CN115340334A - 一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料及其制备方法。该混凝土基材料包括0.3‑1.5份的泡沫颗粒、890‑1000份的胶凝材料、400‑440份的细砂、200‑240份的石英粉、2‑5份的减水剂、150‑250份的水和60‑180份的钢纤维。本发明通过调控该混凝土基材料中砂子的粒度和减水剂的用量，使得浆体能有效包裹并悬浮住泡沫使泡沫均匀分布，使混凝土具有流中带黏的特性，能有效保证泡沫在浇筑方向的均匀分布，最大程度上减少基体对泡沫的挤压，缩小设计密度与实际密度之间的差异。

Description

一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料及其制备方法。

背景技术

传统的泡沫混凝土是在普通混凝土中引入发泡剂或者轻骨料形成的一种多相、多组分的水泥基复合材料。传统的普通泡沫混凝土虽有轻质、隔声、保温的优点，但延浇筑方向泡沫分布不均匀，呈现上部密集下部疏松的分布形态，泡沫相的设计密度与实际密度差异较大。此外，由于普通泡沫混凝土基体强度较低以及泡沫的加入使得泡沫混凝土的力学性能进一步减弱，普通泡沫混凝土抗压强度普遍达不到结构承载的要求，此类材料往往仅限于在非承重结构构件-保温隔墙中的使用，使用功能单一，虽有添加粗骨料等提升力学性能的研究与应用，但在增加密实度的同时，削减了保温、隔音等性能，而且增加了结构自重与材料成本，泡沫相与骨料相的相互作用进一步增加了泡沫设计密度与实际密度的差异。

为了改善普通泡沫混凝土的力学性能，特别是提高普通泡沫混凝土的抗压强度，有研究人员在泡沫混凝土中加入了众多种类的纤维，但由于基体的低粘结强度以及泡沫的存在，引入的纤维往往达不到增强效果，甚至由于纤维与基体之间弱连接界面的存在，部分高纤维掺量会降低普通泡沫纤维混凝土的抗拉强度。现有的虽有将泡沫掺入到超高性能纤维混凝土通过高基体强度赋予此类纤维增强超高性能泡混凝土一定的高抗压、抗拉的力学性能，但是普遍存在拌合物流动性差，浇筑困难泡沫被挤出或挤压严重，泡沫分布不均匀，进而造成设计密度与实际密度以及设计强度与抗压强度差异较大，应用性能不佳，另有所采用原材料如胶凝材料种类繁多，制备不具备简便性的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料及其制备方法，以有效解决现有技术纤维增强泡沫混凝土拌合物流动性差，浇筑困难；泡沫被挤出或挤压导致泡沫均匀性不佳，设计密度与实际密度差异大，应用性能不佳等的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料，按照重量份计，包括0.3-1.5份的泡沫颗粒、890-1000份的胶凝材料、400-440份的细砂、200-240份的石英粉、2-5份的减水剂、150-250份的水和60-180份的钢纤维。

优选地，所述泡沫颗粒为聚苯颗粒、膨胀珍珠岩或多孔橡胶颗粒。

优选地，所述胶凝材料包括800-900份的水泥和90-100份的硅灰；所述水泥为标号为42.5或以上的复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。

优选地，所述细砂为石英砂，所述细砂的粒度为小于或等于0.25mm。

优选地，所述石英粉粒径小于50μm。

优选地，所述减水剂为粉剂或水剂聚羧酸减水剂，其减水效率为15～20％。

优选地，所述减水剂的质量分数为2-4质量份。

优选地，所述钢纤维为直线钢纤维、端勾钢纤维或波浪形钢纤维。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的混凝土基材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将890-1000质量份的胶凝材料、400-440质量份的细砂和200-240质量份的石英粉干拌以均匀混合，得到粉体混合料；

