CN109956692A - 一种用于超高性能混凝土的钢纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超高性能混凝土的钢纤维,包括断面为圆形的钢纤维本体,所述钢纤维本体为直形或波形,其表面设置有凸起结构,所述凸起结构沿钢纤维本体横截面均匀分布多个,且沿钢纤维本体纵向相邻的两环凸起结构在横截面的投影均匀错开,所述钢纤维本体两端设置有异型端钩。通过设置凸起结构和异形端钩,增加钢纤维的锚固点数量和界面粘结面积,而且端钩增加了钢纤维与水泥基体的锚固范围,从而提高钢纤维的界面粘结强度和端锚固能力,进而提高超高性能混凝土的抗拉强度,在满足钢纤维界面粘结面积的前提下,缩短钢纤维的长度,从而最大限度的节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及超高性能混凝土技术领域,具体涉及一种用于超高性能混凝土的钢纤维。
背景技术
混凝土作为当代土木工程使用量最大的建筑材料,它具有易成型、抗压强度大、耐久性好、价格低廉等优点,广泛应用于隧道、桥梁、道路、建筑、地下结构等各个领域,已是一种土木工程建设不可替代的材料。但是,混凝土作为一种脆性建筑材料,其抗拉强度低仍是其工程应用中的一大难题。
普通高性能混凝土具有脆性大、抗拉强度低、韧性差等弱点,且随着混凝土强度等级大幅提高,抗拉强度与抗压强度比值明显下降,一般普通高性能混凝土抗拉强度仅为抗压强度的1/10~1/20。纤维增强超高性能混凝土是混凝土改良的一个主要手段,它可以使混凝土的抗拉强度、韧性、极限变形能力得到大幅提高。钢纤维作为纤维增强超高性能混凝土中应用最广泛的纤维材料,它具有弹性模量大、强度高等特点。纤维增强超高性能混凝土的增强机理体现在钢纤维与水泥基体之间的粘结强度,且钢纤维与水泥基体之间的粘结强度与钢纤维表面积呈正相关关系。
纤维增强超高性能混凝土在受拉作用下的变形过程如下:混凝土构件在拉应力达到比例极限前,拉应力仅由水泥基体承担,在拉应力超过比例极限后,构件会产生裂缝,此时钢纤维开始发挥作用,原来由水泥基体承担的拉力逐渐传递给钢纤维,钢纤维与水泥基体的锚固咬合限制了裂缝的进一步发展。随着拉应力的进一步增大,构件的某一薄弱处的裂缝逐渐变宽,钢纤维与水泥基体之间的锚固力达到极限,钢纤维逐渐被拔出,构件发生破坏。
目前在纤维增强超高性能混凝土所选用的钢纤维有端钩形、哑铃形、压痕形等,这类钢纤维与水泥基体的锚固点少、粘结性能差,在混凝土结构承载过程中容易拔出,对混凝土结构的安全性、耐久性将产生不利影响。现有钢纤维也有通过将纤维截面压扁、增加刻痕来增加锚固点,这种方式将会损伤钢纤维基体,不利于保证钢纤维的强度。随着纤维增强混凝土的使用范围越来越广、环境越来越多样化,混凝土中纤维的耐腐蚀性也亟待解决。因此,研发一种用于超高性能混凝土的钢纤维十分必要。
发明内容
本发明目的在于:针对目前在纤维增强超高性能混凝土中所采用的钢纤维与水泥基体的锚固点少、粘结性能差,在混凝土结构承载过程中容易拔出,对混凝土结构的安全性、耐久性将产生不利影响的问题,提供一种用于超高性能混凝土的钢纤维,该钢纤维本体部分表面分布有凸起结构,且两端为异形端钩,能够提高钢纤维与水泥基体的粘结强度,从而提高超高性能混凝土的抗拉强度和韧性。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种用于超高性能混凝土的钢纤维,包括断面为圆形的钢纤维本体,所述钢纤维本体为直形或波形,其表面设置有凸起结构,所述凸起结构沿钢纤维本体横截面均匀分布多个,且沿钢纤维本体纵向相邻的两环凸起结构在横截面的投影均匀错开,所述钢纤维本体两端设置有异型端钩。
本发明通过在钢纤维本体表面设置凸起结构,其增加了钢纤维表面的锚固点数量,也增加了钢纤维与水泥基体的界面粘结面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结强度大幅提高;由于凸起结构沿钢纤维本体横截面均匀分布多个,且沿钢纤维本体纵向相邻的两环凸起结构在横截面的投影均匀错开,使得锚固点在钢纤维本体表面沿横向和纵向分布均匀,保证钢纤维各方向的粘结强度得到均匀提高,在使用过程中尽可能不出现界面粘结薄弱点;通过在钢纤维本体两端设置异形端钩,其增加了钢纤维与水泥基体的锚固范围,进一步提高钢纤维的界面粘结强度和端锚固能力,进而提高了超高性能混凝土的抗拉强度,同时在满足钢纤维界面粘结面积的前提下,有利于缩短钢纤维的长度,从而最大限度的节约成本。
