一种高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法与流程

本发明属于建筑技术领域，尤其是指一种高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法。

背景技术：

过去的数十年来，混凝土的大量使用过快地消耗了相对匮乏的淡水资源和河沙资源。这一方面破坏了生态环境，另一方面也使得河沙的市场价格飞涨。于是，在制造混凝土的过程中使用资源相对丰富的海沙和海水替代河沙和淡水，形成海水海沙混凝土。尤其是海洋工程中，使用海水海沙混凝土不仅可以节约成本，而且可以保护自然资源，促进人与自然的和谐相处。然而，海水海沙中含有大量的氯离子，这会导致钢筋混凝土内部的钢筋锈蚀，显著降低结构的承载能力和耐久性，造成不可忽视的安全隐患。钢筋的锈蚀问题与混凝土的抗裂性能和内部孔隙率等因素相关。因此，为了更好地提高海水海沙混凝土结构的耐久性，提高其抗裂性能和密实度具有必要性。

在混凝土中添加纤维材料可以有效提高混凝土的抗裂性能。当混凝土出现裂缝时，内部的纤维材料发挥其桥接作用协助基体承担拉力，显著降低混凝土的脆性以及裂缝的宽度。但纤维掺量过大的时候容易导致混凝土内部孔隙率的增大。另外，在混凝土中添加膨胀剂可以有效提升混凝土内部的密实度。膨胀剂与氢氧化钙(水泥水化产物)反应生成具有膨胀效应的晶体。这种膨胀效应一方面有效地降低混凝土由于干缩带来的孔隙率的提高，另一方面，它可以有效填补混凝土内部的孔洞以密实混凝土。然而，当膨胀剂掺量过大时，混凝土内部的膨胀效应过大，使得混凝土内部被胀裂破坏并降低混凝土的力学性能。

综上所述，在海水海沙混凝土中添加纤维材料和膨胀剂有望提高其抗裂性能和耐久性，进而减少钢筋的锈蚀问题。然而，纤维材料和膨胀剂同时在海水海沙混凝土中的作用机理以及两者之间是否具有协同效应，而提高混凝土的耐久性、抗裂性能和密实度是完全不清楚的。因此需要提供一种同时加纤维材料和膨胀剂以提高混凝土的耐久性、抗裂性能和密实度的制备方法。因此，针对现有技术的不足，提供一种高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法具有显著的必要性。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述的问题，提供一种耐久性、抗裂性能和密实度高的高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法，包括以下步骤：

s1、对海沙和粗骨料进行晾晒；

s2、称取原材料：水泥、海水、海沙、粗骨料、玻璃纤维、膨胀剂以及减水剂；

s3、将水泥、膨胀剂、海沙以及玻璃纤维倒入搅拌机中搅拌；

s4、将预先混合均匀的减水剂和海水倒入搅拌机中搅拌；

s5、将粗骨料倒入搅拌机中搅拌后便得到新拌预应力纤维海水海沙混凝土。

作为一种优选的方案，每立方米混凝土中，含有水泥514.3～519.5kg，海水227.0～229.8kg，海沙746.6～782.7kg，玻璃纤维0～26.8kg，膨胀剂0～31.4kg，减水剂10.3～11.0kg。

作为一种优选的方案，所述玻璃纤维为耐碱玻璃纤维，其长度为18mm，密度为2680kg/m3。

作为一种优选的方案，所述膨胀剂的密度为2870kg/m3。

作为一种优选的方案，所述水泥为标号p.042.5的普通硅酸盐水泥，其密度为3112kg/m3。

作为一种优选的方案，所述海水的密度为1003kg/m3；。

作为一种优选的方案，所述海沙的最大粒径为5mm，密度为2610kg/m3。

作为一种优选的方案，所述减水剂为高效聚羧酸减水剂，密度为1030kg/m3。

作为一种优选的方案，所述粗骨料的粒径范围在5～10mm范围内，密度为2680kg/m3。

作为一种优选的方案，所述步骤s3、s4和s5中的搅拌时间分别为60s、60s和180s。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明采用的玻璃纤维和膨胀剂在海水海沙混凝土内部具有协同作用，产生预应力纤维海水海沙混凝土：当均匀分布的膨胀剂在海水海沙混凝土产生膨胀效应时，混凝土发生变形，而内部的玻璃纤维为了抵抗这种变形产生张拉作用，形成预应力纤维，混凝土受到预压力。海水海沙混凝土预先受到预压力可以有效提高混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变、韧度以及抗折强度，增强其抗裂性能，有效提高海水海沙混凝土的耐久性，既提高了海水海沙混凝土的强度，也改善了海水海沙混凝土在破坏时的脆性现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法的流程图。

图2是本发明高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法的海水海沙混凝土抗压强度的结果图。

图3是本发明高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法的海水海沙混凝土弹性模量的结果图。

图4是本发明高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法的海水海沙混凝土峰值应变的结果图。

图5是本发明高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法的海水海沙混凝土韧度的结果图。

图6是本发明高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法的混凝土抗折强度结果图。

图7是实施例1的f0ea0的电镜扫描图。

图8是实施例2的f0ea6的电镜扫描图。

图9是实施例3的f1ea0的电镜扫描图。

图10是实施例4的f1ea6的电镜扫描图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1至图7，本实施例涉及高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法，包括以下步骤：

