一种钢纤维地质聚合物混凝土材料及其性能计算方法技术

本发明专利技术涉及一种钢纤维地质聚合物混凝土材料及其性能计算方法。通过试验，得到钢纤维地质聚合物混凝土轴心抗压强度、峰值应变、峰值应力、弹性模量等性能特征量与应力

【技术实现步骤摘要】
一种钢纤维地质聚合物混凝土材料及其性能计算方法


[0001]本专利技术属于土木工程中建筑材料
，涉及一种钢纤维地质聚合物混凝土材料及其性能计算方法。

技术介绍

[0002]地质聚合物混凝土材料是以碱溶液激发矿渣、粉煤灰的地质聚合物作为一种类似水泥的粘合物，可代替水泥作为新的胶凝材料，具有早强性、低排放、高耐腐蚀性、耐高温等优点，是一种可持续发展的绿色新型无机聚合物建筑材料，具有广阔的应用前景。但地质聚合物混凝土的劈裂抗拉强度与抗折强度较低、脆性较大，使其在土木工程中的实际应用受到限制。因此有必要通过掺入钢纤维以改善地质聚合物混凝土的力学性能，扩大其工程应用范围。

技术实现思路

[0003]针对普通地质聚合物混凝土存在的问题，本专利技术提供一种钢纤维地质聚合物混凝土材料及其应力
‑
应变性能计算方法。
[0004]一种钢纤维地质聚合物混凝土材料，所述混凝土材料通过将如下组分混合得到：
[0005]氢氧化钠35
‑
40份，水玻璃240
‑
250份、水70
‑
75份、石子1400
‑
1500份，砂子 780
‑
790份、矿渣125
‑
200份、粉煤灰450
‑
525份；
[0006]在混合的过程中按体积计，向的混合物中掺入0.3
‑
1.2％的钢纤维混匀；所述钢纤维为镀铜微丝型钢纤维，直径0.1
‑
0.3mm，长度10
‑
15mm。
[0007]进一步的，所述混合物的溶胶比控制在0.55
[0008]进一步的，所述矿渣为密度2.92g/cm3，比表面积460m2/kg，28d活性指数大于95％，含水量小于1.0％的高炉矿渣粉；粉煤灰为密度2.34g/cm3，比表面积800m2/kg，28d 活性指数大于65％，含水量小于5.0％的Ⅱ级F类粉煤灰
[0009]进一步的，所述氢氧化钠采用纯度为99％的片状固体NaOH；水玻璃采用模数为3.4，波美度为39
°
B
é
，Na2O、SiO2及H2O质量分数分别为7.4％、27.6％、65％的Na2SiO3水玻璃；水采用自来水
[0010]一种钢纤维地质聚合物混凝土材料的应力
‑
应变性能计算方法，采取分段式应力
‑ꢀ
应变关系描述钢纤维地质聚合物混凝土应力
‑
应变全曲线，基于回归分析得到不同钢纤维掺量下的地质聚合物混凝土应力
‑
应变全曲线上升段和下降段的相关参数a、b的表述式，从而得到钢纤维地质聚合物混凝土应力
‑
应变全曲线的函数表达式；
[0011]曲线上升段函数：y＝ax+(3
‑
2a)x2+(a
‑
2)x30≤ε≤ε
c
[0012]曲线下降段函数：y＝x/[b(x
‑12
)+x]ε
c
≤ε≤ε
u
[0013]a＝
‑
2.11r4+5.46r3‑
4.20r2+1.03r+0.56
[0014]b＝86.83r4‑
200r3+105.57r2+16.72r+0.81
[0015]式中：r为钢纤维体积率，ε
u
＜0.04。
[0016]本专利技术有益效果：本专利技术不仅有效提高了工业固体废弃物(粉煤灰、煤矸石及矿渣) 的重复利用率，且以地质聚合物作为胶凝材料可有效降低CO2排放量，有利于保护环境。经过研究制备出一种钢纤维地质聚合物混凝土材料，所制备的新型钢纤维地质聚合物混凝土材料改善了普通地聚物混凝土抗拉、抗折强度低，收缩大，脆性大的力学性能缺点。研发了一种新型的绿色建筑材料，可广泛应用于房屋建设、桥梁建设等工程，并提供了相应的制备方法，为类似混凝土的配制及不同强度的钢纤维地质聚合物混凝土材料纤维掺量的确定提供了参考依据，有利于推广新型混凝土的工程应用，解决天然砂石资源紧张的问题。
附图说明
[0017]图1为根据钢纤维地质聚合物混凝土材料的应力
‑
应变全曲线函数表达式计算得到的无量纲应力
