一种沙漠砂混凝土及沙漠砂混凝土组合柱的制作方法

一种沙漠砂混凝土及沙漠砂混凝土组合柱
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技术领域
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本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是，本发明涉及一种沙漠砂混凝土及沙漠砂混凝土组合柱。
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背景技术：

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型钢混凝土结构的应用最早可以追溯到一百多年前的日本的东京海上大楼，是一种有别于传统的单一结构的新型组合结构。木结构不耐火、不耐腐蚀；钢结构耐热不耐火，有时还需要考虑应力腐蚀，造价远高于钢筋混凝土结构；钢筋混凝土结构自重大、不利于抗震，对于一些有裂缝控制要求的结构常常难以满足。此时就出现了一种介于钢筋混凝土结构和钢结构之间的结构，钢与混凝土组合结构，结合了混凝土结构与钢结构各自的优点，同时弥补了单一混凝土结构自重大、相对承载力较低的缺陷，以及单一钢结构造价高、不耐火、不耐腐蚀的缺陷。在同等尺寸截面的情况下型钢混凝土结构相较于传统的钢筋混凝土结构拥有更大的承载力，达到同一承载力的要求下，型钢混凝土的截面尺寸明显小于传统钢筋混凝土结构；在同等承载力要求下，型钢混凝土的用钢量仅为单一钢结构钢材用量的2/3，不仅降低了造价，还使结构的自重大大降低，在耐火性能、耐腐蚀性能方面也有了质的提升。
[0005]
在抗震方面，由于有型钢的加入，明显提升了混凝土结构的延性，减小了截面的尺寸，降低了结构的自重，使得结构的滞回环更加的饱满，增强了消耗地震能的能力，从而相较于传统的钢筋混凝土结构有着更加强大的抗震能力，使得高层建筑在高地震烈度区域能够获得更大的安全度。
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随着经济的发展，人们对建筑的要求从侧重耐久要求，逐渐对舒适性提出了更高的要求，但是由于高层结构的特殊性，如果使用传统的钢筋混凝土结构，会出现截面面积高达六七平方米的柱子，亦或梁高达到三米的梁，极大的限制了空间的利用率，浪费了使用空间。而型钢混凝土柱的出现，大大减小了柱截面，使建筑内部空间更加的灵活，在满足结构安全性的前提下更真实得重现了建筑设计师的美学设计，使建筑设计师在进行建筑设计时能够更加自由的设计。
[0007]
我国对于型钢混凝土结构研究起步较晚，上世纪八十年代才开始系统得对型钢混凝土进行研究，直到二十年前才开始颁布关于型钢混凝土结构设计的相关规程，加快对型钢混凝土结构的研究与应用具有极为重要的意义。
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近些年来，涤纶纤维逐渐在建筑业中崭露头角，作为新的建筑材料发展迅速，被广泛应用于装饰工程与结构工程中。涤纶纤维强度高、耐热性好、耐腐蚀性好、耐磨性好、造价低廉，作为混凝土的增强材料是最好不过的。沙漠砂的产生是岩石风化所产生的，平均粒径极小，属于特细砂资源，吸水率高，若大量替代河砂，会使混凝土的强度降低，坍落度性能不
满足要求，且沙漠砂具有一定的腐蚀性，不利于混凝土的耐久性能。废玻璃作为混凝土的粗、细骨料替代物，混凝土的抗酸腐蚀性、抗冻性、抗氯离子渗透、坍落度等性能都有所提升。如果能够合理的就近取材，最大限度利用工业、建筑业产生的废料，不仅可以解决涤纶纤维废料、废玻璃难以自然降解，人工处理代价高的问题，还能合理利用材料的各项性能制备出环保、耐久、高强度的混凝土，对于降低基建成本，保护资源，协调沙漠化治理都具有极其重要的意义。
[0009]


技术实现要素：

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本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种沙漠砂混凝土及沙漠砂混凝土组合柱。
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为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种沙漠砂混凝土，含有以下成分：水泥、粉煤灰、砂、涤纶纤维、水、减水剂；所述砂包括河砂、沙漠砂和废玻璃粉。
