一种抗高温爆裂复合混凝土及其制备方法、爆裂预警方法技术

本发明专利技术属于建筑材料技术领域，涉及一种抗高温爆裂复合混凝土及其制备方法、爆裂预警方法。该制备方法，从混凝土爆炸机理层面着手，在现有混凝土组分的基础上添加聚丙烯纤维和形状记忆合金纤维，采用聚丙烯纤维能够对混凝土的热工性能进行提升，同时采用形状记忆合金纤维对混凝土热力性能进行提升；聚丙烯纤维和形状记忆合金纤维均能在混凝土内部进行多向搭接，聚丙烯纤维在高温作用下熔化形成的网络通道，为混凝土中水分的迁移和蒸汽压的降低提供了传输路径，形状记忆合金纤维在高温下出现收缩，通过对混凝土产生压应力进一步抑制混凝土的爆裂。的爆裂。的爆裂。

【技术实现步骤摘要】
一种抗高温爆裂复合混凝土及其制备方法、爆裂预警方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，涉及混凝土，具体涉及一种抗高温爆裂复合混凝土及其制备方法、爆裂预警方法。

技术介绍

[0002]众所周知，混凝土由于其优良的抗压性能和耐久性，作为土木工程材料进行使用已有超过百年的历史。混凝土在高温作用下，热量通过热辐射与热传导向混凝土内部传递，内部的自由水和结晶水产生蒸汽压，使得水蒸汽在压力梯度作用下出现迁移冷凝现象，逐渐形成饱和蒸汽带阻止水分的迁移，积聚的蒸汽压向混凝土外部释放，产生混凝土爆裂破坏。混凝土的爆裂破坏导致钢筋失去保护层而直接暴露在高温下，出现钢筋软化现象，使得工程结构的承载能力大幅下降，严重时将导致结构的垮塌。
[0003]针对混凝土的高温爆裂破坏，通常采用一些防护措施抑制爆裂的发生，例如在混凝土内部掺入聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维等低熔点纤维材料，当混凝土遭遇高温作用时，纤维熔化并产生细小空洞，增强了混凝土的渗透率，为水蒸汽的迁移提供分路，延缓蒸汽压的积聚速率。但是，低熔点纤维材料的掺加仅对混凝土的热性能有一定加强，对其力学性能几乎没有影响。此外，还有在混凝土外部表面涂抹或包裹隔热材料来降低混凝土温度，但是防火涂料或板材对混凝土高温爆裂情况的改善程度受施工工艺的影响较大，尚无法稳定、全面地保障混凝土的高温性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种抗高温爆裂复合混凝土及其制备方法、爆裂预警方法，利用聚丙烯纤维在高温作用下熔化形成的网络通道，为混凝土中水分的迁移和蒸汽压的降低提供了传输路径；利用形状记忆合金纤维在高温下出现收缩，对混凝土产生压应力，从而抑制了混凝土的爆裂。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种抗高温爆裂复合混凝土，各组分及质量占比如下：水泥10%～15%、砂25%～30%、碎石45%～50%、减水剂0.25%～0.25%、水5%～10%、聚丙烯纤维0.1%～0.2%、形状记忆合金纤维1%～3%。
[0006]进一步，所述聚丙烯纤维和形状记忆合金纤维共占抗高温爆裂复合混凝土的质量占比为1:100~1:30。
[0007]进一步，所述聚丙烯纤维的长度为10~15mm，直径为20~40μm；所述形状记忆合金纤维的长度为20~35mm，直径为200~500μm。
[0008]进一步，所述形状记忆合金包括镍钛基记忆合金(Ni
‑
Ti)或铜基记忆合金（Cu
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Zn
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Al）或铁基记忆合金(Fe
‑
Mn
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Si)。
[0009]另一方面，本专利技术还提供了一种制备如上部分或全部所述的抗高温爆裂复合混凝土的方法，具体包括以下步骤：
1）将水泥、砂、碎石按比例混合形成一次混合料；2）将减水剂与水按比例混合并搅拌均匀形成混合液；3）将所述混合液加入一次混合料，搅拌均匀后得到二次混合料；4）保持搅拌状态，均匀向所述二次混合料中加入聚丙烯纤维，搅拌均匀后得到三次混合料；5）将所述三次混合料通过第一管道匀速放入模具，并在第一管道边插入第二管道；当所述三次混合料在模具边缘浇注时，通过第二管道加入指定比例的形状记忆合金纤维，当所述三次混合料在模具中心浇注时，停止加入形状记忆合金纤维；然后再对模具内的混合浆料进行振捣，直至混合浆料不冒气泡；6）将已经成型的混合浆料在湿度大于95%，温度在20℃
±
3℃的条件下养护指定时间后，拆除模具得到混凝土成品。
[0010]进一步，所述步骤1）中，将水泥、砂、碎石按比例加入搅拌机中进行搅拌混合形成一次混合料，搅拌时间为1~2min；所述步骤2）、3）中的搅拌时间为2~3min；所述步骤4）中的搅拌时间为3~5min；所述步骤5）中的振捣时间为3~5min。
[0011]进一步，所述步骤5）中模具边缘为两倍的混凝土保护层厚度。
