钢纤维聚合物混凝土复合结构及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于土木建筑与交通运输工程领域，公开了一种钢纤维聚合物混凝土复合结构及其制备方法与应用。所述复合结构的制备方法为：确定复合结构中的受拉、受剪部位，在受拉和/或受剪部位使用钢纤维聚合物结构混凝土材料，在其它部位使用普通高强混凝土材料；然后依次浇注底部构件、中部构件和上部构件并进行养护，得到钢纤维聚合物混凝土复合结构。本发明专利技术所述钢纤维聚合物结构混凝土材料和普通高强混凝土材料具有相差≤2MPa的抗压强度，所得复合结构具有高强、高韧、变形协调性好、耐磨、抗渗、耐碱、耐候、抗裂、抗疲劳、抗冲击及耐久性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木建筑与交通运输工程领域，具体涉及一种钢纤维聚合物混凝土复合结构及其制备方法与应用。
技术介绍
对于大跨度混凝土桥梁上部结构，在施工或运营期间，结构局部，例如连续刚构桥的0号块、1号块、1/4跨、跨中附近节段及合拢段等，处于复杂应力状态并会出现较大的拉应力或剪应力，造成开裂并影响结构的耐久性。较多的工程实践表明，采用普通的高强混凝土材料，仅仅靠提高材料强度还不能满足上述桥梁结构的抗裂性及耐久性要求。高强、高韧化是土木建筑及交通领域对材料和结构性能要求的发展趋势。目前，高强或高韧混凝土主要有三类：普通高强混凝土、钢纤维混凝土、钢纤维增强聚合物改性混凝土；复合结构主要为钢-混凝土复合结构。普通高强混凝土虽然强度高、造价低廉，应用广泛，但易出现干燥收缩开裂、疲劳及冲击荷载下的开裂，不能满足处于复杂应力状态的桥梁等混凝土结构的抗裂性及耐久性要求。钢纤维混凝土比普通混凝土具有更高的抗拉压、抗弯、抗剪强度，其抗疲劳、抗冲击和耐久性能也有较大的改善。但钢纤维对防止混凝土的初裂贡献不大；钢纤维混凝土的抗渗性、耐碱性、耐候性和抗变形能力较差，而且普通钢纤维在混凝土中易被锈蚀，使结构外表面过早被破坏；不锈钢钢纤维价格较贵，难以推广应用。以往的钢纤维增强聚合物改性混凝土，虽然有较好的粘结性、抗渗性、耐碱性、耐候性和较大的变形能力等，但目前的钢纤维增强聚合物改性混凝土属于中低强混凝土，还无法应用于混凝土桥梁上部结构等需要高强度的承载结构中。钢-混凝土复合/组合结构主要有钢-混凝土组合梁、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、压型钢板混凝土组合板等四类，其优点是能够减少结构高度、减轻重量，具有良好的延性和刚度，抗冲击、抗疲劳、稳定性好。但钢结构件与混凝土构件之间的变形协调性较差，其结合部是该类复合/组合结构安全的软肋，而且施工性较差、造价偏贵，钢结构部分的耐碱性、耐候性和耐久性还有待于改善。
技术实现思路
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种钢纤维聚合物混凝土复合结构。本专利技术的另一目的在于提供上述钢纤维聚合物混凝土复合结构的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述钢纤维聚合物混凝土复合结构的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种钢纤维聚合物混凝土复合结构，所述复合结构的受拉或/和受剪部位使用钢纤维聚合物结构混凝土材料(SFPSC)，其它部位使用普通高强混凝土材料；所述钢纤维聚合物结构混凝土材料和普通高强混凝土材料具有相差≤2MPa的抗压强度。所述的复合结构包括箱梁、工字梁、T型梁、矩形梁、空心板梁等结构。所述复合结构的结构示意图如图1所示。所述的钢纤维聚合物结构混凝土材料由以下质量百分比的组分配制而成：碎石41％～45％、中砂25％～28％、水泥18％～21％、水6.3％～7.3％、钢纤维2.1％～3.1％、减水剂0.21％～0.29％、乳胶0.25％～0.29％和粉煤灰0.10％～0.40％。优选地，所述的钢纤维为压痕形或波浪形钢纤维。优选地，所述的减水剂为聚羧酸高性能减水剂。优选地，所述的乳胶为丁苯乳胶，是一种遇水可再分散醋酸乙烯酯/乙烯共聚胶粉。上述钢纤维聚合物混凝土复合结构的制备方法，包括以下步骤：(1)确定复合结构中的受拉、受剪部位，在受拉和/或受剪部位使用钢纤维聚合物结构混凝土材料，在其它部位使用普通高强混凝土材料；(2)配置底板或下翼缘板等位于底部构件的材料并进行浇注，再按照普通混凝土的方法养护4～24小时，若无底部构件则直接进入步骤(3)；(3)配置腹板或肋等位于中部构件的材料并进行浇注，再按照普通混凝土的方法养护4～24小时；(4)配置顶板或上翼缘板等位于上部构件的材料并浇注，再按照普通混凝土的养护方法对整个复合结构进行养护，得到钢纤维聚合物混凝土复合结构。