玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土及其制备方法

本发明涉及一种混凝土，具体涉及一种玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、自我国提出相关海洋战略以来，岛礁工程建设如火如荼，在基础设施建设、海洋岛礁工程等领域得到了迅速的发展，所需的建筑材料也不断的逐年增加。然而，运输大量的原材料需要花费巨大的成本，南海岛礁对我国的政治、经济和文化有着重要影响，为进一步发展海洋经济，南海岛礁建设需要稳步推进。南海岛礁区域的构筑物会受到海水的侵蚀，海浪的冲击以及海风的剥蚀，因此在南海岛礁工程建设中所使用的建筑材料（如混凝土），需要具备比普通建筑材料更强的力学性能（特别是抗冲击性能）、抗渗透能力与耐腐蚀能力，也需考虑建筑材料动态力学性能。在南海岛礁工程建设中，使用海水制备珊瑚砂水泥基复合材料，能较大程度降低工程成本，减少对建筑材料的依赖，具有重要的工程实用价值，但是，由于珊瑚砂脆性大，对混凝土强度会造成消极影响。

2、为充分利用海水海砂资源，大量学者对海水海砂混凝土进行了研究，其粗骨料为普通碎石，研究表明海水、海砂中含有较多氯盐，会影响水泥的水化过程，对混凝土的强度、工作性能和耐久性等都有影响，海水海砂混凝土的力学性能与普通混凝土的力学性能不同。alhozaimy等制备聚丙烯纤维增强混凝土，并研究其弯曲韧性与抗冲击力学性能。试验结果表明，掺加聚丙烯纤维，对混凝土抗压强度与抗折强度影响较小。soroushian等对不同碳纤维含量与不同骨料含量制备的碳纤维增强水泥基复合材料进行冻融耐久性试验，试验结果发现随着碳纤维掺量与骨料含量的不断增加，复合材料冻融耐久性表现出先增加后降低的规律，当碳纤维掺量与骨料含量增加到一定程度后，对复合材料耐久性会产生负面效应。此外朱德举等通过试验分析了未掺加粗骨料的海水海砂超高性能混凝土的力学性能影响因素，发现钢纤维对海水海砂超高性能混凝土的力学性能的提升效果较显著，但其只提高了抗压强度影响，其抗冲击韧性、耐腐蚀性、延性、耐久性效果还有待探讨。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可提高混凝土的抗冲击韧性、抗冻融侵蚀能力、耐腐蚀性、有效延长混凝土使用寿命、提高混凝土在海洋环境下的耐久性的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提出如下方案。

3、一种玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土，由以下原料制备而成：按质量份计，水泥220份～260份，粉煤灰182份～202份，矿渣粉38份～58份，珊瑚砂518份～538份，海水114.8份～134.8份，聚羧酸减水剂0.40份～1.2份，玄武岩纤维2.11份～8.44份。

4、上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土，优选的，所述珊瑚砂的颗粒粒径为0.15mm～2.36mm，所述珊瑚砂的细度模数1.88～2.03。

5、上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土，优选的，所述玄武岩纤维的弹性模量为91gpa～110gpa，公称长度为10mm，密度为2.63g/cm3～2.65g/cm3，单丝直径7μm～15μm，断裂强度＞2000mpa。

6、上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土，优选的，所述聚羧酸减水剂的固含量为50％，减水率为28％，所述聚羧酸减水剂的质量为水泥、粉煤灰和矿渣粉总质量的0.2％。

7、上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土，优选的，所述水泥为硅酸盐水泥，所述粉煤灰为比表面积1300m2/kg、烧失量2.8％、密度2.55g/cm3、sio2含量45.1％、含水量0.85％、细度16％的粉煤灰，所述矿渣粉为比表面积628m2/kg、密度2.93g/cm3、烧失量0.96％、含水量0.4％的矿渣粉。

8、上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土，优选的，所述海水为人工海水，所述人工海水包括nacl、mgcl2·6h2o、na2so4、cacl2、kcl、nahco3、kbr和水。

