CN113045266A - 一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆及其加工方法，包括钢筋笼，所述钢筋笼的外侧包覆有自修复纤维增强超高性能混凝土，所述自修复纤维增强超高性能混凝土的原料包括：复胶液芯纤维40份～60份；硅酸盐水泥950份～1000份；稻壳灰160份～170份；铝钒土900份～1200份；璃粉70份～90份；聚丙烯纤维50份～70份；水145份～170份；羧酸减水剂40份～60份。通过添加了短而细的修复胶液芯纤维，当混凝土结构产生裂缝时渗出液体修补裂缝可以防止钢筋腐蚀和氧化，并能在损坏时“再生”，具有超高强度、高韧性、高耐久性和高体积稳定性等特点。

Description

一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆及其加工方法

技术领域

本发明涉及电力架空输变电线路、广播、邮电、通讯以及照明线路上的新型复合材料混凝土电杆，具体的说是一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆及其加工方法。

背景技术

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。自修复混凝土，是在混凝土中加入包裹胶粘剂的载体，当混凝土产生裂缝时，胶粘剂外层包裹物破裂，胶粘剂流出，充满裂缝，最终将裂缝封住。自愈合混凝土，是在混凝土中添加可产生封堵裂缝的物质，这种物质遇到水就被激活，产生结晶体，沉积在裂缝的表面，不断增加结晶体在裂缝周围沉淀，逐渐将混凝土开裂部分填充密实。自修复超高性能混凝土使用在铁路桥梁方面上，目前其他预制件上还在实验室阶段还比较空白。

超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(densified particlepacking)，其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒(硅灰)填充。早在1931年，Andressen就建立了最大堆积密度理论的数学模型。然而，直到上世纪七十年代末，在高效减水剂技术与产品性能大幅度提高的基础上，采用该模型设计配制的第一代超高性能混凝土才在丹麦奥尔堡Cement og Beton Laboratiet(水泥与混凝土试验室)诞生，称作CRC(Compact Reinforced Composite，密实增强复合材料)。CRC与目前的UHPC达到基本相同的力学性能，最高抗压强度超过400MPa，使用烧结铝矾土作骨料，同时使用聚丙烯纤维提高材料的韧性，所以称作“复合材料”。

南京航空航天大学的智能材料与结构航空科技重点实验室，在我国的智能复合材料研究领域处于领先地位。1997年，他们研究了利用液芯光纤和形状记忆合金(sMA丝)对复合材料结构中的损伤进行自诊断、自修复的方法。对总体方案进行了分析，用环氧FA4和环氧E51做了初步试验：将液芯光纤和形状记忆合金埋入混凝土中，光纤的出射光由光敏管接受，当混凝土发生损伤时，由液芯光纤组成的自诊断、自修复网络使胶液流入损伤处，同时局部激励损伤处的SMA短纤维，产生局部压应力，使损伤处的液芯光纤断裂，胶液流出，对损伤处进行自修复，而且当液芯光纤内所含的胶粘剂流到损伤处后，SMA激励时所产生的热量，将大大提高固化的质量，使得自修复完成得更好。

混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。但它是一种脆性材料，在施工过程中或使用过程中很容易出现裂缝。当裂缝很小时，虽说不影响受力性能，但给人视觉上是不安全的。而有的裂缝会随着时间的推移，裂缝会越来越大，裂缝大到一定程度，再遇到水或侵蚀性化学物进入这些裂缝，裂缝处的混凝土和钢筋会受到腐蚀，最终影响到混凝土构件的受力性能，更严重的可能发生脆性断裂，产生灾难性事故，给社会带来无可挽回的损失。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺点与不足，提供一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，本发明还提供了一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的加工方法。

根据本发明第一方面实施例的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆包括钢筋笼，所述钢筋笼的外侧包覆有自修复纤维增强超高性能混凝土，所述自修复纤维增强超高性能混凝土由以下质量份配比的原料组成：

