CN107324712A - 超高性能钢纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种超高性能钢纤维混凝土，由水泥、硅灰、标准砂或河沙、减水剂、水、表面镀铜的钢纤维制成。器制备方法为：将水泥、标准砂或河砂、硅灰、减水剂B组分加入强制式搅拌机内，拌合均匀，制备成干料；二分之一的减水剂A组分、水加入干料内拌均；剩余的二分之一的减水剂A组分与水加入干料内搅拌均匀；分3至5次加入钢纤维，持续搅拌至钢纤维均匀分布。所制备的试件经测试，其抗压强度可超过150MPa、抗拉极限强度可超过6MPa，具有良好的流动性、易于养护。适用于混凝土桥梁、钢‑混组合结构桥梁、桥梁墩台等桥梁下部结构。

Description

超高性能钢纤维混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及到桥梁工程建筑的材料。

背景技术

钢材与混凝土是桥梁工程领域典型的建筑材料。随着交通运输业的快速发展，对桥梁结构提出了更高的承载性能、耐久性、易维护性等新要求，而建造材料性能的改善是提高桥梁结构性能的重要因素。

混凝土材料经过了传统混凝土、高强度混凝土、高性能混凝土、纤维混凝土、超高性能混凝土的发展趋势。传统混凝土在抗压强度高，而在受拉作用下，便会发生开裂。对运营中的混凝土桥梁进行检测，发现混凝土开裂是混凝土桥梁的典型病害，将进一步加速钢筋锈蚀，降低桥梁结构耐久性。减少了桥梁的使用寿命。

在桥梁技术领域，当前需迫切解决的一个技术问题是为桥梁建筑提供一种压强度高、抗拉强度高的材料。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种抗压强度高、抗拉强度高、流动性好、自密实、不需振捣、易养护的超高性能钢纤维混凝土。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种超高性能钢纤维混凝土的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是1m³的超高性能钢纤维混凝土由下述质量配比的材料成：

上述质量配比中，水泥是型号为PO425水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.1～0.15μm，比表面积为15-27m²/g；标准砂或河砂的最大粒径均小于0.8mm；钢纤维是表面镀铜的钢纤维，长为13mm、直径为0.16mm，减水剂的型号为西卡减水剂，包含2种组分，A组分为西卡3301c型高效减水剂，B组分为西卡微珠粉，A组分与B组分配合使用。

在本发明的原料配比中采用标准砂，在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料制成：

在本发明的原料配比中采用河砂，在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料制成：

上述的超高性能钢纤维混凝土的制备方法由下述步骤组成：

(1)按配合比称取各干粉类材料，依次将水泥、标准砂或河砂、硅灰、减水剂B组分加入强制式搅拌机内，干拌5分钟，拌合均匀，制备成干料。

(2)依次将二分之一的减水剂A组分、水加入干料内进行搅拌，均速搅拌5～8分钟。

(3)将剩余的二分之一的减水剂A组分与水加入干料内进行搅拌，均速搅拌5～8分钟，搅拌均匀。

(4)继续均速搅拌，分3至5次加入钢纤维，持续搅拌至钢纤维均匀分布，停止搅拌。

本发明与传统混凝土、高性能混凝土、超高性能混凝土材料有显著区别，表现在：在材料配比方面，没有粗骨料；在施工方面，流动性更好、密实度更高，易于养护，可满足构造复杂区域的浇筑要求；在力学性能指标方面，抗压强度显著提高，采用镀铜钢纤维，实现了应变强化，显著提高了材料的抗拉强度，能够约束裂缝发展，提高了桥梁结构的耐久性；在长期性能指标方面，具有更低的徐变系数，对于超静定桥梁结构，可降低由于材料收缩徐变引起的次内力效应，可满足超大跨度和承载能力更高桥梁的受力要求。采用本发明实施例1制备的超高性能钢纤维混凝土经测试，其抗压强度超过150MPa，抗拉极限强度超过6MPa，适用于混凝土桥梁、钢-混组合结构桥梁、桥梁墩台等桥梁下部结构。

附图说明

图1是实施例1龄期为14天的抗压试件破坏形态照片。

图2是实施例1龄期为28天的抗压试件破坏形态照片。

图3是实施例1龄期为14天试件拉伸试验前的照片。

图4是实施例1龄期为14天试件拉伸试验后的照片。

图5是实施例1龄期为28天试件拉伸试验前的照片。

图6是实施例1龄期为28天试件拉伸试验后的照片。

图7是实施例4龄期为28天的棱柱体试件抗压破坏后的照片。

图8是实施例4龄期为28天的拉伸荷载-变形曲线。

图9是实施例4龄期为28天的拉伸试件断口的照片。

图10是采用实施例4加固桥桥面板开裂的照片。

图11是采用实施例4加固桥的第一跨通车6个月桥面板无裂缝的照片。

图12是采用聚丙烯纤维混凝土加固桥的第二跨通车6个月桥面板开裂的照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进一步说明，但是本发明不限于下述的实施情形。

