CN102206068A - 抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土 - Google Patents

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张昌
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    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
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Abstract

一种建筑工程技术领域的抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，其组分及其体积百分比含量为：混凝土98.6％～99.5％、钢丝型钢纤维0.3～1.0％、碳纤维0.1～0.3％以及聚丙烯纤维0.1％。本发明制备得到的混凝土不仅可以提升韧性、抗拉强度、抗折强度，而且可以明显提升抗冲击性能、防火抗爆性能等。

Description

抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土
技术领域
本发明涉及的是一种建筑工程技术领域的材料及其制备方法，具体是一种抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土。
背景技术
混凝土的优点是抗压强度高、取材容易、易成型、价格低廉、可与钢材结合制成各种承重构件。但是混凝土致命弱点为抗拉强度低、脆性大、易开裂、韧性差，从而降低混凝土结构的承载能力，缩短使用寿命，成为各种灾难事故的隐患。特别是混凝土的抗冲击性能差，在冲击荷载作用下易于脆性断裂和脱落。对于冲击荷载较大的桥梁、道路、堤坝等结构，需要使用抗冲击性能好的纤维增强混凝土。
纤维增强混凝土是以混凝土为基体，纤维为增强材料所制成的水泥基复合材料的总称。由于纤维可以很好地抑制裂缝的开展，纤维增强混凝土是改善混凝土受力性能的有效方法。
但是长期以来，人们较多地关注单一纤维对混凝土的增强效果。事实上，不同种类的纤维，如钢纤维、碳纤维、合成纤维和天然纤维等对混凝土的增强效果不同，有些可以提高混凝土的抗冲击性能；有些可以提高混凝土开裂后韧性，限制裂缝宽度发展；有些有抗爆防火能力等。根据复合材料理论，通过不同纤维混合，它们之间性能互补，通过产生正混杂效应，可以达到一加一大于二的效果，从而产生性能可靠，且具有较好社会经济效益的新型高性能复合材料。
经对现有的技术文献检索发现，中国专利文献号CN1472157A记载了一种“高韧性混杂纤维混凝土及其制备方法”，通过在普通混凝土中混杂微细碳纤维、钢纤维和分散剂，使混凝土改善为高韧性的混凝土。但是该技术中采用的微细碳纤维由于尺寸太小(碳纤维长度为2mm)，仅能提升混凝土的韧性，不能明显提升混凝土的抗冲击性能、防火抗爆性能等。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，制备得到的混凝土具有更高的韧性、抗拉强度、抗折强度，并具有显著提升的抗冲击性能、防火抗爆性能等。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，其组分及其体积百分比含量为：混凝土98.6％～99.5％、钢丝型钢纤维0.3～1.0％、碳纤维0.1～0.3％以及聚丙烯纤维0.1％。
所述的碳纤维的长度为10mm，抗拉强度为2500MPa；
所述的钢丝型钢纤维采用国家的钢纤维型号CW03-50/0.9-1000，钢丝型钢纤维断面为圆形，钢纤维两端弯起，钢纤维长度为50mm，直径为0.9mm，抗拉强度为1000MPa；
所述的聚丙烯纤维为单丝聚丙烯，其长度为10mm，抗拉强度为500MPa。
所述的混凝土为C20～C40等级的普通混凝土，其含量及其组分为：水泥300～500kg/m3、砂500～800kg/m3、石700～1200kg/m3和减水剂0.5～2kg/m3，其中：水泥采用标号为32.5或42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，砂采用细度模数为2.3～3、平均粒径为0.35～0.5mm的中等河砂；石采用最大直径为20mm的级配碎石；减水剂采用有效成分为木钙的普通减水剂。
本发明涉及上述抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土的制备方法，通过将上述水泥、砂、石、减水剂以及钢丝型钢纤维倒入搅拌机中经搅拌后加入碳纤维和聚丙烯纤维并干拌均匀，再加入水和减水剂并搅拌得到。
本发明利用碳纤维混凝土的优点，提高混凝土的抗冲击强度，防止混凝土断裂；利用钢丝型钢纤维混凝土的优点，提高混凝土抗折强度和韧性，限制裂缝宽度；利用聚丙烯纤维的优点，提高混凝土抵抗表面龟裂和抗爆防火能力；通过本发明的混合纤维混凝土材料制备技术，可以获得有益效果，明显提高混凝土的抗冲击性能、防火抗爆性能等。本发明材料利于大批量快速施工，可广泛应用于土木、水利、市政交通、海洋、军工等领域的抗冲击荷载的混凝土结构。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例涉及的混杂纤维混凝土的配料比例和具体组分为：水灰比为0.55，砂石比为0.77，钢丝型钢纤维体积率为0.5％，碳纤维体积率为0.13％，聚丙烯纤维体积率0.1％。具体可用360kg/m3普通硅酸盐水泥(标号42.5)、750kg/m3中砂、980kg/m3碎石(最大粒径16mm)、180kg/m3水、1kg/m3普通木钙减水剂、40kg/m3钢丝型钢纤维(型号CW03-50/0.9-1000)、2kg/m3碳纤维，1kg/m3聚丙烯纤维。
本实施例涉及上述混合纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
第一步确定混凝土配合比和纤维掺入体积比：
根据所需配备的混凝土标号，采用试配法确定混凝土的材料配合比。同时确定掺入的碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维的体积比。
第二步备好所需材料：
按混合纤维混凝土的材料配合比备好所需石、砂、水泥、碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维数量。
第三步干拌所需材料：
将准备好的砂、石、水泥与钢纤维倒入搅拌机中，干拌均匀，然后再加入碳纤维和聚丙烯纤维干拌均匀。
第四步湿拌所需材料：
按混凝土的材料配合比，在上述干拌均匀的材料中加入水和减水剂，搅拌均匀，至所需要的坍落度即可。
本实施例制备所需的混合纤维混凝土的容重为2300kg/m3；28天混合纤维混凝土抗压强度与相同配合比的素混凝土比较提升抗压强度8％；28天混合纤维混凝土抗弯折强度与相同配合比的素混凝土比较提升40％；28天混合纤维混凝土抗冲击次数与相同配合比的素混凝土比较提升抗冲击强度840％。
实施例2
本实施例涉及的混杂纤维混凝土的配料比例和具体组分为：水灰比为0.55，砂石比为0.77，钢丝型钢纤维体积率为0.3％，碳纤维体积率为0.3％，聚丙烯纤维体积率0.1％。具体可用360kg/m3普通硅酸盐水泥(标号42.5)、750kg/m3中砂、980kg/m3碎石(最大粒径16mm)、180kg/m3水、1kg/m3普通木钙减水剂、22kg/m3钢丝型钢纤维(型号CW03-50/0.9-1000)、6kg/m3碳纤维，1kg/m3聚丙烯纤维。
本实施例涉及上述混合纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
第一步确定混凝土配合比和纤维掺入体积比：
根据所需配备的混凝土标号，采用试配法确定混凝土的材料配合比。同时确定掺入的碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维的体积比。
第二步备好所需材料：
按混合纤维混凝土的材料配合比备好所需石、砂、水泥、碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维数量。
第三步干拌所需材料：
将准备好的砂、石、水泥与钢纤维倒入搅拌机中，干拌均匀，然后再加入碳纤维和聚丙烯纤维干拌均匀。
第四步湿拌所需材料：
按混凝土的材料配合比，在上述干拌均匀的材料中加入水和减水剂，搅拌均匀，至所需要的坍落度即可。
本实施例制备所需的混合纤维混凝土的容重为2300kg/m3；28天混合纤维混凝土抗压强度与相同配合比的素混凝土比较提升抗压强度4％；28天混合纤维混凝土抗弯折强度与相同配合比的素混凝土比较提升25％；28天混合纤维混凝土抗冲击次数与相同配合比的素混凝土比较提升抗冲击强度680％。
实施例3
本实施例涉及的混杂纤维混凝土的配料比例和具体组分为：水灰比为0.55，砂石比为0.77，钢丝型钢纤维体积率为0.6％，碳纤维体积率为0.13％，聚丙烯纤维体积率0％。具体可用360kg/m3普通硅酸盐水泥(标号42.5)、750kg/m3中砂、980kg/m3碎石(最大粒径16mm)、180kg/m3水、1kg/m3普通木钙减水剂、50kg/m3钢丝型钢纤维(型号CW03-50/0.9-1000)、2kg/m3碳纤维，0kg/m3聚丙烯纤维。
本实施例涉及上述混合纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
第一步确定混凝土配合比和纤维掺入体积比：
根据所需配备的混凝土标号，采用试配法确定混凝土的材料配合比。同时确定掺入的碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维的体积比。
第二步备好所需材料：
按混合纤维混凝土的材料配合比备好所需石、砂、水泥、碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维数量。
第三步干拌所需材料：
将准备好的砂、石、水泥与钢纤维倒入搅拌机中，干拌均匀，然后再加入碳纤维和聚丙烯纤维干拌均匀。
第四步湿拌所需材料：
按混凝土的材料配合比，在上述干拌均匀的材料中加入水和减水剂，搅拌均匀，至所需要的坍落度即可。
本实施例制备所需的混合纤维混凝土的容重为2300kg/m3；28天混合纤维混凝土抗压强度与相同配合比的素混凝土比较提升抗压强度5％；28天混合纤维混凝土抗弯折强度与相同配合比的素混凝土比较提升35％；28天混合纤维混凝土抗冲击次数与相同配合比的素混凝土比较提升抗冲击强度500％。

