[发明专利]三维定向纤维增强水泥基复合材料

说明书

技术领域

本发明属于一种建筑材料，尤其是一种超高强、高性能的渍浆三维定向纤维增强混凝土。

背景技术

对于高掺量钢纤维增强的水泥基复合材料，国际上采用渍浆工艺，即将流动性砂浆注入事先放置于模板内的纤维骨架中，研制了一种钢纤维体积率为5％～20％的渍浆纤维增强混凝土，获得的抗弯强度为27～69MPa，抗压强度为63～190MPa。但渍浆纤维增强混凝土中的钢纤维属于三维乱向分布，其增强与增韧作用没有发挥出最佳的效果。为了克服这一缺陷，国际上又出现渍浆纤维网片增强混凝土，其基体材料和施工方法与渍浆纤维增强混凝土相同，不同的是在模板内预铺的是二维定向纤维网片，有效提高了纤维的方向有效系数，更容易制备出性能优异的纤维增强水泥基复合材料。在达到相同弯曲力学性能的条件下，渍浆纤维网片增强混凝土的钢纤维用量比渍浆纤维增强混凝土的钢纤维用量减少50～60％。但是，渍浆纤维网片增强混凝土仍然存在缺陷：采用二维定向纤维网片增强以后，另一个方向缺少增强纤维，属于典型的各向异性材料，导致不同方向的结构受力不均匀，而且在受弯、受扭时容易发生分层开裂失效。

发明内容

本发明针对现有技术中材料受力不均匀、容易层裂的缺陷，提出一种纤维成三维空间分布且强度更高的三维定向纤维增强水泥基复合材料。

一种三维定向纤维增强水泥基复合材料，包括：胶凝材料组份、细集料、水、三维定向排列纤维和超塑化剂，其中胶凝材料组份与细集料、水、超塑化剂的重量比为：1∶(1～2.5)∶(0.13～0.25)∶(0.01～0.03)，所述的胶凝材料组份包括：水泥和矿物掺合料，其重量比为(0.4～0.9)∶(0.1～0.6)，所述的三维定向排列纤维的体积为全部组份混和后总体积的5％～35％。

本发明的技术优点是：①采用三维定向排列纤维，提高了纤维的方向有效系数，其增强与增韧效果成倍增加，例如：在钢纤维体积率为15％时，与渍浆纤维增强混凝土相比，高性能定向纤维增强水泥基复合材料的纤维方向有效系数提高了65％，纤维平均间距减小了35％。②采用三维定向排列纤维，能够进一步提高渍浆工艺的纤维体积率，增强与增韧效果可以更高，其抗压强度不低于150MPa，最高可以达到220MPa以上，15.5倍初裂应变的特征点压缩韧性指数为11～42，抗弯强度不低于28MPa，最好可以达到73MPa，弯曲韧性为7～65N·m，15.5倍初裂挠度的特征点弯曲韧性指数为17～39，劈裂抗拉强度为18～34MPa，因此，本发明是一种高吸收能量的新型结构材料，具有较高的抗弯强度和弯曲变形能力、很高的抗压强度和压缩变形能力，其最高抗压强度接近同等纤维体积的渍浆纤维增强混凝土的2倍，抗弯强度、抗拉强度优于渍浆纤维增强混凝土和渍浆纤维网片增强混凝土。③由于本发明使用了粉煤灰、矿渣、硅灰和偏高岭土作为其原料，消耗了污染人类生存环境的工业废渣，既降低了成本，又有利于环境保护，具有良好的节能减排效果和可持续发展的特点。④采用预先用钢丝和高性能有机纤维编制的三维钢纤维网架和三维混杂纤维网架，既保证了纤维在高性能定向纤维增强水泥基复合材料的定向排列，又进一步发挥了长的连续纤维的增强作用，而且可以提高施工效率，降低了本发明的生产成本。

附图说明

图1是三维定向纤维增强水泥基复合材料的弯曲荷载-挠度曲线示意图。

图2是三维定向纤维增强水泥基复合材料的压应力-应变全曲线示意图。

图3是三维定向纤维增强水泥基复合材料在-(17±2)℃～+(8±2)℃快速冻融制度下的相对动弹性模量-冻融循环次数曲线示意图。

图4是三维定向纤维增强水泥基复合材料在-(17±2)℃～+(8±2)℃快速冻融制度下的质量损失率-冻融循环次数曲线示意图。

具体实施方式