CN104018619A - 超高性能水泥基h型型材 - Google Patents

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CN104018619A
CN104018619A CN201410100804.9A CN201410100804A CN104018619A CN 104018619 A CN104018619 A CN 104018619A CN 201410100804 A CN201410100804 A CN 201410100804A CN 104018619 A CN104018619 A CN 104018619A
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施慧聪
刘国平
赵正
王俊颜
刘健
姚欣
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Abstract

本发明涉及一种由超高性能水泥基复合材料浇筑的超高性能水泥基H型型材，该水泥基H型型材满足：H/B=0.8～3；t1/B=0.03～0.2；t2/H=0.03～0.2；R1/B=0.05～0.5；R2/t2=0.1～0.5；R3/R2≤1。本发明涉的超高性能水泥基复合材料，通过对多元胶凝材料的颗粒级配和骨料的颗粒级配进行优化，并通过化学添加剂，使混凝土在具有良好流动性的前提下，满足28d标养下抗压强度达到170MPa以上。通过纤维和配筋等技术，使水泥基型材取得类似型钢的材料构件性能，应用于装配式建筑的梁、柱、桩等结构，使建筑物具有近似于钢结构的轻便性和建造速度，但拥有高于钢结构型材的耐腐蚀耐火性能。

Description

超高性能水泥基H型型材
技术领域
本发明涉及一种装配式水泥基H型型材，更具体的说，涉及一种由超高性能水泥基复合材料浇筑的超高性能水泥基H型型材。 
背景技术
普通混凝土由于强度低脆性大，制成的结构构件截面大，施工便捷性差，所以尚未出现类似于钢结构型材这样轻巧便捷的装配式型材构件。超高性能水泥基复合材料的出现使装配式水泥基型材成为可能。超高性能水泥基复合材料通过纤维增强配筋等技术，使超高性能水泥基型材取得类似型钢的材料构件性能，应用于装配式建筑的梁、柱、桩等结构，使建筑物具有类似于钢结构的轻便性和建造速度，但拥有高于钢结构型材的耐腐蚀耐火性能。 
发明内容
本发明的目的是提供一种由超高性能水泥基复合材料浇筑的超高性能水泥基H型型材，具有腹板和翼缘，该水泥基H型型材的高度尺寸设为H、将上述翼缘的宽度尺寸设为B、将腹板的厚度设为t1、将翼缘的厚度设为t2、将腹板和翼缘交接处用圆弧进行倒角处理，半径设为R1、将翼缘靠近腹板的的直角边用圆弧进行倒角处理，半径设为R2、将翼缘的上下表面的直角边用圆弧进行倒角处理，半径设为R3时，满足：H/B=0.8～3；t1/B=0.03～0.2；t2/H=0.03～0.2；R1/B=0.05～0.5；R2/t2=0.1～0.5；R3/R2≤1。 
如上所述的超高性能水泥基H型型材，其特征在于横截面H可以随着型材长度L发生变化，满足H=k·L+H0，成为变截面型材，其中，k≤0.5，H0为型材的初始高度。 
如上所述的超高性能水泥基H型型材，其特征在于超高性能水泥基复合材料包含胶凝材料、外加剂和水，所述胶凝材料为水泥和矿物掺合料，所述水泥为强度等级为42.5及以上的P·I、P·II或P·O代号水泥，本发明不排除在特殊情况下，使用其他类型的水泥依照本发明所述的方法进行制备高性能水泥基材料。所述矿物掺合料为硅灰、粉煤灰或矿粉的两种或三种； 
其中，水泥用量占超高性能水泥基复合材料体积的20～70%，所述矿物掺合料占超高性能水泥基复合材料体积的10～60%； 
所述胶凝材料各组分的配比分数通过理想堆积曲线和胶凝材料各组分的粒径累计分布曲线进行数值分析计算； 
1）所述理想堆积曲线公式为： 
Psd  100  ·  /max /； 
其中，Psd为颗粒通过筛孔的百分比，A为经验常数，d为筛孔直径，Dmax为颗粒的最大粒径； 
经验常数A的取值根据超高性能水泥基复合材料的设计坍落度或设计扩展度要求通过公式确定： 
当h≤220mm时，A 5·h/h， 
当h＞220mm时，A 5·l h/h， 
l为扩展度设计值，h为坍落度设计值，h0为坍落度桶的高度300mm； 
