一种高耐久性玄武岩纤维混凝土及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种高耐久性玄武岩纤维混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.水泥作为一种水硬性胶凝材料在建筑工程领域得到广泛的应用，其主要特性为加入适量水后具有的可塑性，不仅能够在空气中硬化，也能够在水中硬化。水泥特别适用于制造混凝土，并被广泛的应用于路面铺设、房屋建筑等场合。现有的建筑材料如水泥砂浆具有施工简便、强度高等特点被广泛应用，但随着用户需求的提高，对于建筑材料耐久性能的要求越来越高，为了达到提高混凝土耐久性的目的，往往需要增添高性能原料。
3.玄武岩纤维作为一种新兴材料，具有较高的强度、模量、耐热性、耐碱性，且无毒、不燃。玄武岩纤维与玻璃纤维具有相似的成分和结构，因此可以用来制作绝热材料、吸声材料、抗震材料、过滤材料和增强复合材料等，尤其作为增强材料可应用于汽车、建筑、隔热、航空航天等领域。
4.然而经过研究发现，由于玄武岩纤维自身的缺点，使得仅仅靠添加玄武岩纤维制备的混凝土耐久性仍然无法满足一些特定需求，因此如何进一步提高玄武岩纤维混凝土的耐久性是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高耐久性玄武岩纤维混凝土及其制备方法。
6.为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
7.一种高耐久性玄武岩纤维混凝土，包括以下质量份数的原料：水泥80-100份，矿渣10-20份，硅灰8-15份，羧甲基纤维素10-15份，粉煤灰20-30份，河沙35-45份，减水剂1-5份，改性玄武岩纤维0.5-2份，聚丙烯纤维0.1-0.5份，水20-30份。
8.进一步地，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述矿渣的比表面积为312-350m2/kg；所述河沙的细度模量为2.2-2.5，表观密度为2.5g/cm3；所述减水剂为聚羧酸减水剂、脂肪族减水剂或萘系减水剂。
9.进一步地，所述改性玄武岩纤维的制备方法为：
10.将玄武岩纤维浸泡在丙酮溶液中，取出干燥后再浸渍在含有稀土氧化物的酸液中，浸泡1-2h，然后洗涤至中性，干燥，得到改性玄武岩纤维。
11.进一步地，所述含有稀土氧化物的酸液中稀土氧化物总浓度为0.01-0.1wt.％。
12.进一步地，所述稀土氧化物由质量比1：1：2的氧化镧、氧化铈和氧化钆组成。
13.进一步地，所述聚丙烯纤维直径为20μm，长度为5-20mm。
14.本发明还提供一种高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
15.按质量称取原料，将改性玄武岩纤维和聚丙烯纤维混合，然后依次加入矿渣、硅
灰、羧甲基纤维素、粉煤灰和河沙，搅拌，得到干拌混合物；
16.在干拌混合物中加入水泥、减水剂和水进行湿混剪切，养护，得到高耐久性玄武岩纤维混凝土。
17.进一步地，所述湿混剪切的参数为：温度20-35℃，剪切速率为200-280r/min。
18.本发明还提供一种高耐久性玄武岩纤维混凝土作为建筑材料的应用。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.本发明合理调控各组分的比例，并通过玄武岩纤维和聚丙烯纤维的合理配比，有效提高了混凝土的收缩阻裂性能，进而制备出高耐久性混凝土，该混凝土施工性能良好、强度高。
21.本发明利用镧、铈和钆组成的稀土氧化物对玄武岩纤维表面进行改性，使其表面形成新的活性基团，从而提高玄武岩纤维与其他原料之间的结合力，进而提高抗裂性能。而且玄武岩纤维本身就是一种“惰性纤维”，具有高度的稳定性，在高温、高腐蚀性的环境中能保持稳定性能，使玄武岩加纤维能适应混凝土的拌合、浇筑、凝结和使用的各个阶段的恶劣环境，提高混凝土的耐久性。本发明同时还添加了聚丙烯纤维，二者结合后可更有效的提高混凝土耐久性能，大大减少原料的使用量。
22.由于本发明使用了稀土元素，因此制备的混凝土还具备抗辐射性能。
23.本发明在混凝土制备过程中，还采取了干拌和的操作，先将原料中除了水泥、水和减水剂外的其他干性原料混合，然后再全部湿混剪切，相当于对原料的进一步改性，有效提高了混凝土的性能。
具体实施方式
24.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
25.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。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
26.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
27.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
28.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
29.本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
