CN113831040A - 一种应变强化钢纤维及超高强韧耐蚀防腐uhpc材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应变强化钢纤维及超高强韧耐蚀防腐UHPC材料，该应变强化钢纤维包括钢纤维本体，所述钢纤维本体的外表面涂附有绝缘隔离层，该超高强韧耐蚀防腐UHPC材料采用上述应变强化钢纤维。本发明可以在搅拌时防止钢纤维结团或扎堆，从而提高UHPC材料的抗压强度和抗拉强度，进而提高UHPC材料的韧性和耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及一种应变强化钢纤维及超高强韧耐蚀防腐UHPC材料，属于超高性能混凝土材料技术领域。
背景技术
超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。超高性能混凝土(UHPC)指抗压强度在150MPa以上，具有超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料，其在桥梁工程、建筑工程、防护工程等领域具有广阔的应用前景。
UHPC的主要成分为硅灰和水泥等胶凝材料、细骨料(粒径一般小于0.5mm)、高效减水剂及钢纤维（通常为呈段状的短钢纤维）等，UHPC抗拉强度的提高和开裂后韧性的提高等主要依赖钢纤维的掺入，以及钢纤维在水泥基复合材料中的均匀分布。
由于钢纤维一般用箱装或者袋装，体积较密实，在投入搅拌机前，常需机械方法(钢纤维分散机)或者人工方法加以分散，或者在胶凝材料投放前，需将钢纤维与骨料先行干拌均匀。但是，申请人在生产实践中发现，UHPC材料在搅拌过程中钢纤维会在搅拌机轴附近成团，即在搅拌过程中形成钢纤维结团或扎堆现象，导致钢纤维难以分散或者钢纤维与骨料难以搅拌均匀，影响施工质量。钢纤维结团后导会致钢纤维在水泥基复合材料难以搅拌均匀，从而降低UHPC的抗压强度和抗拉强度，影响UHPC的韧性和耐久性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新型的应变强化钢纤维以及应用该钢纤维的UHPC材料，可以在UHPC材料搅拌时防止钢纤维结团或扎堆，从而提高UHPC材料的抗压强度和抗拉强度，进而提高UHPC的韧性和耐久性。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种应变强化钢纤维，包括钢纤维本体，所述钢纤维本体的外表面涂附有绝缘隔离层。
另一方面，本发明还提供了一种超高强韧耐蚀防腐UHPC材料，包括上述应变强化钢纤维。
优选的，所述绝缘隔离层为塑料层或树脂层。
本发明带来的有益效果如下：
1）申请人经过长期的研究发现，UHPC材料在搅拌过程中，钢纤维与胶凝材料、细骨料等产生摩擦后会产生静电，从而使得搅拌机轴吸附带静电的钢纤维从而在搅拌机轴附近成团。本发明在钢纤维本体的外表面涂附一层绝缘隔离层，从而在钢纤维本体外形成电绝缘层，这样通过搅拌机搅拌时，钢纤维就不会在搅拌过程中产生静电，因此也就不会使钢纤维聚集在搅拌机轴附近吸附成团，避免了在搅拌过程中形成钢纤维结团或扎堆现象，使得钢纤维在混凝土中分散均匀，提高了施工质量。
2）UHPC材料制成的构件发生性能退化的原因主要有硫酸侵蚀、氯离子侵蚀、循环融冻、碱硅酸反应及因此导致的钢纤维锈蚀等，生锈后的钢纤维摩擦力增大，也使得钢纤维在搅拌过程中易扎堆成团。在所有的这些锈蚀情况中，水的渗透（透水性）起到了至关重要的作用。也就是说，UHPC构件的耐久性主要取决于水的入侵/渗透速度，钢纤维增强改善了混凝土的开裂抵抗力、增加了裂缝的表面粗糙度，从而显著减小了混凝土的透水性。本发明在钢纤维本体外表面涂附一层绝缘隔离层，起到保护钢纤维本体的作用，解决了现有技术中钢纤维易生锈的问题，而这反过来进一步减小了混凝土的透水性，延长了UHPC构件的使用寿命，即采用本发明方案的UHPC构件耐蚀重防腐，尤其适用于严酷环境。
