本发明涉及一种混杂纤维增强超高强度混凝土及其制备方法，属于超高强度混凝土
技术领域：
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背景技术：
：近几十年，基础建设的建筑物和结构逐步向着高层、超高层，大跨度和重型化方向发展,并且很多结构暴露在海盐地区、冰冻地区、侵蚀性等恶劣环境中，普通的水泥混凝土在以上条件下会过早发生地劣变导致损伤甚至失效，已经越来越难满足现代建筑体系的需求，并且越来越多的高海拔及海港岛建工程需要大量的水泥混凝土材料。这对水泥混凝土的强度，韧性，功能性以及耐久性需求越来越高，传统的水泥混凝土材料强度低、延性和耐久性差，显然已经不能满足要求，于是越来越多的国内外学者开始研究具有超高性能的混凝土。高强高性能混凝土具有强度高、抗渗性好、耐久性和工作性优良等性能，但高强高性能混凝土易脆断，抗弯强度低，为了改善它的脆性，研究人员掺加纤维制备了玻璃纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土和碳纤维混凝土等超高性能纤维增强混凝土使抗压性、抗渗性能、韧性、抗疲劳性及耐久性都得到了极大地提升，在制备超高性能混凝土充分利用了粉煤灰和硅灰等工业废料，具有可持续发展性，所以高性能纤维增强混凝土具有广阔的应用前景。目前超高性能纤维增强混凝土主要以不含粗骨料的活性粉末混凝土为主，受强度的限制对于粗骨料(直径大于5cm)在超高性能纤维增强混凝土应用一直较少，而且以单掺某一种纤维为主，以两种或者两种以上纤维为增强材料组成的含粗骨料的超高强纤维增强混凝土并不常见。目前对于不同长径比钢纤维混杂的研究有限，特别是利用传统的搅拌方式对混杂纤维在超高性能混凝土中实现均匀分散十分困难，这在一定程度上也限制了我国高性能纤维增强混凝土的发展与应用。技术实现要素：发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混杂纤维增强超高强度混凝土及其制备方法。技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了一种混杂纤维增强超高强度混凝土，其特征在于，其主要由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥430-520份、粉煤灰200-270份、硅灰60-90份、膨胀剂20-26份、细骨料620-710份、粗骨料680-760份、微丝钢纤维75-100份、微丝端勾型钢纤维90-120份、聚羧酸减水剂15-20份、水150-160份。所述的超高强混凝土，是指等级达到150mpa及以上强度等级的混凝土。所述的普通硅酸盐水泥为pii·52.5级普通硅酸盐水泥。所述的粉煤灰为i级类粉煤灰。所述的硅灰中sio2含量应大于等于95％，比表面积不宜小于15000m2/kg。所述的膨胀剂为钙质膨胀剂，淡黄色粉末，比表面积大于等于200m2/kg，1.18mm筛筛余小于等于0.5％，限制膨胀率水中7d大于等于0.06％，水中7d转空气中21d大于等于-0.01％。所述的细骨料为河砂，细度模数为2.3-2.8的ⅱ区中砂。含泥量小于等于0.5％。所述的粗骨料为玄武岩，采用5-12mm连续级配的玄武岩碎石作为粗骨料，针片状颗粒质量含量小于等于5％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％。所述的钢纤维为微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，微丝钢纤维直径大于等于0.2mm，长度大于等于13mm，长径比为64-66，抗拉强度大于等于3000mpa，所述微丝端勾型钢纤维直径大于等于0.35mm，长度大于等于20mm，长径比为56-58，抗拉强度大于等于2000mpa。所述的聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于40％(质量含量)，减水率大于等于33.9％。所述水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(jgj63-2006)的要求。本发明还提供了所述的混杂纤维增强超高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：(1)取水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂和玄武岩，利用旋转式混合搅拌机将其搅拌混合均匀，得到均匀混合料；(2)将聚羧酸高效减水剂加入水中，搅拌得到均匀的水溶剂，缓慢加入到上述混合料中，然后调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，得到均匀混合浆体；(3)向上述混合浆体中加入微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，然后再次调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，最后按国家标准成型养护，即可得到所述混杂纤维增强超高强度混凝土。更具体地，上述混杂纤维超高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。(1)依次将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂、玄武岩加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为130-170r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为100-140s，使其搅拌混合均匀得到混合料。(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为280-320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为300-420s，得到均匀混合浆体。(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为280-320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为100-140s，即可得到混杂纤维增强超高强度混凝土。所述旋转式混合搅拌机是按照逆流原理或横向流原理进行设计，具有倾斜安装的旋转式的混合容器，将有待混合的物料送到一个偏心安装的高速旋转混工具部分，转子和混合容器可以实现相向或逆向相对转动，转速可根据个人需要实时调节，形成速度差很高的逆向性混合料物流，从而实现物料最大限度的均匀混合。技术效果：相对于现有技术，本发明原料中包括了混杂纤维，不同长径比的纤维混杂(满足一定掺量比例)不但能提高混凝土的强度与韧性，还能有效控制混凝土的非结构性裂缝，使混杂纤维混凝土比传统纤维混凝土具有更好的增强增韧效果；并且其中添加适量的粗骨料，但最终并不影响强度性能并降低使用成本。本发明制备方法中采用旋转式混合搅拌机，将有待混合的物料送到一个偏心安装的高速旋转混工具部分，转子和混合容器可以实现相向或逆向相对转动，转速可根据个人需要实时调节，形成速度差很高的逆向性混合料物流，倾斜安装的旋转式混合容器与位置固定的多功能工具一起，保证使混合料物流形成强大的垂直分量，保证物料充分均匀混合，多功能工具能可靠地防止混合料附在混合容器的底部和壁上，并在混合时间结束时加速卸料。该混合方式对于原料的混合，尤其是对于钢纤维，具有意想不到的优势，可以大大提高最终产品的性能。具体实施方式下面结合具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。以下实施例中所用原料均为以下要求：超高强混凝土，是指等级达到150mpa及以上强度等级的混凝土。普通硅酸盐水泥为pii·52.5级普通硅酸盐水泥。粉煤灰为i级类粉煤灰。硅灰中sio2含量应大于等于95％，比表面积不宜小于15000m2/kg。膨胀剂为钙质膨胀剂，淡黄色粉末，比表面积大于等于200m2/kg，1.18mm筛筛余小于等于0.5％，限制膨胀率水中7d大于等于0.06％，水中7d转空气中21d大于等于-0.01％。细骨料为河砂，细度模数为2.3-2.8的ⅱ区中砂。