一种纤维自应力自密实混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑结构材料技术领域，具体的说是一种钢管混凝土结构用混凝土填 充材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 钢管混凝土结构是一种性能优越的组合结构，其良好的性能来自于在受力过程中 钢管和混凝土的相互作用，即约束和支撑作用。因此，对于核心混凝土有以下要求：
[0003] (1)混凝土便于浇筑，易于保证浇筑质量和良好的界面性能；
[0004] (2)核心混凝土收缩较小，保证钢管和混凝土在短期和长期均具有良好的约束和 支撑作用；
[0005] (3)具有较高的强度和良好的变形能力，满足现代结构重载、大使用空间和良好抗 震性能的要求。
[0006]现有的用于钢管混凝土结构中的混凝土材料主要有：普通混凝土、高强混凝土、自 密实混凝土、自应力混凝土和纤维混凝土等。
[0007] 前述各类混凝土均存在不同程度的缺陷：
[0008] 1、普通强度混凝土造价低廉，应用广泛，但是随着建筑结构高度的增加和荷载的 增大，若采用普通强度混凝土，构件尺寸较大，浪费结构使用空间，经济效益较低；
[0009] 2、高强混凝土有较高的承载能力，节省建筑结构使用空间，但是随着强度的提高， 材料脆性增大，不利于钢管混凝土结构的抗震性能；
[0010] 3、自密实混凝土是一种以工作性能为主要指标的高性能混凝土，在钢管混凝土结 构复杂，配筋较密和难以振捣的情况下仍然可以获得良好的密实性。但是存在较大的收缩， 不利于充分发挥优越的组合性能；
[0011]4、自应力混凝土是通过采用自应力水泥或者在普通水泥中掺入膨胀剂获得一种 混凝土，只有在适当的约束条件下才能获得优越的性能。在外界约束条件（如钢管）下，自 应力混凝土的强度和密实度可以得到较大的提高，但是也会导致其变形能力下降，相应的 钢管混凝土组合结构的变形能力下降；
[0012] 5、纤维混凝土具有明显优于素混凝土的变形能力和抗火性能等，同时掺入某些种 类的纤维还可减小内部混凝土的收缩，有助于改善组合结构的性能。但是纤维的作用受到 纤维分散程度的影响，在工作性能一般的混凝土中，纤维的分散程度难以保证，此时不仅会 增加浇筑难度，而且分散不均匀的纤维对导致混凝土性能的下降。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是提供一种纤维自应力自密实混凝土及其制备方法，该材料工作性 能良好，核心混凝土的收缩，具有较高的的抗拉、抗弯和抗压强度和良好的韧性、抗冲击和 抗火等性能，补偿钢管混凝土结构中核心混凝土的收缩，改善钢管和混凝土的相互作用。
[0014]本发明纤维自应力自密实混凝土，其组分及单位体积用量为：
[0015] 水泥 500-750kg/m3 砂 630-820kg/m3 石子 730-820kg/m3 桂灰 0-50kg/m3
[0016] 粉煤灰 0-120kg/m3 水 170-2,50kg/m:5 增稠剂 0-0. 04kg/m3
[0017] 该组分中还含有纤维，纤维加入量与混凝土混合组分的体积比为0~1. 2%;
[0018] 该组分中还含有减水剂，减水剂加入量与水的重量比为0. 8-4. 75%。
[0019] 所述水泥为硅酸盐自应力水泥、硫铝酸盐自应力水泥、铝酸盐自应力水泥中的一 种或几种；砂为中砂；石子的级配为5-15_连续级配；所述纤维为钢纤维、合成纤维、钢纤 维、合成纤维中的一种或几种的混合物；减水剂为聚羧酸系减水剂。
[0020] 所述纤维自应力自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：
[0021] 步骤1，选取中砂作为细骨料，选用直径在5~15mm级配连续的石子作为粗骨料；
[0022] 步骤2,按照比例将减水剂或减水剂与增稠剂同时加入水中搅拌均匀；
[0023] 步骤3,按照比例将粗、细骨料投入搅拌桶中搅拌均匀；
[0024] 步骤4,按照比例将纤维加入已经搅拌均匀的粗、细骨料混合物中并搅拌使纤维分 散均匀；
[0025] 步骤5,按照比例将水泥或水泥与矿物掺和料投入搅拌桶中搅拌均匀；
[0026] 步骤6,将步骤2得到的掺有外加剂的水加入步骤5得到的混合物中，搅拌均匀后 即出料，制备得到纤维自应力自密实混凝土。
