专利名称：内约束混凝土及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土及其制备方法。
背景技术：
混凝土以其取材简便，构件易于成型，具有水硬性等突出特点，广泛地应用于土木工程。但混凝土的抗拉强度很低，只有抗压强度的1/10 1/14，使得混凝土的抗变形能力很差，即使很小一点的变形也会产生很大的拉应力，一旦拉应力超过混凝土的抗拉能力就会在混凝土内部或表面产生裂缝。特别是温度变形是混凝土开裂的主要原因之一，气温升高使得混凝土内部温度上升，表面产生拉应力，在后期的降温过程中，由于受到外部约束，内部又出现拉应力；而气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力，当这些应力超出混凝土的抗拉极限时就会出现裂缝，温度裂缝对结构的抗渗性、整体性、耐久性甚至承载能力都十分不利。因此，为了避免混凝土的裂缝过早出现，设法在混凝土结构或构件承受变形或荷载前，预先对受拉区的混凝土施加压力，由此产生了预应力混凝土。通过预压应力来减小或抵消变形以及荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，以推迟或防止混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。但预应力混凝土工艺较复杂，需要配备技术较熟练的专业队伍；还需要有专门的设备，如张拉机具、灌浆设备等；并且预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。
发明内容
为了针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种减小或抵消由于温度效应而发生的变形，防止混凝土温度裂缝的产生，同时无需通过机具施加便可产生预压应力效果的内约束混凝土。同时，本发明提供了一种内约束混凝土的制备方法。本发明提供的内约束混凝土，该内约束混凝土由普通混凝土的组成成分和具有热缩冷胀特性的高强高弹性模量纤维组成；所述纤维占普通混凝土体积的0. 2 1。进一步，所述普通混凝土的组成成分由水、水泥、砂、石子和外加剂组成。同时，本发明还提供了一种内约束混凝土的制备方法，首先将具有热缩冷胀特性的高强高弹性模量纤维与石子、砂粒和水泥均勻搅拌，再加入水和外加剂后进行二次拌和， 最后经过水化凝结。本发明提供的内约束混凝土及其制备方法，与现有技术相比，具有如下优点
1、混凝土的变形、抗裂性能以及抗冻融循环能力被急剧改善内部的纤维会与混凝土基体之间产生一定的粘结力，当混凝土受温度影响变形时，纤维热缩冷胀的特性约束了混凝土基体的热胀冷缩，彼此之间的约束粘结力对混凝土的温度变形进行了控制，使得内约束混凝土具有内约束特性，其在高温差条件下的温度变形明显小于普通混凝土。2、混凝土内部自身产生预压应力，无需外部人工或机械施加。如果在内约束混凝土拌制过程中添加膨胀剂，一方面纤维与混凝土基体之间的粘结力会自然形成，另一方面混凝土还会发生膨胀变形，此时粘结力就会对膨胀变形进行约束，对混凝土内部产生压应力，这样就使得内约束混凝土自身产生出预压应力，而无需通过外部人工或机械施加。
图1为普通混凝土板与掺入体积率为0. 2%纤维的内约束混凝土板温差循环过程中升温的体积变化率比较；
图2为普通混凝土板与掺入体积率为0.洲纤维的内约束混凝土板温差循环过程中降温的体积变化率比较；
图3为普通混凝土板与掺入体积率为0. 5%纤维的内约束混凝土板温差循环过程中升温的体积变化率比较；
图4为普通混凝土板与掺入体积率为0. 5%纤维的内约束混凝土板温差循环过程中降温的体积变化率比较；
图5为普通混凝土板与掺入体积率为洲纤维的内约束混凝土板温差循环过程中升温的体积变化率比较；
图6为普通混凝土板与掺入体积率为洲纤维的内约束混凝土板温差循环过程中降温的体积变化率比较；
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细地说明。内约束混凝土由普通混凝土的组成成分和具有热缩冷胀的高强高弹性模量纤维 (如碳纤维)组成，碳纤维占普通混凝土体积的ο. 2 m。普通混凝土的组成成分由水、水泥、砂、石子和外加剂组成。制备该内约束混凝土时，首先将具有热缩冷胀的高强高弹性模量纤维与石子、砂粒和水泥均勻搅拌，再加入水和外加剂后进行二次拌和，最后经过水化凝结。普通混凝土具有典型的热胀冷缩效应，而高强高弹性模量纤维具有的却是热缩冷胀的特性，因此在普通混凝土的拌制中掺加一定体积率的高强高弹性模量纤维来制备内约束混凝土。实施例1
