一种纤维混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种纤维混凝土及其制备方法。
背景技术
普通的混凝土是指用水泥作胶凝材料，以砂、石作骨料，与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土；混凝土因耐久性好、强度高、价格低等优点，使其成为当前世界上应用最广泛的建筑材料。然而，它是一种非匀质的各向异性材料，具有高脆性，较低抗拉强度及其抗裂性能差的缺点。因此在混凝土服役期间，其表面和内部难以避免会出现微细裂缝，使得环境中的水分、氧气与侵蚀性离子通过裂缝会渗透到混凝土中，从而显著地降低了混凝土结构的整体性和耐久性。
为了使混凝土适应多种环境的使用，通常会在混凝土中添加外加剂以及掺合料，以提高混凝土的抗渗性能；现有的抗渗混凝土在配方设计方面多采用添加膨胀剂(例如硫铝酸钙类膨胀剂)，膨胀剂的加入可以减少混凝土的收缩，提高混凝土的体积稳定性；并且当混凝土在因体积收缩而发生开裂时，膨胀剂的膨胀作用可以填充混凝土的缝隙中，起到补偿收缩的作用；同时膨胀剂生成的自应力也可以降低混凝土开裂的现象，以实现抗渗的目的。
在公开号为CN108249855A的中国发明申请专利中公开了一种抗渗混凝土拌合物及其施工方法，其技术方案要点是一种抗渗混凝士拌合物，包括有以下原料，各原料及各原料的质量份数如下：硅酸盐水泥250-420份，粉煤灰65-80份，砂650-850份，碎石1000-1080份，减水剂5-10份，硫铝酸钙类膨胀剂13-29份，其他助剂1-3份，水160-90份。
上述发明中膨胀剂采用硫铝酸钙类，掺硫铝酸钙类膨胀剂的水泥浆体的主要水化物是水化硅酸钙、钙矾石和氢氧化钙。其产生的膨胀是凝胶状钙矾石吸水膨胀和结晶状钙矾石对孔缝产生膨胀压共同作用的结果，并且主要取决于第一种膨胀驱动力。水化产物的稳定性是首要问题，所谓长期强度稳定性，实际是指水泥水化产物在使用环境下的稳定性。作为主要的水化产物，钙矾石是含有32个结晶水的结晶物质，其在冻融和高温(80℃)条件下容易分解。因此硫铝酸钙型膨胀剂的抗冻性和耐热性较差，导致混凝土的收缩性不好，抗渗性能差，而且由于这种水泥水化产物晶型转变引起水泥石结构的破坏势必导致混凝土强度的降低。
因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种纤维混凝土，其具有抗渗性能好、力学强度高的优点。
本发明的目的二在于提供一种纤维混凝土的制备方法，其具有操作简单、适合大规模化生产的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种纤维混凝土，包括如下重量份数的组分：
水泥：450-500份；
水：250-300份；
细石：1000-1200份；
砂子：200-400份；
粉煤灰：60-80份；
矿粉：100-120份；
减水剂：5-6份；
乳酸钙：5-10份；
修复剂：1-5份
增强纤维：50-100份；
所述修复剂由膨胀珍珠岩固载科氏芽孢杆菌得到。
通过采用上述技术方案，对于微小细缝，混凝土具有一定的自愈能力，但是自愈能力的裂缝宽度范围是0.1-0.2mm，远远达不到实际工程中混凝土裂缝的修复要求。本发明采用科氏芽孢杆菌，其以乳酸钙为微生物新陈代谢的营养质，当混凝土产生裂缝，水和空气的进入使处于休眠的科氏芽孢杆菌恢复新陈代谢功能，将乳酸钙转化为碳酸钙沉淀，从而达到自行诊断和修复混凝土裂缝，防止裂缝的扩展，提高混凝土的抗渗性能。增强纤维与修复剂一起使用，可以提高混凝土的早期强度和后期强度，使得混凝土不易发生开裂现象，从源头上抑制了混凝土出现裂缝的情况。
进一步优选为，所述修复剂的制备方法为：在压力-0.06MPa下，采用真空浸渍法将膨胀珍珠岩放入科氏芽孢杆菌菌液中，真空吸附12-18min后取出，于35-45℃下烘干，得到载菌膨胀珍珠岩。
通过采用上述技术方案，将科氏芽孢杆菌直接加入到混凝土中，由于混凝土内部高碱和相对密实的环境会造成细菌数量大量减少，一个月内微生物的存货量可下降90％以上，为了提高微生物活性，本发明采用膨胀珍珠岩作为载体，从而避免微生物受混凝土内高碱环境的影响，以提高裂缝的修复效率，提高混凝土的抗渗能力。
进一步优选为，所述载菌膨胀珍珠岩还进行包裹处理，其具体步骤为：将重量比为1:1:2的偏高岭土、硅酸钠和水混合后的浆液通过喷枪喷洒至载菌膨胀珍珠岩表面进行包裹处理。
