[发明专利]一种结构用超高性能纤维增强混凝土

说明书

一种结构用超高性能纤维增强混凝土，属于建筑材料技术领域，由水泥、硅灰、矿物掺合料、石英砂、混杂纤维、水和高效减水剂配制而成；其中各组分质量配置比为：水泥1份、硅灰0.2～0.4份、矿物掺合料0.6～1.5份、石英砂1～1.2份、水0.17～0.25份；高效减水剂掺量为1.9％～2.1％，水胶比为0.14～0.20，混杂纤维体积总掺量为3％～9％。该UHPFRC材料采用矿物掺合料替代传统UHPFRC材料中40％～60％的水泥用量，同时将非金属类纤维部分替代钢纤维，形成钢纤维与非金属类纤维的多尺度纤维混杂体系，可有效利用各组分特性以提高工程结构的承载力，减少水泥和钢纤维用量，降低能源消耗及环境有害气体排放量，实现节能减排和环境友好目标，有利于促进UHPFRC材料在土木工程结构中的应用。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种节能环保的结构用超高性能纤维增强混凝土。

背景技术

二十世纪以来，我国建筑领域发展日趋激烈，各方面基础设施建设正在逐步完善，给人们生产生活带来便利的同时却对自然环境造成了极大的影响。据统计，全球基础设施建设、运营及后期维护所消耗的资源占全球总能源消耗的36％，而二氧化碳排放量占比可达40％。传统混凝土结构中水泥用量较高，其在生产过程中不仅会过多地消耗自然资源、提高生产成本，而且还会大幅增加水泥浇筑过程中产生的水化热和温室气体的排放量，过多的水化热会导致混凝土结构面层开裂从而影响结构的耐久性和服役寿命，而温室气体排放量的增加会进一步加快全球气候变暖的趋势、破坏生态平衡，有悖于国家现阶段所提倡的可持续发展战略。

超高性能纤维增强混凝土(Ultra-high Performance Fiber ReinforcedConcrete，UHPFRC)材料因基体高致密性而具有超高强度和优异的耐久性，是工程结构趋向大跨度、轻型化及装配化发展的理想应用材料。然而，有关研究表明UHPFRC材料生产过程中释放的二氧化碳(引起全球变暖的主因)中95％以上源自钢纤维的冶炼成型和水泥的生产制备及水化反应，而UHPFRC凝结硬化过程中水泥的水化反应参与程度较低(28天龄期水泥水化30％左右)，大多数水泥颗粒并未发生水化反应而仅作为掺合料来提高基体致密性，与普通矿物掺合料填充效应相同。采用惰性矿物掺合料作为细集料不仅生产能耗降低，而且不参与水化反应而释放温室气体。另外，传统UHPFRC中钢纤维不仅受结构尺寸的影响分散性及取向性难以保证，而且因约束收缩作用使得UHPFRC材料内部产生较高的自内应力，甚至产生较多微裂缝从而影响结构耐久性。因此，如何优化UHPFRC各原材料组分的配合比而不降低其宏观力学性能成为UHPFRC结构在土木工程应用中亟待解决的问题之一。

公布号为CN110482914A，名为一种超高性能混凝土检查井盖的发明专利，为了达到高抗压强度、耐久性好等性能，混泥土的配方中包含了水泥和镀铜钢纤维，其中水泥的质量占比达到了19％—37％，钢纤维的质量占比达到了3％—9％，可见，混凝土要想达到优异的性能，水泥和钢纤维的用量是需要有保证的，不能随意被大比例替换/减少。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提出一种节能环保的结构用超高性能纤维增强混凝土，制备一种既能保证传统UHPFRC材料超高的耐久性、优异的力学性能和变形能力又节能减排、环境友好的一种新型UHPFRC材料。

本申请采用以下具体的技术方案：

一种节能环保的结构用超高性能纤维增强混凝土，由水泥、硅灰、矿物掺合料、石英砂、混杂纤维、水和高效减水剂配制而成；其中各组分质量配置比为：水泥1份、硅灰0.2～0.4份、矿物掺合料0.6～1.5份、石英砂1～1.2份、水0.17～0.25份；高效减水剂掺量为1.9％～2.1％，水胶比为0.14～0.20，混杂纤维体积总掺量为3％～9％。

优选的，所述矿物掺合料采用石灰石矿粉、磨细石英砂、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、钢渣粉及磷渣粉中的一种或两种以上。

优选的，所述矿物掺合料平均粒径为2～10μm。