作为本发明的优选方案,波形钢纤维本体的波峰波谷各设置有多个,且相邻的波峰波谷结构设置在不同的平面上。采用波形钢纤维本体能够增大钢纤维相对表面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结面积增加,从而提高了钢纤维与水泥基体的界面粘结强度,且相邻的波峰波谷设置在不同平面后,有利于增强钢纤维与水泥基体的锚固能力。
作为本发明的优选方案,所述异型端钩为叉状端钩。采用叉状端钩能够与水泥基体形成良好的端锚固咬合作用,提高钢纤维的端锚固力,进而提高钢纤维与水泥基体的界面粘结强度。
作为本发明的优选方案,所述叉状端钩包括直形结构和弯钩形结构。叉状端钩增加了钢纤维的相对表面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结面积更大,达到增强端锚固的作用,而弯钩形端钩锚固的水泥基体范围更大。
作为本发明的优选方案,所述异型端钩为圆台形端钩。采用圆台形端钩增加了端钩与水泥基体的界面粘结面积,而且圆台形结构的大端头具有良好的锁固作用,使得纤维端头不易被拔出,进一步提高钢纤维的粘结强度。
作为本发明的优选方案,所述圆台形端钩的小端面直径与钢纤维本体结构直径一致,大端面直径为钢纤维本体直径的两倍。
作为本发明的优选方案,所述异型端钩表面也设置有凸起结构。通过在异形端钩表面设置凸起结构,进一步增加了端钩与水泥基体的界面粘结强度。
作为本发明的优选方案,所述凸起结构为半球形。采用半球形的凸起结构,使得凸起结构与钢纤维表面在作用时的剪切面积达到最大,钢纤维的凸起结构不会因剪切力而被拔掉。
作为本发明的优选方案,所述钢纤维的表面设置有防腐层。通过在钢纤维本体表面设置防腐层,使得钢纤维具有耐腐蚀的性能,进而实现钢纤维增强混凝土能够应用于更加复杂恶劣的环境。
作为本发明的优选方案,所述凸起结构、异型端钩与钢纤维本体一体成型。采用一体成型后,无需对钢纤维进行尖锐刻痕、压扁操作来增加钢纤维表面积和锚固点,不会损伤钢纤维基体的完整性,使得钢纤维具有良好的整体性,有利于保证钢纤维强度的发挥。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、本发明通过在钢纤维表面设置凸起结构,增加了钢纤维表面的锚固点数量,也增加了钢纤维与水泥基体的界面粘结面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结强度大幅提高,进而提高超高性能混凝土的抗拉强度;
2、本发明中通过采用直形端钩、弯钩形端钩及圆台形端钩,增大钢纤维相对表面积,增加了钢纤维端部与水泥基体的锚固范围,进一步提高钢纤维的界面粘结强度和端锚固能力,进一步提高了超高性能混凝土的抗拉强度;
3、本发明中的凸起结构、异型端钩与钢纤维本体一体成型,无需对钢纤维进行尖锐刻痕、压扁操作来增加钢纤维表面积和锚固点,不会损伤钢纤维基体的完整性,使得钢纤维具有良好的整体性,有利于保证钢纤维强度的发挥;
4、本发明中通过在钢纤维本体表面设置防腐层,使得钢纤维具有耐腐蚀的性能,进而实现钢纤维增强混凝土能够应用于更加复杂恶劣的环境;
5、本发明中的钢纤维,在满足钢纤维界面粘结面积的前提下,有利于缩短钢纤维的长度,从而最大限度的节约成本。
附图说明
图1-图3为本发明中的直形钢纤维示意图。
图4-图6为本发明中的波形钢纤维示意图。
图7为本发明中的钢纤维断面示意图。
图中标记:1-直形钢纤维本体,2-凸起结构,3-叉状直形端钩,4-叉状弯钩形端钩,5-端钩凸起结构,6-波形钢纤维本体,7-圆台形端钩,8-防腐层。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
本发明提供一种用于超高性能混凝土的钢纤维;
如图1-3和图7所示,本实施例中的用于超高性能混凝土的钢纤维,包括断面为圆形的钢纤维本体,所述钢纤维本体为直形钢纤维本体1,其表面设置有凸起结构2,所述凸起结构沿钢纤维本体横截面均匀分布三个,且沿钢纤维本体纵向相邻的两环凸起结构在横截面的投影均匀错开,所述钢纤维本体两端设置有异型端钩。