通过采用上述技术方案，膨胀珍珠岩的强度较低，在搅拌过程中易发生破碎，因此为确保包裹后的膨胀珍珠岩有足够的强度并且与混凝土基材有很好的黏粘性，在掺入混凝土之前对吸附完菌液的膨胀珍珠岩进行外包裹处理，以提高载菌膨胀珍珠岩的强度。
进一步优选为，所述增强纤维为聚丙烯纤维、玄武岩纤维和钢纤维中的一种或多种，且纤维直径为10-24μm。
通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维是常用的混凝土增强纤维，其能对膨胀产生很大的内部限制，使混凝土更加密实，可以抑制水泥硬化期间的收缩裂纹，增强混凝土的弯曲韧性；玄武岩纤维配制混凝土，在混凝土搅拌时能还能改善混凝土的粘聚性和稳定性，提高混凝土的抗冲击性能，降低其脆性；钢纤维具有高弹性模量，加入到混凝土中可提高混凝土的抗冲击性能、抗拉强度、刚性和韧性。
进一步优选为，所述细石的粒径为5-25mm连续级配。
通过采用上述技术方案，碎石为5-25mm连续级配，不同粒径的碎石可以堆积形成密实填充的搭接骨架，减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的强度，从而提高混凝土的抗渗性能。
进一步优选为，所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余下，粉煤灰的细度≤8％，烧失量＜4.5％，需水量比＜96％，含水量＜0.2％。
通过采用上述技术方案，粉煤灰具有火山活性成分，粉煤灰的添加可以减少水泥的用量，降低水泥的水化热，降低混凝土的收缩开裂的情况；粉煤灰可以填充混凝土中的缝隙，提高混凝土的致密性，提高混凝土的抗渗性能；并且粉煤灰的颗粒中大部分为无定型的球形聚丙烯体，可以提高混凝土拌合物的和易性，改善因添加增强纤维与降低混凝土拌合物和易性的缺陷。
进一步优选为，所述矿粉为S95级矿渣粉，密度为2.8g/cm3，比表面积为420m2/kg，7d的活性指数为82％，28d的活性指数为94％，流动度比为96％，含水量为0.2％。
通过采用上述技术方案，矿粉有很好的化学活性，矿粉的加入可以降低用水量，矿粉与水混合后可以填充到混凝土中的水泥与细骨料之间的缝隙中，提高混凝土的致密性，提高混凝土的抗渗性能。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1，将矿粉、粉煤灰、砂子和细石混合并搅拌均匀，加入水泥继续搅拌均匀，得到混合物A；
S2，将修复剂、乳酸钙和增强纤维加入到混合物A中并搅拌均匀，得到混合物B；
S3，将减水剂加入到水中并搅拌均匀，得到混合物C；
S4，将混合物C倒入混合物B中并搅拌均匀，得到纤维混凝土。
通过采用上述技术方案，上述制备方法制得的高性能纤维混凝土具有较好的抗渗性能且拉伸强度和抗折强度均高于普通混凝土，且此制备方法不涉及加热等条件，操作简单，适合大规模生产使用。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用科氏芽孢杆菌，其以乳酸钙为微生物新陈代谢的营养质，当混凝土产生裂缝，水和空气的进入使处于休眠的科氏芽孢杆菌恢复新陈代谢功能，将乳酸钙转化为碳酸钙沉淀，从而达到自行诊断和修复混凝土裂缝，防止裂缝的扩展，提高混凝土的抗渗性能。增强纤维与修复剂一起使用，可以提高混凝土的早期强度和后期强度，使得混凝土不易发生开裂现象，从源头上抑制了混凝土出现裂缝的情况；
(2)本发明对固载微生物后的膨胀珍珠岩进行包裹处理，确保包裹后的膨胀珍珠岩有足够的强度并且与混凝土基材有很好的黏粘性，使得膨胀珍珠岩在混入混凝土中的时候不易发生破碎现象，从而保证了微生物发挥充分的修复缝隙作用。
说明书附图
图1为本发明中纤维混凝土的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
本发明中的细石均采用粒径为5-20mm连续级配的碎石；
砂子均采用Ⅱ区天然中砂，细度模数为2.5，含泥量＜1.0％；
水泥均采用42.5级硅酸盐水泥；
粉煤灰均采用F类Ⅱ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余下，粉煤灰的细度≤8％，烧失量＜4.5％，需水量比＜96％，含水量＜0.2％。
矿粉均采用S95级矿渣粉，密度为2.8g/cm3，比表面积为420m2/kg，7d的活性指数为82％，28d的活性指数为94％，流动度比为96％，含水量为0.2％；