复胶液芯纤维40份～60份；

硅酸盐水泥950份～1000份；

稻壳灰160份～170份；

铝钒土900份～1200份；

璃粉70份～90份；

聚丙烯纤维50份～70份；

水145份～170份；

羧酸减水剂40份～60份。

根据本发明实施例的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，材料全部为无机材料，绿色环保，且生产过程不可再生的自然资源骨料的用量，超细活性粉末、水泥、优质细骨料、高强度纤维等组成，通过最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成，添加了短而细的修复胶液芯纤维，当混凝土结构产生裂缝时渗出液体修补裂缝可以防止钢筋腐蚀和氧化，并能在损坏时“再生”，具有超高强度、高韧性、高耐久性和高体积稳定性等特点，以解决上述背景技术中提出的问题。

根据本发明的一些具体实施例，所述修复胶液芯纤维的直径为0.5mm，壁厚为0.2mm，长度为40mm，注入聚氨酯、丙烯酯作为修复剂，修复剂的掺量0.02％。

根据本发明的一些具体实施例，所述硅酸盐水泥为P·Ⅱ52.5R型早强型水泥，且掺加不超过水泥质量5％的的混合材料，所述混合材料为石灰石或粒化高炉矿渣的混合物，石灰石和粒化高炉矿渣的粒径为30～60μm。

根据本发明的一些具体实施例，所述稻壳灰为燃烧稻壳后得到的灰烬，化学成分包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O、NaO、CaO和未燃碳，SiO₂的含量为80％～95％，粒径为0.05～0.30μm，比表面积≥400㎡/kɡ。

根据本发明的一些具体实施例，所述铝钒土为粒径在0.16～1.25mm的铝矾土

根据本发明的一些具体实施例，所述玻璃粉的粒径为1～13um；表观面值为2700kg/m³；莫氏硬度为7.8的玻璃粉。

根据本发明的一些具体实施例，所述聚丙烯纤维的长度为20mm；直径为0.13mm；拉伸强度大于等于1000MPa；断裂伸长率为15％；耐碱性为100％的聚丙烯纤维掺量0.07％。

根据本发明的一些具体实施例，所述自修复纤维增强超高性能混凝土包覆在所述钢筋笼的外侧形成自修复纤维增强超高性能混凝土层，所述自修复纤维增强超高性能混凝土层的厚度为7～10mm；所述钢筋笼由预应力钢丝作为主筋、普通热轧带肋钢筋作为辅筋、高强冷拔丝作箍筋，两根高强冷拔丝交叉呈菱形环绕主筋绑扎，且距离两端小于150cm处的高强冷拔丝间距小于等于50mm，距离两端大于150cm处的高强冷拔丝间距小于等于70mm。

根据本发明的一些具体实施例，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的外直径在从上到下的方向上逐渐增大；

当所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的长度小于等于10m，且所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆上端的外直径小于等于190mm时，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的壁厚小于等于20mm；

当所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的长度大于等于12m，且所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆上端的外直径大于等于190mm时，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的壁厚为30-50mm。

根据本发明二方面实施例的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的加工方法，包括以下步骤：

S1、预制高强钢筋笼的电杆模具，并按照配比称取各组分；

S2、选取称好的铝矾土和聚丙烯纤维搅拌2分钟；

S3、投放硅酸盐水泥水泥、稻壳灰和玻璃粉并搅拌3分钟；

S4、投放羧酸减水剂，称取总水量的60％投入其中，并搅拌2分钟；

S5、加入剩余40％的水搅拌3分钟，制得超高性能的活性粉末混凝土后，浇入装有预制好的高强钢筋笼的电杆模具里施与预应力张拉，通过高速旋转模具使混凝土在离心力作用下密实，然后带模在100℃蒸汽池中养护8小时，再在蒸压釜中以2Mpa的压力加压蒸养，得到自修复纤维增强超高性能混凝土电杆。

有益效果：

根据本发明实施例的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，与现有技术相比，本发明提供的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的制备方法所获得的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆本发明