(2)将40-80质量份的水和60-180质量份的钢纤维加入所述粉体混合料中搅拌，得到处于粉体向流固体过渡临界状态的预备混合料，并持续对所述预备混合料进行搅拌；

(3)将0.3-1.5质量份泡沫相分散在100-160质量份的水中，得到第一混合溶液；

(4)将所述第一混合溶液与2-5质量份减水剂混合，得到第二混合溶液；

(5)停止对所述预备混合料的搅拌，观察所述预备混合料是否由高处往低处呈现流动状态，如果有，将所述第二混合溶液分次加入到所述预备混合料中，搅拌得到拌合物；如果没有，在搅拌条件下继续加入余下的部分水，分次加入，直至达到停止搅拌时呈现的流动状态，而后加入所述第二混合溶液，搅拌得到拌和物；

(6)向所述拌合物中加入余下质量份的水，继续搅拌，得到纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明提出的一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料，通过调控该混凝土基材料中砂子的粒度和减水剂的用量，使得浆体能有效包裹并悬浮住泡沫使泡沫均匀分布，使混凝土产生流中带黏的特性，能有效保证泡沫在浇筑方向的均匀分布，最大程度上减少基体对泡沫的挤压，缩小设计密度与实际密度之间的差异。

(2)基于本发明混凝土基材料的配合比，使得其中泡沫在混凝土中实现均匀分布，同时利用基体的高强度与高粘结力对纤维提供握裹力，实现纤维增强泡沫超高性能混凝土具有均匀分布泡沫的工艺，同时赋予材料较普通纤维泡沫混凝土更高的抗压与抗拉强度。

(3)本发明在纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料的制备过程中，区别于传统的方法中按照骨料的加入方法在粉体阶段加入泡沫颗粒，本发明将泡沫颗粒先分散在水中，然后与减水剂混合，将含有浸湿的泡沫颗粒的混合液加入处于流固体过渡状态且停止搅拌的瞬间呈现流动状态达到流中带黏特性的预备混合料中，搅拌得到拌合物，这种的加料顺序控制既可以保证泡沫颗粒在浆体中均匀分布，又可以最大程度减少混合浆体之前，由粉体过渡到浆体时候因为机械搅拌以及浆体凝固对泡沫颗粒的挤压，而导致泡沫颗粒上浮。

(4)本发明提供的超高性能混凝土基体，其基体结构比较致密：同时其单位体积产生的水化热比普通混凝土高，因此本发明混凝土基复合材料在制备、浇筑、养护、使用全过程中，仅需要考虑制备过程中原料的投放顺序，没有搅拌条件以及养护条件例如高温蒸压养护的要求，制备工艺以及养护要求简便易行。

(5)本发明所述的纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料，基体内部结构致密，泡沫相均匀分布。本发明可在保证泡沫在基体中近似均匀分布的同时，最大程度的减少基体对泡沫的挤压，保证内部保温隔热孔洞原有形状，提高材料的可浇筑性，维持较高承载力以及静力或冲击荷载作用下逐级破坏的特征与峰后较高的延性。

(6)本发明的混凝土基材料可显著提高混合物浆体粘聚力以及握裹力能有效悬浮或包裹泡沫，可使泡沫在基体中实现均匀分布。本发明在能够实现泡沫颗粒均匀分布的基础上，可以分多次浇注，改变沿浇筑方向的泡沫的体积含量，可以设计在浇筑底层保持高泡沫体积含量同时在上表面布置低泡沫体积含量的功能梯度复合材料。

