一种超高性能纤维增强混凝土及其制备方法与流程

本发明属于混凝土，具体涉及一种超高性能纤维增强混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、

2、超高性能纤维增强混凝土，或称反应性粉末混凝土，是当今最有前途的水泥基纤维增强复合材料之一。超高性能纤维增强混凝土具有密集填充的砂浆基体，由随机分布的高强度短切钢纤维强制加固，表现出伴随多次开裂的应变硬化行为。砂浆基质通常包含水泥、细砂(平均尺寸<0.5毫米)、微硅粉或硅灰、超级增塑剂和水/粘合剂比低的水。超高性能纤维增强混凝土制备时不使用粗骨料，以确保纤维的均匀分散和最大的堆积密度。这种超高性能纤维增强混凝土比普通强度混凝土、高性能混凝土具有更高的抗拉强度、抗压强度、断裂能、延展性和耐久性。然而，这种材料的潜力在工程实践中远未开发，主要是由于其成本比其他混凝土产品高出许多倍。因此，优化材料、纤维的掺量与混合效应从而降低超高性能纤维增强混凝土的成本，对于超高性能纤维增强混凝土未来发展与应用至关重要。

3、现有文献cn 107721317 a公开了一种玄武岩和聚乙烯醇(pva)混杂纤维混凝土的制备方法，其中混杂纤维为低掺量的玄武岩纤维和pva纤维组成的混杂纤维，但混凝土整体的抗压强度和抗折强度难以满足超高性能纤维增强混凝土的性能要求，对于极端环境该混凝土并不适用。

4、基于此，开发一种适用极端恶劣环境的超高性能纤维增强混凝土极为迫切。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种超高性能纤维增强混凝土及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明第一方面提供一种超高性能纤维增强混凝土，主要由下述质量份的原料制备而成：水泥60～65份、硅灰15～36份、粉煤灰20～50份、石英粉20～25份、石英砂45～55份、混杂纤维4～8份、减水剂1～2份、水20～100份。

4、优选地，所述混杂纤维主要由玄武岩纤维、pva纤维和超高分子量聚乙烯(pe)纤维混杂而成。

5、更加优选地，先对所述玄武岩纤维进行改性处理，得到改性玄武岩纤维，再将所述改性玄武岩纤维与pva纤维、pe纤维混杂。

6、更加优选地，以质量份计，所述混杂纤维主要由2～4份改性玄武岩纤维、1～2份pva纤维和1～2份超高分子量聚乙烯(pe)纤维混杂而成。

7、更加优选地，以质量份计，所述混杂纤维主要由3份改性玄武岩纤维、2份pe纤维和1份pva纤维混杂而成。

8、优选地，所述玄武岩纤维为不同长度的玄武岩纤维组合。

9、更加优选地，所述玄武岩纤维为长度为6mm、9mm、12mm、18mm的玄武岩纤维中的至少两种的组合。

10、更加优选地，所述玄武岩纤维为6mm和18mm长度的玄武岩纤维按质量份为1:1的组合。

11、更加优选地，所述玄武岩纤维为6mm、9mm和18mm长度的玄武岩纤维按质量份为1:1:1的组合。

12、优选地，所述玄武岩纤维的直径为15～19μm，断裂伸长率为2.5％～3.1％，弹性模量为98～110mpa，断裂强度大于1.25gpa。

13、更加优选地，所述玄武岩纤维的直径为17μm。

14、优选地，所述玄武岩纤维改性方法为：玄武岩纤维与偶联剂在高温条件下反应后得到改性玄武岩纤维。

15、优选地，所述高温为90℃～100℃；更加优选地，所述高温为95℃。

16、优选地，所述反应时间为6～7h；更加优选地，所述反应时间为6.5h。

17、优选地，所述偶联剂重量/玄武岩纤维重量＝(0.7-0.8):1。

18、优选地，所述偶联剂为kh-550、kh560、kh570中的至少一种。

19、优选地，所述超高性能纤维增强混凝土还包括钢纤维2～5份。

20、优选地，所述钢纤维为废旧轮胎回收钢纤维。

21、优选地，所述水泥为硅酸盐水泥、矿渣水泥中的至少一种。

22、优选地，所述硅灰的密度为1.8～2.5g/cm3，硅灰中二氧化硅的含量为85％～95％。

23、更加优选地，所述硅灰的密度为2.232g/cm3，硅灰中二氧化硅的含量为93.7％。

24、优选地，所述粉煤灰为i级粉煤灰，密度为2.0～2.6g/cm3。

25、更加优选地，所述粉煤灰密度为2.4g/cm3。

26、优选地，所述石英砂细度为20～40目，密度为2.2～2.8g/cm3。

27、更加优选地，所述石英砂密度为2.654g/cm3。

28、优选地，所述石英粉密度为2.4～2.8g/cm3。

29、本发明第二方面提供上述第一方面所述超高性能纤维增强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

30、(1)将改性玄武岩纤维、pva纤维和pe纤维混杂，得到混杂纤维；

31、(2)将水泥、粉煤灰、硅灰和减水剂混合；随后，依次加入水、石英粉和石英砂；

32、(3)加入混杂纤维，利用超声分散进行混合分散，搅拌后得到混凝土浆液；

33、(4)将所述混凝土浆液硬化后即得超高性能纤维增强混凝土。

34、优选地，步骤(2)中所述水泥、粉煤灰、硅灰和减水剂的混合在混凝土砂浆搅拌机中完成；所述搅拌时间为6～10min；所述搅拌速度为100～150转/分钟；更加优选地，所述搅拌时间为8min。

35、优选地，步骤(2)中所述加入水、石英粉和石英砂后分别搅拌；先以200～300转/分钟速度搅拌4～6min，再提高搅拌速度至500～800转/分钟，继续搅拌8～12min。

36、更加优选地，步骤(2)中所述加入水、石英粉和石英砂后分别搅拌；先以200～300转/分钟速度搅拌5min，再提高搅拌速度至500～800转/分钟，继续搅拌10min。

37、优选地，步骤(2)中所述超声波频率为15～20khz，超声分散时间为2～4min；更加优选地，超声分散时间为3min。

38、优选地，步骤(2)中所述搅拌速度为500～800转/分钟，搅拌时间为5～15min分钟；更加优选地，所述搅拌时间为5min。

39、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

40、(1)本发明提供的超高性能纤维增强混凝土中，改性玄武岩纤维、pva纤维和pe纤维在混凝土内部的杂乱分布形成了三维网状结构，构成更加均匀的支撑体系，对裂缝的产生和延展具有一定的阻碍作用。不同纤维混杂产生协同作用，从而达到对超高性能纤维增强混凝土增强增韧的效果，使得形成的混凝土结构具有更好的抗折强度、抗压强度。

41、(2)不同改性玄武岩纤维、pva纤维和pe纤维混杂比例以及不同长度玄武岩纤维混杂对超高性能纤维增强混凝土力学性能影响具有一定的影响。本发明提供了较优的纤维种类混杂配比和纤维长度混杂配比，制得的超高性能纤维增强混凝土具有优异的力学性能，能够适用于恶劣环境下对混凝土的性能要求。

42、(3)本发明中对玄武岩纤维进行改性处理，明显提高了混凝土各组分混合的均匀性和抗水分散性能。

43、(4)本发明所述技术方案中，各原料的配比是经过多次试验所得，制备的超高性能纤维增强混凝土具有优异的力学性能，能够长期适用于高铁电缆槽和盖、人行天桥、轻质桥面板、矮肋板组合梁、钢架拱桥、建筑外饰面和修复加固结构等方面。