CN116462432A - 一种星型支化纤维、星型支化纤维增强混凝土及制备方法 - Google Patents

一种星型支化纤维、星型支化纤维增强混凝土及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，尤其是设计一种星型支化纤维、星型支化纤维增强混凝土及制备方法。星型支化纤维包括主枝及多个副枝；沿主枝长度方向设有多个与副枝相接的节点；每个节点上设有单枝副枝或多枝副枝，形成多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维。星型支化纤维增强混凝土由胶凝材料900‑1200份；集料900‑1200份；水180‑190份；纤维60‑70份；星型支化结构的混凝土专用纤维占纤维含量的10%‑100%；减水剂10‑15份制备；星型支化纤维的加入有利于提高混凝土抗拉能力，提高定向纤维混凝土多轴受拉性能、改善定向纤维混凝土多轴抗拉能力差的特点，具有抗弯冲击性能好、耐腐蚀和耐久性强的特点。

Description

一种星型支化纤维、星型支化纤维增强混凝土及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其是设计一种星型支化纤维、星型支化纤维增强混凝土及制备方法。
背景技术
如今超高性能混凝土(UHPC)成为土木工程材料革命中的新生力量，由于纤维及合适的骨料组成结构使得该材料具有极高的强度及抵抗腐蚀的能力，特别是纤维在混凝土中抵抗微裂缝的展开，形成“桥接效应”极大的提高了混凝土胶凝材料的抗拉能力。但目前所制备的超高性能混凝土中，纤维随机分布在水泥基材中，利用率低。因此，有学者通过各种手段促使纤维在混凝土中呈定向分布，以增强该方向纤维利用效率，提高材料抗拉能力，减少材料成本。而纤维在混凝土中定向排布，增强某方向混凝土抗拉能力的同时也降低了其垂直面的抗拉能力，不利于材料在多轴受力下发提供抵抗外力的能力。因此，纤维的多方向“桥接”是提升超高性能混凝土能力的关键机理，亟需提出一种纤维能在混凝土胶凝材料中形成多方向“桥接效应”。
发明内容
针对上述问题本发明提供了种星型支化纤维、星型支化纤维增强混凝土及制备方法。
本发明一种星型支化纤维，包括主枝及多个副枝；沿主枝长度方向设有多个与副枝相接的节点；每个节点上设有单枝副枝或多枝副枝，形成多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维。
本发明所述的星型支化纤维，多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维中副枝以长度分类为：长副枝、短副枝；
位于主枝中间节点为长副枝，以该节点两侧节点上分布短副枝；
位于主枝中间节点为短副枝，以该节点两侧节点上分布长副枝。
本发明所述的星型支化纤维，所述多点单枝的星型支化纤维中多个副枝之间呈变夹角分布，形成多点单枝螺旋星型支化纤维；
所述多点多枝星型支化纤维中多个副枝之间呈变夹角分布；形成多点多枝螺旋星型支化纤维。
本发明所述的星型支化纤维，所述多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维为：钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚甲醛纤维。
本发明所述的星型支化纤维，所述的主枝长细比为65～100；
副枝长度是主枝长度的0.05倍-1倍；
优选地选择副枝长度为主枝长度的0.2倍-0.5倍。
一种星型支化纤维增强混凝土，按如下质量份材料进行制备：胶凝材料900-1200份；
集料900-1200份；
含有多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维的总纤维60-70份；
水180-190份；
减水剂10-15份。
本发明所述的星型支化纤维增强混凝土，其特征在于：多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维占总纤维含量的10％～100％；
所述胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰制备；
所述集料由河沙、石英砂、机制砂。
本发明所述的星型支化纤维增强混凝土，主枝采用细长型钢纤维时有利于纤维在混凝土基材中的分散与定向。
一种星型支化纤维增强混凝土的制备方法，将胶凝材料与集料混合搅拌2min后，加入水与减水剂混合液搅拌3-7min，再加入星型支化纤维搅拌3-5min。
本发明所述的星型支化纤维增强混凝土的制备方法，若星型纤维占纤维总量≤100％，应待星型支化纤维与混凝土混合料搅拌均匀后立即投入普通纤维，搅拌3-5min，搅拌过程中应控制星型支化纤维的一次加入量；混合搅拌过程中采用振动搅拌机进行搅拌。