[0012]
优选地，所述粉煤灰掺量为9wt%~12wt%；所述涤纶纤维长度为20mm~40mm，掺量为0.8wt%~1.2wt%；所述减水剂掺量为0.5wt%~0.8wt%；所述沙漠砂混凝土的水胶比为0.34~0.35，灰砂比为1：（1.5~2.5），所述河砂、所述沙漠砂、所述废玻璃粉的质量比为（0.7~0.4）：（0.2~0.3）：（0.1~0.3）。
[0013]
优选地，本发明的一种沙漠砂混凝土还包括膨胀蛭石粉末。
[0014]
优选地，所述膨胀蛭石粉末的掺量为0.8wt%~1.0wt%。
[0015]
本发明还提供一种沙漠砂混凝土组合柱，包括钢筋笼和浇筑在所述钢筋笼内部以及所述钢筋笼外周的、上述任一项所述的沙漠砂混凝土。
[0016]
优选地，所述钢筋笼包括多个竖向钢筋、环绕所述竖向钢筋设置的箍筋。
[0017]
优选地，所述钢筋笼内还设置有型钢，所述沙漠砂混凝土浇筑在所述型钢上。
[0018]
优选地，所述型钢为工字钢，所述工字钢至少设置两个，所述工字钢对称设置在所述沙漠砂混凝土内部。
[0019]
优选地，两个对称设置的所述工字钢之间增设有拉结钢筋，所述拉结钢筋的两端分别与所述工字钢相连接。
[0020]
优选地，所述沙漠砂混凝土组合柱的含钢率在4wt%~10wt%。
[0021]
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：本发明的一种沙漠砂混凝土以工业废料或建筑垃圾废玻璃粉、涤纶纤维为原材料，同时配以适当量的沙漠砂以替代河砂，既实现了资源的充分利用、变废为宝，保护了环境，又降低了混凝土的生产成本；沙漠砂与粉煤灰有助于增加混凝土的密实度，阻碍氯离子的渗透通道，保护钢筋钝化膜不被破坏；混凝土中加入了废玻璃粉，可以调节混凝土的流动性，同时提高了混凝土的抗酸与抗碱腐蚀能力；混凝土中采用了涤纶纤维，提高了混凝土的抗冻耐久性能、抗氯离子渗透性能、抗冲击耐磨性能。
[0022]
本发明的一种沙漠砂混凝土组合柱采用了上述的沙漠砂混凝土，具有更好的抗酸、抗碱腐蚀能以及更优异的抗冻耐久性能、抗氯离子渗透性能和抗冲击耐磨性能。
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附图说明
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图1为本发明实施例4提供的一种沙漠砂混凝土组合柱的结构示意图；图2为本发明实施例4提供的一对工字钢相互连接的结构示意图。
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图中，1、沙漠砂混凝土，2、竖向钢筋，3、箍筋，4、工字钢，5、拉结钢筋。
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具体实施方式
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以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0028]
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
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此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0030]
本发明实施例提供一种沙漠砂混凝土，含有以下成分：水泥、粉煤灰、砂、涤纶纤维、水、减水剂；其中砂包括河砂、沙漠砂和废玻璃粉。
[0031]
优选地，粉煤灰掺量为9wt%~12wt%；涤纶纤维长度为20mm~40mm，掺量为0.8wt%~1.2wt%；减水剂掺量为0.5wt%~0.8wt%；沙漠砂混凝土的水胶比为0.34~0.35，灰砂比为1：（1.5~2.5），河砂、沙漠砂、废玻璃粉的质量比为（0.7~0.4）：（0.2~0.3）：（0.1~0.3）。其中，水泥为普通硅酸盐水泥，标号42.5，粉煤灰为f类i级粉煤灰。减水剂为hsc聚羧酸型高性能减水剂，减水率为20%。
[0032]