2）胶凝材料各组分的粒径累计分布曲线： 
对胶凝材料中所需的组分水泥、硅灰、粉煤灰和矿粉经测试的得到各自累计分布曲线fc(d)、fsf(d)、ffa(d)和fbs(d)； 
3）数值分析计算如下： 
设水泥占胶凝材料总量的体积分数为Xc、硅灰占胶凝材料总量的体积分数为Xsf、粉煤灰占胶凝材料总量的体积分数为Xfa和矿粉占胶凝材料总量的体积分数为Xbs，且满足Xc∈[0.250,0.875]、（Xsf+Xfa+Xbs）∈[0.125,0.750]、Xc+Xsf+Xfa+Xbs=1； 
设定混合后胶凝材料的粒径累计分布曲线为： 
P=Xcfc(d)+Xsffsf(d)+Xfaffa(d)+Xbsfbs(d)， 
对各组分的体积分数Xc、Xsf、Xfa和Xbs以0.001～0.01为步长，在各自的取值范围内穷举计算P，比较曲线P和Psd，计算相同纵坐标所对应的横坐标粒径d的标准差，取标准差最小的Xc、Xsf、Xfa和Xbs值作为胶凝材料的各组分配比分数；当使用两种矿物掺合料时，则需要略去没有使用的掺合料对应的质量分数和分布曲线； 
对应无胶凝活性的填料，如石粉，由于其粒径基本落在掺合料的粒径区间，在某些场合需要使用时，可以按照上述矿物掺合料的计算方法进行计算体积分数； 
水的用量与胶凝材料的质量比W/B为0.1～0.4，其中W表示水的用量，B表示胶凝材料质量； 
按计算所得配比配制的超高性能水泥基复合材料拌和后，流动性性能如下： 
坍落度GB/T50080：≥10mm； 
或扩展度GB/T50080：≥450mm； 
扩展度的值只有在高流动度即坍落度＞220mm时才测试，此时混凝土流动性以扩展 度为准； 
材料硬化后性能如下： 
抗压强度，标准养护28d：≥170MPa。 
进行热处理养护时，可以提高材料的抗压强度。热处理方法为：凝固后在20±2℃下静置2～24小时，然后在85±5℃下静置24～48小时。进行热处理后材料的抗压强度达到220MPa以上。 
根据权利要求3所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述纵坐标依最大值100%等分选取，至少取5个值。 
作为优选的技术方案： 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述的W/B为0.12至0.28。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥符合国标《通用硅酸盐水泥》GB175；所述硅灰符合《砂浆和混凝土用硅灰》GB/T27690；所述粉煤灰符合《用于水泥和混凝土的粉煤灰》GB/T1596；所述矿粉符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046；水符合《混凝土用水标准》JGJ63。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述超所述外加剂为减水剂、消泡剂、增稠剂、早强剂、缓凝剂或减缩剂一种或者几种的组合，减水剂选用减水率25%以上的减水剂，掺量为所述胶凝材料质量的0.5%～5%，消泡剂掺量为胶凝材料的0.08%～2%，增稠剂掺量为胶凝材料的0.005%～0.5%，缓凝剂掺量为水泥材料0.005%～1.5%，减缩剂掺量为胶凝材料的0.1%～5%。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂的减水率为30%以上，掺量为所述胶凝材料质量的0.8%～3%。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述超高性能水泥基复合材料中还添加骨料，为细骨料或者细骨料和粗骨料的混合物；所述骨料与所述胶凝材料的体积比为0.5～2.5。 
细骨料为天然砂或人工砂，细度模数为1.2～3.5，堆积密度为1.1～2.1g/cm3；表观密度为1.8～3.0g/cm3。 
粗骨料为碎石或卵石，粒径为5～15mm；堆积密度为1.1～2.1g/cm3；表观密度为1.8～3.0g/cm3； 
对于使用连续级配的骨料，配制细骨料和粗骨料的混合物时，计算出细骨料正好填充粗骨料空隙的砂率值，以此砂率值确定粗骨料和细骨料的比例； 
对于使用间断级配的骨料，骨料的比例通过理想堆积曲线和各种骨料的累计分布曲线进行数值分析计算； 