减水剂采用聚羧酸系高效减水剂，购自江苏省海安石油化工厂。
实施例1：如图1，一种纤维混凝土，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
S1，将矿粉、粉煤灰、砂子和细石混合并搅拌均匀，加入水泥继续搅拌均匀，得到混合物A；
S2，将修复剂、乳酸钙和增强纤维加入到混合物A中并搅拌均匀，得到混合物B；
S3，将减水剂加入到水中并搅拌均匀，得到混合物C；
S4，将混合物C倒入混合物B中并搅拌均匀，得到纤维混凝土。
本实施例中，增强纤维采用直径为20μm的聚丙烯纤维。
本实施例中，修复剂的制备方法为：
载体制备：
(1)制备培养基：每升各组成组分含量为蒸馏水1L，蛋白胨5g，牛肉膏3g，调整pH＝9.5，120℃高温灭菌30min；
(2)将科氏芽孢杆菌菌种接种至培养基中，于30℃、120r/min的恒温床下培养24h；
(3)将所得菌液用离心机以5000r/min转速离心20min，得到菌泥，将所得菌泥稀释至OD600值为0.40，在压力-0.06MPa下，采用真空浸渍法将膨胀珍珠岩放入科氏芽孢杆菌菌液中，真空吸附12min后取出，于40℃下烘干，得到载菌膨胀珍珠岩。
载体包裹：
(1)将偏高岭土、硅酸钠和水按照重量比1:1:2混合并搅拌5min，得到浆液；
(2)调节气压为0.6MPa，采用喷枪将浆液喷洒至载菌膨胀珍珠岩表面，常温下干燥后即得修复剂。
实施例2-6：一种纤维混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量份数
实施例7：一种纤维混凝土，与实施例1的不同之处在于，本实施例中，增强纤维由聚丙烯纤维和玄武岩纤维按照重量比1:1混合而成，聚丙烯纤维直径为20μm，玄武岩纤维直径为15μm。
实施例8：一种纤维混凝土，与实施例1的不同之处在于，本实施例中，增强纤维由聚丙烯纤维、玄武岩纤维和钢纤维按照重量比3:3:1混合而成，聚丙烯纤维直径为20μm，玄武岩纤维直径为15μm，钢纤维直径为13μm。
对比例1：一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入修复剂。
对比例2：一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，修复剂采用载菌膨胀珍珠岩，即修复剂未经过包裹处理。
对比例3：一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，修复剂采用科氏芽孢杆菌，即菌种未经过膨胀珍珠岩进行固载处理。
对比例4：一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入增强纤维。
性能测试
分别对实施例1-8和对比例1-4制得的混凝土进行性能测试。测试结果计入表2中。
抗水渗透性能:按照GB/T50082-2009《普通混凝士长期性能和耐久性能试验方法标准》中的逐级加压法测试标准试块的渗水深度。
抗渗压力：按照GB/T50082-2009《普通混凝士长期性能和耐久性能试验方法标准》测试标准试块的抗渗压力。
抗折强度：按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护1d、7d以及28d的抗折强度。
抗压强度：按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护1d、7d以及28d的抗压强度。
渗水系数：将由混凝土制备并养护28d后得到的试件，利用STYE-3000C型号电脑全自动混凝土压力机以0.5kN/s的速度对混凝土试件进行劈裂，制造裂缝。利用旋扭自锁式金属扎带对其进行绑扎，利用水泥砂浆填补该过程中造成的掉角和缺口，并以1cm的间距对裂缝进行标记。然后在常温下静置24h，通过KLN-CBY501型图像显微镜及其配套的测量软件测得裂缝宽度和有效长度。对标记并拍照记录完的混凝土试件经25℃水中修复养护7d、14d后进行渗水性测试。
由表2中测试数据可以看出，实施例1-8的抗渗能力和力学强度均优于对比例1-4；实施例7-8为最优实施例；此外实施例1-8的渗水系数在7d到14d后，均由明显下降，下降幅度达到90％以上，明显优于对比例1-4，表面本发明制备的纤维混凝土具有较好的修复效果，较高的抗渗水性能。
表2性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
