专利名称：钢-聚丙烯混杂纤维高性能混凝土的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型混凝土。具体地说，是一种掺有钢纤维和聚丙烯纤维的高性 能混杂纤维增强混凝土，属于混凝土技术领域。
背景技术：
普通混凝土一般又水泥、砂、石子和水，通过拌合均勻后，成型、凝固而成。这种不 加任何添加剂的水泥其抗压强度一般可以满足工程实际需要。但其抗拉强度、抗弯强度、冲 击韧性、抗渗性能都比较差。为了改善混凝土性能，人们致力于研究高性能混凝土。高性能 混凝土所用的原材料，除传统混凝土所用的水泥、砂、石和水四大组分外，还有化学外加剂 和矿物外加剂。使用新型的高效减水剂和磨细矿物外加剂是使混凝土达到高性能的主要技 术措施，前者能降低混凝土的水胶比，增大坍落度和控制混凝土的坍落度损失，提高混凝土 的致密性，使混凝土具有良好的工作性能；后者能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水 化，除提高混凝土的致密性外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的耐久性和强度。目前已有一些单位和研究者研制了单掺钢纤维增强混凝土。由于钢纤维能有效地 限制混凝土基体裂缝的开展，可以使得起抗压强度、抗弯强度、抗剪强度较普通混凝土显著 地提高。单掺钢纤维混凝土主要是提高混凝土的后期强度，而且钢纤维的比较高，所有高掺 量的钢纤维在工程上的应用又受到经济效益的制约。单掺聚丙烯纤维主要是有助于混凝土的抗裂及抗渗性能，抑制混凝土早期裂缝的 产生，提高混凝土的延性和抗冲击性能。合适掺量的单掺聚丙烯纤维混凝土可以有明显的 抗裂与增韧效果。但聚丙烯纤维混凝土对提高混凝土的强度无明显作用。因此掺单一纤维对混凝土的增强、增韧、阻裂作用是有限的。
发明内容
本发明的目的是针对现有混凝土的不足之处，提供一种掺有钢纤维和聚丙烯纤维 的混杂纤维高性能混凝土，使所制的混凝土既有较高的强度，又有较高的延性、抗裂性能、 抗渗性能以及抗冲击性能。本发明通过以下技术方案实现的，在普通混凝土中加入低掺量的钢纤维和聚丙烯 纤维，其中钢纤维的体积率在0. 5% -1. 5%，聚丙烯纤维的体积率在0. 055% -0. 165%，其 余组分为掺量I级粉煤灰的普通混凝土。本发明通过将不同几何尺寸，高弹模和低弹模的两种纤维加入到混凝土中，发挥 两种纤维在混凝土中的不同作用，即聚丙烯纤维限制混凝土的早期裂缝开展，改善混凝土 的内部结构，钢纤维发挥在后期限制混凝土裂缝的发生和开展，提高混凝土的后期强度。纤维加入到混凝土中，会阻止裂缝的扩展，增加混凝土基体的强度和断裂能。几 何尺寸较小的聚丙烯纤维可桥接混凝土内部分布的微裂缝，并抑制这些微裂缝发展成宏观 裂缝。对于一般纤维掺量的混凝土，其宏观裂缝在峰值荷载位置开始形成。随着混凝土变 形的增加，微裂缝不断扩大成宏观裂缝，而此时几何尺寸较大的纤维能阻止宏观裂缝的扩展，从而使混凝土的韧性增强。在混凝土微裂缝的扩展过程中，较小几何尺寸纤维对抑制裂 缝扩展起主导作用。在混凝土宏观裂缝的扩展过程中，较大几何尺寸纤维主要发挥抗裂作 用。此外，不同几何尺寸纤维对混凝土的裂缝扩展的阻止作用不是孤立的，一种几何尺寸纤 维能提高混凝土的性能，同时这种性能的提高又能增强另一种纤维作用的发挥，从而使混 凝土具有一定的混杂效应，提高混凝土的强度和断裂能。实验表明，通过合适配合比的钢纤 维和聚丙烯纤维，能有效地发挥两者之间的正混杂作用，产生“1+1 > 2”的效果。通过钢纤 维、聚丙烯纤维和基体混凝土之间的协调作用，可以有效地提高混凝土的强度，延性，韧性， 抗渗性能，疲劳性能，收缩和徐变。本试验中的数据分析表明抗压强度的最大提高23.2%，劈拉强度最大的提高幅 度达到40.0%。拉压比也有明显的改善。本发明的钢-聚丙烯混杂纤维高性能混凝土可以广泛应用于公路路面、桥面、机 场跑道、码头铺面、工业建筑地面、房屋和桥梁结构、水工结构、特种结构中；用于梁和叠合 梁的裂缝控制和抗剪性能的增强；交通隧道、输水隧洞、沟壑等防水、防渗要求严格的结构； 预制构件；军事工程以及修补加固工程。
