一种高韧性混凝土组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种混凝土组合物，具体而言涉及一种高韧性混凝土组合物。
【背景技术】
[0002] 混凝土作为应用最广泛的建筑材料，其主要成分包括水泥、活性矿物掺合料、骨料 和水，具有原料来源广泛、工艺简单、防火性能好等优点，但它是一种脆性材料，抗拉和抗弯 强度低、变形能力小、韧性差、易开裂且开裂后裂缝宽度难以控制。混凝土的低韧性使得结 构在变截面位置以及钢/混凝土混杂结构节点等部位可能由于应力集中而导致突发的灾 难性破坏，在地震荷载作用下，混凝土结构也常常会因此发生保护层的过早崩裂，从而导致 结构的抗震性能显著降低。在当前的经济和技术水平下，人们通常认为混凝土的开裂几乎 是不可避免的，裂缝尤其是有害裂缝不仅有碍观瞻，给人们带来心理压力，更会降低结构的 使用性能，当裂缝宽度达到一定程度后，会显著增加混凝土的渗透性，水、二氧化碳、氯离子 会加速侵入混凝土内部，危害结构的安全，影响使用寿命，成为一些灾难性事故的隐患。我 国《混凝土坝养护修理规程》(SL230-98)规定，钢筋混凝土结构在三类环境条件即水位变动 区，或有侵蚀性地下水的环境下，按耐久性和防水性要求，裂缝应当小于〇. 1_，在四类环境 条件即海水浪溅区、潮湿并有严重侵蚀性介质环境下，按防水要求，裂缝应当小于0. 05_。 依据上述规范，应当将三类环境混凝土裂缝宽度控制在〇. Imm以下，将四类环境混凝土裂 缝宽度控制在〇. 〇5mm以下，以有效保证钢筋混凝土结构的耐久性和抗渗性；我国《钢筋混 凝土结构设计规范》（GB 50010-2002)规定，钢筋混凝土构件在使用除冰盐以及严寒、寒冷 地区冬季水位变动区、滨海室外环境下，最大裂缝宽度限值为0. 2_。因此，提高混凝土的抗 拉和抗弯强度，增加混凝土材料的韧性及其结构的延性，提高混凝土的裂缝控制能力，将混 凝土裂缝宽度稳定地控制在0.1 mm甚至是0. 05mm以下，是混凝土研宄中一个极其重要的目 标。
[0003] 实现上述目标有效可行的方法是利用纤维增强增韧。近年来，聚丙烯纤维和钢纤 维等短切纤维混凝土得到了广泛的应用，并取得良好效果。常用的聚丙烯纤维混凝土，聚丙 烯纤维的体积掺率通常在0. 05 %~0. 2 %，主要用于提高混凝土早期抗裂性能，但聚丙烯 纤维的强度低（通常在300~600MPa)、弹模量低（3~IOGPa)，对混凝土的增韧效果有限， 对弯拉强度无明显增强作用，无法在混凝土出现裂缝后提供足够的桥联应力，裂缝会快速 扩展。钢纤维具有较高的抗拉强度（380~HOOMPa)和较高的弹性模量（150~210GPa)， 所以可明显提高混凝土的抗拉和抗弯强度，相应的抗弯韧性、抗冲击及抗疲劳等性能也有 明显提高，但变形能力并没有明显改善，其拉应变能力在〇· 01 %~〇· 03%量级，材料在开 裂后仍然无法对裂缝宽度进行有效控制。
[0004] 甘蔗渣是甘蔗糖业的副产品，其含量约为甘蔗重量的12%，价格低廉，其纤维含量 高达64%，且木质素含量较高，而木质素磺酸钠又是一种优良的分散剂，因而可以用甘蔗渣 作为原料，生产混凝土。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种高韧性混凝土组合物，发明人通过对混凝土组成材料的选择、配 比的优化研宄出一种具有高韧性，有较大的变形能力，较高的抗拉强度和抗弯强度的混凝 土组合物，能够有效提高结构的整体性和抗震性能，保证结构的抗渗性和耐久性。
[0006] 具体而言，本发明提供一种一种高韧性混凝土组合物，包含下列重量份数的原料， 水泥300-500份，磷渣粉30-50份，粉煤灰50-150份，粗骨料1000-1100份，细骨料600-750 份，减水剂5-15份，混合纤维10-20份，聚乙烯吡咯烷酮5-10份，沸石10-15份，水130-180 份。
[0007] 优选地，所述的高韧性混凝土组合物，由下列重量份数的原料组成，水泥300-500 份，磷渣粉30-50份，粉煤灰50-150份，粗骨料1000-1100份，细骨料600-750份，减水剂 5-15份，混合纤维5-15份，聚乙烯吡咯烷酮5-10份，再生橡胶粉5-15份，沸石10-15份，水 130-180 份。