本发明通过在钢纤维本体表面设置凸起结构,其增加了钢纤维表面的锚固点数量,也增加了钢纤维与水泥基体的界面粘结面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结强度大幅提高;由于凸起结构沿钢纤维本体横截面均匀分布多个,且沿钢纤维本体纵向相邻的两环凸起结构在横截面的投影均匀错开,使得锚固点在钢纤维本体表面沿横向和纵向分布均匀,保证钢纤维各方向的粘结强度得到均匀提高,在使用过程中尽可能不出现界面粘结薄弱点;通过在钢纤维本体两端设置异形端钩,其增加了钢纤维与水泥基体的锚固范围,进一步提高钢纤维的界面粘结强度和端锚固能力,进而提高了超高性能混凝土的抗拉强度,同时在满足钢纤维界面粘结面积的前提下,有利于缩短钢纤维的长度,从而最大限度的节约成本。
本实施例中,所述异型端钩为叉状端钩,且叉状张开角度可根据实际需要进行适当调整以达到最佳状态。采用叉状端钩增加了钢纤维的相对表面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结面积更大,达到增强端锚固的作用,能够与水泥基体形成良好的端锚固咬合作用,提高钢纤维的端锚固力,进而提高钢纤维与水泥基体的界面粘结强度。
本实施例中,所述叉状端钩又包括叉状直形端钩3和叉状弯钩形端钩4。叉状端钩增加了钢纤维的相对表面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结面积更大,达到增强端锚固的作用,而弯钩形端钩锚固的水泥基体范围更大。
本实施例中,所述异型端钩还可为圆台形端钩7,所述圆台形端钩的小端面直径与钢纤维本体结构直径一致,大端面直径为钢纤维本体直径的两倍。采用圆台形端钩增加了端钩与水泥基体的界面粘结面积,而且圆台形结构的大端头具有良好的锁固作用,使得纤维端头不易被拔出,进一步提高钢纤维的粘结强度。
本实施例中,所述异型端钩表面也设置有凸起结构,即在叉状直形端钩3、叉状弯钩形端钩4和圆台形端钩7上均设置有端钩凸起结构5。通过在异形端钩表面设置凸起结构,进一步增加了端钩与水泥基体的界面粘结强度。
本实施例中,所述钢纤维本体以及异型端钩上的凸起结构均为半球形。采用半球形的凸起结构,使得凸起结构与钢纤维表面在作用时的剪切面积达到最大,钢纤维的凸起结构不会因剪切力而被拔掉。
本实施例中,所述钢纤维采用不锈钢材质,或在钢纤维表面设置防腐层8,该防腐层可采取镀铜层或者其他耐腐蚀材料。通过在钢纤维本体表面设置防腐层,使得钢纤维具有耐腐蚀的性能,进而实现钢纤维增强混凝土能够应用于更加复杂恶劣的环境。
本实施例中,所述凸起结构、异型端钩与钢纤维本体一体成型。采用一体成型后,无需对钢纤维进行尖锐刻痕、压扁操作来增加钢纤维表面积和锚固点,不会损伤钢纤维基体的完整性,使得钢纤维具有良好的整体性,有利于保证钢纤维强度的发挥,同时方便该钢纤维的生产制造。
实施例2
本发明提供一种用于超高性能混凝土的钢纤维;
如图4-6和图7所示,本实施例中的用于超高性能混凝土的钢纤维,包括断面为圆形的钢纤维本体,所述钢纤维本体为波形钢纤维本体6,其表面设置有凸起结构2,所述凸起结构沿钢纤维本体横截面均匀分布三个,且沿钢纤维本体纵向相邻的两环凸起结构在横截面的投影均匀错开,所述钢纤维本体两端设置有异型端钩。
本发明通过在钢纤维本体表面设置凸起结构,其增加了钢纤维表面的锚固点数量,也增加了钢纤维与水泥基体的界面粘结面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结强度大幅提高;由于凸起结构沿钢纤维本体横截面均匀分布多个,且沿钢纤维本体纵向相邻的两环凸起结构在横截面的投影均匀错开,使得锚固点在钢纤维本体表面沿横向和纵向分布均匀,保证钢纤维各方向的粘结强度得到均匀提高,在使用过程中尽可能不出现界面粘结薄弱点;通过在钢纤维本体两端设置异形端钩,其增加了钢纤维与水泥基体的锚固范围,进一步提高钢纤维的界面粘结强度和端锚固能力,进而提高了超高性能混凝土的抗拉强度,同时在满足钢纤维界面粘结面积的前提下,有利于缩短钢纤维的长度,从而最大限度的节约成本。
本实施例中,波形钢纤维本体6的波峰波谷各设置有四个,且相邻的波峰波谷结构设置在不同的平面上。采用波形钢纤维本体能够增大钢纤维相对表面积,且波形结构又增加了锚固点数量,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结面积增加,从而提高了钢纤维与水泥基体的界面粘结强度,且相邻的波峰波谷设置在不同平面后,可以实现各方向提供的锚固力均匀,有利于增强钢纤维与水泥基体的锚固能力。
