一种螺旋钢纤维超高性能混凝土及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种螺旋钢纤维超高性能混凝土及制备方法。该混凝土材料由水泥、细砂、水、石英粉、高效减水剂、钢纤维组成。此外，可选择性加入粉煤灰、矿渣等无机矿物掺和料，取代部分水泥。所采用的钢纤维中，包含直线钢纤维和螺旋钢纤维。各组分含量按质量分数计算，其比例为：水泥1000‑1300份，硅灰100‑300份，细砂900‑1200份，石英粉100‑300份，减水剂30‑60份，水150‑400份，钢纤维50‑300份。本发明专利技术所得到的螺旋钢纤维混凝土材料，螺旋钢纤维与混凝土基体的粘结力与直线钢纤维相比，粘结力可显著提升，其拉伸强度高于传统钢纤维混凝土。由于螺旋钢纤维在从基体拔出时，具有“解螺旋”的过程，可以极大提高传统钢纤维混凝土的变形能力。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋钢纤维超高性能混凝土及制备方法
本专利技术涉及建筑材料领域，属于一种新型建筑材料，具体涉及一种螺旋形钢纤维超高性能混凝土及其制备方法。
技术介绍
传统钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入适量乱向分布的短钢纤维而形成的一种多相、多组分的水泥基体复合材料。相对于普通混凝土材料，钢纤维混凝土克服了其低强度、易开裂等多种缺点。而超高性能混凝土(UHPC)因为不含粗骨料，其致密性很高，导致超高的抗压性能和耐久性，抗压强度一般在150-200Mpa。相对其超高的抗压强度，其抗拉强度仍然较低，较易脆性断裂，添加圆形截面直线短细钢纤维后，得到超高性能钢纤维增强混凝土(UHPRC)可以提高其抗拉强度至12-18MPa，抗折强度至30-60Mpa。与普通钢纤维混凝土相比，其力学性能在各方面均具有明显的优势。然而，试件在受拉破坏时，直线钢纤维多是被拔出而非拉断，未能充分发挥钢纤维优异的力学性能。此外，与掺有PVA等聚合物纤维的高新能混凝土相比，UHPFRC的韧性及变形性能仍有很大提升空间。改变钢纤维的几何形状，例如钩端纤维和波形纤维，可以提高钢纤维与混凝土基体之间的粘结力。公开号为CN202626044U和CN103224337A的专利，公开了两种不同尺寸及截面的螺旋型钢纤维，可用于混凝土材料中。然而，螺旋钢纤维在从普通混凝土砂浆拔出的过程中，由于界面粘结力偏高，而基体强度偏低，容易直接造成基体的破坏，从而难以充分发挥螺旋钢纤维的作用。
技术实现思路
本专利技术旨在提升传统钢纤维混凝土的力学性能，以及更进一步得，提高超高性能钢纤维混凝土(UHPFRC)的韧性和变形性能，使得钢纤维能更充分发挥其桥联作用的力学特性，得到一种性能优异的钢纤维混凝土建筑材料。本专利技术具体采用的技术方案如下：一种螺旋钢纤维超高性能混凝土，该混凝土材料由水泥、硅灰、细砂、水、石英粉、减水剂、钢纤维组成，所述的钢纤维中含有螺旋钢纤维；各组分含量按质量分数计算，其比例为：水泥1000-1300份，硅灰100-300份，细砂900-1200份，石英粉100-300份，减水剂30-60份，水150-400份，钢纤维50-300份。作为优选，所述的钢纤维中，包含直线钢纤维(即圆形截面直线短细钢纤维)和螺旋钢纤维(即异形截面螺旋钢纤维，纤维呈螺旋式扭曲)；其中，螺旋钢纤维掺量为50-150份，直线钢纤维掺量为0-250份，二者总质量比不超过300份。因此，钢纤维中必然含有螺旋钢纤维，而直线钢纤维可视情况进行选择性添加。作为优选，所述的直线钢纤维横截面为圆形，直径为0.15-0.25mm，长度为6-13mm，长径比≥30，抗拉强度≥2000Mpa；螺旋钢纤维等效直径为0.4-0.6mm，横截面为横截面为包括三角形、四边形在内的多边形形状，截面积等效直径为0.2mm-0.8mm，扭转螺距为50-150mm，抗拉强度≥2000Mpa。作为优选，所述水泥为复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥；作为优选，所述硅灰的比表面积为18-30m2/g，其中SiO2含量≥90％；作为优选，所述细砂粒径范围为0.1mm-0.5mm；作为优选，所述石英粉粒径为5-50μm，SiO2含量≥95％；作为优选，所述减水剂为聚羧酸粉末减水剂，减水效率≥30％。作为优选，在组成材料中，加入无机矿物掺和料取代部分水泥，取代量不超过50％；所述的无机矿物掺和料包括粉煤灰、矿渣。本专利技术的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述螺旋钢纤维超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：1)按照组分含量比例，将水泥、硅灰、细砂、水、石英粉、减水剂、钢纤维称重备用；2)将称重后的水泥、硅灰、细砂、石英粉、减水剂加入搅拌机中，干拌2-3min，混合均匀；3)在干拌物中，加入所称重总量一半的水，搅拌3-5min，再加入剩余的水，继续搅拌4-6min，得到搅拌均匀的新拌混凝土砂浆；4)向新拌混凝土砂浆中先加入直线钢纤维，搅拌2-3min，混合均匀，再加入螺旋钢纤维，继续搅拌3-5min，得到搅拌均匀的螺旋钢纤维超高性能混凝土成品。在该制备过程中，若钢纤维中仅含有螺旋钢纤维，不含有直线钢纤维，则可在步骤4)中直接加入螺旋钢纤维搅拌均匀得到成品。