一种应用氧化铝纤维提升动态劈拉性能的改性混凝土的制作方法

1.本发明属于混凝土加工技术领域，具体涉及一种应用氧化铝纤维提升动态劈拉性能的改性混凝土。


背景技术：

2.混凝土凭借其具有价格低廉、性能稳定等优点，已成为当今土木工程领域用途最广泛、用量最大宗的一种建筑材料。与此同时，混凝土结构作为工程实践中的主要承载对象，其承受荷载的能力值得重点关注。
3.混凝土的固有缺陷是因脆性特征较为明显而容易在受拉应力状态下产生裂缝，因此，减少裂缝的形成与延展，进而提高混凝土的拉伸强度就显得尤为重要，目前常用的方法主要包括：
4.1.施工过程之中在混凝土结构内部布设纤维布，通过纤维布与混凝土基体之间的相互粘结作用，使得混凝土在承受冲击拉伸荷载发生开裂时受到限制，从而降低裂缝延伸对整体结构造成的不利影响。
5.2.在混凝土中掺入纤维提高混凝土的抗拉能力，目前使用较多的纤维包括钢纤维、聚丙烯纤维等。然而，钢纤维容易遭受腐蚀，耐久性能较差；聚丙烯纤维变形能力不足，对于缓解混凝土受荷发生开裂的能力有限。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种应用氧化铝纤维提升动态劈拉性能的改性混凝土。
7.本发明是通过以下技术方案实现的：
8.一种应用氧化铝纤维提升动态劈拉性能的改性混凝土，其制备方法，包括如下步骤：
9.(1)称料：
10.按照每立方米材料用量(kg)称取各原料：水泥:硅灰:纳米二氧化硅:碎石:砂:拌合水:减水剂＝390:40:5.4:1314:667:169:3.9；
11.(2)投料搅拌：
12.先将砂与氧化铝纤维倒入搅拌机内搅拌2min，然后倒入碎石搅拌0.5min，再将水泥、硅灰、纳米二氧化硅倒入搅拌机内，搅拌1min，最后将减水剂与水的混合液倒入搅拌机内，搅拌2min；
13.(3)浇筑振捣：
14.将搅拌均匀后的拌合料倒入托盘，经人工翻拌均匀后，将拌合料装入相应尺寸的混凝土模具内，进行振捣；
15.(4)养护加工：
16.将浇筑成型的试件静置于室内1d后，脱模并标记，然后在标准条件下养护28d。
17.进一步地，步骤(1)中所述的水泥为陕西海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥，比表面积为360m2/kg，密度为3.05g/cm3，28d抗压强度为46.2mpa，28d抗折强度为8.6mpa。
18.进一步地，步骤(1)中所述的硅灰为合肥天健化工有限公司生产的硅灰，二氧化硅含量为96.3％，比表面积为19000m2/kg。
19.进一步地，步骤(1)中所述的纳米二氧化硅购买自北京德科金岛科技有限公司，比表面积为645m2/g，粒径为10nm。
20.进一步地，步骤(1)中所述的砂为灞河河砂，细度模数为2.6，表观密度为2630kg/m3，堆积密度为1440kg/m3，含泥量为1.0％。
21.进一步地，步骤(1)中所述的粗骨料为西安市长安区裕华碎石场提供，大碎石的主要技术指标：表观密度为2730kg/m3，堆积密度为1724kg/m3，颗粒级配为12～22mm；小碎石主要技术指标：表观密度为2644kg/m3，堆积密度为1650kg/m3，颗粒级配为5～12mm。大、小碎石搭配使用的比例为7:3。。
22.进一步地，步骤(1)中所述的拌合水为普通自来水。
23.进一步地，步骤(1)中所述的减水剂为山西黄恒科技有限公司生产的标准型聚羧酸高性能减水剂，外观为粘稠状无色透明液体，减水率为25％，掺量为水泥质量的1％。
24.进一步地，步骤(2)中所述的氧化铝纤维为美国3m公司生产，型号为312 900d nextel，其氧化铝含量为75％，二氧化硅含量为25％，单丝直径为5.26μm，单丝断裂伸长率为5.75％，密度为3.21g/cm3，短切长度为8mm。