30.一种高耐久性玄武岩纤维混凝土，包括以下质量份数的原料：水泥80-100份，矿渣10-20份，硅灰8-15份，羧甲基纤维素10-15份，粉煤灰20-30份，河沙35-45份，减水剂1-5份，改性玄武岩纤维0.5-2份，聚丙烯纤维0.1-0.5份，水20-30份。
31.在一些优选实施例中，所述高耐久性玄武岩纤维混凝土，包括以下质量份数的原料：水泥90份，矿渣15份，硅灰12份，羧甲基纤维素12份，粉煤灰25份，河沙40份，减水剂3份，改性玄武岩纤维0.6份，聚丙烯纤维0.2份，水25份。
32.在一些优选实施例中，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述矿渣的比表面积为312-350m2/kg；所述河沙的细度模量为2.2-2.5，表观密度为2.5g/cm3；所述减水剂为聚羧酸减水剂、脂肪族减水剂或萘系减水剂。
33.在一些优选实施例中，所述改性玄武岩纤维的制备方法为：
34.将玄武岩纤维浸泡在丙酮溶液中，取出干燥后再浸渍在含有稀土氧化物的酸液中，浸泡1-2h，然后洗涤至中性，干燥，得到改性玄武岩纤维。
35.在一些优选实施例中，所述含有稀土氧化物的酸液中稀土氧化物总浓度为0.01-0.1wt.％。优选为0.05wt.％。
36.在一些优选实施例中，所述稀土氧化物由质量比1：1：2的氧化镧、氧化铈和氧化钆组成。
37.在一些优选实施例中，所述聚丙烯纤维直径为20μm，长度为5-20mm。
38.本发明还提供一种高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
39.按质量称取原料，将改性玄武岩纤维和聚丙烯纤维混合，然后依次加入矿渣、硅灰、羧甲基纤维素、粉煤灰和河沙，搅拌，得到干拌混合物；
40.在干拌混合物中加入水泥、减水剂和水进行湿混剪切，养护，得到高耐久性玄武岩纤维混凝土。
41.在一些优选实施例中，所述湿混剪切的参数为：温度20-35℃，优选为30℃，剪切速率为200-280r/min，优选为240r/min。
42.本发明还提供一种高耐久性玄武岩纤维混凝土作为建筑材料的应用。
43.在以下实施例中，水泥为p.o42.5r普通硅酸盐水泥(河北金隆水泥集团有限公司)；矿渣(易县正达矿渣销售有限公司)的比表面积为325m2/kg；河沙(河北旭旺沙子销售有限公司)的细度模量为2.3，表观密度为2.5g/cm3；减水剂(售江苏苏博特新材料股份有限公司)为聚羧酸减水剂，固含量为35％，减水率为28％；聚丙烯纤维(江苏苏博特新材料股份有限公司)直径为20μm，由长度为5-8mm和15-20mm两种尺寸组成，二者质量比为1:1；粉煤灰(邯郸市复兴区英琦粉煤灰销售有限公司)为ii级粉煤灰；玄武岩纤维(河北玄武建材集团有限公司)。
44.表1水泥的化学组成(％)
45.sio2al2o3fe2o3caomgoso3k2ona2o杂质20.474.863.4564.013.842.10.480.54余量
46.表2硅灰的化学组成(％)
47.sio2al2o3fe2o3caomgok2ona2o杂质85.570.940.981.590.40.760.21余量
48.表3矿渣的化学组成(％)
49.sio2al2o3fe2o3caomgoso3k2ona2omno杂质35.4713.460.3635.1210.470.970.30.380.15余量
50.下面结合具体实施例子对本发明做进一步的描述。
51.实施例1
52.一种高耐久性玄武岩纤维混凝土，由以下质量份数的原料组成：水泥90份，矿渣15份，硅灰12份，羧甲基纤维素12份，粉煤灰25份，河沙40份，减水剂3份，改性玄武岩纤维0.6份，聚丙烯纤维0.2份，水25份。
53.改性玄武岩纤维的制备方法为：
54.将玄武岩纤维在丙酮溶液中浸泡5h，取出干燥后再浸渍在含有稀土氧化物的浓硝酸溶液中，50℃水浴加热2h，用去离子水洗涤至中性，干燥，得到得到改性玄武岩纤维。
55.所述含有稀土氧化物的浓硝酸溶液中稀土氧化物总浓度为0.05wt.％，稀土氧化物由质量比1：1：2的氧化镧、氧化铈和氧化钆组成。
56.高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法：
57.按质量称取原料，将改性玄武岩纤维和聚丙烯纤维混合，然后依次加入矿渣、硅灰、羧甲基纤维素、粉煤灰和河沙，搅拌，得到干拌混合物；
58.在干拌混合物中加入水泥、减水剂和水进行湿混剪切，剪切时温度为30℃，剪切速率为240r/min，养护，得到高耐久性玄武岩纤维混凝土。
59.实施例2
60.一种高耐久性玄武岩纤维混凝土，由以下质量份数的原料组成：水泥100份，矿渣10份，硅灰8份，羧甲基纤维素15份，粉煤灰30份，河沙35份，减水剂5份，改性玄武岩纤维0.5份，聚丙烯纤维0.1份，水30份。
61.改性玄武岩纤维的制备方法同实施例1。
62.高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法同实施例1。
63.实施例3
64.一种高耐久性玄武岩纤维混凝土，由以下质量份数的原料组成：水泥80份，矿渣20份，硅灰15份，羧甲基纤维素10份，粉煤灰20份，河沙45份，减水剂1份，改性玄武岩纤维2份，聚丙烯纤维0.5份，水20份。
65.改性玄武岩纤维的制备方法同实施例1。
