一种受压增韧超高性能混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种受压增韧超高性能混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述受压增韧超高性能混凝土的原料包括胶凝材料、刚性弹性体、柔性弹性体、聚合物乳液、纤维、黏度控制剂、减水剂、粗骨料、水；所述纤维为钢纤维和聚合物纤维的混合物，钢纤维与聚合物纤维的体积比为0～1.2:0.5～1.8；所述刚性弹性体为金属弹簧，所述柔性弹性体为塑胶颗粒，所述聚合物乳液为氯丁乳胶、丁苯乳胶、丁腈乳胶中的一种或两种以上任意比例混合。本发明专利技术提出了基于基体～增韧体协同增韧的受压增韧设计方法，实现了超高性能混凝土受压应力～应变曲线中弹性段、微裂纹扩展段和主裂纹扩展与破坏阶段的全方位受压性能提升。段的全方位受压性能提升。段的全方位受压性能提升。

【技术实现步骤摘要】
一种受压增韧超高性能混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种受压增韧超高性能混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]承压荷载作为土木工程结构最常见的受力工况，与结构对混凝土受弯和受拉性能的需求相同，混凝土也应具备高抗压强度和优异的受压韧性。混凝土的受压韧性通常可用受压应力～应变曲线下的面积来表示，面积越大，韧性越好，其受压应力～应变曲线大致可分为三个阶段：(1)弹性段，此时应力～应变曲线呈线性变化，线性段最大应力为初裂受压强度，对应的应变为初裂受压应变；(2)微裂纹扩展段，此时由于微裂纹形成并发展，应力～应变曲线不再呈线性变化，最终形成主裂纹，该阶段的最大应力为峰值受压强度，对应的应变为峰值受压应变；(3)主裂纹扩展与破坏阶段，此时微裂纹形成的主裂纹不断扩展，直至试件发生破坏。然而，在主裂纹扩展阶段，裂纹宽度已达宏观尺寸，此时不但混凝土自身力学性能与耐久性快速下降，整体结构的耐久性与寿命也会急剧丧失。因此，对混凝土受压韧性的提升不应只关注整个曲线下的面积，更应针对弹性段和微裂纹扩展段进行调控，使其具有更高的峰值受压强度(σu)与初裂受压强度(σc)比和峰值受压应变(εu)与初裂受压应变(εc)比。
[0003]超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，简称UHPC)由于具有超高强度、超高弯拉韧性和超高耐久性能等特点，被广泛用于桥梁工程领域，已成为国家重大基础工程和国防安全设施建设的首选材料之一。超高性能混凝土的峰值弯曲强度与初裂弯曲强度比值可达1.5以上，峰值拉伸强度与初裂拉伸强度比值可达1.2以上，而其峰值受压强度与初裂受压强度比仅为1.0～1.2，远低于普通混凝土约2.0的峰值受压强度与初裂受压强度比值；且加入粗骨料会进一步增加材料脆性，降低峰值受压强度与初裂受压强度比值。因此，如何提升超高性能混凝土受压韧性至关重要。
[0004]当前，主要通过聚合物的弹性体吸能以及阻止裂纹扩展来提高材料的受压韧性。专利201210072871公开了一种高抗压增韧PVC树脂组合物，采用氯化聚乙烯(CPE)作为增韧剂，热塑成型制备高抗压增韧PVC树脂组合物。原理在于：其分子链上含有能与基体树脂反应的活性基团，通过形成网络结构，增加韧性。但由于制备方法与所属领域间的巨大差异，无法用于水泥基材料。
[0005]专利202110281940.2公开了一种自修复水泥基复合材料及其制备方法与应用，采用PVA纤维实现较高的受压韧性，呈现出“裂而不碎”的效果，重点仍是针对峰值后的受压性能改善。专利201811207141.5公开了一种混杂纤维混凝土及其制备方法和应用，采用钢纤维和PVA纤维混杂，提高水泥基材料的受压韧性。两者的受压韧性提升，均是增大受压应力～应变曲线下的面积，这与改善峰值受压强度与初裂受压强度比和峰值受压应变与初裂受压应变比的意义并不相同。专利201811207141.5中的附图1表明，虽然受压韧性指数增大，但峰值前的曲线基本重合(弹性比例极限无变化)，峰值后至应力下降至峰值的70％～75％
这一阶段的曲线斜率也无明显变化，其主要是在峰值后应力迅速降低约25％～30％之后(高应力状态下，承载力已经迅速降低)承载力降低速度得到改善，并基此提高受压韧性。此外，两者均是针对低强混凝土(抗压强度＜50MPa)，材料强度越高，脆性越强。而超高性能混凝土抗压强度是两者的2.5倍以上；且已有研究也指出，仅通过聚合物纤维或聚合物与钢纤维混杂不能有效提高峰值受压强度与初裂受压强度比和峰值受压应变与初裂受压应变比。

