一种混凝土及空心钢管混凝土矩形梁

1.本发明涉及建筑材料领域，具体为一种混凝土及空心钢管混凝土矩形梁。


背景技术：

2.钢筋混凝土梁是用钢筋混凝土材料制成的梁，钢筋混凝土梁既可作成独立梁，也可与钢筋混凝土板组成整体的梁-板式楼盖，或与钢筋混凝土柱组成整体的单层或多层框架。钢筋混凝土梁形式多种多样，是房屋建筑、桥梁建筑等工程结构中最基本的承重构件，应用范围极广。
3.但是随着时代的变化和经济的发展，建筑物本身也随之向大的跨度和大的内部空间以及更高的高度的方向发展，随着建筑高度的增加和对建筑大空间、大跨度的要求，竖向承载构件的所承受的荷载增加，竖向构件的尺寸也随之增大，自重也随之增加，这样就对建筑物的承载能力和抗震要求提出了更高的要求。而钢筋混凝上结构在高层建筑和大跨度的情况下会导致结构自身自重过大，还会导致大体积的混凝土浇筑复杂，减低施工速度。而钢结构虽然自重较轻，但是钢材价格较高，耐腐蚀性和抗火性也差。所以就可以采用钢管混凝土，而空心钢管混凝土作为钢管混凝士的分支，相对于钢管混凝士其具有自重轻，能够预制，成本低等特点，所以可以体现出它在与高层建筑中应用的优点。