(7)本发明所需的原材料种类较现有制备方案中的原材料种类明显减小，不需要粉煤灰，高炉矿渣以及快硬性水泥的要求，制备成本低，工艺简单。

附图说明

图1是本发明实施例中所采用的一种直钢纤维结构示意简图；其中内容(a)为主视图，内容(b)为轴测图；

图2是本发明实施例中所采用的一种泡沫-聚苯乙烯颗粒示意简图；其中内容(a)为主视图，内容(b)为轴测图；

图3内容(a)为样品20-3-O的受弯试样内部的泡沫分布形态；内容(b)为样品20-3-M的受弯试样内部的泡沫分布形态；

图4内容(a)为样品20-3-O的受压试样内部的泡沫分布形态；内容(b)为样品20-3-M的受压试样内部的泡沫分布形态；

图5是编号为20-3-M的尺寸为100*100*100的六个受压试样在压缩荷载作用下的荷载位移曲线示意图；

图6为改善前(20-3-O)以及改善后(20-3-M)的试块荷载位移曲线图。

具体实施方式

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术制备纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料，为了使得目标泡沫含量接近设计密度，首先按照设计体积含量以及泡沫的质量密度，进行设计泡沫颗粒的体积分数向质量份的转化，但是往往最终得到的实际泡沫密度和设计密度之间存在很大的差异，导致泡沫上浮集中于浇筑上表面，甚至在基体内部粘聚力达不到有效锁住泡沫的空间位置时，会造成泡沫全部溢出浇筑基体，导致完全的设计与浇筑失败。

为此，本发明提供了一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料，按照重量份计，包括0.3-1.5份的泡沫颗粒、890-1000份的胶凝材料、400-440份的细砂、200-240份的石英粉、2-5份的减水剂、150-250份的水和60-180份的钢纤维；所述胶凝材料中含有水泥和硅灰。该配方的混凝土基材料可显著提高混合物浆体粘聚力以及握裹力能有效悬浮或包裹泡沫，可使泡沫在基体中实现均匀或功能梯度分布。在能够实现泡沫颗粒均匀分布的基础上，可以分多次浇注，改变沿浇筑方向的泡沫的体积含量，可以设计在浇筑底层保持高泡沫体积含量同时在上表面布置低泡沫体积含量的功能梯度复合材料。此复合材料具有优异的力学性能，兼具轻质、保温、隔声的优点。

本发明所述泡沫颗粒的来源包括但不限于为聚苯颗粒、轻质骨料，如膨胀珍珠岩、回收循环使用的外包装材料，如塑料泡沫板等等，所述的泡沫颗粒来源众多，不局限于商用或循环利用的可回收不可降解材料，一些实施例中，所述泡沫颗粒为粒度大小为2-3mm范围的聚苯颗粒、膨胀珍珠岩或多孔橡胶颗粒。

一些实施例中，所述胶凝材料包括800-900份的水泥和90-100份的硅灰；本发明混凝土基材料中用到的水泥、硅灰、石英粉等均为常规种类。一些实施例中，所述水泥为标号为42.5或以上的复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。本发明采用的硅灰可以为混凝土基材料中常用的硅灰，对SiO₂含量无明确要求。所述石英粉粒径小于50μm，无SiO₂含量的明确要求。

本发明实验过程中发现细砂粒径不同其吸水量亦有所不同，进而影响到浆体的粘聚力以及泡沫颗粒在混凝土基材料中的分布。一些实施例中，所述细砂为石英砂，所述细砂的粒度小于或等于0.25mm。实验证明，本发明所述细砂(石英砂)的粒径范围为0-0.25mm时可同时实现水灰比在0.3-0.2情况下的高泡沫颗粒含量(大于20％)或低泡沫含量(低于20％)复合材料的制备。

一些实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。所述减水剂可为粉剂或水剂，其减水效率为15～20％。较佳的减水剂质量份数为2～4质量份，更佳为2.5～3.5质量份。

一些实施例中，所述钢纤维包含但不限于直线钢纤维、端勾钢纤维或波浪形钢纤维亦可复掺PVA纤维等不同材质的纤维。

本发明还提供了一种所述的混凝土基材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将890-1000质量份的胶凝材料、400-440质量份的细砂和200-240质量份的石英粉干拌以均匀混合，得到粉体混合料；

(2)将40-80质量份的水和60-180质量份的钢纤维加入所述粉体混合料中搅拌，得到处于粉体向流固体过渡临界状态的预备混合料；并持续对所述预备混合料进行搅拌。该过渡临界状态是由粉体凝结成可浇筑具有流动性能的一种类固体形态；兼具流体的属性可以流动，又兼具固体的特点可以进行塑形。