1）所述堆积曲线公式为： 
PsdA  100  ·  A/Amax /； 
其中，PsdA为骨料颗粒通过筛孔的百分比，b为骨料经验常数，dA为骨料筛孔直径，DAmax为骨料颗粒的最大粒径； 
经验常数b的取值根据超高性能水泥基复合材料的坍落度或扩展度要求通过公式确定： 
当h≤220mm时，b 5·h/h， 
当h＞220mm时，b 5·l h/h， 
l为扩展度设计值，h为坍落度设计值，h0为坍落度桶的高度300mm； 
2）各种骨料的颗粒累计分布曲线： 
对骨料中所需的砂和石子经筛分测试得到各自的累计分布曲线fsm(d)和frn(d)； 
fsm(d)为m#级配砂，m=1～5； 
frn(d)为n#级配石子，n=1～5；当不需要石子时，则不考虑石子的累计分布曲线； 
3）数值分析计算如下： 
设m#级配砂占骨料总量的体积分数为Xsm、和n#级配石子占骨料总量的体积分数为Xrn，且满足∑Xsm ∑Xrn 1； 
设定混合后骨料的粒径累计分布曲线为： 
PA ∑Xsmfsm d+∑Xrnfrn d； 
对各组分的体积分数Xsm和Xrn以0.001～0.05为步长，在各自的取值范围内穷举计算PA，比较曲线PA和PsdA，计算相同纵坐标所对应的横坐标粒径dA的标准差，取标准差最小的Xsm和Xrn值作为骨料的各组分配比分数。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，所述纵坐标依最大值100%等分选取，至少取5个值。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，所述细骨料的细度模数为2.4～2.8。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，所述碎石为玄武岩或花岗岩。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，所述超高性能水泥基复合材料中还添加纤维，所述纤维为钢纤维或非金属纤维，非金属纤维为聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、纤维素纤维、碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维，占所述超高性能水泥基复合材料体积的0.05%～5%；所述纤维的直径为15～1000μm，纤维长度为1～100mm。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，所述超高性能水泥基复合材料中还采用普通钢筋、高强钢筋、钢绞线或者纤维复合筋进行配筋，配筋率在0.2%～20%之间。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，对钢筋进行涂层防腐处理。所述涂层包括：环氧防腐涂层、聚氨酯防腐涂层、氯化橡胶防腐涂层、高氯化聚乙烯防腐涂层、丙烯酸酯防腐涂层、有机硅防腐涂层和氟碳防腐涂层的一种或多种涂层组合。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，采用不锈钢钢筋。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，纤维复合筋采用有机合成纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的一种或几种组合与树脂制成。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料，对配筋施加预应力。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料H型型材，型材的配筋延伸至端面外50～1000mm，同时可选择在型材成型制作时在端面处埋置驳接筋，驳接钢筋的埋置深度为50～1000mm。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料H型型材，对型材端面预埋钢板或者50～1000mm长的与超高性能水泥基复合材料H型型材等高宽的H型钢。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料H型型材，预埋的钢板采用与型材相同截面形状钢板或者采用与超高性能水泥基复合材料H型型材等高宽的矩形钢板。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料H型型材，在超高性能水泥基复合材料H型型材的腹板处添加加强肋，肋的厚度t3符合t3/t1=0.5～2。加强肋之间的间距为型材高H的1～500倍。 
