【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑工程材料，具体为一种绿色混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料及制备方法。
技术介绍
1、铁尾矿是矿山开采过程中产生的废弃物或副产品，它包含了矿石中的杂质、未能提取出有价值金属的残渣以及矿石经过磨矿、选矿等处理后的废料，其大量的堆放会侵占土地资源，造成环境污染。近年来研究发现，可采用铁尾矿砂制备混凝土，实现固废再利用，减少资源浪费。大量研究表明适宜替代率时铁尾矿砂对混凝土的强度均有提升作用，但当铁尾矿砂替代率过高时，会增大混凝土的脆性，并对混凝土的抗裂性能产生不利影响。因此提高铁尾矿砂混凝土的韧性和抗裂性变得及其重要。
2、在铁尾矿砂混凝土中掺入钢纤维可以抑制裂缝的发展、减小裂缝的宽度，具有增韧、抗裂的作用，且在一定掺量范围内可以显著的提高铁尾矿砂混凝土的力学性能。然而工业钢纤维的造价高，且在生产过程中会对环境造成一定的污染；国内外学者将从废旧轮胎中回收的钢纤维加入混凝土中，并且与工业钢纤维混凝土相比，发现回收轮胎钢纤维混凝土的抗压、抗拉强度衰减程度较轻。这说明回收轮胎钢纤维可明显改善混凝土基本力学性能，并在一定掺量范围内可替代工业钢纤维。
3、但仅掺入单一的纤维具有局限性，不能充分提升混凝土的性能；而在混凝土中设计加入多样纤维能够使单一纤维混凝土的性能得到显著优化。椰壳纤维是从椰子的外壳中提取出来的纤维材料，具有较轻的重量和良好的强度，将椰壳纤维加入混凝土中，可以增加混凝土的抗裂性能、提高混凝土的韧性和冲击抗性，并且椰壳纤维的使用有助于减少废弃物的生成，是一种可再生的资源，符合可持续发展的理念
4、因此，通过探究合适的混杂纤维掺量，得到纤维间最好的正混杂效应，从而达到改善铁尾矿砂混凝土性能的目的，推进铁尾矿砂在工程领域中的实际应用，使其能够应用于施工难度大，对结构体系抗裂性要求高，技术复杂，对结构安全性和力学性能要求更高的实际工程中。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种绿色混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料及制备方法，以解决纤维的种类和体积掺量对混杂纤维铁尾矿砂混凝土材料的增韧性能、力学性能的影响规律。使其能够最大程度的改善铁尾矿砂混凝土的抗裂性较差等问题，提高铁尾矿砂利用率，能够应对实际工程中的各种挑战与要求。本专利技术采用的两种绿色纤维材料即回收轮胎钢纤维和椰壳纤维共同用作制备铁尾矿砂混凝土,具有优异的工作性能,且在达到工程要求的力学性能前提下,表现出显著的经济价值和环境效益,符合可持续发展的理念，降低了对传统非可再生纤维材料的需求。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种绿色混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，由以下质量份数的材料制成：
4、水：170份，水泥:358份，粉煤灰:89份,铁尾矿砂:624份,碎石:1159份,减水剂:3.6份，回收轮胎钢纤维:39份,椰壳纤维:2.3份。
5、进一步地，所述水泥为强度等级42.5mpa的水泥。
6、进一步地，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，掺量为胶凝材料体系体积的20％。
7、进一步地，所述碎石为5～20mm连续级配的天然碎石。
8、进一步地，所述砂为ⅱ区中砂，级配良好、细度模数为2.81的铁尾矿砂。
9、进一步地，所述减水剂为减水率为25％聚羧酸高效减水剂。
10、进一步地，所述回收轮胎钢纤维，经过振筛机筛分处理，长度范围为2.9～39.8mm，直径为210～240μm，拉伸强度为2185mpa，密度为7800kg/m3。
11、进一步地，所述椰壳纤维，经过剪切、振筛处理及碱溶液强化，长度10mm，直径为100～450μm，拉伸强度为95～230mpa，密度为1150kg/m3。
12、本专利技术还公开了上述绿色混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料的制备方法，制备步骤如下：
13、步骤一：在搅拌机中加入水泥、粉煤灰及铁尾矿砂搅拌2分钟使其分散均匀。
14、步骤二：在搅拌机中加入碎石，之后搅拌3分钟，并在搅拌的过程中使用筛孔边长0.6mm的标准筛均匀的筛入椰壳纤维，以确保其在混凝土体系中均匀分布。
15、步骤三：在搅拌机中加入水和减水剂，之后搅拌4分钟，并在搅拌的过程中使用筛孔边长0.6mm的标准筛均匀的筛入回收轮胎钢纤维，以确保其在混凝土体系中均匀分布。
16、步骤四：搅拌结束后，将混合成型后的混杂纤维铁尾矿砂混凝土材料倒入模具，之后采用混凝土振动台进行压实震动30秒，并抹平混凝土试件表明，之后用保鲜膜覆盖，并在室温下放置24小时后脱模。
17、步骤五：脱模后的试样放到相对湿度为98％，温度20±2℃的标准养护室中养护28天，从而获得混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料。
18、通过上述的技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
19、(1)本专利技术的绿色混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料韧性、力学性能良好，具有优异的工作性能，满足大部分工程建设的实际要求。