含泥量小于等于0.5％。粗骨料为玄武岩，采用5-12mm连续级配的玄武岩碎石作为粗骨料，针片状颗粒质量含量小于等于5％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％。钢纤维为微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，微丝钢纤维直径大于等于0.2mm，长度大于等于13mm，长径比约为65，抗拉强度大于等于3000mpa，微丝端勾型钢纤维直径大于等于0.35mm，长度大于等于20mm，长径比约为57，抗拉强度大于等于2000mpa。聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于40％(质量含量)，减水率大于等于33.9％。水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(jgj63-2006)的要求。使用的搅拌机为旋转式混合搅拌机(爱立许r型强力混合机)。实施例1一种混杂纤维增强超高强度混凝土，按重量份数计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥466.1份、粉煤灰233.1份、硅灰77.7份、膨胀剂23.3份、细骨料699.2份、粗骨料738.1份、微丝钢纤维97.5份、微丝端勾型钢纤维97.5份、聚羧酸减水剂17.1份、水155.4份。制备方法：先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。(1)依次将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂、玄武岩加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为150r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为120s，使其搅拌混合均匀得到混合料。(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为360s，得到均匀混合浆体。(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为120s，即可得到混杂纤维增强超高强度混凝土。实施例2一种混杂纤维增强超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：普通硅酸盐水泥466.1份、粉煤灰233.1份、硅灰77.7份、膨胀剂23.3份、细骨料699.2份、粗骨料738.1份、微丝钢纤维78份、微丝端勾型钢纤维117份、聚羧酸减水剂17.1份、水155.4份。制备方法：先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。(1)依次将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂、玄武岩加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为150r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为120s，使其搅拌混合均匀得到混合料。(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为360s，得到均匀混合浆体。(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为120s，即可得到混杂纤维增强超高强度混凝土。实施例3一种混杂纤维增强超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：普通硅酸盐水泥430份、粉煤灰200份、硅灰60份、膨胀剂20份、细骨料620份、粗骨料680份、微丝钢纤维75份、微丝端勾型钢纤维90份、聚羧酸减水剂15份、水150份。制备方法：先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。(1)依次将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂、玄武岩加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为130r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为100s，使其搅拌混合均匀得到混合料。(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为280r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为300s，得到均匀混合浆体。(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为280r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为100s，即可得到混杂纤维增强超高强度混凝土。实施例4一种混杂纤维增强超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：普通硅酸盐水泥520份、粉煤灰270份、硅灰90份、膨胀剂26份、细骨料710份、粗骨料760份、微丝钢纤维100份、微丝端勾型钢纤维120份、聚羧酸减水剂20份、水160份。制备方法：先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。(1)依次将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂、玄武岩加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为170r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为140s，使其搅拌混合均匀得到混合料。(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为420s，得到均匀混合浆体。(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为140s，即可得到混杂纤维增强超高强度混凝土。对比例1：与实施例1相同，不同之处在于，将微丝端勾型钢纤维全部替换为同等量的微丝钢纤维，其他均不变。对比例2：与实施例1相同，不同之处在于，将微丝钢纤维全部替换为同等量的微丝端勾型钢纤维，其他均不变。对比例3：与实施例1相同，不同之处在于，将粗骨料全部替换为同等量的细骨料。对比例4与实施例1相同，不同之处在于，制备方法中不采用所述旋转式混合搅拌机，而采用强制式单卧轴混凝土搅拌机。性能检测：对上述实施例1、2及对比例1-4的混凝土拌合物及硬化混凝土性能进行试验，结果如表一。表一测试结果编号抗压强度/mpa劈拉强度/mpa四点抗折强度/mpa弹性模量/gpa实施例一155.39.921.556.3实施例二162.311.421.954.3对比例1135.16.217.648.6对比例2134.76.517.247.9对比例3149.88.920.252.8对比例4125.64.115.844.2由上表一结果可得，与对比例1和2相比较，即与仅添加一种纤维，如微丝钢纤维或微丝端勾型钢纤维相比较，本发明添加混杂纤维后，产品抗压强度、劈拉强度、四点抗折强度和弹性模量均显著提高；此外，与对比例3相比较，即与不添加粗骨料的相比，本发明产品添加粗骨料后，产品强度基本相当，表明产品强度几乎不受添加粗骨料的影响；最后，与对比例4相比较，即与常规的混合方法相比较，本发明产品抗压强度、劈拉强度、四点抗折强度和弹性模量均显著提高。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案。若本领域普通技术人员对本发明的技术例进行修改或等同替换，而不脱离本发明的宗旨，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。当前第1页12