优选地，所述钢纤维聚合物结构混凝土材料通过如下方法制备：(1)根据质量百分比将碎石、中砂、钢纤维投入搅拌机干拌；(2)加入水泥、乳胶和粉煤灰，再干拌；(3)加入水与减水剂，进行湿拌；(4)将湿拌后的混凝土投入拌合设备中，搅拌均匀后出料，得到所述钢纤维聚合物结构混凝土材料。优选地，步骤(1)中所述搅拌机干拌时间为2～5min。优选地，步骤(2)中所述干拌时间为1～2min。优选地，步骤(3)中所述湿拌时间为2～5min。上述钢纤维聚合物混凝土复合结构在浇注后湿养5～7天即可进入干养阶段，干养完毕后就可开放交通或使用。上述钢纤维聚合物混凝土复合结构可用于桥梁、隧道、港口、码头、道路和房屋等混凝土结构中。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术复合结构中的钢纤维聚合物结构混凝土材料(SFPSC)和普通高强混凝土材料具有相差≤2MPa的抗压强度，从而达到优异的变形协调性能；(2)本专利技术复合结构各部位按照其受力情况，可以灵活采用钢纤维聚合物结构混凝土材料或普通高强混凝土材料，制备方法和技术简明；(3)本专利技术复合结构的抗拉、抗压、抗剪、抗扭等基本力学性能及抗变形能力均衡，结构更加合理；(4)本专利技术复合结构所使用的钢纤维聚合物结构混凝土材料比普通高强混凝土材料具有更优越的耐磨、耐碱、耐候、抗拉、抗变形、抗裂、抗疲劳、抗冲击及耐久性能；(5)本专利技术复合结构所使用的钢纤维聚合物结构混凝土比钢纤维混凝土具有更优越的耐碱、耐候、抗变形、抗裂、抗疲劳、抗冲击及耐久性能；比钢纤维增强聚合物改性混凝土具有更高的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度，具有更优越的抗疲劳、抗冲击及耐久性能。附图说明图1为本专利技术复合结构的结构示意图(图中未标注部分的材料为普通高强混凝土，SFPSC为钢纤维聚合物结构混凝土)；图2为实施例1中制得的钢纤维聚合物结构混凝土材料SP60以及C60混凝土的S～N疲劳寿命实验曲线图；图3为实施例2中制得的钢纤维聚合物结构混凝土材料SP55以及C55混凝土的S～N疲劳寿命实验曲线图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1C60等级的顶板受拉、底板受压的复合箱梁(例如：刚构桥主桥箱梁0#块和1#块，见图1(a))的制备方法如下：(1)确定复合箱梁各部位所采用的材料。根据该复合箱梁的受力情况，确定其顶板采用钢纤维聚合物结构混凝土制备、腹板及底板采用C60混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢纤维聚合物混凝土复合结构，其特征在于：所述复合结构的受拉或/和受剪部位使用钢纤维聚合物结构混凝土材料，其它部位使用普通高强混凝土材料；所述钢纤维聚合物结构混凝土材料和普通高强混凝土材料具有相差≤2MPa的抗压强度。

【技术特征摘要】
1.一种钢纤维聚合物混凝土复合结构，其特征在于：所述复合结构的受拉
或/和受剪部位使用钢纤维聚合物结构混凝土材料，其它部位使用普通高强混凝
土材料；所述钢纤维聚合物结构混凝土材料和普通高强混凝土材料具有相差≤
2MPa的抗压强度。
2.根据权利要求1所述的一种钢纤维聚合物混凝土复合结构，其特征在于：
所述的复合结构包括箱梁、工字梁、T型梁、矩形梁、空心板梁。
3.根据权利要求1所述的一种钢纤维聚合物混凝土复合结构，其特征在于：
所述的钢纤维聚合物结构混凝土材料由以下质量百分比的组分配制而成：碎石
41％～45％、中砂25％～28％、水泥18％～21％、水6.3％～7.3％、钢纤维2.1％～3.1％、
减水剂0.21％～0.29％、乳胶0.25％～0.29％和粉煤灰0.10％～0.40％。
4.根据权利要求3所述的一种钢纤维聚合物混凝土复合结构，其特征在于：
所述的钢纤维为压痕形或波浪形钢纤维；所述的减水剂为聚羧酸高性能减水剂；
所述的乳胶为丁苯乳胶。
5.权利要求1～4任一项所述的一种钢纤维聚合物混凝土复合结构的制备方
法，其特征在于包括以下步骤：
(1)确定复合结构中的受拉、受剪部位，在受拉和/或受剪部位使用钢纤维
聚合物结构混凝土材料，在其它部位使用普通高强混凝土材料；
(2)配置底板或下翼缘板等位于底部构件的材料并进行浇注，再按照普通
混凝土的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄培彦，郭馨艳，郑小红，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44