按照以下方式进行配比设计：(1)浆体体积占混凝土体积的40％；(2)混凝土水灰比为0.44；(3)玻璃纤维掺量为0％；(4)膨胀剂掺量为0％；(5)粗骨料与细骨料的体积比为1:1；(6)减水剂掺量为2％。

其中，所述水泥为标号p.042.5的普通硅酸盐水泥，其密度为3112kg/m³。

其中，所述海水取自珠海海岸，其密度为1003kg/m³；。

其中，所述海沙的最大粒径为5mm，密度为2610kg/m³。

其中，所述玻璃纤维为耐碱玻璃纤维，其长度为18mm，密度为2680kg/m³。

其中，所述膨胀剂的密度为2870kg/m³。

其中，所述减水剂为高效聚羧酸减水剂，其密度为1030kg/m³

其中，所述粗骨料的粒径范围在5～10mm范围内，密度为2680kg/m³。

将上述材料按照以下步骤制备一种高性能的预应力纤维海水海沙混凝土，如图1所示，包括以下步骤：

s1、对海沙和粗骨料进行晾晒；

s2、称取原材料：水泥、海水、海沙、粗骨料、玻璃纤维、膨胀剂以及减水剂；

s3、将水泥、膨胀剂、海沙以及玻璃纤维倒入搅拌机中搅拌60s；

s4、将预先混合均匀的减水剂和海水倒入搅拌机中搅拌60s；

s5、将粗骨料倒入搅拌机中搅拌180s后便得到新拌预应力纤维海水海沙混凝土。

由于在实施例1中的玻璃纤维和膨胀剂的掺量均为0％，因此将制备得到的混凝土命名为f0ea0。

实施例2

本实施例涉及高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法，包括以下步骤：

按照以下方式进行配比设计：(1)浆体体积占混凝土体积的40％；(2)混凝土水灰比为0.44；(3)玻璃纤维掺量为0％；(4)膨胀剂掺量为6％；(5)粗骨料与细骨料的体积比为1:1；(6)减水剂掺量为2％。

其中，所述水泥为标号p.042.5的普通硅酸盐水泥，其密度为3112kg/m³。

其中，所述海水取自珠海海岸，其密度为1003kg/m³；。

其中，所述海沙的最大粒径为5mm，密度为2610kg/m³。

其中，所述玻璃纤维为耐碱玻璃纤维，其长度为18mm，密度为2680kg/m³。

其中，所述膨胀剂的密度为2870kg/m³。

其中，所述减水剂为高效聚羧酸减水剂，其密度为1030kg/m³

其中，所述粗骨料的粒径范围在5～10mm范围内，密度为2680kg/m³。

将上述材料按照以下步骤制备一种高性能的预应力纤维海水海沙混凝土，如图1所示，包括以下步骤：

s1、对海沙和粗骨料进行晾晒；

s2、称取原材料：水泥、海水、海沙、粗骨料、玻璃纤维、膨胀剂以及减水剂；

s3、将水泥、膨胀剂、海沙以及玻璃纤维倒入搅拌机中搅拌60s；

s4、将预先混合均匀的减水剂和海水倒入搅拌机中搅拌60s；

s5、将粗骨料倒入搅拌机中搅拌180s后便得到新拌预应力纤维海水海沙混凝土。

由于在实施例1中的玻璃纤维和膨胀剂的掺量均为0％，因此将制备得到的混凝土命名为f0ea6。

实施例3

本实施例涉及高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法，包括以下步骤：

按照以下方式进行配比设计：(1)浆体体积占混凝土体积的40％；(2)混凝土水灰比为0.44；(3)玻璃纤维掺量为1％；(4)膨胀剂掺量为0％；(5)粗骨料与细骨料的体积比为1:1；(6)减水剂掺量为2％。

其中，所述水泥为标号p.042.5的普通硅酸盐水泥，其密度为3112kg/m³。

其中，所述海水取自珠海海岸，其密度为1003kg/m³；。

其中，所述海沙的最大粒径为5mm，密度为2610kg/m³。

其中，所述玻璃纤维为耐碱玻璃纤维，其长度为18mm，密度为2680kg/m³。

其中，所述膨胀剂的密度为2870kg/m³。

其中，所述减水剂为高效聚羧酸减水剂，其密度为1030kg/m³

其中，所述粗骨料的粒径范围在5～10mm范围内，密度为2680kg/m³。

将上述材料按照以下步骤制备一种高性能的预应力纤维海水海沙混凝土，如图1所示，包括以下步骤：

s1、对海沙和粗骨料进行晾晒；

s2、称取原材料：水泥、海水、海沙、粗骨料、玻璃纤维、膨胀剂以及减水剂；

s3、将水泥、膨胀剂、海沙以及玻璃纤维倒入搅拌机中搅拌60s；

s4、将预先混合均匀的减水剂和海水倒入搅拌机中搅拌60s；

s5、将粗骨料倒入搅拌机中搅拌180s后便得到新拌预应力纤维海水海沙混凝土。

由于在实施例1中的玻璃纤维和膨胀剂的掺量均为0％，因此将制备得到的混凝土命名为f1ea0。

实施例4

本实施例涉及高性能预应力纤维海水海沙混凝土的制备方法，包括以下步骤：

按照以下方式进行配比设计：(1)浆体体积占混凝土体积的40％；(2)混凝土水灰比为0.44；(3)玻璃纤维掺量为1％；(4)膨胀剂掺量为6％；(5)粗骨料与细骨料的体积比为1:1；(6)减水剂掺量为2％。