自修复纤维增强超高性能混凝土电杆是在混凝土中加入包裹修复剂的载体，当混凝土产生裂缝时，修复剂外层包裹物破裂，修复剂流出，充满裂缝，最终将裂缝封住，是在混凝土中添加可产生封堵裂缝的物质，这种物质遇到水就被激活，产生结晶体，沉积在裂缝的表面，不断增加结晶体在裂缝周围沉淀，逐渐将混凝土开裂部分填充密实。

自修复纤维增强超高性能混凝土电杆材料全部为无机材料，绿色环保，降低国家建筑排放为传统混凝土，与同等量水泥生产过程相比CO2排放量只有一半左右，且生产过程不可再生的自然资源骨料的用量，水泥、稻壳灰、铝钒土、玻璃粉、高强度纤维、修复胶纤维，等组成，通过最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成，是超细粒聚密材料、纤维增强与自修复能力技术相结合的高技术复合材料。具有超高强度、高韧性、高耐久性、高体积稳定性和自修复等特点。自修复纤维增强超高性能混凝土电杆带来的好处是显而易见。

修复胶纤维为典型的脆性材料，没有屈服延伸阶段，只要裂缝贯穿玻璃纤维，玻璃纤维马上破裂；混凝土与修复胶纤维管接触表面的化学粘着力；混凝土硬结，将玻璃纤维紧紧包裹的摩擦力。修复胶纤维膨胀系数：1×10-5混凝土线膨胀系数：(1.0-1.4)1×10-5能在混凝土中长期保存，且强度不变，也不影响混凝土的性能；能长时间储存各种修复胶结剂而不发生化学反应。修复胶液芯纤维是自修复纤维增强超高性能混凝土电杆对裂缝的控制和修复是提高混凝土材料耐久性的重中之重环节。所述的修复胶液芯纤维直径为0.5mm,壁厚为0.2mm,长为40mm，注入聚氨酯、丙烯酯作为修复剂，并拌和在混凝土中，基于修复胶液芯纤维的裂缝自修复混凝土电杆是在混凝土组成成分中掺入具有对外界应力敏感的物理触发功能的修复胶液芯纤维，在其内部形成智能修复裂缝的自修复体系，经过电杆的混凝土典型生产工艺，修复胶液芯纤维均匀分布于电杆的混凝土中，在混合和养护过程中修复胶液芯纤维材料不会发生破碎。在混凝土电杆使用过程中，一旦有裂缝产生应力，触发修复胶液芯纤维破裂，释放修复剂，填补裂缝，达到修复裂缝的目的。反之，当混凝土电杆内部环境稳定时，即没有裂缝产生的时候，植入混凝土电杆中的修复胶液芯纤维可以长期稳定存在于基体中。自修复后的混凝土强度和延性都得到了提高。所述使用的修复胶液芯纤维制备工艺操作简单，容易实现，工业化批量化生产提供了条件。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参照具体实施例描述根据本发明实施例的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆。

根据本发明第一方面实施例的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆包括钢筋笼，所述钢筋笼的外侧包覆有自修复纤维增强超高性能混凝土，所述自修复纤维增强超高性能混凝土由以下质量份配比的原料组成：

复胶液芯纤维40份～60份；

硅酸盐水泥950份～1000份；

稻壳灰160份～170份；

铝钒土900份～1200份；

璃粉70份～90份；

聚丙烯纤维50份～70份；

水145份～170份；

羧酸减水剂40份～60份。

根据本发明实施例的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，材料全部为无机材料，绿色环保，且生产过程不可再生的自然资源骨料的用量，超细活性粉末、水泥、优质细骨料、高强度纤维等组成，通过最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成，添加了短而细的修复胶液芯纤维，当混凝土结构产生裂缝时渗出液体修补裂缝可以防止钢筋腐蚀和氧化，并能在损坏时“再生”，具有超高强度、高韧性、高耐久性和高体积稳定性等特点，以解决上述背景技术中提出的问题。

