖2b為BF45PP20組，試件雖然已經(jīng)破壞，但整體形態(tài)完整，出現(xiàn)多道裂縫消耗更多能量，表面無水泥漿體掉落，可見纖維阻裂和延性效果好。