3）通常来说，越高强的混凝土耐火性能越差，因为太密实，高温后的水蒸汽孔道压力无处释放导致混凝土构件爆裂。本发明通过在所述钢纤维本体的外表面涂附有绝缘隔离层显著提高了UHPC的耐火性能，这是因为绝缘隔离层无论是采用塑料层或树脂层，在发生火灾时，当超过一定温度后绝缘隔离层会熔化，从而在UHPC制成的构件内部形成了内部压力释放、传递的通道与空间，避免UHPC构件产生内部高压而导致爆裂，从而提高了UHPC的耐火性能；而钢纤维负责高温后的强度保持，使得高温后的UHPC构件依然能够保持一定的强度，不至于迅速坍塌造成不必要的人员伤亡和财产损失。
4）本发明中的复合钢纤维（钢纤维本体+绝缘隔离层）弹模高、不沉降，解决了钢纤维UHPC材料（通过绝缘隔离层防腐）应用于外墙装饰板中锈蚀严重影响美观的问题，解决了有机纤维UHPC老化、力学性能差、抗拉强度低（因钢纤维单丝抗拉强度大于有机纤维）的问题，解决了外墙装饰板中有机纤维掺量高的问题。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一种应变强化钢纤维，包括钢纤维本体，所述钢纤维本体的外表面涂附有绝缘隔离层。优选的，所述绝缘隔离层优选为塑料层或树脂层。在实施时，可采用沾塑或喷涂的方式在钢纤维本体的外表面涂附绝缘隔离层，此为现有技术，不再赘述。
优选的，所述钢纤维本体采用镀铜钢纤维或者不锈钢钢纤维。镀铜钢纤维具有抗压、抗拉、抗裂功能强的特点，不锈钢钢纤维则具有工艺流程短、价格便宜、强度和韧性高的特点。
为增加钢纤维与UHPC材料中的胶凝材料的界面粘结强度，通常选用各种异形的钢纤维本体，比如，所述钢纤维本体的横截面为矩形、锯齿形、圆形或弯月形；所述钢纤维本体的横截面尺寸沿长度而交替变化；所述钢纤维本体整体呈波浪形、圆圈状或螺旋形，等等。
实施例二
UHPC材料是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强水泥基材料。它的基本配制原理是：通过提高组分的细度与活性，不使用粗骨料，使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减到最少，以获得超高强度与高耐久性。UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。
本实施例涉及一种超高强韧耐蚀防腐UHPC材料，包括胶凝材料、细骨料、超高效减水剂和钢纤维，其中钢纤维采用实施例一中的钢纤维。UHPC材料基于颗粒紧密堆积理论、水泥水化理论、以及随机纤维相交理论等，可通过计算得到最佳的颗粒级配和钢纤维尺寸以及掺量，从而使混凝土内部达到极高的密实度，极细微的孔径，以及相互交错的连续钢纤维网。
本实施例中钢纤维本体的直径为0.3mm,绝缘隔离层的厚度为0.1mm,原钢纤维的容重（指单位容积内物体的重量）为7.85KG/m3，现钢纤维+绝缘隔离层的容重3.0 KG/m3左右，接近普通混凝土2.35 KG/m3左右的容重，在UHPC材料湿搅拌的过程中更易均匀分散，不会导致纤维沉底，强度更加可控有保障。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应变强化钢纤维，包括钢纤维本体，其特征在于：所述钢纤维本体的外表面涂附有绝缘隔离层。
2.根据权利要求1所述的应变强化钢纤维，其特征在于：所述绝缘隔离层为塑料层或树脂层。
3.根据权利要求1或2所述的应变强化钢纤维，其特征在于：所述钢纤维本体采用镀铜钢纤维或者不锈钢钢纤维。
4.根据权利要求1或2所述的应变强化钢纤维，其特征在于：所述钢纤维本体的横截面为矩形、锯齿形、圆形或弯月形；或者，所述钢纤维本体的横截面尺寸沿长度而交替变化；或者，所述钢纤维本体整体呈波浪形、圆圈状或螺旋形。
5.一种超高强韧耐蚀防腐UHPC材料，其特征在于：包括权利要求1或2所述的应变强化钢纤维。
6.根据权利要求5所述的超高强韧耐蚀防腐UHPC材料，其特征在于：所述钢纤维本体采用镀铜钢纤维或者不锈钢钢纤维。
7.根据权利要求5所述的超高强韧耐蚀防腐UHPC材料，其特征在于：所述钢纤维本体的横截面为矩形、锯齿形、圆形或弯月形；或者，所述钢纤维本体的横截面尺寸沿长度而交替变化；或者，所述钢纤维本体整体呈波浪形、圆圈状或螺旋形。
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