如上所述的超高性能水泥基复合材料H型型材，对型材表面通过涂刷、滚涂或者喷涂等工艺进行表面涂层处理。所述涂层包括：环氧防腐涂层、聚氨酯防腐涂层、氯化橡胶防腐涂层、高氯化聚乙烯防腐涂层、丙烯酸酯防腐涂层、有机硅防腐涂层和氟碳防腐涂层的一种或多种涂层组合。 
有益效果： 
（1）取得类似型钢的材料构件性能，应用于装配式建筑的梁、柱、桩等结构，使建筑物具有类似于钢结构的轻便性和建造速度，但拥有高于钢结构型材的耐腐蚀耐火性能； 
（2）通过优化胶凝材料颗粒级配和骨料的颗粒级配达到低水胶比下满足施工流动性的要求； 
（3）由于最紧密堆积设计，抗渗性能、抗碳化性能、抗氯离子渗透、抗冻融循环等性能优于普通混凝土； 
附图说明
图1是H/B=2的H型型材截面图 
图2是H/B=1的H型型材截面图 
其中1是超高性能水泥基复合材料；2是配筋。 
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 
实施例1 
超高性能水泥基H型型材，其中： 
H=400mm、B=200mm、t1=30mm、t2=30mm、R1=20mm、R2=3mm、R3=0mm； 
超高性能水泥基复合材料，包含胶凝材料、水和减水剂，水泥体积占20%，所述水泥为强度等级为52.5的P·I水泥，所述矿物掺合料为硅灰和粉煤灰，占54%。 
水泥、硅灰和粉煤灰的配比分数通过理想堆积曲线和其粒径累计分布曲线进行数值分析计算； 
1）所述理想堆积曲线公式为： 
Psd  100  ·  /max  /； 
其中，Psd为颗粒通过筛孔的百分比，A为经验常数，d为筛孔直径，Dmax为颗粒的最大粒径； 
经验常数A的取值根据超高性能水泥基复合材料的设计坍落度或设计扩展度要求通过公式确定： 
坍落度GB/T50080：140mm；坍落度桶的高度h0为300mm； 
A 5·h/h=2.333； 
2）胶凝材料各组分的粒径累计分布曲线： 
对水泥、硅灰和粉煤灰经测试的得到各自累计分布曲线fc(d)、fsf(d)和ffa(d)；胶凝材料中水泥的最大粒径大于其他两种胶凝材料，所以Dmax取水泥的最大粒径110μm。 
3）数值分析计算如下： 
设水泥占胶凝材料总量的体积分数为Xc、硅灰占胶凝材料总量的体积分数为Xsf和粉煤灰占胶凝材料总量的体积分数为Xfa，且满足Xc∈[0.250,0.875]、（Xsf+Xfa）∈[0.125,0.750]、Xc+Xsf+Xfa=1； 
设定混合后胶凝材料的粒径累计分布曲线为： 
P=Xcfc(d)+Xsffsf(d)+Xfaffa(d)， 
对各组分的体积分数Xc、Xsf和Xfa以0.001为步长，在各自的取值范围内穷举计算P，比较曲线P和Psd，在纵坐标上取最大值内的5个等分点，计算相同纵坐标所对应的横坐标粒径d的标准差，经计算比较得到标准差最小的Xc=0.270，Xsf=0.365，Xfa=0.519，分别作为水泥、硅灰和粉煤灰的配比分数； 
水的用量与胶凝材料的质量比W/B为0.121，其中W表示水的用量，B表示胶凝材料质量。 
使用聚羧酸减水剂，粉剂，减水率30%，用量为胶凝材料的2.2%。 
超高性能水泥基复合材料的主要材料用量，体积百分比如下： 
超高性能水泥基复合材料的各材料用量，质量比如下： 
超高性能水泥基复合材料是指材料拌和后流动性性能如下： 
坍落度GB/T50080：140mm； 
硬化后性能达到如下指标： 
抗压强度，标准养护28d：188MPa。 
浇筑成横截面如图1所示的H型型材，基体（1）为超高性能水泥基复合材料，配筋（2）为普通钢筋，配筋率为3.14%。型材的配筋延伸至端面外200mm。对H型型材表面喷涂0.5mm厚的环氧防腐涂层。 
实施例2 
超高性能水泥基H型型材，其中： 
H=400mm、B=400mm、t1=50mm、t2=50mm、R1=25mm、R2=5mm、R3=5mm； 