‑
应变全曲线与试验结果对比图(需要分别说明一下a、b、c、d四张图表示的含义)
[0018]图1(a)展示了矿渣占所掺粉煤灰和矿渣总量为20％时，无钢纤维外掺，制备基准强度为C50的普通地质聚合物混凝土的应力应变试验曲线与应力
‑
应变性能计算方法获得曲线的对比，曲线吻合良好。
[0019]图1(b)展示了矿渣占所掺粉煤灰和矿渣总量为20％时，外掺0.3％钢纤维，制备基准强度为C50的普通地质聚合物混凝土的应力应变试验曲线与应力
‑
应变性能计算方法获得曲线的对比，曲线吻合良好。
[0020]图1(c)为展示了矿渣占所掺粉煤灰和矿渣总量为25％时，外掺0.3％钢纤维，制备基准强度为C60的普通地质聚合物混凝土的应力应变试验曲线与应力
‑
应变性能计算方法获得曲线的对比，曲线吻合良好。
[0021]图1(d)为展示了矿渣占所掺粉煤灰和矿渣总量为30％时，外掺1.2％钢纤维，制备基准强度为C70的普通地质聚合物混凝土的应力应变试验曲线与应力
‑
应变性能计算方法获得曲线的对比，曲线吻合良好。
[0022]图1(a)、1(b)、1(c)、1(d)展示了矿渣含量的上升及外掺钢纤维含量的增加显著提升混凝土的单轴受压强度并提升了其抵抗开裂破坏的能力，使其具有较高的抗压强度和良好的延性。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中的C50、 C60、C70地质聚合物混凝土原料配比以及性能如表1所示
[0024]表1各组地质聚合物混凝土试验配合比(kg/m3)及抗压强度(MPa)
[0025][0026]实施例1
[0027]一种钢纤维地质聚合物混凝土材料的制备方法，包括以下步骤；
[0028]制备基准强度为C50的地质聚合物混凝土材料。比例为氢氧化钠37.04份，水玻璃248.88份、水71.11份、石子1450.29份，砂子787.12份、矿渣129.77份、粉煤灰 519.08份。溶胶比控制在0.55。钢纤维分别为23.55份、47.10份、70.65份、94.20份、对应体积率分别为0.3％、0.6％、0.9％、1.2％。
[0029]用所有水先行配制氢氧化钠溶液，静置一段时间后，将水玻璃倒入其中，配制碱激发溶液。
[0030]将矿渣、砂子、碎石、粉煤灰、减水剂拌和均匀，在此过程中应逐步加入钢纤维，防止钢纤维结团。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢纤维地质聚合物混凝土材料，其特征在于，所述混凝土材料通过将如下组分混合得到：氢氧化钠35
‑
40份，水玻璃240
‑
250份、水70
‑
75份、石子1400
‑
1500份，砂子780
‑
790份、矿渣125
‑
200份、粉煤灰450
‑
525份；在混合的过程中按体积计，向的混合物中掺入0.3
‑
1.2％的钢纤维混匀；所述钢纤维为镀铜微丝型钢纤维，直径0.1
‑
0.3mm，长度10
‑
15mm。2.根据权利要求1所述的一种钢纤维地质聚合物混凝土材料，其特征在于，所述混合物的溶胶比控制在0.55。3.根据权利要求1所述的一种钢纤维地质聚合物混凝土材料，其特征在于，所述矿渣为密度2.92g/cm3，比表面积460m2/kg，28d活性指数大于95％，含水量小于1.0％的高炉矿渣粉；粉煤灰为密度2.34g/cm3，比表面积800m2/kg，28d活性指数大于65％，含水量小于5.0％的Ⅱ级F类粉煤灰。4.根据权利要求1所述的一种钢纤维地质聚合物混凝土材料，其特征在于，所述氢氧化钠采用纯度为99％的片状固体NaOH；水玻璃采用模数为3.4，波美度为39
°
B
é
，Na2O、SiO2及H2O质...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜桂云，王昊，黄冠骅，叶建峰，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：