玄武巖纖維再生保溫混凝土及其製備方法與流程
2023-07-06 05:48:16 1
本發明屬於建築材料技術領域， 具體為一種玄武巖纖維再生保溫混凝土及其製備方法。
背景技術：
從20世紀90年代末，我國建築業進入了突飛猛進的發展階段，一座座高樓拔地而起，同時又不斷地有舊建築物、構築物被拆除。而混凝土長期以來作為建築工程的主要材料，由於混凝土材料現階段的不可替代性，在工程中大量使用混凝土材料，產生大量的混凝土材料垃圾。世界上對建築垃圾的處理方法仍然是傳統的露天堆放或填埋，這不同程度地引起對自然環境和人類生存環境的破壞。於是，建築垃圾的處理就成了亟待解決的問題。同時，大量的待建建築使得混凝土的需求量增大，又造成世界範圍內天然資源的匱乏。考慮到資源和能源的有限性，改善和降低環境負擔等，將建築垃圾循環再生利用，可利用其生產新的建材產品，從而使有限的資源得以再利用，又解決了環保和資源問題。進行再生混凝土技術的研究是非常重要的，這也是發展循環經濟，開發環境友好型建築材料，實現建築資源環境可持續發展的重要舉措之一。
世界上超過90%的建築物都使用鋼筋混凝土結構，混凝土具有良好的抗壓、抗拉、抗彎等力學性能，是一種良好的結構材料。但是混凝土材料的導熱係數在規範中規定為2.94 W/m·K，而建築外牆大多使用混凝土材料，這就要求必須在建築內外牆做大量的保溫措施，來減少建築物冷熱交換的速度，才能達到建築節能的要求。因此進行混凝土的自保溫技術的研究就變得日益重要。
近年來很多研究人員展開了關於再生混凝土的研究，但是研究結果表明：由於再生骨料的強度較天然骨料強度較低、堆積密度和表觀密度較低、雜質含量較高，並且含有微裂縫,導致再生混凝土的空隙率增大、吸水率高等原因。這些原因使得混凝土隨著再生粗骨料取代率的增加，尤其是強度越高的混凝土，它們的抗裂、抗衝擊等性能，以及抗滲、抗凍融等耐久性能力也會隨之下降，因此也限制了再生混凝土在工程中的應用。並且因為再生集料的顆粒稜角多，表面粗糙，組成中包含著相當數量的硬化水泥砂漿，砂漿體中水泥石本身孔隙率較大，且在破碎的過程中，其內部往往會產生大量具有一定尺寸的裂紋，因此與天然集料相比，再生集料的吸水率和吸水速率要大的多。吸水率高則必然導致失水後混凝土幹縮增大，徐變增大。混凝土中水泥與水產生的水化反應會產生大量的水化熱，尤其是大體積混凝土施工中因水化熱所產生的溫度裂縫是一個很嚴重的問題。
混凝土的高強化是百多年來的努力方向，作為重要的結構材料，強度一直是混凝土的主要性能指標，高強度一直被認為是優質混凝土的特徵。然而，人們在追求高強度的同時，卻發現了不少混凝土建築因材質劣化引起開裂破壞甚至倒塌，它們的破壞往往不是強度不足，而是耐久性不夠。因此，混凝土耐久性的重要地位已不亞於強度和其它性能，由此也提出了混凝土高性能化的要求。近年來再生混凝土做到高強度已經可以實現，但是由於再生混凝土本身所用的再生集料的特性，其耐久性能相比較普通混凝土而言較差，這將很大程度的影響其在大跨、高聳、重載的現代工程結構中的使用。
技術實現要素：
本發明針對現有再生混凝土利用率低、性能差等缺點，提供一種全新配方的再生混凝土，具體是一種玄武巖纖維再生保溫混凝土及其製備方法。在再生混凝土中加入適量玄武巖纖維和玻化微珠，改善再生混凝土的物理力學性能、耐久性能、保溫性能，提高再生混凝土的經濟性和實用性。
本發明是採用如下技術方案實現的：
