[發明專利]鋼纖維聚合物混凝土復合結構及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201610077878.4
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105621993A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 黃培彥;郭馨艷;鄭小紅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;E01D19/00;E01D101/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

技術領域

本發明屬于土木建筑與交通運輸工程領域，具體涉及一種鋼纖維聚合物混 凝土復合結構及其制備方法與應用。

背景技術

對于大跨度混凝土橋梁上部結構，在施工或運營期間，結構局部，例如連 續剛構橋的0號塊、1號塊、1/4跨、跨中附近節段及合攏段等，處于復雜應力狀 態并會出現較大的拉應力或剪應力，造成開裂并影響結構的耐久性。較多的工 程實踐表明，采用普通的高強混凝土材料，僅僅靠提高材料強度還不能滿足上 述橋梁結構的抗裂性及耐久性要求。高強、高韌化是土木建筑及交通領域對材 料和結構性能要求的發展趨勢。目前，高強或高韌混凝土主要有三類：普通高 強混凝土、鋼纖維混凝土、鋼纖維增強聚合物改性混凝土；復合結構主要為鋼- 混凝土復合結構。

普通高強混凝土雖然強度高、造價低廉，應用廣泛，但易出現干燥收縮開 裂、疲勞及沖擊荷載下的開裂，不能滿足處于復雜應力狀態的橋梁等混凝土結 構的抗裂性及耐久性要求。

鋼纖維混凝土比普通混凝土具有更高的抗拉壓、抗彎、抗剪強度，其抗疲 勞、抗沖擊和耐久性能也有較大的改善。但鋼纖維對防止混凝土的初裂貢獻不 大；鋼纖維混凝土的抗滲性、耐堿性、耐候性和抗變形能力較差，而且普通鋼 纖維在混凝土中易被銹蝕，使結構外表面過早被破壞；不銹鋼鋼纖維價格較貴， 難以推廣應用。

以往的鋼纖維增強聚合物改性混凝土，雖然有較好的粘結性、抗滲性、耐 堿性、耐候性和較大的變形能力等，但目前的鋼纖維增強聚合物改性混凝土屬 于中低強混凝土，還無法應用于混凝土橋梁上部結構等需要高強度的承載結構 中。

鋼-混凝土復合/組合結構主要有鋼-混凝土組合梁、鋼骨混凝土結構、鋼管 混凝土結構、壓型鋼板混凝土組合板等四類，其優點是能夠減少結構高度、減 輕重量，具有良好的延性和剛度，抗沖擊、抗疲勞、穩定性好。但鋼結構件與 混凝土構件之間的變形協調性較差，其結合部是該類復合/組合結構安全的軟肋， 而且施工性較差、造價偏貴，鋼結構部分的耐堿性、耐候性和耐久性還有待于 改善。

發明內容

為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一 種鋼纖維聚合物混凝土復合結構。

本發明的另一目的在于提供上述鋼纖維聚合物混凝土復合結構的制備方 法。

本發明的再一目的在于提供上述鋼纖維聚合物混凝土復合結構的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構，所述復合結構的受拉或/和受剪部位使 用鋼纖維聚合物結構混凝土材料(SFPSC)，其它部位使用普通高強混凝土材料； 所述鋼纖維聚合物結構混凝土材料和普通高強混凝土材料具有相差≤2MPa的 抗壓強度。

所述的復合結構包括箱梁、工字梁、T型梁、矩形梁、空心板梁等結構。所 述復合結構的結構示意圖如圖1所示。

所述的鋼纖維聚合物結構混凝土材料由以下質量百分比的組分配制而成： 碎石41％～45％、中砂25％～28％、水泥18％～21％、水6.3％～7.3％、鋼纖維 2.1％～3.1％、減水劑0.21％～0.29％、乳膠0.25％～0.29％和粉煤灰0.10％～0.40％。

優選地，所述的鋼纖維為壓痕形或波浪形鋼纖維。

優選地，所述的減水劑為聚羧酸高性能減水劑。

優選地，所述的乳膠為丁苯乳膠，是一種遇水可再分散醋酸乙烯酯/乙烯共 聚膠粉。

上述鋼纖維聚合物混凝土復合結構的制備方法，包括以下步驟：

(1)確定復合結構中的受拉、受剪部位，在受拉和/或受剪部位使用鋼纖維 聚合物結構混凝土材料，在其它部位使用普通高強混凝土材料；

(2)配置底板或下翼緣板等位于底部構件的材料并進行澆注，再按照普通 混凝土的方法養護4～24小時，若無底部構件則直接進入步驟(3)；

(3)配置腹板或肋等位于中部構件的材料并進行澆注，再按照普通混凝土 的方法養護4～24小時；

(4)配置頂板或上翼緣板等位于上部構件的材料并澆注，再按照普通混凝 土的養護方法對整個復合結構進行養護，得到鋼纖維聚合物混凝土復合結構。

優選地，所述鋼纖維聚合物結構混凝土材料通過如下方法制備：

(1)根據質量百分比將碎石、中砂、鋼纖維投入攪拌機干拌；

(2)加入水泥、乳膠和粉煤灰，再干拌；