超高性能水泥基复合材料，包含胶凝材料、水和减水剂，水泥体积占49％，所述水泥为强度等级为62.5的P·I水泥，所述矿物掺合料为硅灰、粉煤灰和矿粉，体积占18％；胶凝材料的各组分配比分数按实施例1的计算方式，得Xc＝0.731、Xsf＝0.104、Xfa＝0.094和Xbs＝0.070。水胶比W/B＝0.143，外加剂使用聚羧酸减水剂溶液，掺量为胶凝材料质量的2.3％。 
超高性能水泥基复合材料的主要材料用量，体积百分比如下： 
超高性能水泥基复合材料的各材料用量，质量比如下： 
超高性能水泥基复合材料是指材料拌和后流动性性能如下： 
扩展度GB/T50080：650mm； 
硬化后性能达到如下指标： 
抗压强度，标准养护28d：195MPa。 
浇筑成横截面如图2所示的H型型材，基体（1）为超高性能水泥基复合材料，配筋（2）为高强钢筋配筋，配筋率为6.0%，采用先张法施加预应力。型材断面预埋连接与H型型材等截面的50mm长的H型型钢。对H型型材及接头型钢表面喷涂0.5mm厚的聚氨酯防腐涂层。 
实施例3 
超高性能水泥基H型型材，其中： 
H=400mm、B=200mm、t1=30mm、t2=30mm、R1=20mm、R2=3mm、R3=0mm； 
超高性能水泥基复合材料，包含胶凝材料、细骨料、钢纤维、水和减水剂，水泥体积占26.5%，所述水泥为强度等级为52.5的P·II水泥，所述矿物掺合料为硅灰、粉煤灰和矿粉，占15.8%。胶凝材料的各组分配比分数按实施例1的计算方式，得Xc=0.626、Xsf=0.161、Xfa=0.102和Xbs=0.111。细骨料为细度模数1.4的天然砂，体积为胶凝材料体积的0.811。钢纤维采用直径0.2mm、长度13mm的镀铜钢纤维，体积掺量为1.5%。水胶比W/B=0.162，外加剂使用聚羧酸减水剂溶液，掺量为胶凝材料质量的2.3%。 
超高性能水泥基复合材料的主要材料用量，体积百分比如下： 
超高性能水泥基复合材料的各材料用量，质量比如下： 
超高性能水泥基复合材料是指材料拌和后流动性性能如下： 
扩展度GB/T50080：635mm； 
硬化后性能达到如下指标： 
抗压强度，标准养护28d：173MPa。 
浇筑成横截面如图1所示的H型型材，基体（1）为超高性能水泥基复合材料，配筋（2）为高强钢筋配筋，配筋率为3.14%。型材的配筋延伸至端面外300mm。对H型型材表面喷涂0.5mm厚的环氧防腐涂层。 
实施例4 
超高性能水泥基H型型材，其中： 
H=400mm、B=400mm、t1=50mm、t2=50mm、R1=25mm、R2=5mm、R3=5mm； 
超高性能水泥基复合材料，包含胶凝材料、骨料、纤维、水和减水剂，水泥体积占20%，所述水泥为强度等级为62.5的P·II水泥，所述矿物掺合料为硅灰、粉煤灰和矿粉，占19%。胶凝材料的各组分配比分数按实施例1的计算方式，得Xc=0.512、Xsf=0.128、Xfa=0.205和Xbs=0.154。粗骨料为5～10mm的玄武岩连续级配碎石，细骨料为细度模数2.1的天然砂，经计算得砂率为37%，骨料与胶凝材料的体积比为0.921。纤维采用直径40μm、长度12mm的高密度PE纤维，体积掺量为0.5%。水胶比W/B=0.208，外加剂使用聚羧酸减水剂溶液，掺量为胶凝材料质量的1.0%。 
超高性能水泥基复合材料的主要材料用量，体积百分比如下： 
超高性能水泥基复合材料的各材料用量，质量比如下： 
超高性能水泥基复合材料是指材料拌和后流动性性能如下： 
坍落度GB/T50080：215mm； 
硬化后性能达到如下指标： 
抗压强度，标准养护28d：171MPa。 
浇筑成横截面如图2所示的H型型材，基体（1）为超高性能水泥基复合材料，配筋（2）为普通钢筋配筋，配筋率为6.0%。型材断面预埋连接与H型型材等宽高的20mm厚的矩形钢板。对H型型材及接头型钢表面喷涂0.5mm厚的聚氨酯防腐涂层。 
实施例5 
超高性能水泥基H型型材，其中： 
H=400mm、B=200mm、t1=30mm、t2=30mm、R1=20mm、R2=3mm、R3=0mm； 
超高性能水泥基复合材料，包含胶凝材料、细骨料、减水剂和水，水泥体积占32%，所述水泥为强度等级为52.5的P·O水泥，所述矿物掺合料为硅灰和矿粉，占体积的15%；胶凝材料的各组分配比分数按实施例1的计算方式，得Xc=0.681、Xsf=0.153、和Xbs=0.166； 
细骨料采用不同目数的级配石英砂： 
