CN1686906A - 高性能混杂纤维增强混凝土 - Google Patents
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Abstract
一种属于建筑材料技术领域的高性能混杂纤维增强混凝土，包含的组分及其体积百分比为：高弹性模量纤维：1％－5％，低弹性模量纤维：0.2％－3％，余量：普通混凝土。所述的高弹性模量纤维为弹性模量高于混凝土纤维的材料，是指钢纤维、碳纤维、玻璃纤维的一种。所述的低弹性模量纤维为弹性模量低于混凝土纤维的材料，是指维纶纤维、丙纶纤维、腈纶纤维、尼龙纤维、乙纶纤维的一种。本发明利用纤维混杂技术，使用于窨井盖制造的混凝土既具有较高强度，又有较高抗冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种混凝土，具体地说，是一种高性能混杂纤维增强混凝土。属于建筑材料技术领域。
背景技术
在工程材料中，短纤维广泛用于混凝土材料的增强。根据纤维的弹性模量，分为两类纤维：高弹性模量纤维和低弹性模量纤维。高弹性模量纤维指钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等杨氏模量高于混凝土的纤维，低弹性模量纤维指维纶纤维、丙纶纤维、腈纶纤维、尼龙纤维、乙纶纤维等弹性模量低于混凝土的纤维。高弹性模量的纤维能够提高混凝土的抗拉强度；低弹性模量的纤维对于混凝土的强度没有提高作用，但是对于混凝土的抗冲击性能和耐疲劳性能均能使其得到较大的提高。工程中往往根据需要选用一种纤维来增强混凝土。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号CN 1107407A，公开日为1995年8月30日，发明名称为：一种高韧性抗断裂混凝土，该专利自述为：一种高韧性抗断裂混凝土制品，以水泥、砂石为原料混合浇注构成，其特征是在水泥、砂石混合物料中还混有重量比为2-20％的钢丝短节。其不足之处是：单一纤维掺入量过大，会导致纤维成团，达不到增强的效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种高性能混杂纤维增强混凝土，利用纤维混杂技术，使应用于窨井盖制造的混凝土既具有较高强度，又有较高抗冲击性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包含的组分及其体积百分比为：高弹性模量纤维：1％-5％，低弹性模量纤维：0.2％-3％，余量：普通混凝土。
所述的高弹性模量纤维为弹性模量高于混凝土纤维的材料，是指钢纤维、碳纤维、玻璃纤维的一种；所述的低弹性模量纤维为弹性模量低于混凝土纤维的材料，是指维纶纤维、丙纶纤维、腈纶纤维、尼龙纤维、乙纶纤维的一种。
本发明将两种高、低弹性模量的不同的短纤维采用专门的混杂工艺掺入混凝土，可以达到既提高混凝土的强度又能提高其韧性。将高低弹性模量的纤维混杂用来增强混凝土，能够取得比采用单一某种纤维增强混凝土的更好的效果，特别是大大提高了混凝土的抗拉强度和抗冲击性能，从而获得高性能的混凝土窨井盖。将混杂增强的原理应用于混凝土窨井盖的制作中，经试验发现，采用钢和尼龙纤维混杂增强的窨井盖在强度和韧性均优于钢纤维混凝土窨井盖，能够大大改善窨井盖的抗裂性能和抗冲击性能，提高它的强度和耐久性。
本发明的有益效果是：采用高、低模量纤维混杂增强的方式提高混凝土窨井盖的强度和韧性，从而提高了混凝土窨井盖的性能和使用寿命。与现有技术相比，高低模量纤维混杂增强混凝土的效果要高于目前采用的单一纤维增强的混凝土的效果，特别是抗冲击性能和耐疲劳性能方面，能够有较大的提高。由于使用寿命的提高，能够减少城市繁忙路段窨井盖的更换周期，社会效益明显；而在提高使用寿命的同时其生产成本基本保持不变，因此，经济性比较明显。
具体实施方式
实施例1：
高模量纤维：碳纤维；
低模量纤维：尼龙纤维；
混凝土：级配为水泥∶石子∶砂∶水＝1∶2.5∶2.1∶0.5。水泥采用52.5R硅酸盐水泥。
分别进行弯折试验和抗冲击性能试验(直径为150mm的60mm高的圆柱体)，试验结果如下。
| 纤维体积含量 | 弯折强度 | 抗冲击次数 | ||
| 碳纤维 | 尼龙纤维 | (MPa) | 初裂次数 | 破坏次数 |
| 0 | 0 | 8.3 | 6 | 11 |
| 2.6％ | 0 | 14.3 | 19 | 47 |
| 0 | 1.5％ | 8.5 | 13 | 42 |
| 2.6％ | 1.5％ | 13.8 | 34 | 85 |
由试验结果可见，碳-尼龙混杂纤维混凝土能够使混凝土的抗弯强度和抗冲击性能大大提高，碳-尼龙纤维混凝土的抗冲击性能是素混凝土的7.7倍，碳纤维混凝土的1.8倍。
实施例2：
高模量纤维：钢纤维；
低模量纤维：尼龙纤维；
混凝土：级配为水泥∶石子∶砂∶水＝1∶3.3∶2.3∶0.5。水泥采用52.5R硅酸盐水泥。
分别进行弯折试验和抗冲击性能试验(直径为150mm的60mm高的圆柱体)，试验结果如下。
