[發(fā)明專利]摻加鐵尾礦砂、硅灰和玄武巖纖維的高性能混凝土

在審

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• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN106927761A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方圣恩;張培輝
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻加鐵尾礦砂、硅灰和玄武巖纖維的高性能混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)

混凝土作為一種水泥基材料，抗拉強(qiáng)度低、韌性差、易開裂是固有缺陷，限制了混凝土在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，而水泥基材料復(fù)合化是解決這一問題的主要途徑，比如纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（Fiber Reinforced Cementitious Composites，縮寫FRCC）, 由纖維與水泥基材（凈漿、漿或混凝土）復(fù)合制成。當(dāng)采用混凝土作為水泥基材時，則有了纖維增強(qiáng)混凝土（Fiber Reinforced Concrete，縮寫FRC）的概念。復(fù)合化是水泥基材料高性能化的主要途徑，其中纖維增強(qiáng)是核心。

纖維增強(qiáng)混凝土（FRC）中主要通過加入鋼纖維、碳纖維或玻璃纖維起到阻裂增韌的作用，其中鋼纖維混凝土的生產(chǎn)技術(shù)最為成熟，已有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，但鋼纖維易抱團(tuán)、自重大、不耐高溫腐蝕。碳纖維雖然力學(xué)性能優(yōu)異，但價格昂貴，使用成本高，而且我國碳纖維的生產(chǎn)和使用技術(shù)還不成熟，難以在普通工程結(jié)構(gòu)中大面積應(yīng)用。玻璃纖維價格低、絕緣性好、抗腐蝕性好，但普通玻璃纖維耐堿性差，性脆易斷，不利于混凝土的耐久性。聚丙烯纖維是一種有機(jī)纖維，生產(chǎn)成本低，受到廣泛關(guān)注，但其抗拉強(qiáng)度低、易燃，與基體相容性差。為此，可以考慮在制備纖維增強(qiáng)混凝土過程中采用綜合性能和成本更優(yōu)的纖維材料。

玄武巖纖維（Basalt Fiber ，縮寫B(tài)F）是以玄武巖礦石作為生產(chǎn)原料，高溫熔融后通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成，具有抗拉強(qiáng)度高、抗裂性能好、制備成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。同時短切玄武巖纖維的生產(chǎn)使用過程及廢棄后的處理對環(huán)境造成的污染極小，是一種理想的綠色環(huán)保高性能纖維，我國已基本上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

砂是混凝土的原材料之一，隨著建筑工程的飛速發(fā)展，對其需求量也越來越大， 天然砂的不斷開采對自然環(huán)境構(gòu)成了巨大的壓力，在提倡可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下，禁采和限采天然砂已經(jīng)成了一個必然的趨勢。鐵尾礦是選礦后的廢棄物，每年我國工礦企業(yè)有上億噸的排放量，堆存量更是高達(dá)十幾億噸，如何綜合治理和利用這些鐵尾礦成了一個難題。鐵尾礦砂替代部分天然砂應(yīng)用于混凝土中，既解決了天然砂過度開采的問題，又解決了鐵尾礦回收利用問題。為此本發(fā)明采用鐵尾礦砂替代部分天然砂作為纖維增強(qiáng)混凝土的細(xì)骨料。

粉煤灰是FRC中使用最多的一種礦物摻合料，主要是為了替代部分水泥來節(jié)約成本，但其沒有良好地改善基體強(qiáng)度以及基體與纖維之間的粘結(jié)，砂漿基體破壞時纖維容易被拔出，粉煤灰和纖維的相容性差，黏結(jié)強(qiáng)度低，不能充分發(fā)揮纖維的性能優(yōu)勢。同時，摻入粉煤灰會降低混凝土的早期強(qiáng)度，干燥收縮大，不利于混凝土的耐久性。為此，可以考慮采用更適宜的礦物摻合料，以制備性能好的纖維增強(qiáng)混凝土。

為此，本發(fā)明提出采用短切玄武巖纖維和硅灰，鐵尾礦砂替代部分天然砂制備纖維增強(qiáng)混凝土。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種摻加鐵尾礦砂、硅灰和玄武巖纖維的高性能混凝土，其配合比由下述重量份的原料組成：水泥300-500份，硅灰10-40份，鐵尾礦混合砂600-800份，砂率30%-40%，鐵尾礦混合砂由鐵尾礦砂和天然砂混合制成，鐵尾礦砂占混合砂總重量的百分比為40%-60%，碎石1000-1200份，聚羧酸高性能減水劑1-4份，水200-210份，短切玄武巖纖維2-11份。

所述水泥型號為P.O 42.5-52.5，密度為3100-3250 kg/m3，品質(zhì)指標(biāo)須滿足《通用硅酸鹽水泥（GB 175-2007）》的要求；所述硅灰主要成分為SiO₂，含硅量85%-98%，具有極高的火山灰活性，品質(zhì)指標(biāo)滿足《砂漿和混凝土用硅灰（GB/T 27690-2011）》的要求；所述粗骨料為5-20mm的碎石，連續(xù)級配，表觀密度2600-2800kg/m3，壓碎指標(biāo)3-6%；所述鐵尾礦混合砂為天然砂和鐵尾礦砂混合制成的砂；所述天然砂細(xì)度模數(shù)3.1-3.7，顆粒級配屬于Ⅰ區(qū)；所述鐵尾礦砂細(xì)度模數(shù)0.7-2.2，顆粒級配屬于Ⅲ區(qū)；所述鐵尾礦混合砂細(xì)度模數(shù)2.3-3.0，顆粒級配屬于Ⅱ區(qū)；所述聚羧酸減水劑為高性能減水劑，有效含量20-25%，減水率為20-30%，具有良好的減水保坍作用；所述短切玄武巖纖維密度2550-2650kg/m3，長度5-25mm，直徑10-22μm，拉伸強(qiáng)度2000-4000MPa,拉伸彈性模量80-90GPa,斷裂伸長率2.4-3.1%。

本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，制備流程見圖1,主要步驟如下：

1）鐵尾礦混合砂的制作