[發明專利]一種鋼纖維與高性能合成纖維混雜的增韌型RPC及制備方法

有效

• 申請號: 201310422137.1
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103496894A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 鄧宗才
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B14/48
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種鋼纖維與高性能合成纖維混雜的增韌型RPC及制備方法，屬于混凝土技術領域，適用于橋梁、道路、房屋建筑結構構件等對韌性要求較高的混凝土工程結構，屬于混凝土技術領域。

背景技術

RPC（Reactive?Powder?Concrete，以下簡寫為RPC），是一種具有超高強、高耐久性和高體積穩定性的新型高性能混凝土。由于其制備、施工工藝的不同，使其力學性能、變形能力和耐久性明顯區別于普通混凝土和高強混凝土，包括：無粗骨料，最大限度地減小尺寸缺陷；摻加鋼纖維，增加韌性；使用高效減水劑，降低水膠比和孔隙率；高溫養護，促進膠凝材料的水化反應。RPC適用于對結構有高耐久、高強和輕質要求的工程領域。但是，未加鋼纖維的RPC變形能力較差，脆性大，屬于無預兆的脆性破壞。摻入鋼纖維雖有一定的阻裂性能，增加材料韌性，但鋼纖維摻量較少時，其增韌效果有限,而加入過多則可能造成攪拌困難,混凝土不密實與造價過高等缺點。由于RPC的韌性主要由鋼纖維與基體之間的相對滑移摩擦力提供，而摩擦力的大小由基體的密實程度和纖維的摻量決定。如果加入過多的鋼纖維，基體密實性得不到保障、流動性差，從而減少了纖維與基體的粘結強度，RPC的高強度和韌性又實現不了，因此只摻入鋼纖維對提高RPC韌性的作用有限。

如果在RPC中加入摻入鋼纖維的同時，摻入粗聚乙烯醇纖維和高強度和高模量聚乙烯細纖維。粗聚乙烯醇纖維是一種合成纖維，其分散性很好，強度高，表面有羥基，與水泥基體粘結粘結性能優越，其增韌效果非常明顯；聚乙烯醇纖維生產原料來源廣、制備簡單、價格較低、應用廣泛。另外粗聚乙烯醇纖維直徑較大、表面為壓痕異形且粗糙，與基體之間接觸面積大，機械錨固力強，纖維在于基體滑移的工程中，顯著改善RPC的韌性和耗能能力。但由于粗聚乙烯醇纖維對微觀、細觀微裂紋的阻裂效果較小，而細聚乙烯纖維具有親水性、高強度、高彈性模量、以及良好的界面粘結性能，該纖維耐磨、抗酸堿、耐候性等優勢。因屬于親水性材料,與水泥等組成的基體結合緊密,可以顯著改善混凝土微觀結構和提高韌性。RPC中加入細聚乙烯纖維，纖維在膠體中均勻分布可以延緩RPC的微細裂縫的萌生和擴展，增加基體抗裂性和耗能能力，最終提高RPC的韌性。但細聚乙烯纖維直徑小、摻量高時影響分散性，因此增韌效果受到限制。將鋼纖維、粗聚乙烯醇纖維和細聚乙烯纖維同時加入RPC，充分發揮粗聚聚乙烯醇纖維易分散和可以較高摻量的優勢，同時摻入的細聚乙烯纖維與混凝土基體粘結性能優異、強度和彈性模量高、阻裂效果顯著等優勢。因此鋼纖維、粗聚乙烯醇纖維和細聚乙烯纖維在RPC中能夠交錯分布相互補充、優勢互補，實現在不同尺度、不同層次的增韌和增強，以充分發揮各自的特性和優勢，最終達到良好的混合增韌效果。

發明內容

粗聚乙烯醇纖維表面有羥基，屬于親水材料，其直徑大、表面壓痕、粗糙，與基體之間接觸面積大，機械錨固力強，能夠很好的增加混凝土的韌性；另外，粗聚乙烯醇纖維分散性很好，摻量可較高，而不結團。細聚乙烯纖維具有親水性、高強高模量的特點，與水泥等組成的基體結合較為緊密，在混凝土中具有很好的分散性，與RPC界面粘結牢靠，可改善RPC微觀結構，可延緩RPC內部微細裂縫的萌生和擴展，實現多裂縫擴展。但細聚乙烯纖維直徑小、比較柔軟，不宜摻量高。因此，經發明人實踐，將鋼纖維和這兩種合成纖維按照一定的體積摻量同時加入到RPC中，既利用粗聚乙烯醇纖維分散性優異和增韌效果顯著的特點，同時也充分利用細聚乙烯纖維的親水性、高強高模量和界面粘結性能優越的特點，進而每種纖維的優勢得到充分利用，最終實現RPC增韌的目的。

為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種鋼纖維與高性能合成纖維混雜的增韌型RPC，其特征在于：其原料組份包括普通水泥、超細水泥、石英砂、摻合料、外加劑、鋼纖維、粗聚乙烯醇纖維、細聚乙烯纖維、水；其中水膠比為0.18～0.21，普通水泥、超細水泥分別占混凝土總質量的17%～20%、8%～9%，鋼纖維長度為10～13mm、直徑為0.15～0.25mm；粗聚乙烯醇纖維長度為35～45mm、直徑為0.9～1.2mm；細聚乙烯纖維長度為8～14mm、直徑為10～14μm；纖維摻量按占混凝土總體積的百分比計算，鋼纖維、粗聚乙烯醇纖維、細聚乙烯纖維分別為整個混凝土體積的1%～3%、1.2%～1.7%、0.3%～0.6%、石英砂的用量為混凝土總質量的40-44%。

所述的摻合料為粒化高爐礦渣，比表面積為400-440m²/kg，其用量為混凝土總質量的16-17%。