一種玄武巖纖維再生保溫混凝土，包括下述重量份的原料：粗骨料1100-1300份，水泥300-500份，砂450-650份，玄武巖纖維0.5-8份，玻化微珠140-180份，外摻料4-10份，外加劑3-7份，水適量。
上述玄武巖纖維再生保溫混凝土的製作方法，包括以下步驟：
（1）、取上述重量水泥的四分之一，水適量，配成水泥淨漿；
（2）、將所述配重的玄武巖纖維均勻的摻入步驟一配得的水泥淨漿中；
（3）、將所述配重的玻化微珠加入攪拌機並加入適量的水，攪拌20-40s；
（4）、將步驟（2）製得的均勻包裹了玄武巖纖維的水泥淨漿均勻的加入混凝土攪拌機中，攪拌時間20-40分鐘；
（5）、將所述配重的粗骨料、砂、外摻料、外加劑以及剩餘的水泥加入混凝土攪拌機中，並加入適量的水攪拌時間2-5分鐘；
（6）、攪拌完成後，將攪拌完成的混合料加入模具中成型（混合料加入模具之前，首先在模具內表面塗覆脫模劑），待其硬化後脫模即混凝土製備完成。
方法步驟（1）中，用水量與水泥的比例為0.4:1。總用水量根據混凝土標號的要求與水泥的比例為0.3~0.5:1。
優選的，所述粗骨料為天然粗骨料和再生粗骨料按1:1比例組成。所用的再生粗骨料來源於試驗室已有破壞混凝土構件，經過破碎篩分處理而成，處理後的骨料原材料滿足《再生骨料應用技術規程》JGJ/T240－2011的要求。
所述水泥為普通矽酸鹽水泥。
所述玄武巖纖維為短切玄武巖纖維，且應滿足如下標準：
。
玄武巖纖維再生保溫混凝土用於解決再生混凝土耐久性等性能相對較差的問題，同時也解決混凝土材料導熱係數高、熱傳遞快的問題。由於玄武巖纖維與水泥基集料有極強的結合力，可以抑制混凝土開裂的過程，有效地減少混凝土幹縮時所引起的微小裂縫，提高再生混凝土的韌性，對克服再生混凝土的脆性有非常理想的效果。
所述玻化微珠粒徑為0.1~2mm，導熱係數為0.03~0.05W/m·K，吸水率＜40%，熔融溫度1200℃。
所述砂的細度模數為2.0-2.4。
所述外摻料都為常見建築材料粉煤灰、矽灰等中的一種或兩種；所述外加劑為減水劑、緩凝劑等中的一種或兩種。
本發明所製備的混凝土具有的有益效果如下：
1、以下為本發明混凝土的抗裂性能試驗結果，試驗基於再生混凝土中再生粗骨料取代率為50%：
由上述實驗數據表明玄武巖纖維再生保溫混凝土隨著玄武巖纖維摻入量的增加，抗裂性能顯著增強。再生混凝土加入玄武巖纖維並經攪拌後，由於玄武巖纖維與水泥基集料有極強的結合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由於細微，比表面積大，故能在混凝土內部構成一種均勻的亂向支撐的網絡體系，對再生混凝土的長期性能有著良好的改善作用。亂向分布的玄武巖纖維能夠有效抑制再生混凝土的塑性收縮，在混凝土凝結的過程中，當水泥基體收縮時，由於玄武巖纖維這些微細配筋的作用從而消耗了能量，收縮的能量被分散到具有高抗拉強度而彈性模量較低的玄武巖纖維上，控制了混凝土的微細裂縫的產生與發展。抑制混凝土開裂的過程，有效地減少混凝土幹縮時所引起的微小裂縫，提高混凝土的韌性，對克服高強混凝土的脆性有非常理想的效果。在某些實際工程中需要大體積混凝土，大體積混凝土的表面係數比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部升溫比較快。混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫，再生混凝土中摻入玄武巖纖維，可以緩解溫度變化而引起的混凝土內部應力的作用，防止溫度裂縫的擴展，使得其不影響結構安全和正常使用。