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：异形截面钢纤维与圆形截面直线型钢纤维相比，异形截面钢纤维与混凝土基体之间具有较强的机械咬合力，从而具有更强的界面粘结性能。螺旋钢纤维与端钩钢纤维相比，虽然二者同属异形钢纤维，然而，在超高性能混凝土基体中，螺旋钢纤维的拉拔曲线更加饱满，拉拔力硬化现象明显，能提供更好的变形能力和韧性。本专利技术的螺旋钢纤维超高性能混凝土，与传统钢纤维混凝土材料相比，其基体能对纤维提供足够的锚固力，发挥钢纤维的力学优势。本专利技术将螺旋钢纤维用于超高性能混凝土(UHPC)中，使得螺旋钢纤维在从基体拔出时，具有“解螺旋”的过程，可以极大提高材料的变形能力及韧性。本专利技术所述的一种制备所述螺旋钢纤维超高性能混凝土的方法，先将水泥、硅灰、细砂、石英粉、高效减水剂混合均匀，利于减水剂发挥作用，提高固体颗粒表面活化能，提高减水效果。分两批加入水后，再分批加入钢纤维，搅拌均匀。最终得到的成品，纤维分布均匀，流动性好，有利于材料成型及工程应用。附图说明图1是本专利技术中所采用的一种矩形截面螺旋钢纤维结构示意简图；其中a)为主视图，b)为轴测图；图2中，(a)是单根螺旋钢纤维在C30砂浆中，经XCT扫描后，得到的试件内部形态；(b)是单根螺旋钢纤维从C30砂浆中拔出后的试件，经XCT扫描，得到的试件内部所留下来的通道形态；图3(a)是单根螺旋钢纤维在UHPC砂浆中，经XCT扫描后，得到的试件内部形态；(b)是单根螺旋钢纤维从UHPC砂浆中拔出后的试件，经XCT扫描，得到的试件内部所留下来的通道形态。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步的详细说明，但不局限于此。下述实施方案中，如无特殊说明，所述试剂和材料均为公知的，可通过商业途径获取。下列各实施例中，所采用的原材料如下所述：直线钢纤维，直径为0.2mm，长度为12mm，长径比为60，抗拉强度为2700Mpa。如图1所示，螺旋钢纤维截面为矩形且矩形截面为0.53mm×0.37mm，等效直径为0.5mm，扭转螺距为10mm，抗拉强度为2500Mpa。所采用水泥为普通硅酸盐水泥。硅灰的比表面积为22m2/g，其中SiO2含量≥90％，细砂粒径范围为0.1mm-0.5mm，石英粉粒径为5μm-50μm，SiO2含量≥95％。高效减水剂为聚羧酸高效粉末减水剂，减水效率≥30％。水为工业用水。实施例1本实施例的螺旋钢纤维超高性能混凝土材料，其组分包括水泥、硅灰、细砂、水、石英粉、高效减水剂、钢纤维。共设计3组不同组分比例的混凝土材料，编号为1-1、1-2、1-3。每组混凝土中各组分质量如下表1所示，按各组分的质量比的份数给出。表1螺旋钢纤维超高性能混凝土材料的配合比本实施例中，螺旋钢纤维混凝土的制备过程如下：1)将表1所述质量分数的水泥、硅灰、细砂、水、石英粉、高效减水剂、钢纤维称重备用；2)将按表1所述质量分数称重后的水泥、硅灰、细砂、石英粉、高效减水剂加入搅拌机中，慢速干拌2min，混合均匀；3)在2)步骤所得的干拌物中，加入约所称重总量一半的水，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋钢纤维超高性能混凝土，其特征在于，该混凝土材料由水泥、硅灰、细砂、水、石英粉、减水剂、钢纤维组成，所述的钢纤维中含有螺旋钢纤维；各组分含量按质量分数计算，其比例为：水泥1000‑1300份，硅灰100‑300份，细砂900‑1200份，石英粉100‑300份，减水剂30‑60份，水150‑400份，钢纤维50‑300份。

【技术特征摘要】
1.一种螺旋钢纤维超高性能混凝土，其特征在于，该混凝土材料由水泥、硅灰、细砂、水、石英粉、减水剂、钢纤维组成，所述的钢纤维中含有螺旋钢纤维；各组分含量按质量分数计算，其比例为：水泥1000-1300份，硅灰100-300份，细砂900-1200份，石英粉100-300份，减水剂30-60份，水150-400份，钢纤维50-300份。2.根据权利要求1所述的一种螺旋钢纤维超高性能混凝土，其特征在于，所述的钢纤维中，包含直线钢纤维和螺旋钢纤维；其中，螺旋钢纤维掺量为50-150份，直线钢纤维掺量为0-250份，二者总质量比不超过300份。3.根据权利要求1所述的一种螺旋钢纤维超高性能混凝土，其特征在于，所述的直线钢纤维横截面为圆形，直径为0.15-0.25mm，长度为6-13mm，长径比≥30，抗拉强度≥2000Mpa；螺旋钢纤维等效直径为0.4-0.6mm，横截面为包括三角形、四边形在内的多边形形状，截面积等效直径为0.2mm-0.8mm，扭转螺距为5-15mm，抗拉强度≥2000Mpa。4.根据权利要求1所述的一种螺旋钢纤维超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。5.根据权利要求1所述的一种螺旋钢纤维超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰的比表面积为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨贞军，姚勇，叶居东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33