(3)将0.3-1.5质量份泡沫相分散在100-160质量份的水中，得到第一混合溶液；

(4)将所述第一混合溶液与2-5质量份减水剂混合，得到第二混合溶液；

(5)停止对所述预备混合料的搅拌，观察停止搅拌的瞬间所述预备混合料是否由高处往低处呈现流动状态，如果有，将所述第二混合溶液分次加入到所述预备混合料中，搅拌得到拌合物；

如果在停止搅拌的瞬间所述预备混合料没有呈现由高处往低处的流动状态，在搅拌条件下继续加入余下的部分水，分次加入，加入后持续搅拌，然后停止搅拌观察停止搅拌的瞬间所述预备混合料是否由高处往低处呈现流动状态，如果有，将所述第二混合溶液分次加入到所述预备混合料中，搅拌得到拌合物；否则继续加入余下的部分水，直至达到停止搅拌时呈现的流动状态，而后加入所述第二混合溶液，搅拌得到拌和物；

(6)向所述拌合物中加入余下质量份的水，继续搅拌，得到纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料。用此方法得到的纤维增强泡沫混凝土相比于其他的普通泡沫混凝土的泡沫相可实现均匀分布。

基于本发明混凝土基材料配合比以及材料用量和材料类别，例如细砂粒径以及减水剂的用量选择，可显著改善纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料由于泡沫分布不均以及超高性能混凝土基流动性差扩展度低的问题，本发明混凝土基材料中泡沫能够均匀分布，且实际泡沫含量与设计含量一致，优选实施例中10-20％的泡沫含量可使扩展度维持在550-680mm，达到浇筑标准。

本发明通过改变筛网调控砂子的粒度，观察拌合物浆体的泌水性，同时调整减水剂的用量，综合拌合物浆体的泌水性与流动性，使得浆体能有效包裹并悬浮住泡沫使泡沫均匀分布，使混凝土产生流中带黏的特性，能有效保证泡沫在浇筑方向的均匀分布，最大程度上减少基体对泡沫的挤压，缩小设计密度与实际密度之间的差异，基于此本发明混凝土基材料的配比和组成使得泡沫在混凝土中实现均匀分布，同时利用基体的高强度与高粘结力对纤维提供握裹力，实现此发明中基于此配合比下所产生的纤维增强泡沫超高性能混凝土具有均匀分布泡沫的工艺，同时又赋予材料较普通纤维泡沫混凝土更高的抗压与抗拉强度。

本发明在纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料的制备过程中，区别于传统的方法中按照骨料的加入方法在粉体阶段加入泡沫颗粒，本发明将泡沫颗粒先分散在水中，然后与减水剂混合，将含有浸湿的泡沫颗粒的混合液加入处于流固体过渡状态，且停止搅拌的瞬间呈现流动状态达到流中带黏特性的预备混合料中，搅拌得到拌合物，这种的加料顺序控制既可以保证泡沫颗粒在浆体中均匀分布，又可以最大程度减少混合浆体之前，由粉体过渡到浆体时候因为机械搅拌以及浆体凝固对泡沫颗粒的挤压，而导致泡沫颗粒上浮。

纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料，是在基于复合材料的概念基础之上通过调整配合比以适应经济性、功能性以及力学性能需要所提出的新型绿色环保类复合材料。此种材料基于超高性能混凝土体并通过掺入泡沫以实现减少胶凝材料用量降低制造成本的目的，此复合材料兼具相应的保温隔声性能，同时复掺纤维赋予此复合材料较高的抗拉与抗冲击强度。相比于普通泡沫混凝土与超高性能纤维混凝土，本发明纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料采用的配合比下可提供泡沫相均匀分布的保温、隔声物理性能优越的以及较高的力学性能。此外，基体高强度可使此类泡沫复合材料用于结构外墙承担保温与称重功能，有效减小构件的截面面积，增加空间利用率，可为装配式构件设计与建造提供新型建筑材料，实现具有保温、隔声、抗震、结构承载四效合一的外墙墙体安装。综上，本发明的纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料是一种在民用、商用建筑以及防护工程领域都可以使用的新型多功能绿色建材。