有益效果
本发明提供的星型支化纤维，星型支化纤维的加入有利于提高混凝土多轴抗拉能力，具有抗弯冲击性能好、耐腐蚀和耐久性强的特点。
当副枝与主枝长度比较小时，副枝主要为主枝提供锚固作用，增强混凝土纤维握裹力；当副枝与主枝长度比例较大时，副枝可与主枝一样形成“桥接作用”，抵抗垂直于主枝方向的胶凝材料裂纹开展；通过此纤维实现在提升某一方向性能的同时兼顾其它方向的性能提升，形成多方向同时增强的混凝土体系。
本发明提供的一种星型支化纤维增强混凝土材料中，当主、副枝长度比较大时，副枝作为主枝的加劲肋，提高混凝土胶凝材料与主枝之间的握裹力，增强纤维的“桥接作用”。
本发明提供的一种星型支化纤维增强混凝土材料中，当主、副枝长度比较小时，副枝不仅提高混凝土胶凝材料与主枝之间的握裹力，也抵抗了垂直于主枝之间的拉应力，增强纤维的“桥接作用”。
本发明提供的一种星型支化纤维增强混凝土材料中，当主、副枝长度比合适时，通过定向纤维混凝土工艺(包括但不限于基于流变学原理与磁场诱导定向等工艺)制得的定向纤维混凝土中，若主枝在混凝土中呈单方向排列，副枝可增强垂直于主枝方向的抗拉能力，提高纤维混凝土的受力性能。
本发明与传统纤维混凝土相比，在相同力学性能要求下，星型支化纤维混凝土要求较少的纤维掺量，材料利用效率更高，节省工程成本，具有较高的经济价值、生态价值和工程价值。
本发明提供的星型支化纤维增强混凝土材料的制备方法，，只需混合均匀、搅拌即可，无需额外专用设备，制备简单，操作方便。
附图说明
图1为单点多副枝星型支化纤维示意图。
图2为多点单副枝星型支化纤维示意图。
图3为多点多副枝星型支化纤维示意图。
图4为长短副枝星型支化纤维形式一示意图。
图5为长短副枝星型支化纤维形式二示意图。
图6为螺旋型星型支化纤维示意图。
图中，1为副枝、2为主枝、3为主、副枝节点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，星型支化纤维可采用多种材质，如钢纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维、PVA纤维、聚甲醛纤维等所有可增强混凝土材料性能的纤维，也可以采用多种纤维予以合成、形成多纤维星型支化纤维。
本发明的星型支化纤维，主枝长度方向可具有多点，每点上均具有副枝，形成多点多枝、多点单枝星型支化纤维。
本发明所述的星型支化纤维，主枝长细比为65～100；副枝长度是主枝长度的0.05倍-1倍；优选地选择副枝长度为主枝长度的0.2倍-0.5倍。
优选地主枝采用细长型钢纤维时有利于纤维在混凝土基材中的分散与定向。
主枝长度方向某一点可具有n枝副枝(n＝1、2、3、4、5……)，形成单点单枝、单点多枝形星型支化纤维；通过调节副枝与主枝间夹角，副枝与副枝间夹角可极大的改变星型支化纤维增强混凝土的工作性能和分散能力，以及成型后的材料性能。在不同纤维参量下，选用不同星型支化形式，可以优选地得到具有较好分散能力和工作性能的星型支化纤维增强混凝土。
多点单枝、多点多枝星型支化纤维，其副枝可呈长短不一的分布于主枝上，形成长短副枝星型支化纤维。优选地有两种长短幅枝星型支化纤维：当主枝上中间为长枝，两端为短枝时，当主枝上中间为短枝，两端为长枝时。
多点单枝、多点多枝星型支化纤维，其主枝长度方向的各点上的副枝纤维可呈变夹角分布，或n点上各枝纤维与n+1点上各对应枝纤维呈均匀夹角分布，形成螺旋型星型支化纤维。
本发明的星型支化纤维，各枝纤维均可采用但不限于钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚甲醛纤维等建筑常用纤维。
星型支化纤维具有多种表现形式：
(1)单点多副枝星型支化纤维，主枝上只有一个主、副枝节点，该主、副枝节点上可以有多个副枝；
(2)多点单副枝星型支化纤维，主枝上只有多个主、副枝节点，每个主、副枝节点上只有一个副枝；
(3)多点多副枝星型支化纤维示意图，主枝上只有多个主、副枝节点，每个主、副枝节点上可以有任意多个副枝；
(4)螺旋型星型支化纤维，主枝上只有多个主、副枝节点，每个主、副枝节点上可以有任意多个副枝，副枝纤维呈现一定递增转角排列，形成螺旋枝；
其中，副枝与主枝之间的夹角为α与β、副枝与副枝之间的夹角为γ，螺旋型星型支化纤维递增角为θ。
本发明的星型支化纤维增强混凝土，胶凝材料(由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰等组成)900-1200份；集料(由河沙、石英砂、机制砂等组成)900-1200份；水180-190份；纤维60-70份；减水剂10-15份。星型支化纤维占纤维含量的10％～100％。
本发明的星型支化纤维可采用纤维包括但不限于：钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚甲醛纤维等建筑常用纤维。