根据本发明的一些具体实施例，所述修复胶液芯纤维的直径为0.5mm，壁厚为0.2mm，长度为40mm，注入聚氨酯、丙烯酯作为修复剂，修复剂的掺量0.02％。

根据本发明的一些具体实施例，所述硅酸盐水泥为P·Ⅱ52.5R型早强型水泥，且掺加不超过水泥质量5％的的混合材料，所述混合材料为石灰石或粒化高炉矿渣的混合物，石灰石和粒化高炉矿渣的粒径为30～60μm。

根据本发明的一些具体实施例，所述稻壳灰为燃烧稻壳后得到的灰烬，化学成分包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O、NaO、CaO和未燃碳，SiO₂的含量为80％～95％，粒径为0.05～0.30μm，比表面积≥400㎡/kɡ。

根据本发明的一些具体实施例，所述铝钒土为粒径在0.16～1.25mm的铝矾土

根据本发明的一些具体实施例，所述玻璃粉的粒径为1～13um；表观面值为2700kg/m³；莫氏硬度为7.8的玻璃粉。

根据本发明的一些具体实施例，所述聚丙烯纤维的长度为20mm；直径为0.13mm；拉伸强度大于等于1000MPa；断裂伸长率为15％；耐碱性为100％的聚丙烯纤维掺量0.07％。

根据本发明的一些具体实施例，所述自修复纤维增强超高性能混凝土包覆在所述钢筋笼的外侧形成自修复纤维增强超高性能混凝土层，所述自修复纤维增强超高性能混凝土层的厚度为7～10mm；所述钢筋笼由预应力钢丝作为主筋、普通热轧带肋钢筋作为辅筋、高强冷拔丝作箍筋，两根高强冷拔丝交叉呈菱形环绕主筋绑扎，且距离两端小于150cm处的高强冷拔丝间距小于等于50mm，距离两端大于150cm处的高强冷拔丝间距小于等于70mm。

根据本发明的一些具体实施例，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的外直径在从上到下的方向上逐渐增大；

当所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的长度小于等于10m，且所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆上端的外直径小于等于190mm时，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的壁厚小于等于20mm；

当所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的长度大于等于12m，且所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆上端的外直径大于等于190mm时，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的壁厚为30-50mm。

根据本发明二方面实施例的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的加工方法，包括以下步骤：

S1、预制高强钢筋笼的电杆模具，并按照配比称取各组分；

S2、选取称好的铝矾土和聚丙烯纤维搅拌2分钟；

S3、投放硅酸盐水泥水泥、稻壳灰和玻璃粉并搅拌3分钟；

S4、投放羧酸减水剂，称取总水量的60％投入其中，并搅拌2分钟；

S5、加入剩余40％的水搅拌3分钟，制得超高性能的活性粉末混凝土后，浇入装有预制好的高强钢筋笼的电杆模具里施与预应力张拉，通过高速旋转模具使混凝土在离心力作用下密实，然后带模在100℃蒸汽池中养护8小时，再在蒸压釜中以2Mpa的压力加压蒸养，得到自修复纤维增强超高性能混凝土电杆。

根据本发明实施例的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，与现有技术相比，本发明提供的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的制备方法所获得的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆本发明

自修复纤维增强超高性能混凝土电杆是在混凝土中加入包裹修复剂的载体，当混凝土产生裂缝时，修复剂外层包裹物破裂，修复剂流出，充满裂缝，最终将裂缝封住，是在混凝土中添加可产生封堵裂缝的物质，这种物质遇到水就被激活，产生结晶体，沉积在裂缝的表面，不断增加结晶体在裂缝周围沉淀，逐渐将混凝土开裂部分填充密实。

自修复纤维增强超高性能混凝土电杆材料全部为无机材料，绿色环保，降低国家建筑排放为传统混凝土，与同等量水泥生产过程相比CO2排放量只有一半左右，且生产过程不可再生的自然资源骨料的用量，水泥、稻壳灰、铝钒土、玻璃粉、高强度纤维、修复胶纤维，等组成，通过最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成，是超细粒聚密材料、纤维增强与自修复能力技术相结合的高技术复合材料。具有超高强度、高韧性、高耐久性、高体积稳定性和自修复等特点。自修复纤维增强超高性能混凝土电杆带来的好处是显而易见。