2、本發明的玄武巖纖維再生保溫混凝土由於玄武巖纖維本身，具有抗拉強度高、抗老化、耐高溫、抗凍融等優點，再生混凝土中摻入玄武巖纖維相當於在混凝土中存在著大量的毛細骨架結構，提高了再生混凝土的耐久性能。同時混凝土中摻入玄武巖纖維，在混合過程中引進了空氣，使混凝土內空氣含量增加，抗凍性能得以改善。在凍融過程中，微裂縫要承受水結冰過程中產生的膨脹力，玄武巖纖維貫穿裂縫，分擔受力，在反覆凍融循環過程中，只有纖維被拉斷或拔出，微裂縫才會得到進一步的擴展，延緩凍融作用對混凝土性能劣化同時玄武巖纖維的摻入減少了再生混凝土中的初始原生裂縫，所帶來的明顯的阻裂效應使玄武巖纖維再生保溫混凝土的抗滲能力得以提高。
3、本發明中加入的無機輕質保溫材料玻化微珠，是添加在混凝土中的一種無機保溫骨料，玻化微珠保溫骨料和普通膨脹珍珠巖最大的區別在於玻化微珠吸水率遠遠低於膨脹珍珠巖，擁有低吸水率是混凝土的耐久性和達到較高的保溫效果的最基本保障。玻化微珠保溫效果極佳，使得本發明相比普通混凝土的導熱係數降低了60%-70%；由於玻化微珠保溫材料為輕質保溫骨料，在不降低混凝土強度的條件下減輕了混凝土的結構自重，相比較普通再生混凝土而言，本發明的玄武巖纖維再生保溫混凝土單位體積自重減輕10%-20%。
4、在再生混凝土增強領域的應用中，從強度方面看玄武巖纖維佔有絕對的優勢，它的抗拉強度都高於部分碳纖維及其他有機纖維增強材料，增強效果最好。從耐鹼性方面看，玄武巖纖維略遜於碳纖維，但優於玻璃纖維和鋼纖維。從與混凝土的相容性上看，由於玄武巖纖維是典型的矽酸鹽纖維，與混凝土有著基本相同的成分，密度也較接近，熱膨脹係數也與混凝土一致，所以玄武巖纖維的相容性和分散性好於其它增強纖維。
5、本發明製備的玄武巖纖維再生保溫混凝土，使用的粗骨料是再生粗骨料，其來源為由於建築拆遷、坍塌等產生的廢棄混凝土。第一可以有效的緩解自然界石料資源的過度開採，二也為廢棄的混凝土的處理提供了一種有效的途徑。並且玄武巖纖維取自天然礦石而無任何添加劑，是目前為止唯一的無環境汙染的非致癌的綠色健康特種玻璃質纖維產品，符合國家倡導的綠色、節能等發展規劃。
本發明設計的玄武巖纖維再生保溫混凝土在建築的整個壽命周期內能保持良好的結構性能、熱工性能，既滿足了結構需求又降低了建築能耗，有效的提高在實際工程中使用再生混凝土的比例，為解決建築垃圾處理提供了一個有效的途徑，符合我國建設資源友好型社會的要求。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施例進行詳細說明。
實施例1
一種玄武巖纖維再生保溫混凝土，包括下述重量份的原料：石子605份、再生粗骨料605份、水泥484份、砂520份、玄武巖纖維3份、玻化微珠150份、外摻料5份、外加劑2份、水適量。其中，所述砂的細度模數為2.0-2.4。
玄武巖纖維再生保溫混凝土的製作方法，包括以下步驟：
（1）、取上述重量水泥的四分之一（121份），水適量（48.4份），配成水泥淨漿；
（2）、將所述配重的玄武巖纖維均勻的摻入步驟（1）配得的水泥淨漿中；