Claims (7)

1.一种抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，其特征在于，其组分及其体积百分比含量为：混凝土98.6％～99.5％、钢丝型钢纤维0.3～1.0％、碳纤维0.1～0.3％以及聚丙烯纤维0.1％。
2.根据权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，其特征是，所述的碳纤维的长度为10mm，抗拉强度为2500MPa。
3.根据权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，其特征是，所述的钢丝型钢纤维采用国家的钢纤维型号CW03-50/0.9-1000，钢丝型钢纤维断面为圆形，钢纤维两端弯起，钢纤维长度为50mm，直径为0.9mm，抗拉强度为1000MPa。
4.根据权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，其特征是，所述的聚丙烯纤维为单丝聚丙烯，其长度为10mm，抗拉强度为500MPa。
5.根据权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，其特征是，所述的混凝土为C20～C40等级的普通混凝土，其含量及其组分为：水泥300～500kg/m3、砂500～800kg/m3、石700～1200kg/m3和减水剂0.5～2kg/m3。
6.根据权利要求1-5中任一所述的抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土，其特征是，所述的混凝土中的水泥采用标号为32.5或42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，砂采用细度模数为2.3～3、平均粒径为0.35～0.5mm的中等河砂；石采用最大直径为20mm的级配碎石；减水剂采用有效成分为木钙的普通减水剂。
7.一种根据上述任一权利要求所述抗冲击碳纤维混杂纤维混凝土的制备方法，其特征在于，通过将上述水泥、砂、石、减水剂以及钢丝型钢纤维倒入搅拌机中经搅拌后加入碳纤维和聚丙烯纤维并干拌均匀，再加入水和减水剂并搅拌得到。
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