25.本发明相比现有技术具有以下优点：
26.1、混凝土作为一种准脆性复合材料，组分复杂，其在制备过程中会因水泥的水化反应而引起温度应力，使得基体产生微裂纹，在承受荷载时内部微裂纹等原始缺陷发展，逐步扩张为宏观裂缝，进而宏观裂缝之间合并贯穿，最终导致整体结构破坏。在制备混凝土的过程中加入一定掺量的氧化铝纤维，通过氧化铝纤维的桥接、阻裂作用抑制裂缝形成，进而有效改善混凝土材料的动态劈拉性能。
27.2、本发明所提供的氧化铝纤维化学耐久性能稳定，并且具有耐高温、抗拉强度及变形特性好的特点。因此，本发明所制备的氧化铝纤维混凝土冲击拉伸强度较高，该种类型混凝土抗动态劈拉能力优越，可在一定程度上克服传统混凝土在动态受拉状态下容易迅速发生破坏而失效的缺点，改性混凝土动态劈拉性能有了很大程度的提升。
具体实施方式
28.一种应用氧化铝纤维提升动态劈拉性能的改性混凝土，其制备方法，包括如下步骤：
29.(1)称料：
30.按照每立方米材料用量(kg)称取各原料：水泥:硅灰:纳米二氧化硅:碎石:砂:拌合水:减水剂＝390:40:5.4:1314:667:169:3.9；
31.(2)投料搅拌：
32.先将砂与纤维倒入搅拌机内搅拌2min，然后倒入碎石搅拌0.5min，再将水泥、硅灰、纳米二氧化硅倒入搅拌机内，搅拌1min，最后将减水剂与水的混合液倒入搅拌机内，搅拌2min；
33.(3)浇筑振捣：
34.将搅拌均匀后的拌合料倒入托盘，人工翻拌均匀后，将拌合料分别装入相应尺寸的混凝土模具内，进行振捣；
35.(4)养护加工：
36.将浇筑成型的试件静置于室内1d后，脱模并标记，然后在标准条件下养护28d。
37.步骤(1)中的水泥为陕西海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥，比表面积为360m2/kg，密度为3.05g/cm3，28d抗压强度为46.2mpa，28d抗折强度为8.6mpa。
38.步骤(1)中的硅灰为合肥天健化工有限公司生产的硅灰，二氧化硅含量为96.3％，比表面积为19000m2/kg。
39.步骤(1)中的纳米二氧化硅购自北京德科金岛科技有限公司，比表面积为645m2/g，粒径为10nm。
40.步骤(1)中的砂为灞河河砂，细度模数为2.6，表观密度为2630kg/m3，堆积密度为1440kg/m3，含泥量为1.0％。
41.步骤(1)中的粗骨料为西安长安区裕华碎石场提供，大碎石的主要技术指标：表观密度为2730kg/m3，堆积密度为1724kg/m3，颗粒级配为12～22mm；小碎石主要技术指标：表观密度为2644kg/m3，堆积密度为1650kg/m3，颗粒级配为5～12mm。大、小碎石搭配使用的比例为7:3。。
42.步骤(1)中的拌合水为普通自来水。
43.步骤(1)中的减水剂为山西黄恒科技有限公司生产的标准型聚羧酸高性能减水剂，外观为粘稠状无色透明液体，减水率为25％，掺量为水泥质量的1％。
44.步骤(2)中的氧化铝纤维，为美国3m公司生产，型号为312 900d nextel，其氧化铝含量为75％，二氧化硅含量为25％，单丝直径为5.26μm，单丝断裂伸长率为5.75％，密度为3.21g/cm3，短切长度为8mm。
45.动态拉伸力学特性试验实例：
46.利用霍普金森压杆(shpb)试验系统进行动态劈拉力学性能测试，试验结果如下表1所示，测试过程中平均应变率约为30s-1
。
47.表1混凝土试件动态劈拉强度试验结果(取3次试验的平均值)
48.氧化铝纤维体积率(％)00.10.20.3改性混凝土动态劈拉强度(mpa)15.0316.3717.6419.03
49.由上表1可以看出，本技术向混凝土之中掺加氧化铝纤维，通过氧化铝纤维的桥接加固以及阻裂约束作用抑制裂缝形成，可有效提升传统混凝土材料的动态劈拉性能。