[发明专利]一种高韧性控裂防渗纤维混凝土

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种纤维混凝土材料。

背景技术

混凝土作为应用最广泛的建筑材料，其主要成分包括水泥、活性矿物掺合 料、骨料和水，具有原料来源广泛、工艺简单、防火性能好等优点，但它是一 种脆性材料，抗拉和抗弯强度低、变形能力小、韧性差、易开裂且开裂后裂缝 宽度难以控制。混凝土的低韧性使得结构在变截面位置以及钢/混凝土混杂结构 节点等部位可能由于应力集中而导致突发的灾难性破坏，在地震荷载作用下， 混凝土结构也常常会因此发生保护层的过早崩裂，从而导致结构的抗震性能显 著降低。在当前的经济和技术水平下，人们通常认为混凝土的开裂几乎是不可 避免的，裂缝尤其是有害裂缝不仅有碍观瞻，给人们带来心理压力，更会降低 结构的使用性能，当裂缝宽度达到一定程度后，会显著增加混凝土的渗透性， 水、二氧化碳、氯离子会加速侵入混凝土内部，危害结构的安全，影响使用寿 命，成为一些灾难性事故的隐患。我国《混凝土坝养护修理规程》(SL230-98) 规定，钢筋混凝土结构在三类环境条件即水位变动区，或有侵蚀性地下水的环 境下，按耐久性和防水性要求，裂缝应当小于0.1mm，在四类环境条件即海水 浪溅区、潮湿并有严重侵蚀性介质环境下，按防水要求，裂缝应当小于0.05mm。 依据上述规范，应当将三类环境混凝土裂缝宽度控制在0.1mm以下，将四类环 境混凝土裂缝宽度控制在0.05mm以下，以有效保证钢筋混凝土结构的耐久性和 抗渗性；我国《钢筋混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)规定，钢筋混凝 土构件在使用除冰盐以及严寒、寒冷地区冬季水位变动区、滨海室外环境下， 最大裂缝宽度限值为0.2mm。因此，提高混凝土的抗拉和抗弯强度，增加混凝 土材料的韧性及其结构的延性，提高混凝土的裂缝控制能力，将混凝土裂缝宽 度稳定地控制在0.1mm甚至是0.05mm以下，是混凝土研究中一个极其重要的 目标。

实现上述目标有效可行的方法是利用纤维增强增韧。近年来，聚丙烯纤维 和钢纤维等短切纤维混凝土得到了广泛的应用，并取得良好效果。低纤维掺量 混凝土的纤维体积掺率通常小于混凝土总体积的0.5％，如常用的聚丙烯纤维混 凝土，聚丙烯纤维的体积掺率通常在0.05％～0.2％，主要用于提高混凝土早期抗 裂性能，但聚丙烯纤维的强度低(通常在300～600MPa)、弹模量低(3～10GPa)， 对混凝土的增韧效果有限，对弯拉强度无明显增强作用，无法在混凝土出现裂 缝后提供足够的桥联应力，裂缝会快速扩展。中等纤维掺量混凝土的纤维体积 掺率通常在0.5％～3％，如常用的纤维用量为1％～2％的钢纤维混凝土，由于钢纤 维具有较高的抗拉强度(380～1400MPa)和较高的弹性模量(150～210GPa)，所 以可明显提高混凝土的抗拉和抗弯强度，相应的抗弯韧性、抗冲击及抗疲劳等 性能也有明显提高，但变形能力并没有明显改善，其拉应变能力在0.01％～0.03％ 量级，材料在开裂后仍然无法对裂缝宽度进行有效控制。高纤维掺量混凝土纤 维体积掺率通常在4％～20％，如砂浆渗浇钢纤维混凝土(SIFCON)，在拉伸和 弯曲荷载作用下具有应变硬化和多缝开裂特性，其抗拉强度、抗弯强度、韧性 较混凝土有较大提高，但高达4％～20％的纤维掺量使材料成本成倍提高并需要 专门的浇筑工艺才能加工成型，因此限制了在工程中的推广应用。

申请号为03129358.1的发明专利申请公开了一种高韧性混杂纤维混凝土及 其制备方法，该技术采用中等纤维掺量，以普通混凝土为基础，使用占混凝土 体积百分比为0.1-0.2％的碳纤维和占混凝土体积百分比为0.3-0.9％的钢纤维混 杂增强，虽然该材料的强度和韧性较混凝土有明显提高，但变形能力和裂缝控 制能力较普通中等掺量纤维混凝土没有明显改善。专利号为ZL 200510046878.X 的发明专利公开了一种使用短纤维和纤维编织网联合增强水泥基复合材料，该 材料虽然具有将裂缝进行微细化分散的能力，但使用纤维编织网联合短纤维进 行增强，增加了材料的施工程序，也提高了造价。

发明内容

本发明的目的，是提供一种高韧性控裂防渗纤维混凝土，能大幅度提高混 凝土的变形能力、抗弯强度，具备较高的抗拉强度和良好的耗能能力，有效实 现裂缝的微细化分散，提高结构的抗震、控裂防渗性能。

本发明的技术方案为：