[0027] 所述步骤3中，粗、细骨料的搅拌时间为30s_45s。
[0028] 所述步骤4中，加入纤维后的搅拌时间为60s_90s。
[0029] 所述步骤5中，所述矿物掺和料为粉煤灰和/或硅灰，矿物掺和料的用量为0~ 170kg/m3,投入水泥或水泥与矿物掺和料后的搅拌时间为60s-90s。
[0030] 所述步骤6中，加入步骤2得到的掺有外加剂的水之后的搅拌时间为120S-150S。
[0031] 本发明一种纤维自应力自密实混凝土及其制备方法的优点是：
[0032](1)良好的工作性能：本发明混凝土材料的自密实性能使其具有良好的流动性、 稳定性和抗离析能力，无需振捣便具有良好的均匀性和密实度，解决了混凝土施工过程中 振捣困难、混凝土质量难以保证的缺点；良好的工作性能使得纤维在混凝土基体中的分布 更为均匀，充分发挥纤维的增强增韧等作用；
[0033] (2)自应力补偿收缩，提高组合性能：本发明混凝土材料的膨胀性能不但可以补 偿混凝土收缩变形，而且在外界（如钢管）的约束作用下，核心混凝土在受力之前就受到侧 向约束，钢管和核心混凝土之间的相互作用在加载开始前便存在，并在整个加载过程中始 终存在，改善了钢管与混凝土的组合效果；
[0034] (3)纤维提供三向约束，减小混凝土强度的下降，改善材料脆性：纤维掺入本发明 混凝土材料基体后，纤维起着调整晶体接触面和阻止晶粒胀移的双重作用，使核心混凝土 内部结构更加密实，显著提高纤维与混凝土的界面粘结性能，使纤维具有更好的增强效果。
[0035] 纤维的三维乱向分布使得自应力在混凝土基体内的分布更均匀，并减小混凝土由 于膨胀变形引起的强度和密实度的下降；纤维可以改善自应力混凝土基体的早期塑性收 缩，并在混凝土硬化早期提供约束，降低自应力损失。
[0036] 本发明可以有效阻止核心混凝土内部微裂缝的扩展和宏观裂缝的发生，提高核心 混凝土的抗拉强度、抗弯强度、韧性、抗冲击和抗疲劳能力，显著改善核心混凝土的脆性，提 高构件的延性。
【具体实施方式】
[0037] 下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0038] 实施例一
[0039] 本发明一种纤维自应力自密实混凝土及其制备方法，其方法包括如下步骤：
[0040] 步骤1，选取中砂作为细骨料，选用直径在5~15mm，级配连续的石子作为粗骨 料；
[0041] 步骤2,将2. 67kg聚羧酸系高性能减水剂掺入247. 5kg水中（质量比1. 08% :1) 并搅拌均匀备用；
[0042] 步骤3,将634. 1kg中砂和730. 5kg石子（质量比为1:1. 15)投入搅拌桶中搅拌 30s；
[0043] 步骤4,将47. 1kg优质粘结成排钢纤维（按照与混凝土的体积比为0? 6 %:1)加 入已经搅拌均匀的中砂、石子混合物中并搅拌60s使其分散均匀；
[0044] 步骤5,将750kg硫铝酸盐自应力水泥投入搅拌桶中搅拌60s使不同材料混合均 匀；
[0045] 步骤6,将步骤2中的掺有外加剂的水（水灰比为0. 33)加入上述混合物中，搅拌 120s后即出料，制备得到钢纤维自应力自密实混凝土。
[0046] 实施例二
[0047] 本发明一种纤维自应力自密实混凝土及其制备方法，其方法包括如下步骤：
[0048] 步骤1，选取中砂作为细骨料，选用直径在5~15mm，级配连续的石子作为粗骨 料；
[0049] 步骤2,将3. 66kg聚羧酸系高性能减水剂加入247.5kg水中（质量比1.5%:1)并 搅拌均匀备用；
[0050] 步骤3,将634.1kg中砂和729kg石子照（质量比1:1. 15)投入搅拌桶中搅拌45s， 搅拌均匀；
[0051] 步骤4,将94. 2kg优质粘结成排钢纤维（与混凝土的体积比为1. 2% :1)加入已 经搅拌均匀的中砂、石子混合物中并搅拌90s使其分散均匀；
[0052] 步骤5,将750kg硫铝酸盐自应力水泥投入搅拌桶中搅拌90s使不同材料混合均 匀；
[0053] 步骤6,将步骤2中掺有外加剂的水（水灰比为0.33)加入上述混合物中，搅拌 150s后即出料，制备得到钢纤维自应力自密实混凝土。
[0054] 实施例三
[0055] 本发明一种纤维自应力自密实混凝土及其制备方法，其方法包括如下步骤：
[0056] 步骤1