66.高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法同实施例1。
67.实施例4
68.高耐久性玄武岩纤维混凝土原料组成同实施例1。
69.改性玄武岩纤维的制备方法为：
70.将玄武岩纤维在丙酮溶液中浸泡5h，取出干燥后再浸渍在含有稀土氧化物的浓硝酸溶液中，50℃水浴加热2h，用去离子水洗涤至中性，干燥，得到得到改性玄武岩纤维。
71.所述含有稀土氧化物的浓硝酸溶液中稀土氧化物总浓度为0.01wt.％，稀土氧化物由质量比1：1：2的氧化镧、氧化铈和氧化钆组成。
72.高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法同实施例1。
73.实施例5
74.高耐久性玄武岩纤维混凝土原料组成同实施例1。
75.改性玄武岩纤维的制备方法为：
76.将玄武岩纤维在丙酮溶液中浸泡5h，取出干燥后再浸渍在含有稀土氧化物的浓硝酸溶液中，50℃水浴加热2h，用去离子水洗涤至中性，干燥，得到得到改性玄武岩纤维。
77.所述含有稀土氧化物的浓硝酸溶液中稀土氧化物总浓度为0.1wt.％，稀土氧化物由质量比1：1：2的氧化镧、氧化铈和氧化钆组成。
78.高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法同实施例1。
79.实施例6
80.高耐久性玄武岩纤维混凝土原料组成同实施例1。
81.改性玄武岩纤维的制备方法同实施例1。
82.高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法：
83.按质量称取原料，将改性玄武岩纤维和聚丙烯纤维混合，然后依次加入矿渣、硅灰、羧甲基纤维素、粉煤灰和河沙，搅拌，得到干拌混合物；
84.在干拌混合物中加入水泥、减水剂和水进行湿混剪切，剪切时温度为20℃，剪切速率为280r/min，养护，得到高耐久性玄武岩纤维混凝土。
85.对比例1
86.同实施例1，区别在于，将改性玄武岩纤维替换成玄武岩纤维。
87.对比例2
88.同实施例1，区别在于，不添加聚丙烯纤维。
89.对比例3
90.同实施例1，区别在于，改性玄武岩纤维的制备：将玄武岩纤维在丙酮溶液中浸泡5h，取出干燥后再浸渍在含有稀土氧化物的浓硝酸溶液中，50℃水浴加热2h，用去离子水洗涤至中性，干燥，得到得到改性玄武岩纤维。
91.所述含有稀土氧化物的浓硝酸溶液中稀土氧化物总浓度为0.05wt.％，稀土氧化物为氧化镧。
92.对比例4
93.同实施例1，区别在于，高耐久性玄武岩纤维混凝土的制备方法：按质量称取原料，将水泥、减水剂、矿渣、硅灰、羧甲基纤维素、粉煤灰和河沙混合，搅拌，然后加入改性玄武岩纤维和聚丙烯纤维，继续搅拌，养护，得到高耐久性玄武岩纤维混凝土。
94.对比例5
95.同实施例1，区别在于，聚丙烯纤维长度为5-8mm。
96.试验例1
97.将实施例1-6和对比例1-5的高耐久性玄武岩纤维混凝土材料依据检测标准进行检测，结果如表4、表5。
98.按照gb/t50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测定各个实施例和对比例制备的混凝土的力学性能；
99.按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》测试劈裂抗拉强度；
100.采用lc2000落锤式冲击试验机对试件进行冲击破坏试验，测试试件为长
×
宽
×
高为150mm
×
150mm
×
50mm立方体的混凝土，记录试件初次开裂的冲击次数s1和试件完全破坏的冲击次数s2，并计算试件破坏冲击能w2，计算公式如下：w2＝s2×m×g×
h，其中，m为落锤
重量，g为重力加速度，h为落锤下落高度；
101.依据《水工混凝土试验规程》(dl/t5150-2001)，检测混凝土试件的抗冻性，测试试件为长
×
宽
×
高为150mm
×
150mm
×
400mm棱柱体的混凝土，连续进行300次冻融循环，并计算耐久性指数，公式如下：耐久性指数＝pn×
冻融循环次数/300，其中，pn为试件的相对动弹性模量，pn＝f
2n
/f
21
×
100，fn为试件冻融循环后的自振频率，hz，f
21
为试件冻融循环前的自振频率，hz。
102.表4
[0103][0104]
表5
[0105] 冲击次数s1冲击次数s2破坏冲击能w2实施例115363642实施例215343631实施例314353627实施例412333579实施例513343596实施例614353618对比例16163114对比例29193267对比例311213365对比例48183192对比例513323497
[0106]
从表4和表5可以看出，本发明实施例制备的混凝土耐久性强，不易开裂，与对比例相比，当使用不改性的玄武岩纤维时，制备的混凝土性能大幅度下降，当去掉聚丙烯纤维时，混凝土性能相对对比例1稍有好转，但仍处于下降状态，说明本发明选择的两种纤维具有相互促进作用，缺少任何一种物质都会导致混凝土性能下降；对比例4仅仅是替换了混凝土中原料的混合方法，同样导致其制备的混凝土性能下降，由此说明本发明是原料与制备
方法相结合，最终制备出了耐久性高的混凝土。
[0107]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。