修复胶纤维为典型的脆性材料，没有屈服延伸阶段，只要裂缝贯穿玻璃纤维，玻璃纤维马上破裂；混凝土与修复胶纤维管接触表面的化学粘着力；混凝土硬结，将玻璃纤维紧紧包裹的摩擦力。修复胶纤维膨胀系数：1×10-5混凝土线膨胀系数：(1.0-1.4)1×10-5能在混凝土中长期保存，且强度不变，也不影响混凝土的性能；能长时间储存各种修复胶结剂而不发生化学反应。修复胶液芯纤维是自修复纤维增强超高性能混凝土电杆对裂缝的控制和修复是提高混凝土材料耐久性的重中之重环节。所述的修复胶液芯纤维直径为0.5mm,壁厚为0.2mm,长为40mm，注入聚氨酯、丙烯酯作为修复剂，并拌和在混凝土中，基于修复胶液芯纤维的裂缝自修复混凝土电杆是在混凝土组成成分中掺入具有对外界应力敏感的物理触发功能的修复胶液芯纤维，在其内部形成智能修复裂缝的自修复体系，经过电杆的混凝土典型生产工艺，修复胶液芯纤维均匀分布于电杆的混凝土中，在混合和养护过程中修复胶液芯纤维材料不会发生破碎。在混凝土电杆使用过程中，一旦有裂缝产生应力，触发修复胶液芯纤维破裂，释放修复剂，填补裂缝，达到修复裂缝的目的。反之，当混凝土电杆内部环境稳定时，即没有裂缝产生的时候，植入混凝土电杆中的修复胶液芯纤维可以长期稳定存在于基体中。自修复后的混凝土强度和延性都得到了提高。所述使用的修复胶液芯纤维制备工艺操作简单，容易实现，工业化批量化生产提供了条件。

采用早强型硅酸盐水泥，其型号：P·Ⅱ52.5R掺加不超过水泥质量5％的石灰石或粒化高炉矿渣粒径为30～60μm的混合材料；

早强型硅酸盐水泥主要特性表

稻壳灰是燃烧稻壳后得到的灰烬化学成分为SiO₂，含量约80％～95％，粒径为0.05～0.30μm。通过低温控制焚烧稻壳得到的一种具有高火山灰活性和巨大比表面积的火山灰质掺合料。其微观结构的纳米尺度SiO₂胶凝粒子和大量纳米尺度的孔隙而获得高火山灰活性和大比表面积。将稻壳灰应用于超高性能混凝土中,由于稻壳灰的微填充效应,超细微孔结构及孔隙水的内养护作用,可改善混凝土的孔结构,获得高强度和高耐久性和低收缩性。当把稻壳灰掺入混凝土中后，稻壳灰和水接触，部分小颗粒迅速解，溶液中富Si0₂贫Ca的凝胶在稻壳灰粒子表面形成附着层，经过一定时间后，富Si0₂和贫Ca凝胶附着层开始溶解和水泥水化产生的Ca(OH)：反应生成C-S-H凝胶。掺入稻壳灰可以改变混凝土的一些重要物理性能指标，稻壳灰颗粒可以填充相对较大的水泥颗粒的孔隙，减少孔隙的体积，加入稻壳灰可以改善它的粘聚性，减少泌水量。因为稻壳灰的比表面积非常大，在混凝土中的许多自由水都被稻壳灰粒子所约束，可以大大减少泌水量。从而减少界面水分的积聚，改善界面粘结性能。当坍落度较大，离心时间比较长的时候，稻壳灰混凝土也不易离析。