[0008] 优选地，所述的高韧性混凝土组合物，由下列重量份数的原料组成，水泥300份， 磷渣粉30份，粉煤灰90份，粗骨料1000份，细骨料600份，减水剂5份，混合纤维10份，聚 乙烯吡咯烷酮10份，再生橡胶粉15份，沸石15份，水130份。
[0009] 优选地，所述的高韧性混凝土组合物，由下列重量份数的原料组成，水泥500份， 磷渣粉50份，粉煤灰150份，粗骨料1100份，细骨料750份，减水剂15份，混合纤维20份， 聚乙烯吡咯烷酮10份，再生橡胶粉15份，沸石10份，水180份。
[0010] 本发明中所述的混合纤维由碳纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、和甘蔗渣粉碎 物组成；优选地，其中碳纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、和甘蔗渣粉碎物的重量配比为 1-5:3-5:3-5:5-10。更优选地，其中碳纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、和甘蔗渣粉碎物的重量 配比为1:2:2: 5。本发明采用的碳纤维、聚丙烯纤维具有较好的分散性、较高的抗拉强度、弹 性模量和极限伸长率，与水泥基基体粘结良好，在水泥基基体中具有耐久性。甘蔗渣是甘蔗 糖业的副产品，其含量约为甘蔗重量的12%，价格低廉，其纤维含量高达64%，且木质素含量 较高，而木质素磺酸钠又是一种优良的分散剂。
[0011] 本发明中减水剂由木质素磺酸钠、三聚氰胺、三聚磷酸钠组成；优选地，其中木质 素磺酸钠、三聚氰胺、三聚磷酸钠的配比为2:2:1。
[0012] 在普通混凝土的水泥浆中，由于水泥水化后仍剩余许多水分及空气，于是产生许 多孔隙，使混凝土的强度及耐久性降低。因此，要混凝土达到高性能，首先要选择合适的水 泥。优选地，所述水泥的白度大于87,初凝时间大于45分钟，终凝时间小于10小时，确保混 凝土的强度、流动性、保水性。
[0013] 粗骨料为粒径大于5_的骨料，普通混凝土常用的粗骨料有天然的卵石（有时 称为砾或砾石）和人工的碎石（包括碎卵石）两类。混凝土中粗骨料的最大粒径选用，要 受建筑物结构断面大小、钢筋净距和施工条件的限制。太大的最大骨料粒径，使骨料与水 泥砂浆的粘结面积减小、造成混凝土的不连续性等缺点。本发明中粗骨料最大粒径不大于 25mm，针片状颗粒含量不大于5%，含泥量不大于1%。
[0014] 细骨料通常按来源分为天然砂和人工砂。细骨料应选择质地均匀坚固、级配良好、 吸水率低的中粗河砂或人工砂，一般其细度模数应大于2. 6,含泥量应小于1.5%。
[0015] 在混凝土中掺加粉煤灰，一方面，可以减少水泥用量，降低成本：另一方面，粉煤灰 可以改善砂子的级配，填充一部分砂粒之间的微小空隙，间接地降低混凝土的水灰比，使密 实度和抗渗性有一定提高；能提高混凝土的和易性，减少混凝土外表气泡，标准见《用于水 泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-91 )。优选地，所述的高韧性混凝土组合物中，粉煤灰的 孔隙率大于70%。
[0016] 磷渣粉是一种具有活性的掺合料，可显著改善和提高混凝土的工作性、力学性能 和耐久性能。其来源于生产黄磷的废弃物-磷渣，利用磷渣潜在的活性，变废为宝，具有显 著的经济效益与社会效益。
[0017] 沸石具有提高强度的作用，更为重要的是沸石的格架状多孔结构，内部表面积大， 吸附性强，可以使在混凝土中分散均匀，易于快速、充分发挥外加剂的作用，沸石空隙中原 来填充的水分，对混凝土具有保水作用，不离析，不泌水，可减小坍落度损失，使混凝土具有 良好的工作性能。
[0018] 高性能清水混凝土的拌合用水应符合《混凝土用水标准》（JGJ63)的要求。拌合 用水不得采用海水，应采用不含有害物质的洁净水。
[0019] 本发明的另一个目的是提供高韧性混凝土组合物的应用，其特征在于，应用于桥 梁、建筑物外墙、混凝土路面。
[0020] 本发明的有益效果在于：本发明选择磷渣粉和粉煤灰配合使用，选择木质素磺酸 钠、三聚氰胺、三聚磷