本发明的星型支化纤维增强混凝土的制备方法，将胶凝材料与集料混合搅拌2min后，加入水与减水剂混合液搅拌3-7min，再加入星型支化纤维搅拌3-5min，若星型纤维占纤维总量≤100％，应待星型支化纤维与混凝土混合料搅拌均匀后立即投入普通纤维，搅拌3-5min，搅拌过程中应控制星型支化纤维的一次加入量。推荐采用振动搅拌机进行搅拌。
实施案例1：
本发明提供的一种星型支化纤维增强混凝土材料中，当主、副枝长度比较小时，副枝不仅提高混凝土胶凝材料与主枝之间的握裹力，也抵抗了垂直于主枝之间的拉应力，使纤维具有空间上多方向的“桥接作用”。
实施案例2：
本发明提供的一种星型支化纤维增强混凝土材料中，当主、副枝长度比较大时，副枝作为主枝的加劲肋，提高混凝土胶凝材料与主枝之间的握裹力，增强纤维主枝的“桥接作用”。
实施案例3：
本发明提供的一种星型支化纤维增强混凝土材料中，当主、副枝长度比合适时，通过定向纤维混凝土工艺制得的定向纤维混凝土中，若主枝在混凝土中呈单方向排列，副枝可增强垂直于主枝方向的抗拉能力，提高纤维混凝土的受力性能。
实施案例4：
本发明提供的一种星型支化纤维增强混凝土材料中，副枝长度可由长枝和短枝组成，形成长短副枝星型支化纤维。此类星型支化纤维可以结合长附枝和短附枝的有点，得到综合性能最优的星型支化纤维增强混凝土，提高纤维混凝土的受力性能。
实施案例5
本发明提供的一种星型支化纤维增强混凝土材料中，当主枝采用导磁材料制备得到时，通过磁场干预，使得星型支化纤维主枝呈某一方向分布与混凝土中，若主枝在混凝土中呈单方向排列，副枝可增强垂直于主枝方向的抗拉能力，提高纤维混凝土的受力性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种星型支化纤维，其特征在于：包括主枝及多个副枝；沿主枝长度方向设有多个与副枝相接的节点；每个节点上设有单枝副枝或多枝副枝，形成多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维。
2.根据权利要求1所述的星型支化纤维，其特征在于：多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维中副枝以长度分类为：长副枝、短副枝；
位于主枝中间节点为长副枝，以该节点两侧节点上分布短副枝；
位于主枝中间节点为短副枝，以该节点两侧节点上分布长副枝。
3.根据权利要求1所述的星型支化纤维，其特征在于：所述多点单枝的星型支化纤维中多个副枝之间呈变夹角分布，形成多点单枝螺旋星型支化纤维；
所述多点多枝星型支化纤维中多个副枝之间呈变夹角分布；形成多点多枝螺旋星型支化纤维。
4.根据权利要求1所述的星型支化纤维，其特征在于：所述多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维为：钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚甲醛纤维。
5.根据权利要求2所述的星型支化纤维，其特征在于：所述的主枝长细比为65~100；
副枝长度是主枝长度的0.05倍-1倍。
6.一种星型支化纤维增强混凝土，其特征在于：按如下质量份材料进行制备：胶凝材料900-1200份；
集料900-1200份；
含有多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维的总纤维60-70份；
水180-190份；
减水剂10-15份。
7.根据权利要求6所述的星型支化纤维增强混凝土，其特征在于：多点多枝星型支化纤维或多点单枝的星型支化纤维占总纤维含量的10%~100%；
所述胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰制备；
所述集料由河沙、石英砂、机制砂。
8.如权利要求6所述的星型支化纤维增强混凝土，其特征在于：主枝采用细长型钢纤维。
9.一种星型支化纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于：将胶凝材料与集料混合搅拌2min后，加入水与减水剂混合液搅拌3-7min，再加入星型支化纤维搅拌3-5min。
10.根据权利要求9所述的星型支化纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于：若星型纤维占纤维总量≤100%，应待星型支化纤维与混凝土混合料搅拌均匀后立即投入普通纤维，搅拌3-5min，搅拌过程中应控制星型支化纤维的一次加入量；
混合搅拌过程中采用振动搅拌机进行搅拌。
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