（3）、將所述配重的玻化微珠加入攪拌機並加入適量的水，攪拌30s；
（4）將步驟（2）製得的均勻包裹了玄武巖纖維的水泥淨漿均勻的加入混凝土攪拌機中，攪拌時間30分鐘；
（5）將所述配重的粗骨料、砂、外摻料、外加劑以及剩餘的水泥加入混凝土攪拌機中，並加入適量的水攪拌時間3分鐘；
（6）攪拌完成後，將攪拌完成的混合料加入模具中成型，待其硬化後脫模即混凝土製備完成。
實施例2
一種玄武巖纖維再生保溫混凝土，包括下述重量份的原料：石子363份、再生粗骨料848份、水泥484份、砂520份、玄武巖纖維1份、玻化微珠150份、外摻料5份、外加劑2份、水適量。其中，所述砂的細度模數為2.0-2.4。
玄武巖纖維再生保溫混凝土的製作方法，包括以下步驟：
（1）、取上述重量水泥的四分之一，水適量，配成水泥淨漿；
（2）、將所述配重的玄武巖纖維均勻的摻入步驟（1）配得的水泥淨漿中；
（3）、將所述配重的玻化微珠加入攪拌機並加入適量的水，攪拌30s；
（4）、將步驟（2）製得的均勻包裹了玄武巖纖維的水泥淨漿均勻的加入混凝土攪拌機中，攪拌時間30分鐘；
（5）、將所述配重的粗骨料、砂、外摻料、外加劑以及剩餘的水泥加入混凝土攪拌機中，並加入適量的水攪拌時間4分鐘；
（6）、攪拌完成後，將攪拌完成的混合料加入模具中成型，待其硬化後脫模即混凝土製備完成。
實施例3
一種玄武巖纖維再生保溫混凝土，包括下述重量份的原料：再生粗骨料1211份、水泥484份、砂520份、玄武巖纖維6份、玻化微珠150份、外摻料5份、外加劑2份、水適量。其中，所述砂的細度模數為2.0-2.4。
玄武巖纖維再生保溫混凝土的製作方法，包括以下步驟：
（1）、取上述重量水泥的四分之一，水適量，配成水泥淨漿；
（2）、將所述配重的玄武巖纖維均勻的摻入步驟（1）配得的水泥淨漿中；
（3）、將所述配重的玻化微珠加入攪拌機並加入適量的水，攪拌30s；
（4）、將步驟（2）製得的均勻包裹了玄武巖纖維的水泥淨漿均勻的加入混凝土攪拌機中，攪拌時間30分鐘；
（5）、將所述配重的粗骨料、砂、外摻料、外加劑以及剩餘的水泥加入混凝土攪拌機中，並加入適量的水攪拌時間3分鐘；
（6）、攪拌完成後，將攪拌完成的混合料加入模具中成型，待其硬化後脫模即混凝土製備完成。
實施例4
一種玄武巖纖維再生保溫混凝土，包括下述重量份的原料：石子848份、再生粗骨料363份、水泥484份、砂520份、玄武巖纖維4份、玻化微珠150份、外摻料5份、外加劑2份、水適量。其中，所述砂的細度模數為2.0-2.4。
玄武巖纖維再生保溫混凝土的製作方法，包括以下步驟：
（1）、取上述重量水泥的四分之一，水適量，配成水泥淨漿；
（2）、將所述配重的玄武巖纖維均勻的摻入步驟（1）配得的水泥淨漿中；
（3）、將所述配重的玻化微珠加入攪拌機並加入適量的水，攪拌30s；
（4）、將步驟（2）製得的均勻包裹了玄武巖纖維的水泥淨漿均勻的加入混凝土攪拌機中，攪拌時間30分鐘；
（5）、將所述配重的粗骨料、砂、外摻料、外加劑以及剩餘的水泥加入混凝土攪拌機中，並加入適量的水攪拌時間5分鐘；
（6）、攪拌完成後，將攪拌完成的混合料加入模具中成型，待其硬化後脫模即混凝土製備完成。
以上僅為本發明的具體實施例，但並不局限於此。任何以本發明為基礎解決基本相同的技術問題，或實現基本相同的技術效果，所作出地簡單變化、等同替換或者修飾等，均屬於本發明的保護範圍內。