[0012]此外，本专利技术还提供了一种对如上部分或全部所述的抗高温爆裂复合混凝土进行爆裂预警的方法，应用设置在钢筋外侧混凝土中的混凝土爆裂预警装置进行监测，通过所述混凝土爆裂预警装置中的电阻应变片实时监测混凝土的应变变化，当应变发生突变时则混凝土发生爆裂。
[0013]进一步，所述混凝土爆裂预警装置包括安装在外壳内的蓄电池，所述蓄电池与MCU单片机连接，所述MCU单片机分别与无线传输芯片、电阻应变片连接；所述电阻应变片布置在外壳的外表面、并与所述抗高温爆裂复合混凝土相贴合。
[0014]进一步，所述混凝土爆裂预警装置还包括温差发电机组，温差发电机构A分布于混凝土表面，温差发电机构B分布于外壳内，通过混凝土表面与外壳内的温度差产生电能，并通过电线给蓄电池供电。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案包括以下有益效果：一方面，本专利技术从混凝土爆炸机理层面着手，在现有混凝土组分的基础上添加聚丙烯纤维和形状记忆合金纤维，采用聚丙烯纤维能够对混凝土的热工性能进行提升，同时采用形状记忆合金纤维对混凝土热力性能进行提升；聚丙烯纤维和形状记忆合金纤维均能在混凝土内部进行多向搭接，聚丙烯纤维在高温作用下熔化形成的网络通道，为混凝土中水分的迁移和蒸汽压的降低提供了传输路径，形状记忆合金纤维在高温下出现收缩，通过对混凝土产生压应力进一步抑制混凝土的爆裂。
[0016]另一方面，本专利技术该提供了一种在火灾前期对混凝土状态进行监测预警的方法，通过设置在钢筋外侧混凝土中的混凝土爆裂预警装置，利用电阻应变片实时监测混凝土的应变变化，当混凝土的应变发生突变时，则认为钢筋外侧的混凝土发生了爆裂。此外，该混凝土爆裂预警装置，能够利用环境中的温差变化，通过温差发电机组为混凝土应变的监测、数据存储与发送提供电源，且不需要频繁的更换电源或额外设置电线供电，避免了预警装
置断电失效的情况发生。
附图说明
[0017]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术提供的一种抗高温爆裂复合混凝土的结构示意图；图2为本专利技术提供的抗高温爆裂复合混凝土中聚丙烯纤维在常温时的状态示意图；图3为本专利技术提供的抗高温爆裂复合混凝土中聚丙烯纤维在高温时的状态示意图；图4为本专利技术提供的抗高温爆裂复合混凝土中形状记忆合金纤维在常温时的状态示意图；图5为本专利技术提供的抗高温爆裂复合混凝土中形状记忆合金纤维在高温时的状态示意图；图6为本专利技术实施例2
‑
4的爆裂临界温度变化曲线；图7为本专利技术实施例2
‑
4的爆裂深度变化曲线；图8为本专利技术中混凝土爆裂预警装置的结构示意图。
[0020]其中：1、聚丙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗高温爆裂复合混凝土，其特征在于，各组分及质量占比如下：水泥10%～15%、砂25%～30%、碎石45%～50%、减水剂0.25%～0.25%、水5%～10%、聚丙烯纤维(1) 0.1%～0.2%、形状记忆合金纤维(2) 1%～3%。2.根据权利要求1所述的抗高温爆裂复合混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维(1)和形状记忆合金纤维(2)共占抗高温爆裂复合混凝土的质量占比为1:100~1:30。3.根据权利要求1所述的抗高温爆裂复合混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维(1)的长度为10~15mm，直径为20~40μm；所述形状记忆合金纤维(2)的长度为20~35mm，直径为200~500μm。4.根据权利要求1所述的抗高温爆裂复合混凝土，其特征在于，所述形状记忆合金纤维(2)的形状记忆合金包括镍钛基记忆合金或铜基记忆合金或铁基记忆合金。5.一种制备如权利要求1
‑
4任一项所述的抗高温爆裂复合混凝土的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1）将水泥、砂、碎石按比例混合形成一次混合料；2）将减水剂与水按比例混合并搅拌均匀形成混合液；3）将所述混合液加入一次混合料，搅拌均匀后得到二次混合料；4）保持搅拌状态，均匀向所述二次混合料中加入聚丙烯纤维(1)，搅拌均匀后得到三次混合料；5）将所述三次混合料通过第一管道匀速放入模具，并在第一管道边插入第二管道；当所述三次混合料在模具边缘浇注时，通过第二管道加入指定比例的形状记忆合金纤维(2)，当所述三次混合料在模具中心浇注时，停止加入形状记忆合金纤维(2)；然后再对模具内的混合浆料进行振捣，直至混合浆料不冒气泡；6）将已经成型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张岗，陆泽磊，宋超杰，赵晓翠，熊鑫，万豪，丁宇航，李徐阳，汤陈皓，徐峰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：