本实施例中,所述异型端钩为叉状端钩,且叉状张开角度可根据实际需要进行适当调整以达到最佳状态。采用叉状端钩增加了钢纤维的相对表面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结面积更大,达到增强端锚固的作用,能够与水泥基体形成良好的端锚固咬合作用,提高钢纤维的端锚固力,进而提高钢纤维与水泥基体的界面粘结强度。
本实施例中,所述叉状端钩又包括叉状直形端钩3和叉状弯钩形端钩4。叉状端钩增加了钢纤维的相对表面积,使得钢纤维与水泥基体的界面粘结面积更大,达到增强端锚固的作用,而弯钩形端钩锚固的水泥基体范围更大。
本实施例中,所述异型端钩还可为圆台形端钩7,所述圆台形端钩的小端面直径与钢纤维本体结构直径一致,大端面直径为钢纤维本体直径的两倍。采用圆台形端钩增加了端钩与水泥基体的界面粘结面积,而且圆台形结构的大端头具有良好的锁固作用,使得纤维端头不易被拔出,进一步提高钢纤维的粘结强度。
本实施例中,所述异型端钩表面也设置有凸起结构,即在叉状直形端钩3、叉状弯钩形端钩4和圆台形端钩7上均设置有端钩凸起结构5。通过在异形端钩表面设置凸起结构,进一步增加了端钩与水泥基体的界面粘结强度。
本实施例中,所述钢纤维本体以及异型端钩上的凸起结构均为半球形。采用半球形的凸起结构,使得凸起结构与钢纤维表面在作用时的剪切面积达到最大,钢纤维的凸起结构不会因剪切力而被拔掉。
本实施例中,所述钢纤维采用不锈钢材质,或在钢纤维表面设置防腐层8,该防腐层可采取镀铜层或者其他耐腐蚀材料。通过在钢纤维本体表面设置防腐层,使得钢纤维具有耐腐蚀的性能,进而实现钢纤维增强混凝土能够应用于更加复杂恶劣的环境。
本实施例中,所述凸起结构、异型端钩与钢纤维本体一体成型。采用一体成型后,无需对钢纤维进行尖锐刻痕、压扁操作来增加钢纤维表面积和锚固点,不会损伤钢纤维基体的完整性,使得钢纤维具有良好的整体性,有利于保证钢纤维强度的发挥,同时方便该钢纤维的生产制造。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,包括断面为圆形的钢纤维本体,所述钢纤维本体为直形或波形,其表面设置有凸起结构,所述凸起结构沿钢纤维本体横截面均匀分布多个,且沿钢纤维本体纵向相邻的两环凸起结构在横截面的投影均匀错开,所述钢纤维本体两端设置有异型端钩。
2.根据权利要求1所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,波形钢纤维本体的波峰波谷各设置有多个,且相邻的波峰波谷结构设置在不同的平面上。
3.根据权利要求1或2所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,所述异型端钩为叉状端钩。
4.根据权利要求3所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,所述叉状端钩包括直形结构和弯钩形结构。
5.根据权利要求1或2所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,所述异型端钩为圆台形端钩。
6.根据权利要求5所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,所述圆台形端钩的小端面直径与钢纤维本体结构直径一致,大端面直径为钢纤维本体直径的两倍。
7.根据权利要求1所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,所述异型端钩表面也设置有凸起结构。
8.根据权利要求1或7所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,所述凸起结构为半球形。
9.根据权利要求1所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,所述钢纤维的表面设置有防腐层。
10.根据权利要求1所述的用于超高性能混凝土的钢纤维,其特征在于,所述凸起结构、异型端钩与钢纤维本体一体成型。
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