实施例1

以1m³的超高性能钢纤维混凝土为例，在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料成：

上述的水泥是型号为PO425水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.1～0.15μm，比表面积为15-27m2/g；标准砂的最大粒径均小于0.5mm；钢纤维为表面镀铜的钢纤维的长为13mm、直径为0.16mm；减水剂的型号为西卡减水剂，包含2种组分，A组分为西卡3301c型高效减水剂，B组分为西卡微珠粉，A与B两种组分配合使用可提高减水剂效果；水为自来水。

其制备方法如下：

(1)按配合比称取各干粉类材料，依次将水泥、砂、硅灰、减水剂B组分加入强制式搅拌机内，干拌5分钟，拌合均匀，制备成干料。

(2)依次将二分之一的减水剂A组分、水加入干料内进行搅拌，均速搅拌5～8分钟。

(3)将剩余的二分之一的减水剂A组分与水加入干料内进行搅拌，均速搅拌5～8分钟，搅拌均匀。

(4)继续均速搅拌，分3至5次加入钢纤维，持续搅拌至钢纤维均匀分布，停止搅拌。

发明人采用本发明实施例1制备的超高性能钢纤维混凝土进行了塌落度试验、抗压强度测试、抗拉强度测试，各种实验情况如下：

1、塌落度与扩展度试验

采用本发明实施例1的材料配比及其制备方法，按照《混凝土塌落度的试验方法》(JIS A1101-2005)，对拌合好超高性能钢纤维混凝土进行塌落度试验。试验后，观测到所拌合的超高性能钢纤维混凝土流动性良好，扩展直径达到59cm。

2、抗压强度实验

采用本发明实施例1的材料配比及其制备方法制备成长×宽×高为100mm×100mm×100mm的立方体试件2组，每组3个，在室温条件下覆盖塑料薄膜养生，其中第1组试件的育龄期为14天，第2组试件的育龄期为28天。采用万能压力机，按照《混凝土强度检验评定标准》(GB50107-2010)的抗压强度测试方法，按照万能压力机的操作方法，测试试件的抗压强度。

试验结果表明：第1组龄期为14天的3个试件，平均轴心抗压强度为130MPa，换算成150mm标准试件的抗压强度为123.5MPa，试验后试件的破坏形态见图1；第2组龄期为28天的3个试件，平均轴心抗压强度为150MPa，换算成150mm标准试件的抗压强度为142.5MPa，试验后试件的破坏形态见图2。

3、拉伸试验

采用本发明实施例1的材料配比及其制备方法制备成长×宽×厚为450mm×130mm×30mm的试件2组，每组2个，在室温条件下覆盖塑料薄膜养生，其中第1组试件的龄期为14天，第2组试件的龄期为28天。采用ANS电子拉力试验机测试试件的抗拉强度。试验前将应变计、应变片布置在试件的测试标距段内。按仪器的操作方法对试件进行拉伸试验，试验前、试验后的照片如图3～图6。试验结果表明，第1组2个试件的平均抗拉弹性强度为3.9MPa，平均抗拉极限强度为6.8MPa；对第2组试件的测试后，1个试样由于操作原因，破坏形态无效，另1个有效试件的抗拉弹性强度为4.9MPa，抗拉极限强度为7.8MPa。

实施例2

以1m³的超高性能钢纤维混凝土为例，在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料成：

上述的水泥是型号为PO425水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.1～0.15μm，比表面积为15-27m²/g；标准砂的最大粒径均小于0.5mm；钢纤维为表面镀铜的钢纤维的长为13mm、直径为0.16mm；减水剂的型号为西卡减水剂，包含2种组分，A组分为西卡3301c型高效减水剂，B组分为西卡微珠粉，A与B两种组分配合使用可提高减水剂效果；水为自来水。

其制备方法与实施例1相同。

实施例3

以1m³的超高性能钢纤维混凝土为例，在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料成：

上述的水泥是型号为PO425水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.1～0.15μm，比表面积为15-27m²/g；标准砂的最大粒径均小于0.5mm；钢纤维为表面镀铜的钢纤维的长为13mm、直径为0.16mm；减水剂的型号为西卡减水剂，包含2种组分，A组分为西卡3301c型高效减水剂，B组分为西卡微珠粉，A与B两种组分配合使用可提高减水剂效果；水为自来水。

其制备方法与实施例1相同。

实施例4

以1m³的超高性能钢纤维混凝土为例，在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料成：

上述的水泥是型号为PO425水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.1～0.15μm，比表面积为15-27m²/g；河砂的最大粒径均小于0.5mm；钢纤维为表面镀铜的钢纤维的长为13mm、直径为0.16mm；减水剂的型号为西卡减水剂，包含2种组分，A组分为西卡3301c型高效减水剂，B组分为西卡微珠粉，A与B两种组分配合使用可提高减水剂效果；水为自来水。