稻壳灰的化学组成成分表

水混凝土拌合用水按水源可分为饮用水、地表水、地下水、海水、以及经适当处理或处置后的工业废水。

混凝土拌合用水的物质含量限值表

聚羧酸减水剂是一种高性能减水剂0.6±0.1g/cm³(堆积密度)，PH值4.4±0.5，氯离子含量≤0.1％，碱含量≤1.0％。添加聚羧酸减水剂对混凝土水化热的影响。由于聚羧酸减水剂通过吸附包裹水泥粒子,破坏正常的水泥物质水化反应速度,将混凝土中相对集中、快速的水化反应分散,使得水化热释放周期延长,水化热峰值降低。对坍落度损失及缓凝作用的影响。由于聚羧酸减水剂延长水化反应时间,使得混凝土水泥成份不能短期内全部进水化反应,混凝土中胶凝成份数量少,混凝土粘性增长慢,同时降低水化反应耗水量,混凝土中自由水分损失减慢,混凝土坍落度损失减少,混凝土缓凝得到良好改善。对早期强度的影响。当水化作用达到混凝土缓凝、坍落度等要求后,其吸附作用减退,混凝土水化作用进入相对高峰期,产生大量热量,促使各种水化产物增多,并填充混凝土空隙,增加混凝土的密实程度,形成一定的早期强度。对混凝土后期强度的影响。由于后期水化作用逐渐放慢,水化热产生及数量也随之放慢,已水化特点占大量空间,使得尚未反应的水泥组份与水难以起作用,因而混凝土中存在部分尚未水化物质,正是这些物质形成混凝土后期强度储备。对水泥用量的影响。在混凝土拌合物中,由于减水剂各组分有效地使水泥组份进一步均匀扩散,并使水化热作用得到有效控制,使得用水减少,从而有效地提高水泥物质水化后胶凝物质在混凝土中的作用,减少由于施工用水过多而带来的水泥组份胶凝损失,从而达到降低水泥用量的目的。对混凝土抗渗作用机理。由于聚羧酸减水剂减缓混凝土水化作用,从而使混凝土水化热膨胀得到有效控制,材料热膨胀得到限制,减少混凝土水脂作用后的收缩量,有效避免了结构收缩的产生，同时,由于水化物形成胶凝质的填充作用,使得混凝土孙隙减少,密实度提高，其三,由于施工用水的减少,使得混凝土中自由水存量减少,相应也减少了自由水蒸发后混凝土中的水份空隙,从而对混凝土抗渗效果起到积极的作用。

聚羧酸高性能减水剂的混凝土性能指标

铝钒土粒径在0.16～1.25mm的铝矾土；玻璃粉粒径为1～13um；表观面值为2700KG/m³，莫氏硬度为7.8；

聚丙烯纤维长度为20mm；直径为0.13mm，拉伸强度为≥1000Mpa，断裂伸长率为15％，耐碱性为100％；纤维增强超高性能混凝土是电杆结构的基础，混凝土在凝结硬化过程中在不同实用环境下都会出现变形。混凝土的变形包括化学收缩、干缩湿胀、受荷变形，为了使混凝土有更好的力学性能本发明所述混凝土材料水泥、稻壳灰、铝钒土、玻璃粉等复合材料通过水化硬化可以提高混凝土强度在实施例中混凝土抗压强度不低于150Mpa,强度越高，刚性、不透水性、抵抗风华能力越强，但脆性大，容易裂，本发明所述混凝土还加入抗拉强度高的聚丙烯纤维，防止混凝土出现塑性收缩裂缝。混凝土在凝结硬化过程，表面失水会导致塑性收缩和裂缝，掺加聚丙烯纤维的混凝土，可以防止这种裂缝。由于聚丙烯纤维的弹性模量低于硬化混凝土，因此对硬化混凝土的韧性有一定程度提高。与钢纤维相比，不生锈、不腐蚀；不扎人；易分散；

高强钢丝钢筋笼高强钢丝的混凝土保护层为7～10mm；所述钢筋笼由预应力钢丝作主筋、普通热轧带肋钢筋作为辅筋、高强冷拔丝作箍筋，两根高强冷拔丝交叉呈菱形环绕主筋绑扎，且两端150cm处的高强冷拔丝间距为≤50mm，中间间距为≤70mm；所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆稍径≤190mm且长度≤10m的壁厚为≤20mm；稍径≥190mm且长度≥12m的壁厚为30mm～50mm。