本发明的一种沙漠砂混凝土以工业废料或建筑垃圾废玻璃粉、涤纶纤维为原材料，同时配以适当量的沙漠砂以替代河砂，既实现了资源的充分利用、变废为宝，保护了环境，又降低了混凝土的生产成本；沙漠砂与粉煤灰有助于增加混凝土的密实度，阻碍氯离子的渗透通道，保护钢筋钝化膜不被破坏；混凝土中加入了废玻璃粉，可以调节混凝土的流动性，同时提高了混凝土的抗酸与抗碱腐蚀能力；混凝土中采用了涤纶纤维，提高了混凝土的抗冻耐久性能、抗氯离子渗透性能、抗冲击耐磨性能。
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优选地，本发明的一种沙漠砂混凝土还包括膨胀蛭石粉末。更优选地，膨胀蛭石粉末的掺量为0.8wt%~1.0wt%。膨胀蛭石粉末具有优质的保水性，使混凝土在大西北的干燥养护环境中的养护不因无法正常进行水泥水化作用而降低构件强度。
[0034]
本发明实施例的一种沙漠砂混凝土可以按以下步骤制备：（1）按比例将河砂、沙漠砂、废玻璃粉、膨胀蛭石粉倒入行星式搅拌机混合1min，然后按比例将水泥、粉煤灰加入行星式搅拌机充分搅拌2~3min；
（2）按比例称取涤纶纤维，加入搅拌机搅拌5min；（3）按比例量取水和减水剂，将水与减水剂充分溶合后加入搅拌机中搅拌2~3min，即得所述沙漠砂混凝土。
[0035]
以上步骤都需要无间断进行，需要提前称取每一步所需要加入的材料备用。
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实施例1本发明实施例1提供一种沙漠砂混凝土及其制备方法，具体如下：称取如下重量材料，水9kg，硅酸盐水泥23.475kg，粉煤灰2.595kg，河砂41.082kg，减水剂0.456kg，35mm涤纶纤维0.759kg。先将砂、水泥、粉煤灰倒入行星式搅拌机中搅拌2~3min混合均匀，后加入涤纶纤维搅拌5min，最后加入水和减水剂搅拌2~3min至均匀，用所制得混凝土按照gb50010-2010《混凝土结构设计规范》中所要求的标准养护条件制作六块尺寸150mm*150mm*150mm的立方体试块，记作k1、k2、k3、t1、t2、t3，制作三块gbt 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中所要求的标准养护条件制作三块尺寸100mm*100mm*400mm的棱柱体试块，记作d1、d2、d3，三块尺寸直径100mm、高50mm的圆柱体试件，记作c1、c2、c3。
[0037]
实施例2其与实施例1不同之处在于，所取河砂质量为30.815kg，沙漠砂10.270kg。
[0038]
实施例3其与实施例2不同之处在于，所取河砂质量为18.487kg，沙漠砂10.270kg，废玻璃粉12.324kg。
[0039]
为了更好的说明本发明所制备的沙漠砂混凝土能够在极大降低造价的同时满足强度要求，现将上述三个实施例所制备的18个立方体试件根据gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度试验、抗拉强度试验，测试结果见表1。
[0040]
上述三个实施例所制备的混凝土按gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中所述坍落度测试结果见表2。
[0041]
上述三个实施例所制备的9个棱柱体试件按照gbt 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行快冻法试验测试抗冻性能，试验结果见表3、表4。
[0042]
上述三个实施例所制备的9个圆柱体试件按照gbt 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行电通量法试验测试抗氯离子渗透性能，实验结果见表5、表6。
[0043]
由表1可知，当混凝土中的砂仅用沙漠砂替换时，抗压强度略有下降，抗拉强度几乎没有受到影响；进一步使用废玻璃对河砂进行替代时，混凝土的抗压强度相较于没有进行沙漠砂替换及有沙漠砂替换时有所提升，这是由于废玻璃粉的加入使得混凝土在振捣时更加的密实，抗拉强度有明显的提升。
[0044]
由表2可知，沙漠砂会大幅提升混凝土的流动性，表现为坍落度的变大，由于废玻璃粉作为细骨料替换河沙会降低混凝土的流动性，一定程度上降低了由于沙漠砂的加入混凝土的坍落度提升，在实际应用时，可以根据需要调整废玻璃粉的掺入比例来控制坍落度，需要注意的是，在降低废玻璃粉的掺入量时需要增加振捣的次数确保混凝土的密实度。
[0045]
