[发明专利]混凝土组合物

说明书

技术领域

本发明涉及新型延性超高性能混凝土、其制造方法及其用途。

背景技术

超高性能混凝土通常具有100兆帕以上且一般120兆帕以上的在28天的压缩强度。

混凝土作为具有例如相当大压缩强度的强材料而广泛用于建筑工业。然而，持续研究新型混凝土添加剂以改性和改进混凝土的性能从而使其适于特定的应用。

混凝土的添加剂包括例如金属纤维或有机纤维形式的增韧剂。增韧可由硬化的混凝土的断裂能和/或延性的增加而看出。延性在许多应用中是重要且合意的性能。

为了确保混凝土中的合意延性行为，必须仔细选择纤维的参数和纤维的量：这些对于金属纤维和有机纤维是不同的(应理解金属纤维和有机纤维的物化性能从根本上是不同的)。纤维通常具有就长度(L)、直径(D)和长径比(L/D)而言的预定的大小，并且必须以预定的含量加入从而确保性能的所需改进。

金属纤维具有可观的延性，且将它们掺入混凝土将赋予所得的增强混凝土材料在某些结构应用中合意的延性行为。也已使用如聚乙烯醇(PVA)的有机纤维以寻求混凝土中的延性。

玻璃和由玻璃制得的纤维是易碎的。玻璃的物化性能从根本上与金属和有机材料不同。不会预期将易碎的玻璃纤维掺入混凝土组合物以在某些建筑应用中改进那些组合物的延性。

现在发现通过适当选择玻璃纤维和混凝土的其他组分，以及它们的相对含量，有可能获得延性混凝土组合物。本发明意图提供这种混凝土组合物。

发明内容

因此本发明提供了一种延性超高性能混凝土，其包含以相对重量份计：

100份波特兰水泥；

50至200份(优选80份以上，例如80至170份，更优选100至150份)具有D10至D90为0.063至5毫米的单粒度的砂子，或者砂子混合物(优选两种砂子)，其中最细的砂子的D10至D90为0.063至1毫米且最粗的砂子的D10至D90为1至5毫米，例如1至4毫米；

0至70份，优选10至60份，例如约50份(也可使用10至40份)平均粒子尺寸为15微米以下的粒状火山灰或非火山灰材料或其混合物；

0.1至10份减水超增塑剂；

10至30份水；以及

相对于硬化的组合物的体积为0.5至5体积％的长径比为6至120，优选为10至80，例如20至40，更优选为约20的玻璃纤维。

所述纤维可为单丝或多丝(则每个单独的纤维包含多个单丝)。

玻璃纤维通常通过将熔融玻璃流由套筒或孔口变细而形成。可将水性上浆(sizing)组合物或化学处理应用至所述纤维。

水性上浆组合物可包含润滑剂、偶联剂和膜形成粘合树脂：通常加热经处理的纤维以去除水并固化纤维表面上的上浆组合物。

化学处理可使用包含硅烷偶联剂和膜形成试剂的组合物完成。

本说明书中所用的术语“上浆”涵盖水性上浆组合物和化学处理。

硅烷偶联剂包括氨基硅烷、硅烷酯、乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、环氧基硅烷、硫化硅烷、脲基硅烷、异氰酸基硅烷和其混合物。

膜形成试剂包括嵌段聚氨酯膜形成剂、热塑性聚氨酯膜形成剂、环氧树脂膜形成剂、聚烯烃、改性聚烯烃、官能化聚烯烃、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、饱和聚酯树脂膜形成剂、不饱和聚酯树脂膜形成剂、聚醚膜形成剂和其混合物。纤维中的玻璃通常耐碱。优选将纤维上浆以提高耐磨性和/或在混凝土混合过程中的单丝完整性。优选在多丝纤维中上浆以避免或降低在混合过程中的单丝的分离。

玻璃纤维在混凝土中的体积百分比优选为约1体积％以上，例如2至5％，优选约2至3％，优选的值为约2％。

在多丝纤维中的单个单丝的直径通常为约30微米以下。在每个单个纤维中的单个单丝的数目通常为50至200，优选为约100。多丝纤维的复合直径通常为0.1至0.5毫米，优选为约0.3毫米；它们在横截面中通常为近似环状。

玻璃通常具有大于或等于60GPa，优选为70至80GPa，例如72至75GPa，更优选为约72GPa的杨氏模量。

玻璃纤维的长度通常大于聚集体(或砂子)粒子尺寸。纤维长度优选比粒子尺寸大至少三倍。长度的混合物可使用。玻璃纤维的长度通常为3至20，例如4至20毫米，优选为4至12毫米，例如约6毫米。

多丝玻璃纤维的拉伸强度通常为约1700兆帕或更高。

在组合物中玻璃纤维的饱和剂量(S_f)由下式表示：

S_f＝V_f×L/D