下面结合具体实施例描述根据本发明实施例的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆。

自修复纤维增强超高性能混凝土电杆由所述的自修复纤维增强超高性能混凝土及高强钢丝绑扎的钢筋笼组成；自修复纤维增强超高性能混凝土是由以下质量份配比的原料组成：

复胶液芯纤维40份～60份；

硅酸盐水泥950份～1000份；

稻壳灰160份～170份；

钒土900份～1200份；

璃粉70份～90份；

聚丙烯纤维50份～70份；

水145份～170份；

羧酸减水剂40份～60份。

具体的配比如下表：

具体的混凝土电杆是线路建设中使用最广泛的线路器材。但它是一种脆性材料，在施工过程中或使用过程中很容易出现裂缝。为了提高本发明实施例所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的强度及安全性，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆中自修复纤维增强超高性能混凝土混有修复胶液芯纤维。作为优选实施例，所述自修复纤维增强超高性能混凝土是由水泥、稻壳灰、铝钒土、玻璃粉、高强度纤维、修复胶纤维，等组成。将称好后的铝矾土、聚丙烯纤维→搅拌2分钟→投放水泥、稻壳灰、玻璃粉→搅拌3分钟→投放减水剂加入60％水→搅拌2分钟→加入剩余40％水搅拌3分钟；制得超高性能的活性粉末混凝土后，浇入装有预制好的高强钢筋笼的电杆模具里施与预应力张拉，通过高速旋转模具使混凝土在离心力作用下密实，然后带模在100℃蒸汽池中养护8小时，再在蒸压釜中以2Mpa的压力加压蒸养，得到自修复纤维增强超高性能混凝土电杆。

实施例

一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，包括如下重量份数的下列配方组分：硅酸盐水泥975份；

例1-1：Z-190×12×M×BY，参数表如下：

主筋(预应力钢丝)截面积:905mm²；凝胶材料：硅酸盐水泥975份、稻壳灰165份、玻璃粉80份；骨料：铝钒土1055份；外加剂：聚羧酸减水剂43.8份；增强材料：聚丙烯纤维54份；自修复材料：修复胶液芯纤维50份；

上述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的制备方法，包括如下步骤：

按上述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的配方称取各组分；

将铝矾土、聚丙烯纤维→搅拌2分钟→投放水泥、稻壳灰、玻璃粉→搅拌3分钟→投放减水剂加入60％水→搅拌2分钟→加入剩余40％水搅拌3分钟；制得超高性能的活性粉末混凝土后，浇入装有预制好的高强钢筋笼的电杆模具里施与预应力张拉，通过高速旋转模具使混凝土在离心力作用下密实，然后带模在100℃蒸汽池中养护8小时，再在蒸压釜中以2Mpa的压力加压蒸养。

例1-2：Z-190×12×M×BY，参数表如下：

主筋(预应力钢丝)截面积:≥905mm2；凝胶材料：硅酸盐水泥995份、稻壳灰165份、玻璃粉70份；骨料：铝钒土1070份；外加剂：聚羧酸减水剂50份；增强材料：聚丙烯纤维63份；自修复材料：修复胶液芯纤维50份；

上述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的制备方法，包括如下步骤：

按上述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的配方称取各组分；

将铝矾土、聚丙烯纤维→搅拌2分钟→投放水泥、稻壳灰、玻璃粉→搅拌3分钟→投放减水剂加入60％水→搅拌2分钟→加入剩余40％水搅拌3分钟；制得超高性能的活性粉末混凝土后，浇入装有预制好的高强钢筋笼的电杆模具里施与预应力张拉，通过高速旋转模具使混凝土在离心力作用下密实，然后带模在100℃蒸汽池中养护8小时，再在蒸压釜中以2Mpa的压力加压蒸养。

力学性能测试

将上述例1-2制得的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆进行性能测试，各测试结果见表1所示：

表1

力学性能对比

按照上述配合比所配制的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆、一般超高强混凝土电杆与普通高强混凝土电杆的力学性能对比试验结果如表2所示：