技术实现要素：

4.发明目的：针对上述技术问题或发展趋势，本发明提出了一种混凝土及空心钢管混凝土矩形梁。
5.所采用的技术方案如下：
6.一种混凝土，由以下重量份数的原料制成：
7.水泥100-130份、骨料300-350份、玄武岩纤维20-30份、煅烧黏土10-20份、粉煤灰15-30份、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物10-20份、激发剂3-5份、气凝胶膨胀珍珠岩10-20份、可再分散乳胶粉5-10份、水40-60份。
8.进一步地，所述氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物的制备方法如下：
9.将铝硅酸盐矿物加入到氧化石墨烯分散液中，封装在球磨罐中球磨18-24h，所得浆料雾化后通过氮气输送到维持在设定温度的反应器中，高温使溶剂快速蒸发，形成氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物颗粒，最后转移到真空烘干箱中进行彻底干燥处理即可。
10.进一步地，所述铝硅酸盐矿物为埃洛石。
11.进一步地，所述氧化石墨烯分散液通过brodie法、staudenmaier法或hummers法制备得到，所述氧化石墨烯分散液的溶剂为水和乙酸乙酯，所述水和乙酸乙酯的体积比为15-20：1。
12.进一步地，所述反应器的温度为600-800℃。
13.进一步地，所述激发剂包括钾水玻璃和氢氧化钠，所述钾水玻璃和氢氧化钠的质量比为1-3：3-5。
14.进一步地，所述气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法如下：
15.将纳米纤维素/sio2水溶胶加入到盛有膨胀珍珠岩的真空筒中，密闭真空筒，开启真空泵，通过调节真空筒中的真空度来控制膨胀珍珠岩的浸渍吸附压力，获得水溶胶/膨胀珍珠岩复合物，将水溶胶/膨胀珍珠岩复合物取出并吸干表面的水溶胶，先常温下老化24-48h后，再置于水中老化24-48h，再依次用乙醇、正己烷、三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液进行溶剂置换后60-100℃干燥4-8h即可。
16.进一步地，所述纳米纤维素/sio2水溶胶的制备方法如下：
17.将水玻璃、水混合均匀后，在搅拌状态下向其中加入盐酸溶液，使溶液ph为1-2，密封搅拌水解1-2h，再加入纳米纤维素，搅拌均匀后加入氨水调节溶液ph至8-9即可。
18.本发明还提供了一种混凝土的制备方法：
19.将水泥、骨料、玄武岩纤维、煅烧黏土、粉煤灰、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物、气凝胶膨胀珍珠岩混合，制得混合粉料，将激发剂加入第一份数的水中制成第一溶液，将再分散乳胶粉加入剩余水中制成第二溶液，将混合粉料与第一溶液混匀后再加入第二溶液，拌匀，注入模具，成型后拆除模具，标准养护条件下养护至规定龄期。
20.本发明还提供了一种空心钢管混凝土矩形梁，包括同轴的矩形外钢管和内套管，所述矩形外钢管和内套管之间填充有上述混凝土。
21.本发明的有益效果：
22.本发明提供了一种混凝土，铝硅酸盐矿物和粉煤灰作为辅助性凝胶材料，在碱性激发剂作用下，可以通过溶解、水解、缩聚和固化等过程而形成的具有高强度、长期稳定和耐久性好的无机聚合物，可以与水泥水化产物及骨料互相紧密填充，使得混凝土性能得到提升，氧化石墨烯改性后的铝硅酸盐矿物在作为辅助性凝胶材料的同时还能够促进水泥水化进程，水泥水化晶体与铝硅酸盐矿物聚合生成的无机聚合物互相缠绕、交织形成三维网状微结构，使得混凝土的力学性能显著提高，膨胀珍珠岩的加入能够降低混凝土自重，但是传统膨胀珍珠岩具有蜂窝状结构，强度较低，而纳米纤维素/sio2凝胶填充膨胀珍珠岩的孔洞能够对其起到支撑加强作用，提高其力学强度，提高混凝土的整体承重性能，本发明所制备的混凝土具有较低的干表观密度和良好的力学性能，可以用于制作空心钢管混凝土矩形梁。
附图说明
23.图1为本发明实施例1中氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物的sem图；
24.图2为空心钢管混凝土矩形梁的结构示意图，图中标号分别代表；
25.1-矩形外钢管、2-内套管、3-混凝土。
具体实施方式
26.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术。
27.水泥：po42.5复合硅酸盐水泥，海螺建材；
28.河砂：长江产ⅱ区中砂，细度模数2.5％，表观密度2380kg/m3；
29.陶粒：公称粒径5-10mm页岩陶粒，筒压强度8.5mpa，1h吸水率3.3％，堆积密度900kg/m3，表观密度1350kg/m3；
30.玄武岩纤维：购自泰安市海阳新材料有限公司；
31.煅烧黏土：购自河北健石新材料科技有限公司；
32.粉煤灰：购自河北健石新材料科技有限公司；
33.氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物：自制；
34.钾水玻璃：购自上海垂恒实业有限公司；
35.氢氧化钠：购自河北庆兴化工产品有限公司；
36.气凝胶膨胀珍珠岩：自制；
37.可再分散乳胶粉：vae可再分散性乳胶粉，购自山东鑫坦诺化工有限公司；
38.实施例1：
39.一种混凝土，由以下重量份数的原料制成：
40.水泥120份、河砂120份、陶粒200份、玄武岩纤维25份、煅烧黏土15份、粉煤灰20份、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物18份、钾水玻璃1份、氢氧化钠4份、气凝胶膨胀珍珠岩15份、可再分散乳胶粉10份、水50份。
41.其中，氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物的制备方法如下：
42.将hummers法制备得到的氧化石墨烯20g加入到由200ml去离子水和10ml乙酸乙酯组成的溶剂中超声振荡制成分散液，将45g埃洛石粉末加入到分散液中，封装在球磨罐中球磨24h，所得浆料雾化后通过氮气输送到维持在设定温度为780℃的反应器中，高温使溶剂快速蒸发，形成氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物颗粒，最后将得到的颗粒转移到真空烘干箱中50℃真空干燥处理24h即可。
43.气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法如下：
44.取200g水玻璃、800ml水混合均匀后，在搅拌状态下向其中滴加1mol/l盐酸溶液，使溶液ph为1，密封搅拌水解2h，再加入20g纳米纤维素，搅拌均匀后加入氨水调节溶液ph至9得到纳米纤维素/sio2水溶胶，将纳米纤维素/sio2水溶胶加入到盛有50g膨胀珍珠岩的真空筒中，密闭真空筒，开启真空泵，通过调节真空筒中的浸渍吸附压力为-0.08mpa，2h后获得水溶胶/膨胀珍珠岩复合物，将水溶胶/膨胀珍珠岩复合物取出并吸干表面的水溶胶，先常温下老化24h后，再置于水中老化24h，依次用乙醇、正己烷、三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液(质量比1：1)进行溶剂置换后80℃干燥8h即可。
45.上述混凝土的制备方法：