本发明可实现泡沫相体积含量小于20％前提下的泡沫相的均匀分布。本发明为保温、隔热兼顾结构承重材料的研发与使用，符合碳达峰、碳中和在建筑领域中节能减排的宗旨，是建筑材料领域内的一种新型复合材料。

下述实施例中，如无特殊说明，所述试剂和材料均为公知的，可通过商业途径获取。下列各实施例中，所采用的原材料如下所述：

直线钢纤维，直径为0.2mm，长度为12-13mm，长径比为60，抗拉强度≥2000MPa。如图1内容(a)和内容(b)所示。泡沫采用聚苯乙烯颗粒，直径为4-5mm，密度为16.8kg/m³，如图2内容(a)和内容(b)所示。所采用水泥为普通硅酸盐水泥。硅灰的比表面积为22m²/g，细砂粒径范围为<0.5mm，石英粉粒径<50μm。高效减水剂为粉末聚羧酸减水剂，减水效率15～20％。水为工业用水。

下面通过实施例1说明钢纤维增强超高性能泡沫混凝土在抗压与抗弯方面优异的工程力学性能。

实施例1

本实施例对钢纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料进行抗压强度与抗弯强度的测试，试件尺寸以及计算方法依据《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13:2009)中6.1.3中抗压强度测试试件的尺寸为100*100*100的立方体试块以及《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)里10.0.4中抗折强度的计算公式，综合以上规定进行，确保试验数据具有代表性。依据《纤维混凝土试验方法标准》(CECS 13:2009)确定抗压试件的尺寸，另抗折强度试件的尺寸采用40*40*160。抗压强度的测试使用通用压力试验机以1.0MPa/s的力控制方式进行加载，抗折强度的测试使用抗折试验机以0.4mm/s的位移控制方式进行加载，获取相应的荷载-位移曲线如图4所示，而后可以转换为图5和图6的名义应力应变曲线，进行抗压强度与抗折强度评估。

本实施例中的钢纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料，其组分包括泡沫、水泥、硅灰、细砂、水、石英粉、减水剂。共设置三组试验，每组试验中各组分质量如下表1所示，按各组分的质量比的份数给出，其中泡沫聚苯颗粒的设计体积百分含量为20％。实验中每组试样所设置的泡沫(聚苯颗粒)质量份数也在表1中给出，每组有12个平行试样。

表1(钢)纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料土配合比

对表1的说明：编号带有字母O的样品为细砂粒径为小于等于0.5mm混杂以及减水剂含量为9质量份的调整前的对比例；带有字母S的样品为细砂粒径为小于等于0.25mm，减水剂为6质量份的对比例；带有字母M的样品为改进后细砂粒径为小于等于0.25mm以及减水剂为3质量份的实施例。对于每一个样品，同时也制备了不含有泡沫颗粒的基体样品的制备。

钢纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料20-1-O的制备过程如下：

1)按照上述配料比将810质量份水泥、90质量份硅灰、360质量份细砂和200质量份石英粉干拌2min以均匀混合，得到粉体混合料；

2)将57.6质量份的水和48质量份直线钢纤维加入所述粉体混合料中搅拌2分钟，得到处于粉体向流固体过渡临界状态的预备混合料；并持续对所述预备混合料进行搅拌；

3)将0.6质量份的泡沫相聚苯颗粒分散于115.2质量份的水中，作为第一混合溶液；

4)向所述第一混合溶液中加入9质量份的减水剂，得到第二混合溶液；

5)停止对所述预备混合料的搅拌，观察到所述预备混合料由高处往低处呈现流动状态，将所述第二混合溶液逐步加入到所述预备混合料中，继续搅拌2min，得到拌合物；

6)向所述拌合物中加入余下7.2质量份的水，继续搅拌，得到纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料。

钢纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料20-2-O和20-3-O的制备过程同上述20-1-O的制备，唯一不同是分别将步骤(1)直线钢纤维的用量从48质量份调整为80质量份和110质量份。

钢纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料20-1-S、20-2-S和20-3-S的制备过程分别同上述20-1-O、20-2-O和20-3-O的制备，唯一不同是均将步骤(4)减水剂的用量从9质量份调整为6质量份。