1#：20-40目； 
2#：40-80目； 
3#：80-120目； 
骨料的比例通过理想堆积曲线和各种骨料的累计分布曲线进行数值分析计算； 
1）所述堆积曲线公式为： 
Pd b 100 b·d/D  /； 
其中，PsdA为骨料颗粒通过筛孔的百分比，b为骨料经验常数，dA为骨料筛孔直径，DAmax取1#级配砂的最大粒径1.18mm； 
经验常数b的取值根据超高性能水泥基复合材料的坍落度或扩展度要求通过公式确定： 
坍落度GB/T50080：195mm；坍落度桶的高度h0为300mm； 
b 5·h/h=3.25； 
2）各种骨料的颗粒累计分布曲线： 
上述3种砂经筛分测试得到各自的累计分布曲线依次为fs1(d)、fs2(d)和fs3(d)。 
3）数值分析计算如下： 
设1#、2#和3#的级配砂占骨料总量的体积分数为Xs1、Xs2和Xs3，且满足Xs1+Xs2+Xs3=1； 
设定混合后骨料的粒径累计分布曲线为： 
PA=Xs1fs1(d)+Xs2fs2(d)+Xs3fs3(d)； 
对各组分的体积分数Xs1、Xs2和Xs3以0.002为步长，在各自的取值范围内穷举计算PA，比较曲线PA和PsdA，计算相同纵坐标所对应的横坐标粒径dA的标准差，经计算比较得到标准差最小的Xs1=0.458，Xs2=0.312，Xs3=0.230，分别作为1#、2#和3#的级配砂的配比分数； 
骨料与胶凝材料的比取0.564；水胶比为0.167；外加剂使用聚羧酸减水剂溶液，掺量为胶凝材料质量的1.4%；纤维采用聚乙烯醇纤维，直径为40μm，长度为12mm，体积掺量为0.1%； 
超高性能水泥基复合材料的主要材料用量，体积百分比如下： 
超高性能水泥基复合材料的各材料用量，质量比如下： 
超高性能水泥基复合材料是指材料拌和后流动性性能如下： 
坍落度GB/T50080：195mm； 
硬化后性能达到如下指标： 
抗压强度，标准养护28d：175MPa。 
浇筑成横截面如图1所示的H型型材基体（1）为超高性能水泥基复合材料，配筋（2）为高强钢筋配筋，配筋率为3.14%。型材断面预埋连接与H型型材等宽高的15mm厚的矩形钢板。对H型型材表面喷涂0.5mm厚的丙烯酸酯防腐涂层。 
实施例6 
超高性能水泥基H型型材，在型材的腹板处添加加强肋，其中： 
H=400mm、B=400mm、t1=50mm、t2=50mm、R1=25mm、R2=5mm、R3=5mm、t3=50mm、加强肋间距=1000mm； 
超高性能水泥基复合材料，包含胶凝材料、骨料、减水剂和水，水泥体积占24.5%，所述水泥为强度等级为52.5的P·II水泥，所述矿物掺合料为硅灰和矿粉，占体积的11.2%；胶凝材料的各组分配比分数按实施例1的计算方式，得Xc=0.686、Xsf=0.134、和Xbs=0.179； 
骨料采用间断级配的石英砂和玄武岩碎石，如下： 
1#级配砂：10～20目 
2#级配砂：20～40目 
1#碎石：5～10mm 
2#碎石：10～15mm 
各骨料组分的体积分数按照实施例5的计算方式，得Xs1=0.227，Xs2=0.186，Xr1=0.352和Xr2=0.235； 
骨料与胶凝材料的比取1.275；水胶比为0.148；外加剂使用聚羧酸减水剂溶液，掺量为胶凝材料质量的1.9%； 
超高性能水泥基复合材料的主要材料用量，体积百分比如下： 
超高性能水泥基复合材料的各材料用量，质量比如下： 
超高性能水泥基复合材料是指材料拌和后流动性性能如下： 
坍落度GB/T50080：185mm； 
硬化后性能达到如下指标： 
抗压强度，标准养护28d：171MPa。 
浇筑成横截面如图2所示的H型型材，基体（1）为超高性能水泥基复合材料，配筋（2）为高强钢筋配筋，配筋率为6.0%。型材的配筋延伸至端面外300mm。对H型型材及接头型钢表面喷涂0.5mm厚的氟碳防腐涂层。 

Claims (10)

1.一种超高性能水泥基H型型材，具有腹板和翼缘，其特征在于，该水泥基H型型材的高度尺寸设为H、将上述翼缘的宽度尺寸设为B、将腹板的厚度设为t1、将翼缘的厚度设为t2、将腹板和翼缘交接处用圆弧进行倒角处理，半径设为R1、将翼缘靠近腹板的的直角边用圆弧进行倒角处理，半径设为R2、将翼缘的上下表面的直角边用圆弧进行倒角处理，半径设为R3时，满足：H/B=0.8～3；t1/B=0.03～0.2；t2/H=0.03～0.2；R1/B=0.05～0.5；R2/t2=0.1～0.5；R3/R2≤1；