表2

从表2可以看出，按该技术制备的自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，实现了在能确保其所应具备的力学性能(即混凝土强度等级、塑性，电杆抗裂系数、挠度等)以及具有高耐久性、高可靠性、高工作性、高体积稳定性和经济性的基础上，显著地改进混凝土电杆可自修复的性能，避免了在混凝土电杆装吊、搬运、施工时易造成混凝土内部先天性微裂缝等缺陷，可带来显著的经济效益和施工质量改进效果，具有较高的工程应用价值和广阔的市场前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆包括钢筋笼，所述钢筋笼的外侧包覆有自修复纤维增强超高性能混凝土，所述自修复纤维增强超高性能混凝土由以下质量份配比的原料组成：

复胶液芯纤维40份～60份；

硅酸盐水泥950份～1000份；

稻壳灰160份～170份；

铝钒土900份～1200份；

璃粉70份～90份；

聚丙烯纤维50份～70份；

水145份～170份；

羧酸减水剂40份～60份。

2.根据权利要求1所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述修复胶液芯纤维的直径为0.5mm，壁厚为0.2mm，长度为40mm，注入聚氨酯、丙烯酯作为修复剂，修复剂的掺量0.02％。

3.根据权利要求1所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述硅酸盐水泥为P·Ⅱ52.5R型早强型水泥，且掺加不超过水泥质量5％的的混合材料，所述混合材料为石灰石或粒化高炉矿渣的混合物，石灰石和粒化高炉矿渣的粒径为30～60μm。

4.根据权利要求1所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述稻壳灰为燃烧稻壳后得到的灰烬，化学成分包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O、NaO、CaO和未燃碳，SiO₂的含量为80％～95％，粒径为0.05～0.30μm，比表面积≥400㎡/kɡ。

5.根据权利要求1所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述铝钒土为粒径在0.16～1.25mm的铝矾土。

6.根据权利要求1所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述玻璃粉的粒径为1～13um；表观面值为2700kg/m³；莫氏硬度为7.8的玻璃粉。

7.根据权利要求1所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述聚丙烯纤维的长度为20mm；直径为0.13mm；拉伸强度大于等于1000MPa；断裂伸长率为15％；耐碱性为100％的聚丙烯纤维掺量0.07％。

8.根据权利要求1所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述自修复纤维增强超高性能混凝土包覆在所述钢筋笼的外侧形成自修复纤维增强超高性能混凝土层，所述自修复纤维增强超高性能混凝土层的厚度为7～10mm；所述钢筋笼由预应力钢丝作为主筋、普通热轧带肋钢筋作为辅筋、高强冷拔丝作箍筋，两根高强冷拔丝交叉呈菱形环绕主筋绑扎，且距离两端小于150cm处的高强冷拔丝间距小于等于50mm，距离两端大于150cm处的高强冷拔丝间距小于等于70mm。

9.根据权利要求1所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆，其特征在于：所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的外直径在从上到下的方向上逐渐增大；

当所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的长度小于等于10m，且所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆上端的外直径小于等于190mm时，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的壁厚小于等于20mm；

当所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的长度大于等于12m，且所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆上端的外直径大于等于190mm时，所述自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的壁厚为30-50mm。

10.根据权利要求1-0任意一项所述的一种自修复纤维增强超高性能混凝土电杆的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、预制高强钢筋笼的电杆模具，并按照配比称取各组分；

S2、选取称好的铝矾土和聚丙烯纤维搅拌2分钟；

S3、投放硅酸盐水泥水泥、稻壳灰和玻璃粉并搅拌3分钟；

S4、投放羧酸减水剂，称取总水量的60％投入其中，并搅拌2分钟；

S5、加入剩余40％的水搅拌3分钟，制得超高性能的活性粉末混凝土后，浇入装有预制好的高强钢筋笼的电杆模具里施与预应力张拉，通过高速旋转模具使混凝土在离心力作用下密实，然后带模在100℃蒸汽池中养护8小时，再在蒸压釜中以2Mpa的压力加压蒸养，得到自修复纤维增强超高性能混凝土电杆。