46.将水泥、河砂、陶粒、玄武岩纤维、煅烧黏土、粉煤灰、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物、气凝胶膨胀珍珠岩混合，制得混合粉料，将钾水玻璃、氢氧化钠加入第一份数的水中制成第一溶液，将再分散乳胶粉加入剩余水中制成第二溶液，将混合粉料与第一溶液混匀后再加入第二溶液，拌匀，注入模具，成型后拆除模具，标准养护条件下养护至规定龄期。
47.一种空心钢管混凝土矩形梁，包括同轴的矩形外钢管(1)和内套管(2)，矩形外钢管(1)和内套管(2)之间填充有上述混凝土(3)。
48.实施例2：
49.一种混凝土，由以下重量份数的原料制成：
50.水泥130份、河砂120份、陶粒200份、玄武岩纤维25份、煅烧黏土20份、粉煤灰30份、
氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物20份、钾水玻璃1份、氢氧化钠4份、气凝胶膨胀珍珠岩20份、可再分散乳胶粉10份、水60份。
51.其中，氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物和气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法同实施例1。
52.上述混凝土的制备方法：
53.将水泥、河砂、陶粒、玄武岩纤维、煅烧黏土、粉煤灰、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物、气凝胶膨胀珍珠岩混合，制得混合粉料，将钾水玻璃、氢氧化钠加入第一份数的水中制成第一溶液，将再分散乳胶粉加入剩余水中制成第二溶液，将混合粉料与第一溶液混匀后再加入第二溶液，拌匀，注入模具，成型后拆除模具，标准养护条件下养护至规定龄期。
54.实施例3：
55.一种混凝土，由以下重量份数的原料制成：
56.水泥100份、河砂120份、陶粒200份、玄武岩纤维25份、煅烧黏土10份、粉煤灰15份、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物10份、钾水玻璃1份、氢氧化钠4份、气凝胶膨胀珍珠岩10份、可再分散乳胶粉5份、水40份。
57.其中，氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物和气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法同实施例1。
58.上述混凝土的制备方法：
59.将水泥、河砂、陶粒、玄武岩纤维、煅烧黏土、粉煤灰、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物、气凝胶膨胀珍珠岩混合，制得混合粉料，将钾水玻璃、氢氧化钠加入第一份数的水中制成第一溶液，将再分散乳胶粉加入剩余水中制成第二溶液，将混合粉料与第一溶液混匀后再加入第二溶液，拌匀，注入模具，成型后拆除模具，标准养护条件下养护至规定龄期。
60.实施例4：
61.一种混凝土，由以下重量份数的原料制成：
62.水泥130份、河砂120份、陶粒200份、玄武岩纤维25份、煅烧黏土10份、粉煤灰30份、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物10份、钾水玻璃1份、氢氧化钠4份、气凝胶膨胀珍珠岩20份、可再分散乳胶粉5份、水60份。
63.其中，氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物和气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法同实施例1。
64.上述混凝土的制备方法：
65.将水泥、河砂、陶粒、玄武岩纤维、煅烧黏土、粉煤灰、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物、气凝胶膨胀珍珠岩混合，制得混合粉料，将钾水玻璃、氢氧化钠加入第一份数的水中制成第一溶液，将再分散乳胶粉加入剩余水中制成第二溶液，将混合粉料与第一溶液混匀后再加入第二溶液，拌匀，注入模具，成型后拆除模具，标准养护条件下养护至规定龄期。
66.实施例5：
67.一种混凝土，由以下重量份数的原料制成：
68.水泥100份、河砂120份、陶粒200份、玄武岩纤维25份、煅烧黏土20份、粉煤灰15份、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物20份、钾水玻璃1份、氢氧化钠4份、气凝胶膨胀珍珠岩10份、可再分散乳胶粉10份、水40份。
69.其中，氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物和气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法同实施例1。
70.上述混凝土的制备方法：
71.将水泥、河砂、陶粒、玄武岩纤维、煅烧黏土、粉煤灰、氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物、气凝胶膨胀珍珠岩混合，制得混合粉料，将钾水玻璃、氢氧化钠加入第一份数的水中制
成第一溶液，将再分散乳胶粉加入剩余水中制成第二溶液，将混合粉料与第一溶液混匀后再加入第二溶液，拌匀，注入模具，成型后拆除模具，标准养护条件下养护至规定龄期。
72.对比例1：
73.与实施例1基本相同，区别在于，不加入氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物。
74.对比例2：
75.与实施例1基本相同，区别在于，用市售氧化石墨烯(北京美斯顿科技开发有限公司)代替氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物。
76.对比例3：
77.与实施例1基本相同，区别在于，用埃洛石粉末代替氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物。
78.对比例4：
79.与实施例1基本相同，区别在于，用市售氧化石墨烯(北京美斯顿科技开发有限公司)和埃洛石粉末代替氧化石墨烯改性铝硅酸盐矿物。
80.性能测试：
81.以本发明实施例1-5及对比例1-4中所制备混凝土作为试样进行测试；
82.根据标准jgj/t12-2019《轻骨料混凝土应用技术标准》中的烘干法测定各试件的干表观密度；
83.根据标准gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》进行抗压强度、抗折强度测试；
84.抗冲击性测试参照标准cecs13：2009《纤维混凝土试验方法标准》制备直径为150mm，厚度为(63
±
3)mm的圆饼形试样，试验高度设计为5000mm，选择5kg重的钢质冲击锤，试验时，将养护好的试样事先取出晾干后放在冲击装置底盘中央，在试件顶面中央放置好冲击钢球后，将冲击锤自5000mm后沿导管自由落下，冲击放置在试件顶面的冲击钢球，完成一次冲击为一个循环，试验过程中仔细观察试件表面(顶面和底面)出现裂纹的情况，继续反复进行冲击循环，直至将试件达到破坏状态，当试件出现宽度为5mm的裂缝时视为试件达到破坏状态，取6次试验的平均值作为最终结果。
85.测试结果如下表1所示：
86.表1
[0087][0088]
由上表1可知，本发明所制备的混凝土具有较低的干表观密度和良好的力学性能，可以用于制作空心钢管混凝土矩形梁。
[0089]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。