[发明专利]一种非金属纤维增强超高性能混凝土

说明书

本发明公开了一种非金属纤维增强超高性能混凝土及其制备工艺，该材料按照质量份数，由以下组分组成：高吸湿率非金属纤维0.1‑1份，低吸湿率非金属纤维1‑3份，水泥7‑90份，水10‑25份，化学外加剂0.5‑1份，矿物掺合料7‑90份，细集料70‑130份，粗集料10‑70份。本发明采用的非金属纤维增强超高性能混凝土具有高韧性、低减缩、耐腐蚀的优异性能，可应用于海港码头、盐渍土和除冰盐环境混凝土建筑物、地铁工程等高耐久性要求的工程结构。

技术领域

本发明属于交通工程材料技术领域，具体涉及一种非金属纤维增强超高性能混凝土及其制备工艺。

背景技术

超高性能混凝土是指由水泥、矿物掺合料、集料、纤维、化学外加剂和水等原材料制成的具有超高力学性能、超高抗渗性能的高韧性水泥基复合材料。一方面，由于超高性能混凝土的超低水胶比(一般小于0.20)、高胶凝材料用量，导致其自生体积收缩较大，易产生开裂现象；另一方面，超高性能混凝土掺加了体积比为1％-2％的钢纤维，使得港口码头、盐渍土和除冰盐环境混凝土建筑物等氯盐环境下钢纤维易产生锈蚀肿胀，在地铁工程结构物中因杂散电流而产生腐蚀，影响结构的外观、力学性能和耐久性能。

为了解决超高性能混凝土的自生体积收缩大的问题，常采用掺膨胀剂、吸水性高分子材料、提高矿物掺合料掺量、掺加减缩化学外加剂等技术措施。这些减缩措施在一定程度上降低了超高性能混凝土的收缩，但仍然存在一定的问题。超高性能混凝土的强度等级越高，膨胀剂的效能发挥就越受到限制。在高胶凝材料低水胶比的浆体中吸水性高分子材料分散均匀性尚没有有效解决，且掺加吸水性高分子材料降低了基体的力学性能。矿物掺合料掺量越高，会使浆体黏度升高，纤维分散更加困难，同时也会使超高性能混凝土强度等级降低。减缩型化学外加剂可以大幅度降低混凝土因毛细吸附导致的干燥变形，而对化学反应产生的自生体积收缩效果有限。

为了避免钢纤维锈蚀，常采用合成纤维(如用聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯纤维)或玻璃纤维替代钢纤维。上述合成纤维的弹性模量在6-35GPa之间，而超高性能混凝土的弹性模量≥40GPa,合成纤维低于混凝土基体的弹性模量，不利于提升混凝土的韧性。玻璃纤维尽管弹性模量(70-80GPa)高于混凝土基体，但其耐碱性较差，不利于超高性能混凝土的长期耐久性。

发明内容

为了降低超高性能混凝土自生体积收缩、提高纤维的抗盐腐蚀性能，本发明提供一种非金属纤维增强超高性能混凝土，既具有钢纤维增强超高性能混凝土的物理力学性能，又具有卓越的耐腐蚀性能。采用非金属纤维的水份缓释效应降低超高性能混凝土基体的自生体积收缩，通过高强高弹性模量的芳纶纤维进行基体增强增韧，提升混凝土的物理力学性能，麻纤维与芳纶纤维不受盐类作用，无纤维腐蚀膨胀的现象。

本发明采用的技术方案为：

一种非金属纤维增强超高性能混凝土，所述材料按照质量份数由以下组分组成：高吸湿率非金属纤维0.1-1份，低吸湿率非金属纤维1-3份，水泥7-90份，水10-25份，矿物掺合料7-90份，细集料70-130份，粗集料10-70份，外加剂 0.5-1份。

所述高吸湿率非金属纤维为麻纤维，吸湿率为10-15％。

所述低吸湿率非金属纤维为芳纶纤维，吸湿率为1-3％。

高吸湿率非金属纤维与低吸湿率非金属纤维的质量比例关系优选在1:30～ 1:1范围，更优选地比例关系为1:30。

所述麻纤维弹性模量15-45GPa、抗拉强度500-1000MPa、极限延伸率1.5-2.5％、吸湿率10-15％。

所述麻纤维为亚麻纤维、玄苎麻纤维、青麻纤维、黄麻纤维、罗布麻纤维、槿麻纤维纤维和大麻纤维中的一种。

所述芳纶纤维弹性模量25-45GPa、抗拉强度1500-2000MPa、极限延伸率3-5％、吸湿率1-3％。