[发明专利]钢纤维/聚合物纤维双纤维增强混凝土及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土桥桥面刚性铺装和新、旧水泥混凝土路面罩面加铺用的混凝土，具体涉及钢纤维/聚合物纤维双纤维增强混凝土及其制备方法。

背景技术

桥面铺装的功用是保护主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎或履带的直接磨耗，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并能对车辆轮重的集中荷载起到一定的分布作用。铺装设计的主要目标是控制裂缝扩展并将收缩应力、温度应力和疲劳应力引起的裂缝减至最小。由此，桥面铺装要求有一定强度，并能满足抗裂、抗冲击、具有耐磨性等各项要求。考虑到分缝处各板块角部易产生开裂，也要求桥面铺装具有足够的抗弯强度和韧性。

现在国内外常用的桥面铺装材料有：沥青混合料、普通水泥混凝土、钢筋网增强混凝土、连续配筋混凝土、钢纤维增强混凝土、聚合物改性混凝土、聚合物纤维混凝土等。

强度一直是混凝土作为重要结构材料的主要性能指标，混凝土高强化是多年来混凝土研究与发展的努力方向。但是混凝土抗拉、抗弯、抗冲击、抗爆以及韧性差等固有的弱点却仍限制着其优势的充分发挥，并且随着混凝土强度的不断提高，这一弱点也愈益突出。通常认为，混凝土强度越高，其韧性越差，脆性越高，结构延性和抗裂能力越不足，给结构抗震性能带来的隐患越大，防火性能越差，混凝土耐久性问题越大。因此，长期以来许多学者不断探索改善混凝土上述性能的方法和途径。纤维增强混凝土，就是近年来研究和应用最广的重要途径之一。纤维增强混凝土(或简称纤维混凝土)，是以水泥浆、砂浆和混凝土为基材，以金属材料、无机材料或有机纤维为增强材料组成的一种水泥基复合材料，它是将短而细的，具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的纤维均匀地分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。

目前纤维增强混凝土主要有两类：一是高弹模量短纤维增强混凝土，其代表纤维是钢纤维。由于钢纤维可阻滞基体混凝土裂缝的开展，因此钢纤维增强混凝土的抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也有较大的改善，但钢纤维对混凝土的初裂防止贡献不大，钢纤维的加入使混凝土与桥面板的连接不良而容易出现剥离，导致桥面铺装的过早破坏；另外钢纤维增强混凝土的抗渗性、耐碱性、耐候性和变形性能等也较差。有研究学者研制出了钢纤维增强聚合物改性混凝土，较好地改善了钢纤维增强混凝土材料的缺点，获得了优良的性能，但由于造价昂贵，难以广泛推广应用。二是低弹模量短纤维增强混凝土，其代表纤维是聚合物纤维。聚合物纤维对混凝土的作用主要是限制了混凝土早期裂缝的生成与发展，增强了混凝土的耐久性。聚合物纤维的阻裂效应主要体现在消除或减轻了早期混凝土中原生裂隙的发生和发展，钝化了原生裂隙尖端的应力集中，使混凝土基体内的应力场更加持续和均匀。聚合物纤维的阻裂作用是从根本上对混凝土自身缺陷的改善，包括有效增加混凝土的韧性；减少裂缝，提高抗渗能力；减少裂缝，延缓钢筋锈蚀；减少混凝土结构受到的化学侵蚀；增强抗冻融能力，减少混凝土结构遭受破坏；减少混凝土的泌水，使表面混凝土的质量得以改善；减少裂缝，提高耐磨性和抗冲击能力等等。但聚合物纤维的加入对混凝土的强度提高没有贡献，相反大量掺入聚合物纤维对混凝土的强度有一定的降低作用。因此，聚合物纤维这些优点能较好地补充和完善钢纤维增强混凝土的防初裂和抗渗性等方面的缺点，而钢纤维对混凝土的增强作用能较好地弥补聚合物纤维混凝土在强度方面的损失。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供钢纤维/聚合物纤维双纤维增强混凝土及其制备方法。本发明通过如下技术方案实现：

钢纤维/聚合物纤维双纤维增强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗砂、石子，并使其处于干燥状态；

(2)将水泥、砂、石子按质量比1∶1.45～2.2∶1.78～2.73投入拌合设备中，再按钢纤维与混凝土的体积比0.6～0.8％∶1投入钢纤维，拌合均匀；

(3)按水、水泥质量比0.30～0.48∶1的比例准备水，按高效减水剂与水泥的质量比0.3～1.2％∶1，并按1m³混凝土0.6～1.2kg聚合物纤维的比例投入所述水中搅匀得到混合物；

(4)将步骤(3)得到的含有高效减水剂、聚合物纤维和水的混合物投入混凝土拌合设备中，搅拌均匀后出料，制备得钢纤维/聚合物纤维双纤维增强混凝土。

上述的钢纤维/聚合物纤维双纤维增强混凝土的制备方法中，所述聚合物纤维为短纤维聚丙烯或聚丙烯腈。