由表3、表4可知，随着冻融次数的增加，混凝土的动弹性模量呈现下降的趋势，经过25次冻融后，实施例1、2、3的动弹性模量分别降至97.6%、97.4%、98.7%，在冻融初期都下降得很小，从数据可以看出，在冻融循环次数由25次增加到275次的过程中，实施例1的动弹性模量下降速度明显高于实施例2、实施例3，并且实施例3下降幅度小于实施例2，当冻融循环次数达到300次时，实施例1的混凝土试件冻坏，此时实施例3的动弹性模量与实施例1冻融循环次数为175次时相当。不难得出混凝土的抗冻融能力依次为：实施例3>实施例2>实施例1。
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由表5、表6可知，随着沙漠砂、废玻璃粉的掺入，混凝土的抗氯离子渗透性逐渐增强，这是因为沙漠砂增加了混凝土的流动性，提高了混凝土的密实性，减少了混凝土中的孔隙，废玻璃粉与沙漠砂及河砂共同作用使得混凝土内部更加密实，从而混凝土获得了高抗氯离子渗透能力。
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实施例4本发明实施例4提供一种沙漠砂混凝土组合柱，结构如图1、图2所示。一种沙漠砂混凝土组合柱，包括钢筋笼和浇筑在钢筋笼内部以及钢筋笼外周的沙漠砂混凝土1。其中，钢筋笼包括多个竖向钢筋2、环绕竖向钢筋2设置的箍筋3。
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优选地，钢筋笼内还设置有型钢，沙漠砂混凝土1浇筑在型钢上。在沙漠砂混凝土1内部增设型钢可以提高混凝土的抗侧移能力与承载力，可以根据使用时的混凝土的受力情况选择使用不同类型、不同数量的型钢。
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本发明实施例2使用的型钢为工字钢4，工字钢4至少设置两个，工字钢4对称设置在沙漠砂混凝土1内部。两个对称设置的工字钢4之间增设有拉结钢筋5，拉结钢筋5的两端分别与工字钢4相连接。对称式工字钢4利用拉结钢筋5拉结在一起，组成的空间钢架能够有效提高组合柱的抗侧移能力，从而提高组合柱的抗震性能，同时在组合柱受到偏心压力时，由于组合柱中配置了对称的工字钢4，受压端的工字钢4能够承受较大的压力，而另一端的工字钢4无论是承受压力还是拉力都能够保护混凝土不过早被破坏，因此相较于普通钢骨混凝土，对称的工字钢沙漠砂组合柱具有更高的承载力。对称工字钢4采用hpb300钢筋以缀条焊接的形式拉结，使对称的工字钢形成一个整体空间钢架，在受到较大的侧向力时协同受力。
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为了能够提高混凝土的抗侧移能力与承载力的目的，组合柱钢骨的含钢率不能太低，也不能太高，钢骨含钢率过低，构件强度无法达到使用要求，钢骨含钢率过高，无法完全使混凝土与钢骨的协同受力，并且过高的钢骨含钢率所提升的承载力与造价相比是不经济的，根据我国现行规范yb9082-2006 《钢骨混凝土结构设计规程》中所要求的，钢骨含钢率最低不低于4%，不宜高于15%，结合理论计算与试验研究，钢骨含钢率在4%~10%较为经济。
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本发明实施例研究了相同截面、不同材料制备的混凝土柱的承载力，结果如表7所示。
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从表7可以看出，在对称式工字钢沙漠砂混凝土中适当配筋能够提高组合柱的承载力，原因是箍筋3约束了工字钢4周围的沙漠砂混凝土1，增加了沙漠砂混凝土1和钢骨的粘结力，从而限制了工字钢4的屈曲变形，提升了构件的承载力。
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通过计算与试验，可以得知对称式工字钢沙漠砂混凝土组合柱具有较好的抗侧移能力与地震耗能能力。
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为了保证工字钢4与沙漠砂混凝土1的性能能够充分发挥，沙漠砂混凝土1保护钢骨不受腐蚀、锈蚀、火灾影响，保护层厚度不宜低于150mm。
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本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。