所述超高性能水泥基H型型材由超高性能水泥基复合材料浇筑而成；所述超高性能水泥基复合材料包含胶凝材料、外加剂和水，所述胶凝材料为水泥和矿物掺合料，所述水泥为强度等级为42.5及以上的P·I、P·II或P·O代号水泥，所述矿物掺合料为硅灰、粉煤灰或矿粉的两种或三种；
其中，水泥用量占超高性能水泥基复合材料体积的20～70%，所述矿物掺合料占超高性能水泥基复合材料体积的10～60%；
所述胶凝材料各组分的配比分数通过理想堆积曲线和胶凝材料各组分的粒径累计分布曲线进行数值分析计算；
1）所述理想堆积曲线公式为：
Psd  100  · /max/；
其中，Psd为颗粒通过筛孔的百分比，A为经验常数，d为筛孔直径，Dmax为颗粒的最大粒径；
经验常数A的取值根据超高性能水泥基复合材料的设计坍落度或设计扩展度要求通过公式确定：
当h≤220mm时，A 5·h/h，
当h＞220mm时，A 5·lh/h，
l为扩展度设计值，h为坍落度设计值，h0为坍落度桶的高度300mm；
2）胶凝材料各组分的粒径累计分布曲线：
对胶凝材料中所需的组分水泥、硅灰、粉煤灰和矿粉经测试的得到各自累计分布曲线fc(d)、fsf(d)、ffa(d)和fbs(d)；
3）数值分析计算如下：
设水泥占胶凝材料总量的体积分数为Xc、硅灰占胶凝材料总量的体积分数为Xsf、粉煤灰占胶凝材料总量的体积分数为Xfa和矿粉占胶凝材料总量的体积分数为Xbs，且满足Xc∈[0.250,0.875]、（Xsf+Xfa+Xbs）∈[0.125,0.750]、Xc+Xsf+Xfa+Xbs=1；
设定混合后胶凝材料的粒径累计分布曲线为：
P=Xcfc(d)+Xsffsf(d)+Xfaffa(d)+Xbsfbs(d)，
对各组分的体积分数Xc、Xsf、Xfa和Xbs以0.001～0.01为步长，在各自的取值范围内穷举计算P，比较曲线P和Psd，计算相同纵坐标所对应的横坐标粒径d的标准差，取标准差最小的Xc、Xsf、Xfa和Xbs值作为胶凝材料的各组分配比分数；
水的用量与胶凝材料的质量比W/B为0.1～0.4，其中W表示水的用量，B表示胶凝材料质量；
按计算所得配比配制的超高性能水泥基复合材料拌和后，流动性性能如下：
坍落度GB/T50080：≥10mm；
或扩展度GB/T50080：≥450mm；
扩展度的值只有在高流动度即坍落度＞220mm时才测试，此时混凝土流动性以扩展度为准；
材料硬化后性能如下：
抗压强度，标准养护28d：≥170MPa。
2.根据权利要求1所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述纵坐标依最大值100%等分选取，至少取5个值；所述的W/B为0.12至0.28；所述水泥符合国标《通用硅酸盐水泥》GB175；所述硅灰符合《砂浆和混凝土用硅灰》GB/T27690；所述粉煤灰符合《用于水泥和混凝土的粉煤灰》GB/T1596；所述矿粉符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046；水符合《混凝土用水标准》JGJ63；所述超所述外加剂为减水剂、消泡剂、增稠剂、早强剂、缓凝剂或减缩剂一种或者几种的组合，减水剂选用减水率25%以上的减水剂，掺量为所述胶凝材料质量的0.5%～5%，消泡剂掺量为胶凝材料的0.08%～2%，增稠剂掺量为胶凝材料的0.005%～0.5%，缓凝剂掺量为水泥材料0.005%～1.5%，减缩剂掺量为胶凝材料的0.1%～5%。
3.根据权利要求2所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂的减水率为30%以上，掺量为所述胶凝材料质量的0.8%～3%。
4.根据权利要求1所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述超高性能水泥基复合材料中还添加骨料，为细骨料或者细骨料和粗骨料的混合物；所述骨料与所述胶凝材料的体积比为0.5～2.5；
细骨料为天然砂或人工砂，细度模数为1.2～3.5，堆积密度为1.1～2.1g/cm3；表观密度为1.8～3.0g/cm3；
粗骨料为碎石或卵石，粒径为5～15mm；堆积密度为1.1～2.1g/cm3；表观密度为1.8～3.0g/cm3；
