CN108164216B

CN108164216B - 一种强度等级c100以上的复掺纤维混凝土

Info

Publication number: CN108164216B
Application number: CN201711482170.8A
Authority: CN
Inventors: 王圣怡; 许永和; 徐俊; 周云
Original assignee: Shanghai Construction Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Construction Engineering Nanqiao Concrete Co ltd
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN108164216A

Abstract

本发明的一种强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，属于建筑工程中的混凝土技术领域。针对现有的单掺入有机长纤维或有机短纤维对混凝土流动性造成的不良影响的问题。该方法分别掺入了毫米级长纤维和毫米级短纤维以及纳米级纤维，避免了单一规格有机纤维的掺入对UHPC流动性的影响。而且，微米级纤维的掺入，可以从源头上阻止微裂纹的进一步开展，而高强长纤维的加入可以增加混凝土的断后承载力。因此，该种纤维掺入方式可以最大限度的发挥纤维的抗裂、增韧作用，同时将纤维对混凝土工作性的不利影响降到最低，从而实现了经济性和实用性的统一。而且该超高性能混凝土具备较高的强度和抗折、抗拉性能，同时，也具有较佳的流动性能。

Description

一种强度等级C100以上的复掺纤维混凝土

技术领域

本发明属于建筑工程中的混凝土技术领域，特别涉及一种强度等级C100以上的复掺纤维混凝土。

背景技术

超高性能混凝土是一种性能优异，耐久性能较佳的高性能混凝土。由于UHPC超高性能混凝土韧性较强，抗拉性能好，使其经常被用于桥梁、军事、水利、装配式构件节点等场合。短切纤维在UHPC中起到了桥接裂缝的作用，可以显著提高UHPC的韧性和抗折、抗拉性能。以往在UHPC采用较多的是镀铜微丝钢纤维，其长度在3mm-12mm不等。镀铜微丝钢纤维可有效提高UHPC的抗折、抗拉性能，但仍存在缺陷。由于钢纤维在UHPC中的掺量较高(单方掺量在200-300kg)，因此导致UHPC单方的容重较大，严重影响了结构的承载能力。同时钢纤维本身成本较高(10000元/吨-12000元/吨)，这也大幅提高了UHPC的使用成本。而且使用钢纤维还须规避混凝土的耐久性风险。因此，研究人员尝试用自重较轻的聚合物有机纤维代替钢纤维掺入到混凝土中以提高其整体性能。但研究表明，掺入较高量聚合物长纤维(9mm-12mm)后，长纤维会互相粘连，这会显著降低UHPC的流动性能。而掺入聚合物短纤维(0mm-3mm)后，由于混凝土浆液无法充分浸润短纤维，造成短纤维夹带气泡，使混凝土呈现松散的结构形态，同样严重影响了混凝土的流动性能。

发明内容

针对现有的单掺入有机长纤维或有机短纤维对混凝土流动性造成的不良影响的问题。本发明的目的是提供一种掺入聚合物有机纤维和微米级纤维且强度等级C100以上的复掺纤维超高性能混凝土。微米级纤维的掺入能够有效桥接混凝土中的微裂纹。与掺入钢纤维的UHPC相比较，该超高性能混凝土同样具备较高的强度和抗折、抗拉性能，同时，也具有较佳的流动性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，包括水泥、水、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、黄砂、毫米级长纤维、毫米级短纤维、微米级纤维以及高效减水剂按照一定的比例配合而成。

进一步地，所述强度等级C100以上的复掺纤维混凝土是由水泥、水、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、黄砂、毫米级长纤维、毫米级短纤维、微米级纤维以及高效减水剂组成，其配合比(kg/m3)为：

进一步地，所述毫米级长纤维断裂强度≥1GPa，其长度为9mm～12mm。

进一步地，所述毫米级长纤维包括高强PVA纤维、聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维以及芳杂环纤维(PBO)。

进一步地，所述毫米级短纤维为聚丙烯纤维，其长度为3mm～6mm。

进一步地，所述微米级纤维为碳纳米纤维，其长度为5μm～50μm。

进一步地，所述强度等级C100以上的复掺纤维混凝土是由水泥、水、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、黄砂、超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、碳纳米纤维以及高效减水剂组成，其配合比(kg/m3)为：

本发明的有益效果在于：

1.本发明的强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，避免了单掺入长纤维时纤维纠缠引起的UHPC流动性能的下降，以及单掺入短纤维时引起的纤维夹带气泡过多的现象，有利于提高UHPC的工作性能，避免了单一规格有机纤维的掺入对UHPC流动性的影响。而且，微米级纤维的掺入，可以从源头上阻止微裂纹的进一步开展，而高强长纤维的加入可以增加混凝土的断后承载力。因此，该种纤维掺入方式可以最大限度的发挥纤维的抗裂、增韧作用，同时将有机纤维对混凝土工作性的不利影响降到最低，从而实现了经济性和实用性的统一。

2.本发明的强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，由于采用了材质较轻的有机纤维，该超高性能混凝土具有较低的容重，且成本较低。与掺入钢纤维的UHPC相比较，该超高性能混凝土同样具备较高的强度和抗折、抗拉性能，同时，也具有较佳的流动性能。