| 纤维体积含量 | 弯折强度 | 抗冲击次数 | ||
| 钢纤维 | 尼龙纤维 | (MPa) | 初裂次数 | 破坏次数 |
| 0 | 0 | 5.9 | 5 | 8 |
| 1.00％ | 0 | 6.0 | 16 | 32 |
| 0 | 0.2％ | 5.4 | 12 | 24 |
| 1.00％ | 0.2％ | 6.8 | 29 | 71 |
由试验结果可见，钢-尼龙混杂纤维混凝土能够使混凝土的弯折强度和抗冲击性能大大提高，按破坏次数计，钢-尼龙纤维混凝土的抗冲击性能是素混凝土的8.9倍，钢纤维混凝土的2.2倍。
实施例3：
高模量纤维：钢纤维；
低模量纤维：维纶纤维；
混凝土：级配为水泥∶石子∶砂∶水＝1∶3.3∶2.3∶0.5。水泥采用52.5R硅酸盐水泥。
分别进行弯折试验和抗冲击性能试验(直径为150mm的60mm高的圆柱体)，试验结果如下。
| 纤维体积含量 | 弯折强度 | 抗冲击次数 | ||
| 钢纤维 | 维纶纤维 | (MPa) | 初裂次数 | 破坏次数 |
| 0 | 0 | 5.9 | 5 | 8 |
| 1.0％ | 0 | 6 | 21 | 29 |
| 0 | 2.5％ | 8.1 | 18 | 33 |
| 1.0％ | 2.5％ | 9.3 | 35 | 81 |
由试验结果可见，钢-维纶纤维混杂纤维混凝土能够使混凝土的抗弯强度和抗冲击性能大大提高，钢-维纶纤维混凝土的抗冲击性能是素混凝土的10.1倍，钢纤维混凝土的2.5倍。
实施例4：
高模量纤维：钢纤维；
低模量纤维：丙纶纤维；
混凝土：级配为水泥∶石子∶砂∶水＝1∶3.3∶2.3∶0.5。水泥采用52.5R硅酸盐水泥。
分别进行弯折试验和抗冲击性能试验(直径为150mm的60mm高的圆柱体)，试验结果如下。
| 纤维体积含量 | 弯折强度 | 抗冲击次数 | ||
| 钢纤维 | 丙纶纤维 | (MPa) | 初裂次数 | 破坏次数 |
| 0 | 0 | 5.9 | 5 | 8 |
| 5.00％ | 0 | 7.1 | 37 | 58 |
| 0 | 3.0％ | 5.2 | 29 | 51 |
| 5.00％ | 3.0％ | 8.0 | 53 | 95 |
由试验结果可见，钢-丙纶混杂纤维混凝土能够使混凝土的弯折强度和抗冲击性能大大提高，按破坏次数计，钢-丙纶纤维混凝土的抗冲击性能是素混凝土的11.9倍，钢纤维混凝土的1.6倍。
实施例5：
高模量纤维：钢纤维；
低模量纤维：腈纶纤维；
混凝土：级配为水泥∶石子∶砂∶水＝1∶3.3∶2.3∶0.5。水泥采用52.5R硅酸盐水泥。
分别进行弯折试验和抗冲击性能试验(直径为150mm的60mm高的圆柱体)，试验结果如下。
| 纤维体积含量 | 弯折强度 | 抗冲击次数 | ||
| 钢纤维 | 腈纶纤维 | (MPa) | 初裂次数 | 破坏次数 |
| 0 | 0 | 5.9 | 5 | 8 |
| 5.00％ | 0 | 7.1 | 37 | 58 |
| 0 | 3.0％ | 6.2 | 31 | 47 |
| 5.00％ | 3.0％ | 8.2 | 55 | 97 |
由试验结果可见，钢-腈纶纤维混杂纤维混凝土能够使混凝土的弯折强度和抗冲击性能大大提高，按破坏次数计，钢-腈纶纤维混凝土的抗冲击性能是素混凝土的12.1倍，钢纤维混凝土的1.7倍。
实施例6：
高模量纤维：玻璃纤维；
低模量纤维：乙纶纤维；
混凝土：级配为水泥∶石子∶砂∶水＝1∶3.3∶2.3∶0.5。水泥采用52.5R硅酸盐水泥。
分别进行弯折试验和抗冲击性能试验(直径为150mm的60mm高的圆柱体)，试验结果如下。
| 纤维体积含量 | 弯折强度 | 抗冲击次数 | ||
| 玻璃纤维 | 乙纶纤维 | (MPa) | 初裂次数 | 破坏次数 |
| 0 | 0 | 5.9 | 5 | 8 |
| 5.00％ | 0 | 6.0 | 9 | 13 |
| 0 | 0.2％ | 5.8 | 6 | 17 |
| 5.00％ | 0.2％ | 6.7 | 15 | 32 |
由试验结果可见，玻璃-乙纶纤维混杂纤维混凝土能够使混凝土的弯折强度和抗冲击性能大大提高，按破坏次数计，玻璃-乙纶纤维混凝土的抗冲击性能是素混凝土的4.0倍，钢纤维混凝土的2.5倍。
Claims (3)
1、一种高性能混杂纤维增强混凝土，其特征在于，包含的组分及其体积百分比为：高弹性模量纤维：1％-5％，低弹性模量纤维：0.2％-3％，余量：普通混凝土。
2、根据权利要求1所述的高性能混杂纤维增强混凝土，其特征是，所述的高弹性模量纤维为弹性模量高于混凝土纤维的材料，是指钢纤维、碳纤维、玻璃纤维的一种。
3、根据权利要求1所述的高性能混杂纤维增强混凝土，其特征是，所述的低弹性模量纤维为弹性模量低于混凝土纤维的材料，是指维纶纤维、丙纶纤维、腈纶纤维、尼龙纤维、乙纶纤维的一种。
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