9、作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：

10、（1）将水泥、粉煤灰和矿渣粉混合并搅拌，得到胶凝材料；

11、（2）先将胶凝材料与2/3海水进行混合并搅拌，然后添加聚羧酸减水剂与1/3海水继续搅拌，得到胶凝状浆体；

12、（3）将玄武岩纤维与珊瑚砂混合并搅拌均匀，使玄武岩纤维在珊瑚砂中均匀分散，得到混合物，然后将混合物充分融入步骤（2）所得胶凝状浆体中搅拌，得到混凝土材料；

13、（4）将所得混凝土材料浇筑入模，进行养护，得到玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土。

14、上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土的制备方法，优选的，步骤（1）中，所述搅拌的时间为1min～3min；步骤（2）中，所述搅拌的时间为2min～3min，所述继续搅拌的时间为2min～3min；步骤（3）中，所述搅拌的时间为3min～4min。

15、上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土的制备方法，优选的，步骤（3）中，所述珊瑚砂在混合前先进行预润湿。

16、作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土或者上述的制备方法制得的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土在海洋工程领域（优选南海海洋工程领域）的应用。

17、本发明中，水胶比为海水与胶凝材料的质量比。

18、与现有技术相比，本发明的优点在于：

19、1、本发明的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土将玄武岩纤维、珊瑚砂、聚羧酸减水剂等原料及其配比进行协同，有效提高了混凝土的抗冲击韧性、抗冻融侵蚀能力、耐腐蚀性，还可延长混凝土的使用寿命，并且能够提高混凝土在海洋环境下的耐久性，拓展其在海洋领域的应用范围。本发明以海水中的珊瑚砂作为原材料，在海洋工程的建设过程中可就地取材，不仅降低了原材料的成本，也减少了从内陆运输淡水和砂的成本，但是，使用珊瑚砂作为细骨料会导致试块内微裂纹与微空洞等缺陷较多，使抗拉强度、抗冲击强度低、性质脆，对于混凝土而言，其破坏、脆弱区域往往为水泥浆体与骨料之间的界面过渡区，申请人发现，掺入玄武岩纤维可以改善界面过渡区微结构的强度，减少混凝土内部的缺陷，还可提高混凝土的密实度和整体性，显著提升混凝土的抗冲击韧性，解决了由于珊瑚砂脆性大对混凝土强度造成的不良影响，使所得混凝土具有良好工作性的同时能够保证建筑结构的安全性和可靠性。不同玄武岩纤维掺量对混凝土动态冲击特性有明显影响，合适的玄武岩纤维掺入量可有效减小混凝土的损伤劣化。珊瑚砂、玄武岩纤维的协同还能够显著提高腐蚀条件下混凝土的抗冻融侵蚀能力，有效延长其使用寿命。

20、2、本发明的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土中采用聚羧酸减水剂，可以保证在极低的水胶比的情况下（普通混凝土水胶比通常在0.35-0.6之间，本发明的水胶比在0.22-0.3之间），使拌合物具有良好的工作性能，得到满足结构要求的力学性能、延性、耐久性优异的混凝土。

21、3、本发明的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土中还加入了矿渣粉、粉煤灰等胶凝材料，可以在一定程度上改善界面过渡区微结构的强度，增强混凝土的耐久性和长期强度，同时剔除了现有混凝土材料中常用的碎石等粗骨料，采用珊瑚砂作为细骨料，掺入玄武岩纤维后提高了混凝土的密实度和整体性，减少了混凝土内部的缺陷，因此多原料协同可显著提高混凝土的强度和耐久性，可使混凝土更适应海洋环境。

22、4、本发明的制备方法通过对原材料的筛选与配比控制、施工工艺的优化控制，合理掺加优质矿物掺合料或复合掺合料，使用珊瑚砂细骨料可就地取材、降低成本，但会导致试块内微裂纹与微空洞等缺陷较多，通过掺入玄武岩纤维改善界面过渡区微结构的强度，可显著提升混凝土的抗冲击韧性，解决了珊瑚砂水泥基材料抗拉强度低、性质脆的问题，采用聚羧酸减水剂可以保证在极低的水胶比的情况下，使拌合物具有良好的工作性能，得到满足结构所要求的力学性能、延性、耐久性优异的混凝土。本发明采用纤维后掺法，促进了纤维在混凝土中分散得更加均匀。

23、5、本发明的玄武岩纤维增强珊瑚砂混凝土可应用于海洋工程领域，解决了普通混凝土在海洋环境下抗冲击韧性的难题，在海洋工程中具有较高的经济效益。