对于使用连续级配的骨料，配制细骨料和粗骨料的混合物时，计算出细骨料正好填充粗骨料空隙的砂率值，以此砂率值确定粗骨料和细骨料的比例；
对于使用间断级配的骨料，骨料的比例通过理想堆积曲线和各种骨料的累计分布曲线进行数值分析计算；
1）所述堆积曲线公式为：
PsdA  100  ·  A/Amax /；
其中，PsdA为骨料颗粒通过筛孔的百分比，b为骨料经验常数，dA为骨料筛孔直径，DAmax为骨料颗粒的最大粒径；
经验常数b的取值根据超高性能水泥基复合材料的坍落度或扩展度要求通过公式确定：
当h≤220mm时，b 5·h/h，
当h＞220mm时，b 5·l h/h，
l为扩展度设计值，h为坍落度设计值，h0为坍落度桶的高度300mm；
2）各种骨料的颗粒累计分布曲线：
对骨料中所需的砂和石子经筛分测试得到各自的累计分布曲线fsm(d)和frn(d)；
fsm(d)为m#级配砂，m=1～5；
frn(d)为n#级配石子，n=1～5；当不需要石子时，则不考虑石子的累计分布曲线；
3）数值分析计算如下：
设m#级配砂占骨料总量的体积分数为Xsm、和n#级配石子占骨料总量的体积分数为Xrn，且满足∑Xsm ∑Xrn 1；
设定混合后骨料的粒径累计分布曲线为：
PA ∑Xsmfsm d+∑Xrnfrn d；
对各组分的体积分数Xsm和Xrn以0.001～0.05为步长，在各自的取值范围内穷举计算PA，比较曲线PA和PsdA，计算相同纵坐标所对应的横坐标粒径dA的标准差，取标准差最小的Xsm和Xrn值作为骨料的各组分配比分数。
5.根据权利要求4所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述纵坐标依最大值100%等分选取，至少取5个值；所述细骨料的细度模数为2.4～2.8；所述碎石为玄武岩或花岗岩。
6.根据权利要求1所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述超高性能水泥基复合材料中还添加纤维，所述纤维为钢纤维或非金属纤维，非金属纤维为聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、纤维素纤维、碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维，占所述超高性能水泥基复合材料体积的0.05%～5%；所述纤维的直径为15～1000μm，纤维长度为1～100mm。
7.根据权利要求1所述的超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述超高性能水泥基复合材料中还采用普通钢筋、高强钢筋、钢绞线或者纤维复合筋进行配筋，配筋率在0.2%～20%之间；浇筑时，对配筋施加预应力；所述纤维复合筋采用有机合成纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的一种或几种组合与树脂制成；对钢筋进行涂层防腐处理或者配筋材质采用不锈钢；所述对钢筋进行涂层防腐处理是指对型材表面通过涂刷、滚涂或者喷涂工艺进行表面涂层处理，所述涂层包括：环氧防腐涂层、聚氨酯防腐涂层、氯化橡胶防腐涂层、高氯化聚乙烯防腐涂层、丙烯酸酯防腐涂层、有机硅防腐涂层和氟碳防腐涂层的一种或多种涂层组合。
8.根据权利要求1所述的超高性能水泥基复合材料H型型材，其特征在于，型材的配筋延伸至端面外50～1000mm，同时可选择在型材成型制作时在端面处埋置驳接筋，驳接钢筋的埋置深度为50～1000mm。
9.根据权利要求1所述的超高性能水泥基复合材料H型型材，其特征在于，对型材端面预埋钢板或者50～1000mm长的与超高性能水泥基复合材料H型型材等高宽的H型钢；预埋的钢板采用与型材相同截面形状钢板或者采用与超高性能水泥基复合材料H型型材等高宽的矩形钢板。
10.根据权利要求1所述的超高性能水泥基复合材料H型型材，其特征在于，在超高性能水泥基复合材料H型型材的腹板处添加加强肋，肋的厚度t3符合t3/t1=0.5～2；加强肋之间的间距=（1～500）H；横截面H可以随着型材长度L发生变化，满足H=k·L+H0，成为变截面型材，其中，k≤0.5，H0为型材的初始高度。
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