钢纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料20-1-M、20-2-M和20-3-M的制备过程分别同上述20-1-O、20-2-O和20-3-O的制备，唯一不同是均将步骤(4)减水剂的用量从9质量份调整为3质量份。

将拌制好的砂浆即上述制备得到的纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料倒入专用模具中，一天后拆模正常室温养护28天，养护结束之后利用MTS液压试验机进行力学性能测试。本实施例中，共浇筑6组产品，每组12个试样，其中6个做压缩测试，6个做受弯测试，泡沫设计体积掺量为20％。测得6组试样的平均力学性能如下表2所示。

表2不同样品平均力学性能测试结果

平均抗压强度是对每个编号组六个100*100*100的立方体试块进行单轴受压测试取得的平均值；平均抗折强度是对每组六个40*40*160的长方体试块进行三点弯测试所得到的六个试块的平均抗折强度；UHPFRC列代表的每一个编号的样品对应的没有泡沫含量的基体材料，即泡沫体积含量为零时的抗压强度/抗折强度；抗压强度损失指的是掺入泡沫后试样的强度相比于没有泡沫的UHPFRC试样强度减少量与UHPFRC强度的比值，抗折强度损失类同抗压强度损失。

未进行砂砾粒径与减水剂用量调整之前，泡沫在样品20-3-O的受弯试样内部的分布形态如图3内容(a)所示(浇筑顺序为自下而上)，泡沫在样品20-3-O的受压试样内部的分布形态如图4内容(a)所示；可以得到泡沫集中分布在与外部界面接触的上表面；另仅做砂砾粒径调整的20-1-S、20-2-S和20-3-S对比例泡沫分布与20-1-O、20-2-O与20-3-O对比例的泡沫分布类似，这里不做图像表述；改进砂砾粒径与减水剂用量之后样品20-3-M的受弯试样以及样品20-3-M的受压试样其内部泡沫呈现出如图3内容(b)和图4内容(b)的均匀分布。

由表2数据可知，虽然未改善前20-1-O、20-2-O、20-3-O与20-1-S、20-2-S、20-3-S对比例的抗压与抗折强度高于改善后的抗压抗折强度，但此时的泡沫设计密度与实际成型密度相差较大，所制备的设计体积为20％泡沫含量的试样，实际泡沫含量仅分别为8％与12％左右，误差较大，不能满足设计与使用功能的要求。其抗压与抗折强度更接近于没有掺入泡沫时的纤维增强超高性能混凝土的抗压与抗折强度，另扩展度较小，远达不到设计与一体化浇筑的要求，相应的制备成本也接近于纤维增强超高性能混凝土，经济性较差。

改善细砂粒径以及减水剂用量之后的纤维增强泡沫混凝土，虽然强度较纤维超高性能混凝土降低，但制备成本因为泡沫的加入亦有明显的下降，且此时的抗压承载力大于35MPa仍可满足结构承载的要求。而且此纤维增强泡沫混凝土的导热系数在0.34-0.49W/m·K具备了纤维增强超高性能混凝土或普通混凝土(普通混凝土墙厚240mm，导热系数在0.6W/m·K左右)所不具备的优异保温隔声性能。相同密度下(1600-1800kg/m³)，普通纤维增强泡沫混凝土抗压强度在纤维的作用下其抗压强度在10-50MPa之间，此发明中的(钢)纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料强度范围为40-70MPa，最低强度有明显提升。