其中，所述水泥为标号p.042.5的普通硅酸盐水泥，其密度为3112kg/m³。

其中，所述海水取自珠海海岸，其密度为1003kg/m³；。

其中，所述海沙的最大粒径为5mm，密度为2610kg/m³。

其中，所述玻璃纤维为耐碱玻璃纤维，其长度为18mm，密度为2680kg/m³。

其中，所述膨胀剂的密度为2870kg/m³。

其中，所述减水剂为高效聚羧酸减水剂，其密度为1030kg/m³

其中，所述粗骨料的粒径范围在5～10mm范围内，密度为2680kg/m³。

将上述材料按照以下步骤制备一种高性能的预应力纤维海水海沙混凝土，如图1所示，包括以下步骤：

s1、对海沙和粗骨料进行晾晒；

s2、称取原材料：水泥、海水、海沙、粗骨料、玻璃纤维、膨胀剂以及减水剂；

s3、将水泥、膨胀剂、海沙以及玻璃纤维倒入搅拌机中搅拌60s；

s4、将预先混合均匀的减水剂和海水倒入搅拌机中搅拌60s；

s5、将粗骨料倒入搅拌机中搅拌180s后便得到新拌预应力纤维海水海沙混凝土。

由于在实施例1中的玻璃纤维和膨胀剂的掺量均为0％，因此将制备得到的混凝土命名为f1ea6。

本发明通过轴向压缩实验和抗折实验结果确定玻璃纤维和膨胀剂对海水海沙混凝土轴压性能和抗折性能的影响以及探究两者是否具有协同效应。参考《普通混凝土力学实验规范》(gb50081-2002)的规定，本发明的轴压实验采用直径为150mm，高为300mm的圆柱体试件。抗折实验采用横截面尺寸为100mm×100mm，长400mm的长方体试件。

关于本发明的技术指标的测定方法均为本领域内标准测定方法，具体可参见最新的国家标准，除非另外说明。海水海沙混凝土的轴压实验结果如图2-图5所示，图6为混凝土抗折实验的结果。

图2为海水海沙混凝土抗压强度的结果图。图3为海水海沙混凝土弹性模量的结果图。图4为海水海沙混凝土峰值应变的结果图。图5为海水海沙混凝土韧度的结果图。图6为混凝土抗折强度结果图。从图2中可以发现，单独添加膨胀剂或玻璃纤维，海水海沙混凝土的抗压强度得到提高，但复合添加玻璃纤维和膨胀剂能够最大程度地提高海水海沙混凝土的抗压强度。单独添加膨胀剂时，膨胀剂可以有效填充法混凝土中的孔洞，提高混凝土孔隙率。单独添加玻璃纤维时，玻璃纤维发挥其桥接作用，提高混凝土的抗裂性能。然而，玻璃纤维和膨胀剂复合添加时混凝土的抗压强度得到最大提高，这是因为玻璃纤维和膨胀剂之间存在协同效应：当均匀分布的膨胀剂在海水海沙混凝土产生膨胀效应时，混凝土发生变形，而内部的玻璃纤维为了抵抗这种变形产生张拉作用，形成预应力纤维，混凝土受到预压力。这种预压力提高了混凝土的抗压强度。从图3～图6中同样可以发现上述结果，这表明在海水海沙混凝土中添加玻璃纤维和膨胀剂形成预应力纤维海水海沙混凝土能够全面有效地提高其力学性能。

图7～图10为各个实施例的电镜扫描图。图7为f0ea0的电镜扫描图。从图7中可以看到，在没有膨胀剂的情形下，混凝土内部存在许多的孔洞1。图8为f0ea6的电镜扫描图。从图8中可以看到，在加入了6％掺量的膨胀剂后，混凝土内部的孔洞被有效密实。图9为f1ea0的电镜扫描图。从图9中可以看到，仅加入1％掺量的玻璃纤维时，不仅混凝土的内部存在孔洞1，并且在玻璃纤维10与水泥基体粘结的部分出现空隙11，这会阻碍玻璃纤维发挥其抗拉作用。同时，玻璃纤维周围的混凝土呈松散的状态12。图10为f1ea6的电镜扫描图。从图10中可以看到，不仅水泥基体的孔洞被有效密实，玻璃纤维10与水泥基体之间的空隙也被填充。同时，玻璃纤维周围的水泥基体十分密实，这表明了水泥基体内部由于预应力的存在而呈收紧状态13。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。