3.本发明针对性强、操作性强，能够保证强度等级C100以上的复掺纤维混凝土性能应用的稳定性，具有明显的社会效益和经济效益。

具体实施方式

本发明的一种强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，包括水泥、水、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、黄砂、毫米级长纤维、毫米级短纤维、微米级纤维以及高效减水剂按照一定的比例配合而成。其中，复掺的几种纤维按照纤维的长度来区分。

其中，水泥为P.II 52.5硅酸盐水泥(粒径在20～30微米)，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，粒化高炉矿渣粉等级包括S95、S105、S115，细骨料为中砂，细度模数为2.3～3.0，高效减水剂为聚羧酸类高效减水剂，减水率通常≥30％，水为普通自来水。本配合比中采用的有机长纤维通常为高强的有机长纤维，断裂强度一般≥1GPa，如高强PVA纤维、聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维，芳杂环纤维(PBO)等；有机短纤维一般按照阻裂、増韧要求采用市售的聚丙烯纤维或其他高强有机纤维，微米级纤维通常为碳纳米纤维。前述配合比中纤维的掺入量均按照标准定义的纤维体积率表示。

实施例1：

复掺纤维超高性能混凝土配合比如表1-1所示：

表1-1复掺纤维超高性能混凝土配合比(kg/m³)

测得复掺超高性能混凝土的工作性能和力学性能如表1-2所示：

表1-2超高性能混凝土的工作性能和力学性能

砂浆流动度(mm)	1d抗折强度(MPa)	1天抗压强度(MPa)	28天抗压强度(MPa)
				220*230	10.4	39.6	112.7

实施例2：

与实施例1不同的是：长纤维为芳杂环纤维PBO，体积率为0.3％，碳纳米纤维体积率为0.4％。其它步骤与参数与实施例1相同。

测得复掺超高性能混凝土的工作性能和力学性能如表2-1所示：

表2-1超高性能混凝土的工作性能和力学性能

砂浆流动度(mm)	1d抗折强度(MPa)	1天抗压强度(MPa)	28天抗压强度(MPa)
				230*230	14.3	42.1	108.3

实施例3：

与实施例1不同的是：水量为190kg，长纤维为高强PVA纤维，体积率为0.5％，碳纳米纤维体积率为0.2％。其它步骤与参数与实施例1相同。

测得复掺超高性能混凝土的工作性能和力学性能如表3-1所示：

表3-1超高性能混凝土的工作性能和力学性能

砂浆流动度(mm)	1d抗折强度(MPa)	1天抗压强度(MPa)	28天抗压强度(MPa)
				210*210	10.1	35.5	110.3

对照组：单掺纤维超高性能混凝土配合比如表4-1所示：

表4-1单掺纤维超高性能混凝土配合比(kg/m3)

测得单掺超高性能混凝土的工作性能和力学性能如表4-2所示：

表4-2单掺超高性能混凝土的工作性能和力学性能

砂浆流动度(mm)	1d抗折强度(MPa)	1天抗压强度(MPa)	28天抗压强度(MPa)
				150*150	6.8	21.5	87.9

综上所述，本发明提出了一种新型的强度等级C100以上的复掺纤维混凝土的配合比设计方法。通过该方法配制的超高性能混凝土避免了单掺入长纤维时纤维纠缠引起的UHPC流动性能的下降，以及单掺入短纤维时引起的纤维夹带气泡过多的现象，有利于提高UHPC的工作性能，避免了单一规格有机纤维的掺入对UHPC流动性的影响。而且，微米级纤维的掺入，可以从源头上阻止微裂纹的进一步开展，而高强长纤维的加入可以增加混凝土的断后承载力。因此，该种纤维掺入方式可以最大限度的发挥纤维的抗裂、增韧作用，同时将纤维对混凝土工作性的不利影响降到最低，从而实现了经济性和实用性的统一。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。

Claims

1.一种强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，其特征在于：

包括水泥、水、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、黄砂、毫米级长纤维、毫米级短纤维、微米级纤维以及高效减水剂按照一定的比例配合而成，所述微米级纤维为碳纳米纤维，其长度为5μm ~50μm，其配合比（kg/m³）为：

水泥 800~1000

粉煤灰 40~60

粒化高炉矿渣粉 100~120

硅灰 40~60

黄砂 800~1000

毫米级长纤维 0.1%~0.5%

毫米级短纤维 1%~1.8%

微米级纤维 0.1%~0.5%

高效减水剂 40~50

水 175~195。

2.根据权利要求1所述的强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，其特征在于：所述毫米级长纤维断裂强度≥1GPa，其长度为9mm~12mm。

3.根据权利要求2所述的强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，其特征在于：所述毫米级长纤维包括高强PVA纤维、聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维以及芳杂环纤维PBO。

4.根据权利要求1所述的强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，其特征在于：所述毫米级短纤维为聚丙烯纤维，其长度为3mm~6mm。

5.根据权利要求1所述的强度等级C100以上的复掺纤维混凝土，其特征在于：所述强度等级C100以上的复掺纤维混凝土是由水泥、水、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、黄砂、超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、碳纳米纤维以及高效减水剂组成，其配合比（kg/m³）为：

水泥 1000

粉煤灰 50

粒化高炉矿渣粉 100

硅灰 40

黄砂 1000

超高分子量聚乙烯纤维 0.5%

聚丙烯纤维 1.3%

碳纳米纤维 0.2%

高效减水剂 40

水 195。