图5为编号为20-3-M的尺寸为100*100*100的六个受压试样在压缩荷载作用下的荷载位移曲线示意图，可以看出该试样峰值荷载后可以维持较高的残余强度，延性较好；图6中编号为20-3-O未调整配合比中砂砾粒径与减水剂用量的试样，对应图4内容(a)中同批次受压试样荷载位移曲线，图6中编号为20-3-M的对应为图4内容(b)中同批次调整和改善配合比中砂砾粒径以及减水剂用量之后的受压试样荷载位移曲线。结合图3、图4、图5和图6，未进行配合比中砂砾粒径以及减水剂用量改善试样20-3-O以及未进行减水剂含量调整的20-3-S对比例的泡沫含量较设计含量明显偏低，致使抗压与抗折强度与未添加泡沫的纤维增强超高性能混凝土的抗压与抗折强度接近，泡沫上浮至浇筑表面，虽有纤维的掺入但由于泡沫的不均匀分布造成顶部受压面的提前破坏，试样呈现与超高性能混凝土相似的脆性破坏模式；改善后的超高性能泡沫混凝土试样20-3-M整个受压过程可分为压实段(A-B)，上升段(B-C)，破坏段(C-D)，以及峰后稳定破坏段(D-E)，相比于改善前的泡沫混凝土试样20-3-O的脆性破坏，由于泡沫相的均匀分布，改善后的泡沫混凝土呈现明显的延性破坏，峰后下降段的残余承载力较高(试样尺寸为100×100，峰值抗压强度为70MPa左右，峰后残余强度40MPa)。另由于泡沫相的均匀分布，在进入峰值荷载后的软化阶段，应力并没有如改善前的试验的承载力在峰值荷载后产生瞬时下降的现象，而是维持在较高的应力水平，峰后残余承载力数值较高，充分说明了纤维、泡沫与基体协同作用所带来的破坏模式的改变以及残余强度的提升，使此发明中的复合材料在具备轻质、保温、隔声性能的基础上满足结构承重构件的需要(商用混凝土C30的强度)，拓宽了此类轻质混凝土复合材料在包括现浇与装配式建筑结构承重与保温方面以及防爆与抗冲击工程中的综合应用。

本领域的技术人员容易理解，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，凡在本发明的精神和原则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 (9)

1.一种纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料，其特征在于，按照重量份计，包括0.3-1.5份的泡沫颗粒、890-1000份的胶凝材料、400-440份的细砂、200-240份的石英粉、2-5份的减水剂、150-250份的水和60-180份的钢纤维。

2.如权利要求1所述的混凝土基材料，其特征在于，所述泡沫颗粒为聚苯颗粒、膨胀珍珠岩或多孔橡胶颗粒。

3.如权利要求1所述的混凝土基材料，其特征在于，所述胶凝材料包括800-900份的水泥和90-100份的硅灰；所述水泥为标号为42.5或以上的复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。

4.如权利要求1所述的混凝土基材料，其特征在于，所述细砂为石英砂，所述细砂的粒度为小于或等于0.25mm。

5.如权利要求1所述的混凝土基材料，其特在于，所述石英粉粒径小于50μm。

6.如权利要求1所述的混凝土基材料，其特在于，所述减水剂为粉剂或水剂聚羧酸减水剂，其减水效率为15～20％。

7.如权利要求1所述的混凝土基材料，其特征在于，所述减水剂的质量分数为2-4质量份。

8.如权利要求1所述的混凝土基材料，其特在于，所述钢纤维为直线钢纤维、端勾钢纤维或波浪形钢纤维。

9.如权利要求1至8任一项所述的混凝土基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将890-1000质量份的胶凝材料、400-440质量份的细砂和200-240质量份的石英粉干拌以均匀混合，得到粉体混合料；

(2)将40-80质量份的水和60-180质量份的钢纤维加入所述粉体混合料中搅拌，得到处于粉体向流固体过渡临界状态的预备混合料，并持续对所述预备混合料进行搅拌；

(3)将0.3-1.5质量份泡沫相分散在100-160质量份的水中，得到第一混合溶液；

(4)将所述第一混合溶液与2-5质量份减水剂混合，得到第二混合溶液；

(5)停止对所述预备混合料的搅拌，观察所述预备混合料是否由高处往低处呈现流动状态，如果有，将所述第二混合溶液分次加入到所述预备混合料中，搅拌得到拌合物；如果没有，在搅拌条件下继续加入余下的部分水，分次加入，直至达到停止搅拌时呈现的流动状态，而后加入所述第二混合溶液，搅拌得到拌和物；

(6)向所述拌合物中加入余下质量份的水，继续搅拌，得到纤维增强泡沫超高性能混凝土基材料。

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