在强度等级为C30混凝土中掺入体积率为0. 2%的碳纤维，通过覆盖电热毯的办法来实现升温和降温过程，混凝土产生温度变形由百分表测取，当混凝土强度达到稳定后经过10 天的试验，观察十一个升温降温的温差循环，通过变形数据得到温度体积变化率
温度体积变化率=丨溫度变化后原体积x_据此对比普通混凝土板与内约束混凝土板的温度变形的差异，如图1和2所示。图1和2给出了温差循环过程中的温度体积变化率，其中白色为普通混凝土板，黑色为内约束混凝土板。可以发现，内约束混凝土的温度体积变化率平均值为0. 679%，素混凝土的温度体积变化率平均值为0. 847%，当在掺量碳纤维的体积率为0. 2%时，内约束混凝土抑制温度变形的能力比素混凝土提高了 19. 83%，表明内约束混凝土自身内部由于碳纤维的约束而产生了压应力，使得受温度影响而产生的变形明显减少，并能有效地抑制裂缝的产生。实施例2
在强度等级为C30混凝土中掺入体积率为0. 5%的碳纤维，通过覆盖电热毯的办法来实现升温和降温过程，混凝土产生温度变形由百分表测取，当混凝土强度达到稳定后经过10 天的试验，观察十一个升温降温的温差循环，通过变形数据得到温度体积变化率
温度体枳变化率=ι温度变化 只-原体积χ_
原体积
据此对比普通混凝土板与内约束混凝土板的温度变形的差异，如图3和4所示。图3和4给出了温差循环过程中的温度体积变化率，其中白色为普通混凝土板，黑色为内约束混凝土板。可以发现，内约束混凝土的温度体积变化率平均值为0. 549%，素混凝土的温度体积变化率平均值为0. 847%，当在掺量碳纤维的体积率为0. 5%时，内约束混凝土抑制温度变形的能力比素混凝土提高了 35. 18%，表明内约束混凝土自身内部由于碳纤维的约束而产生了压应力，使得受温度影响而产生的变形明显减少，并能有效地抑制裂缝的产生。实施例3
在强度等级为C30混凝土中掺入体积率为m的碳纤维，通过覆盖电热毯的办法来实现升温和降温过程，混凝土产生温度变形由百分表测取，当混凝土强度达到稳定后经过 ο天的试验，观察十一个升温降温的温差循环，通过变形数据得到温度体积变化率
温度体积变化率=ι瘟度变化后ff只—原体枳xim .原体积
据此对比普通混凝土板与内约束混凝土板的温度变形的差异，如图5和6所示。图5和6给出了温差循环过程中的温度体积变化率，其中白色为普通混凝土板，黑色为内约束混凝土板。可以发现，内约束混凝土的温度体积变化率平均值为0. 45 ，素混凝土的温度体积变化率平均值为0. 847%，当在掺量碳纤维的体积率为1%时，内约束混凝土抑制温度变形的能力比素混凝土提高了 46. 63%，表明内约束混凝土自身内部由于碳纤维的约束而产生了压应力，使得受温度影响而产生的变形明显减少，并能有效地抑制裂缝的产生。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种内约束混凝土，其特征在于该内约束混凝土由普通混凝土的组成成分和具有热缩冷胀特性的高强高弹性模量纤维组成；所述纤维占普通混凝土体积的0. 2 1。
2.根据权利要求1所述的内约束混凝土，其特征在于所述普通混凝土的组成成分由水、水泥、砂、石子和外加剂组成。
3.一种内约束混凝土的制备方法，其特征在于首先将具有热缩冷胀特性的高强高弹性模量纤维与石子、砂粒和水泥均勻搅拌，再加入水和外加剂后进行二次拌和，最后经过水化凝结。
全文摘要
本发明公开了一种内约束混凝土，该内约束混凝土由普通混凝土加入适量外加剂以及具有热缩冷胀特性的高强高弹性模量纤维组成；纤维占普通混凝土体积的0.2～2%。同时，本发明还提供了一种内约束混凝土的制备方法，首先将纤维与石子、砂粒和水泥均匀搅拌，再加入水和外加剂后进行二次拌和，最后经过水化凝结。本发明的内约束混凝土及采用该制备方法制备的内约束混凝土无需外部人工或机械施加，混凝土的变形、抗裂性能以及抗冻融循环能力被显著改善，在高温差条件下此混凝土内部自身产生约束力。
文档编号C04B28/00GK102344270SQ20111018520
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者周凌, 程华, 雷运波 申请人:程华