[发明专利]含有复合纤维的高性能混凝土

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，具体的说是一种含有复合纤维的高性能混凝土。

背景技术

随着混凝土结构应用领域的不断扩展，规模的增大，使结构工程向更高、跨度更大、荷载更重的方向发展，对其性能的要求也更高。纤维混凝土是当代迅速发展的新型复合材料，尤其以钢纤维混凝土及合成纤维混凝土发展最快。钢纤维对混凝土具有显著的阻裂、增强、增韧作用，钢纤维混凝土在土木、水利等许多工程领域都已得到了广泛的应用。合成纤维对防止混凝土早期收缩裂缝，改善混凝土耐久性的作用十分明显。鉴于基体混凝土多组分、多相、多层次的特征，掺加单一纤维很难综合提高混凝土的力学性能，为了获得需要的纤维混凝土特性和较低成本，以纤维桥联法作为研究的理论基础，考虑了纤维特性、基体特性和纤维/基体的界面特性及其之间的相互影响，在混凝土中同时掺入两种或两种以上的纤维复合使用，称为混杂纤维混凝土。目前关于混杂纤维混凝土的研究大多为钢纤维-聚丙烯纤维二元混杂增强的混凝土，虽然钢纤维/聚丙烯纤维二元混杂较单掺钢纤维对高性能混凝土性能有很大改善，但在一定程度上仍存在自重大、造价偏高、纤维容易结团、现场施工不便的缺陷，导致实际工程中一次性投入成本过高，而纤维结团又将极大的限制纤维增强增韧性能的发挥。与此同时，混杂纤维混凝土在高层建筑转换大梁、隧道支护、机场道面、桥面铺装、核废料储存器等方面的应用却逐年增加，这就迫切需要研究开发一种新型性能更优、性价比更高的混杂纤维增强高性能混凝土复合材料。

针对钢纤维-聚丙烯纤维二元混杂纤维增强混凝土的综合力学性能，国内学者已经做了一些试验研究：孙伟等学者的研究结果表明：由聚丙烯的桥接作用阻止早期混凝土塑性裂缝的发生和发展，提高了材料介质的连续性，从而使硬化后混凝土的抗拉强度提高，由钢纤维阻止硬化混凝土破坏时的宏观裂缝扩展，使硬化混凝土在裂后仍能保持一定的抗拉强度，提高了硬化混凝土的断裂韧性；毕远志等（2008）发现采用聚丙烯仿粗纤维（ρ_ppf 0.6%）和钢纤维（ρ_弯拉强度 0.4%）混杂时，弯曲韧性比单一纤维时平均提高了30%；高淑玲（2010）等采用聚丙烯仿钢丝粗纤维代替部分钢纤维（ρ_sf 0.7%，ρ_ppf 0.5%），初裂挠度比普通混凝土提高了4倍以上。

自20世纪90年代以来，国外学者对钢纤维与合成纤维混杂效应也做出了大量相关研究：Feldman 和Zheng（1993）、Komlos et al（1995）、 Qian et al（2000）研究表明，由强度和硬度较大的钢纤维提高混凝土的初裂强度和极限强度，由延性较大的聚丙烯纤维提高韧性和初裂后的应变能力。P.S. Song（2005）研究表明，钢纤维（ρ_sf 0.5%）与聚丙烯纤维（ρ_ppf 0.1%）混杂使混凝土初裂强度比钢纤维混凝土提到了了59%，极限强度提高了52%；Mohammd（2009）研究表明，由工业废料制成的钢纤维和聚丙烯纤维以总体积掺量0.75%的多尺度混杂使纤维混凝土的延性和裂后变形性能提高幅度更大。

综上，目前虽然在钢纤维（SF ）及聚丙烯纤维（PPF）混杂增强混凝土的基本力学性能、增韧增强机理等研究方面有了一些发展，但增强纤维的混杂形式仍停留在钢纤维/聚丙烯纤维二元混杂的阶段，混杂纤维混凝土的拉伸韧性及弯曲韧性提高的幅度尚不明确。纤维混凝土韧性是指材料开裂后产生较大变形仍可保持材料强度不明显降低的能力，这是纤维混凝土的一个重要特性。纤维混凝土韧性的改善在很多应用条件下比强度改善更为重要，对纤维混凝土优良韧性的认识，成为需要有较大变形适应能力的结构设计思想的改变和广泛采用纤维混凝土的理论基础。近年来，又有相关学者做过钢纤维-塑钢纤维二元混杂纤维混凝土的试验研究，其创新点在于用塑钢纤维完全取代聚丙烯单丝纤维，但取代后聚丙烯单丝纤维对混凝土硬化前期塑性裂缝产生以及扩展的抑制作用也随之消失，并且对基体混凝土开裂后期的韧性提高也产生了一定程度的削弱作用，显示出该种纤维混杂方式仍然需要进一步改进，以使混杂纤维混凝土的拉伸韧性及弯曲韧性提高的幅度增大。由此可见，从设计上进一步改进钢纤维、聚丙烯单丝或聚丙烯仿钢丝粗纤维的混杂比例，以使混杂纤维混凝土的拉伸韧性及弯曲韧性大幅度提高，这将具有极其重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种抗压强度、劈拉强度和韧性以及弯曲韧性等综合力学性能均好、纤维添加量低、应用范围广、成本低的含有复合纤维的高性能混凝土。