其制备方法与实施例1相同。

发明人采用本发明实施例4制备的超高性能钢纤维混凝土进行了抗压强度测试、抗拉强度测试、实桥应用检验，各种实验情况如下：

1、抗压强度测试

采用本发明实施例4的材料配比及其制备方法制备成长×宽×高为150mm×150mm×150mm的立方体试件1组,每组3个,制备长×宽×高为300mm×150mm×150mm的棱柱体试件1组，每组3个，在环境温度20℃条件下覆盖塑料薄膜养生。采用万能压力机，按照《混凝土强度检验评定标准》(GB50107-2010)的抗压强度测试方法，按照万能压力机的操作方法，测试试件28天龄期时的抗压强度。

试验结果表明：3个立方体试件的平均轴心抗压强度为108.6MPa；3个棱柱体试件的平均轴心抗压强度为101.6MPa。试验后试件的破坏形态见图7。

2、拉伸试验

采用本发明实施例4的材料配比及其制备方法制备成长×宽×厚为450mm×130mm×30mm的试件1组，每组3个，在环境温度20℃条件下覆盖塑料薄膜养生28天。采用ANS电子拉力试验机测试试件的抗拉强度。试验前将导杆引申仪、应变片布置在试件的测试标距段内。按仪器的操作方法对试件进行拉伸试验，试验前、试验后的照片如图8、图9。试验结果表明，3个试件的平均抗拉极限强度为9.04MPa。

3、实桥应用检验

铜川混凝土空心板桥在重载车辆荷载作用下，混凝土桥面板开裂，见图10。采用本发明实施例4的超高性能钢纤维混凝土加固该桥的第一跨，采用聚丙烯纤维混凝土加固该桥的第二跨。

加固过程中，本发明实施例4的超高性能钢纤维混凝土工作性能良好。加固后运营通车6个月，检测到该桥第一跨桥面无开裂，见图11，该桥第二跨出现了横桥向细小裂缝，见图12。桥梁加固实例证明，采用发明实施例4所制备的超高性能钢纤维混凝土进行加固的效果显著、可靠。

实施例5

以1m³的超高性能钢纤维混凝土为例，在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料成：

上述的水泥是型号为PO425水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.1～0.15μm，比表面积为15-27m²/g；河砂的最大粒径均小于0.5mm；钢纤维为表面镀铜的钢纤维的长为13mm、直径为0.16mm；减水剂的型号为西卡减水剂，包含2种组分，A组分为西卡3301c型高效减水剂，B组分为西卡微珠粉，A与B两种组分配合使用可提高减水剂效果；水为自来水。

其制备方法与实施例1相同。

实施例6

以1m³的超高性能钢纤维混凝土为例，在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料成：

上述的水泥是型号为PO425水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.1～0.15μm，比表面积为15-27m²/g；河砂的最大粒径均小于0.5mm；钢纤维为表面镀铜的钢纤维的长为13mm、直径为0.16mm；减水剂的型号为西卡减水剂，包含2种组分，A组分为西卡3301c型高效减水剂，B组分为西卡微珠粉，A与B两种组分配合使用可提高减水剂效果；水为自来水。

其制备方法与实施例1相同。

Claims (4)

1.一种超高性能钢纤维混凝土，其特征在于在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料制成：

上述质量配比中，水泥是型号为PO425水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.1～0.15μm，比表面积为15-27m²/g；标准砂或河砂的最大粒径均小于0.8mm；钢纤维是表面镀铜的钢纤维，长为13mm、直径为0.16mm，减水剂的型号为西卡减水剂，包含2种组分，A组分为西卡3301c型高效减水剂，B组分为西卡微珠粉，A组分与B组分配合使用。

2.根据权利要求1所述的超高性能钢纤维混凝土，其特征在于在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料制成：

3.根据权利要求1所述的超高性能钢纤维混凝土，其特征在于在1m³的超高性能钢纤维混凝土中由下述质量配比的材料制成：

4.一种权利要求1所述的超高性能钢纤维混凝土的制备方法，其特征在于由下述步骤组成：

(1)按配合比称取各干粉类材料，依次将水泥、标准砂或河砂、硅灰、减水剂B组分加入强制式搅拌机内，干拌5分钟，拌合均匀，制备成干料；

(2)依次将二分之一的减水剂A组分、水加入干料内进行搅拌，均速搅拌5～8分钟；

(3)将剩余的二分之一的减水剂A组分与水加入干料内进行搅拌，均速搅拌5～8分钟，搅拌均匀；

(4)继续均速搅拌，分3至5次加入钢纤维，持续搅拌至钢纤维均匀分布，停止搅拌。