具体实施例方式实施例1抗压强度试验采用正交试验的设计方案。采用L18Q1XS7)正交表。钢纤维考虑 三因素钢纤维体积率(三水平0.5%，1.0%，1.5% )，钢纤维的外形(两水平波纹形和 端钩形)，钢纤维长径比(30，50，70)；聚丙烯纤维考虑一个因素即聚丙烯纤维体积率(三水 平0. 055%,0. 11%,0. 165% )。混凝土基体的配合比方案 按以上配合比支撑150X 150X 150混凝土试块，进行抗压强度试验。试验结果如 下。 由以上的试验结果可以看出抗压强度最大值提高到64. 2Mpa，最大提高幅度达到 23. 2%。抗压强度的平均提高幅度达到12. 2%。实施例2劈拉强度试验采用正交试验的设计方案。采用L18Q1XS7)正交表。钢纤维考虑 三因素钢纤维体积率(三水平0.5%，1.0%，1.5% )，钢纤维的外形(两水平波纹形和 端钩形)，钢纤维长径比(30，50，70)；聚丙烯纤维考虑一个因素即聚丙烯纤维体积率(三水 平0. 055%,0. 11%,0. 165% )。混凝土基体的配合比方案 按以上配合比支撑150X 150X 150混凝土试块，进行劈拉强度试验。试验结果如 下。
由以上的试验结果可以看出劈拉强度最大值提高到4. 69Mpa，最大提高幅度达到 40. 0%。抗压强度的平均提高幅度达到23. 8%。
权利要求
一种高性能混杂纤维混凝土，其特征在于，包含低掺量纤维组分范围(纤维体积率)为钢纤维0.5％-1.5％、聚丙烯纤维0.055％-0.165％。其余组为加有I级粉煤灰的普通混凝土。
2.根据权利要求1所述的掺有钢纤维组分的混杂纤维高性能混凝土，其特征在于还包 括有-4%重量百分比的钢筋。
3.根据权利要求1所述的掺有钢纤维组分的混杂纤维高性能混凝土，其特征在于考虑 了钢纤维的长径比(30-70)。
4.根据权利要求1所述的掺有钢纤维组分的混杂纤维高性能混凝土，其特征在于考虑 了钢纤维的外形(波纹形和端钩形)的特征参数。
5.根据权利要求1所述所掺的两种纤维，其特征在于一种是类似钢纤维的低断裂伸长 纤维类；另一种是类似聚丙烯纤维的低高断裂伸长纤维。
6.根据权利要求1和权利要求4，混杂纤维高性能混凝土所包含的两种纤维特征在于 一种是类似钢纤维的高模量纤维；另一种是类似聚丙烯纤维的低模量纤维。
全文摘要
本发明设计一种新型的建筑材料领域的高性能纤维混凝土。在基体混凝土中加入低掺量的钢纤维和聚丙烯纤维。钢纤维的体积率范围为0.5％-1.5％；聚丙烯的体积率为0.055％-0.165％。基体混凝土中水泥采用C50，配合比为水泥16.8％，砂子32.2％，石子36.9％，水8.2％，粉煤灰5.7％，减水剂0.2％。通过加入的聚丙烯现在早期阶段限制混凝土的裂缝开展，改善混凝土的内部结构；钢纤维在后期阶段限制和延迟宏观裂缝的发生和开展，连接已开展的部分裂缝，有效地提高混凝土的强度。同时，通过钢纤维、聚丙烯纤维，基体混凝土三者协调工作，产生正混杂效应，可以较好地改善混凝土的延性，韧性，抗渗性能，疲劳性能，收缩和俆变，产生优良的工作性能。
文档编号C04B28/00GK101880138SQ20091006184
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月4日 优先权日2009年5月4日
发明者周健民 申请人:周健民