技术实现思路

[0006]针对目前超高性能混凝土受压韧性提升困难的问题，本专利技术提出一种受压增韧超高性能混凝土及其制备方法，该受压增韧超高性能混凝土可有效提升超高性能混凝土受压韧性，并保证超高性能混凝土抗压强度无明显下降以及拌合物的良好工作性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]一种受压增韧超高性能混凝土，其原料包括如下组分及各组分体积份数如下：
[0009][0010][0011]所述纤维为钢纤维和聚合物纤维的混合物，钢纤维与聚合物纤维的体积比为0～1.2:0.5～1.8；
[0012]所述刚性弹性体为金属弹簧，所述柔性弹性体为塑胶或橡胶颗粒，所述聚合物乳液为氯丁乳胶、丁苯乳胶、丁腈乳胶中的一种或两种以上任意比例混合。
[0013]所述刚性弹性体为微细圆柱螺旋金属弹簧、蝶形金属弹簧中的一种或两种任意比例混合；所述微细圆柱螺旋弹簧为线径0.2～0.5mm，直径1.5～5mm，圈数3～10，长度5～20mm；所述碟形弹簧为外径8～20mm，内径4～10mm，厚度0.4～1mm，高度0.6～1.5mm。对于圆柱螺旋金属弹簧，若线径、直径、圈数、长度太小，刚性弹性体本身受压增韧效果差，且水泥基体不能有效填充弹簧内部，同样劣化受压增韧效果；若线径、直径、圈数、长度太大，不利于其均匀分布，受压增韧效果也较差。与圆柱螺旋弹簧类似，对于碟形金属弹簧，外径、内径、厚度、高度得过小或过大，均不利于受压增韧效果的发挥。
[0014]所述柔性弹性体拉伸强度＞20MPa，断裂伸长率＞10％，粒径为0.075～2.36mm。UHPC的拉伸强度通常＞10MPa，甚至可达15MPa以上，作为UHPC中的材料组分，柔性弹性体的拉伸强度应高于材料整体的拉伸强度，否则会劣化UHPC的力学性能。对于UHPC变形性能，钢
纤维和有机纤维作为最常用的增韧材料，其断裂伸长率分别为0
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5％和5％
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10％，为了进一步提升UHPC韧性并与钢纤维、有机纤维形成多层级的互补增韧体系，柔性弹性体的断裂伸长率不宜太低。且基于UHPC最紧密堆积设计理念，应尽可能使用小尺寸颗粒以提升体系密实度，柔性弹性体作为砂的取代物，其最大粒径不能太大；而粒径过小，则不能发挥骨架效应，增韧效果降低。
[0015]所述塑胶可选自尼龙颗粒、ABS塑料颗粒、TPU塑胶颗粒中的一种或两种以上任意比例混合；
[0016]进一步地，所述柔性弹性体为再生尼龙颗粒、再生ABS塑料颗粒、再生TPU塑胶颗粒、再生橡胶颗粒中的一种或两种以上任意比例混合。再生塑料和橡胶颗粒的大量使用，仍可保证超高性能混凝土受压韧性及抗压强度优异性能，具有优异的绿色、低碳性能。
[0017]所述聚合物纤维为聚丙烯(PP)纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维、聚酯(PET)纤维、聚甲醛(POM)纤维中的一种或多种任意比例混合；所述聚合物纤维直径为0.02～0.4mm，长度为4～20mm；所述钢纤维的直径为0.18～0.4mm，长度为6～20mm。直径和长度作为纤维的重要参数，过小的直径使得纤维不易生产，选材难度大，且过小的直径会显著提高纤维比表面积，不利于纤维分散，影响其增韧效果；而过大的纤维直径会使纤维数量减少，纤维
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基体界面过渡区增大，不利于增韧效果发挥。对于纤维长度，长度过小会降低其对骨料的约束能力，桥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受压增韧超高性能混凝土，其特征在于，所述受压增韧超高性能混凝土的原料包括如下组分及各组分体积份数如下：所述纤维为钢纤维和聚合物纤维的混合物，钢纤维与聚合物纤维的体积比为0～1.2:0.5～1.8；所述刚性弹性体为金属弹簧，所述柔性弹性体为塑胶或橡胶颗粒，所述聚合物乳液为氯丁乳胶、丁苯乳胶、丁腈乳胶中的一种或两种以上任意比例混合。2.根据权利要求1所述一种受压增韧超高性能混凝土，其特征在于，所述刚性弹性体为微细圆柱螺旋金属弹簧、蝶形金属弹簧中的一种或两种任意比例混合。3.根据权利要求2所述一种受压增韧超高性能混凝土，其特征在于，所述微细圆柱螺旋弹簧为线径0.2～0.5mm，直径1.5～5mm，圈数3～10，长度5～20mm；所述碟形弹簧为外径8～20mm，内径4～10mm，厚度0.4～1mm，高度0.6～1.5mm。4.根据权利要求1所述一种受压增韧超高性能混凝土，其特征在于，所述塑胶为尼龙颗粒、ABS塑料颗粒、TPU塑胶颗粒中的一种或两种以上任意比例混合。5.根据权利要求4所述一种受压增韧超高性能混凝土，其特征在于，所述柔性弹性体为再生尼龙颗粒、再生ABS塑料颗粒、再生TPU塑胶颗粒、再生橡胶颗粒中的一种或两种以上任意比例混合。6.根据权利要求1所述一种受压增韧超高性能混凝土，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩方玉，郑晓博，林寅鑫，林玮，万赟，沙建芳，刘建忠，刘加平，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：