20、(2)本专利技术使用铁尾矿砂全替代来制备混凝土，既解决了天然河砂紧缺的问题，确保了基础设施建设的使用需求，又实现铁尾矿砂回收再利用，推动了固废材料的利用率，起到节能环保、资源循环的效果。
21、(3)本专利技术采用了两种绿色纤维材料，即回收轮胎钢纤维与椰壳纤维；两种纤维经济优势明显，且对环境友好，属于固废材料+可再生材料的结合应用，在满足工程所需的力学性能前提下，减少了对传统有限资源的依赖，符合现代建筑中越来越重视环保和可持续发展的趋势。
22、(4)本专利技术在制备方法上，在搅拌机运行的过程中，采用了先干拌再湿拌、分批次筛入两种纤维的搅拌工艺，及先在搅拌机中加入水泥、粉煤灰和铁尾矿砂干拌2分钟使其均匀的分散，接下来加入碎石，干拌3分钟，由于两种纤维材料的吸水率不同，所以在干拌的过程中使用筛孔边长0.6mm的标准筛人工均匀的先筛入椰壳纤维，以确保其在混凝土体系中均匀分布，之后加入水和减水剂，湿拌4分钟，并在湿拌的过程中使用筛孔边长0.6mm的标准筛人工均匀的筛入回收轮胎钢纤维，以确保纤维材料在混凝土体系中均匀分布。
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1.一种绿色混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料制成：水：170份，水泥:358份，粉煤灰:89份,铁尾矿砂:624份,碎石:1159份,减水剂:3.6份，回收轮胎钢纤维:39份,椰壳纤维:2.3份。
2.本专利技术所制备的混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料的立方体抗压强度大于59.07MPa，劈裂抗拉强度大于4.46MPa，四点弯曲试验峰值强度大于6.6MPa，抗冲击强度大于720N·m，拉压比大于0.076，弯压比大于0.112。
3.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述水泥为强度等级为42.5MPa的水泥。
4.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，掺量为胶凝材料体系体积的20%。
5.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述碎石为5~20mm连续级配的天然碎石。
6.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述砂为Ⅱ区中砂，级配良好、细度模数为2.81的铁尾矿砂。
7.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述减水剂为减水率为25%聚羧酸高效减水剂。
8.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述回收轮胎钢纤维从废旧轮胎中回收取得，之后使用振筛机进行筛分处理，过滤其中的轮胎颗粒及胎粉；长度范围为2.9~39.8mm，直径为210~240μm，拉伸强度为2185MPa，密度为7800kg/m3。
9.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述椰壳纤维从废弃椰壳中抽丝取得，人工裁剪成10mm长度，之后放入到质量分数为5%的NaOH溶液浸泡5h，水洗风干后储存；直径为100~450μm，拉伸强度为95~230MPa，密度为1150kg/m3。
10.一种绿色混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料的制备方法，其特征在于：制备权利要求1至9任一项所述的混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种绿色混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料制成：水：170份，水泥:358份，粉煤灰:89份,铁尾矿砂:624份,碎石:1159份,减水剂:3.6份，回收轮胎钢纤维:39份,椰壳纤维:2.3份。
2.本发明所制备的混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料的立方体抗压强度大于59.07mpa，劈裂抗拉强度大于4.46mpa，四点弯曲试验峰值强度大于6.6mpa，抗冲击强度大于720n·m，拉压比大于0.076，弯压比大于0.112。
3.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述水泥为强度等级为42.5mpa的水泥。
4.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，掺量为胶凝材料体系体积的20%。
5.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，其特征在于：所述碎石为5~20mm连续级配的天然碎石。
6.根据权利要求1所述混杂纤维增韧铁尾矿砂混凝土材料，...
【专利技术属性】
技术研发人员：石华旺，史真耀，张博，赵建斌，王佳伟，陈荟林，刘佳运，白云，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：
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