[发明专利]磷铁合金及其在水泥复合物中的应用

说明书

发明的背景

本发明涉及磷铁金属合金及其在控制水泥复合物在固化过程早期形成的裂缝发展中的应用。更具体地说，本发明涉及特殊的无定形磷铁基合金以及该合金以金属丝、丝带和纤维的形式用于控制、降低、消除或延迟水泥复合物中裂缝的发展中的应用。

水泥复合物通常是指水泥、砂浆和混凝土。水泥复合物最低限度是水泥、砂子、集料和水的不均匀混合物。水泥复合物还可包括能赋予该复合物重要的化学和物理性能(如改进的流变性、冲击强度、抗弯强度和防渗性)的各种添加剂或搀和剂。添加剂和搀和剂包括减水搀和剂、金属和非金属纤维、聚合物、热解法氧化硅(Silica fume)等。

将水泥复合物浇注或浇填在其最终模具中以后，在24至48小时内该复合物经历了相对快速的失水。水分的失去主要归因于水泥复合物露出表面上的蒸发。水分的失去会在复合物中产生水分迁移，这种过程是不均匀过程或者不是各向同性的。这种因素与水泥复合物不均匀的特性结合在一起，产生不平衡的应力。应力产生裂缝，通常称之为塑性收缩裂缝和塑性沉降裂缝。

近来，许多研究人员认为水泥复合物固化过程早期产生裂缝是大多数桥面不合格和现代建筑缺乏总体耐久性的原因。Khossrow Babaei和Amir M.Fouladgar的文章(“混凝土桥面开裂的解决方法”，国际混凝土(Concrete International)，1997年7月，pp34-37)和P.Kumar Mehta(“耐久性-将来的关键问题”，国际混凝土，1997年7月，pp27-33)是呼吁解决塑性收缩裂缝和塑性沉降裂缝问题的例子。出于本发明的目的，将术语“收缩裂缝”限定为在水泥复合物固化最初的24至48小时过程中在该水泥复合物中出现的塑性收缩裂缝或塑性沉降裂缝，并且术语“控制收缩裂缝”指消除、减少、减缓收缩裂缝的发展或防止收缩裂缝的能力。

一旦在水泥复合物中产生裂缝，该裂缝成为水、道路盐类和其它环境影响物的侵入点，从而以急性和慢性的方式破坏该复合物。水侵入并且温度在水的冰点上下循环变化会产生常称为冻结-融化破坏现象。道路盐类会渗入裂缝并且腐蚀埋在水泥复合物中增强用的钢筋或铁条(螺纹钢筋)。这两种过程均会逐渐增加原来裂缝的大小，使更多的水或盐类侵入和渗入复合物。结果，水泥复合物受到削弱，降低对复合物设计时能承受的应力的承受能力。受削弱的复合物需要提前修理、部分或全部替换，否则它会灾难性地倒塌。

向水泥复合物中加入纤维以提高耐久性。加入钢纤维(它是结晶的)以改进水泥复合物的抗弯强度耐久性。可以加入合成纤维，如聚丙烯和尼龙，以改善对水泥复合物固化过程中产生的裂缝的控制。有时可加入钢纤维以改善对固化过程中产生的裂缝的控制，但是加入量太大(每立方码复合物10-100磅纤维)，使复合物的流变性受损。可加入搀和剂(即表面活性剂，如萘表面活性剂)来解决流变性受损的问题。如果不解决流变性受损的问题，水泥复合物是刚性的，难以进行浇注。结果，由于不能适当地浇填并固化复合物，因此该复合物是不合格的。

因此，需要开发一种钢纤维它能以小于每立方码水泥复合物10磅，较好小于每立方码5磅的加入量控制水泥复合物固化过程中形成裂缝。或者相反，需要制造一种钢纤维，它能以与目前市售的结晶钢纤维相同的用量来控制水泥复合物固化过程中形成裂缝，但是无需搀和剂来解决不利影响流变性的问题。

发明的描述

本发明包括一种新的磷铁合金，并且本发明还确认使用磷铁合金来控制水泥复合物中的收缩裂缝。新的磷铁合金具有下列通式：