CN113860776A - 一种高弹模钢纤维及抗震性超延性uhpc材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高弹模钢纤维及抗震性超延性UHPC材料，该钢纤维包括钢纤维本体，所述钢纤维本体整体为直条形且具有空心结构，所述空心结构上设有开口。本发明能够减少UHPC材料在搅拌时钢纤维结团或扎堆现象的同时，保证钢纤维与胶凝材料的界面粘结强度，从而在保证UHPC混凝土材料的流动性能的前提下，提高UHPC混凝土材料的增强增韧效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种高弹模钢纤维以及抗震性超延性UHPC材料，属于超高性能混凝土材料技术领域。
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。超高性能混凝土(UHPC)指抗压强度在150MPa以上，具有超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料，其在桥梁工程、建筑工程、防护工程等领域具有广阔的应用前景。
UHPC的主要成分为硅灰和水泥等胶凝材料、细骨料(粒径一般小于0.5mm)、高效减水剂及钢纤维等，UHPC抗拉强度的提高和开裂后韧性的提高等主要依赖钢纤维的掺入，以及钢纤维在水泥基复合材料中的均匀分布。常见的钢纤维形状有平直形以以及弯钩形等异型结构，比如：所述钢纤维的横截面为矩形、锯齿形或弯月形；所述钢纤维的横截面尺寸沿长度而交替变化；所述钢纤维整体呈波浪形、圆圈状或螺旋形，等等。参见《不同形状钢纤维对UHPC受拉性能影响的试验研究》（作者：苏家战等，宁夏大学学报(自然科学版)，第41卷第3期，2020年9月）、《钢纤维形状对超高性能纤维混凝土力学性能的影响》（作者：杨松霖等，工业建筑，2012，42（1））等文献可知，掺入平直钢纤维的UHPC混凝土材料的流动性能更好（流动性能越好，则意味着充满模板的能力越强），而掺入异型结构钢纤维的UHPC混凝土材料，由于钢纤维与胶凝材料的界面粘结强度大，因此增强增韧效果更佳（即韧性和耐久性更佳），但其流动性相对较差。
但是，申请人在生产实践中发现，UHPC材料在搅拌过程中，异型结构的钢纤维会形成钢纤维结团或扎堆现象，导致钢纤维难以分散或者钢纤维与骨料难以搅拌均匀，会严重影响UHPC混凝土的施工及力学性能，降低UHPC混凝土构件的抗压强度和抗拉强度，影响UHPC的韧性和耐久性，最终影响施工质量。
因此，如何在保证UHPC混凝土材料的流动性能的前提下，同时提高UHPC混凝土材料的增强增韧效果，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新型的高弹模钢纤维以及应用该钢纤维的UHPC材料，能够减少UHPC材料在搅拌时钢纤维结团或扎堆现象的同时，保证钢纤维与胶凝材料的界面粘结强度，从而在保证UHPC混凝土材料的流动性能的前提下，提高UHPC混凝土材料的增强增韧效果。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种高弹模钢纤维，包括钢纤维本体，所述钢纤维本体整体为直条形且具有空心结构，所述空心结构上设有开口。
优选的，所述空心结构沿钢纤维本体的长度方向延伸，所述开口位于空心结构的两端。
另一方面，本发明还提供了一种抗震性超延性UHPC材料，包括上述高弹模钢纤维。
本发明通过采用直条形的钢纤维本体，避免了UHPC材料在搅拌过程中钢纤维结团或扎堆的现象，保证了UHPC混凝土材料的流动性能，提高了UHPC混凝土充满模板的能力；本发明通过在钢纤维本体上设置带有开口的空心结构，使UHPC混凝土在使用过程中，凝胶材料会透过开口注入至空心结构中，因此提高了钢纤维与胶凝材料的界面粘结强度。通过上述改进，UHPC材料在湿搅拌后钢纤维在微观上形成钢管混凝土效应，耗能好，超延性，与混凝土的接触表面积增大，因此能够实现在保证UHPC混凝土材料的流动性能的前提下，提高UHPC混凝土材料的增强增韧效果，从而提高UHPC结构件的韧性和耐久性，提高施工质量。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一种高弹模钢纤维，包括钢纤维本体，所述钢纤维本体整体为直条形且具有空心结构，所述空心结构上设有开口。开口的作用是使UHPC混凝土在使用过程中，凝胶材料会透过开口注入至空心结构中，因此开口可以设置在空心结构的任何部位，但是为了加工方便，优选的，所述空心结构沿钢纤维本体的长度方向延伸，所述开口位于空心结构的两端。
优选的，所述钢纤维本体采用镀铜钢纤维、不锈钢钢纤维或者SMA钢纤维。镀铜钢纤维具有抗压、抗拉、抗裂功能强的特点，不锈钢钢纤维则具有工艺流程短、价格便宜、强度和韧性高的特点，而SMA钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成。
实施例二
UHPC材料是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强水泥基材料，特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。
本实施例涉及一种抗震性超延性UHPC材料，包括胶凝材料、细骨料、超高效减水剂和钢纤维，其中钢纤维采用实施例一中的高弹模钢纤维。
本实施例中钢纤维本体的内直径为0.3～0.4mm左右，外直径为0.6～0.7mm。湿搅拌后钢纤维在微观上形成钢管混凝土效应，耗能好，超延性，与混凝土的接触表面积增大，比端钩钢纤维更易分散。复合纤维的弹模得到了提高，抗压能力得到提升；复合材料纤维抗火性能优于纯钢纤维。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高弹模钢纤维，包括钢纤维本体，其特征在于：所述钢纤维本体整体为直条形且具有空心结构，所述空心结构上设有开口。
2.根据权利要求1所述的高弹模钢纤维，其特征在于：所述空心结构沿钢纤维本体的长度方向延伸，所述开口位于空心结构的两端。
3.根据权利要求1或2所述的高弹模钢纤维，其特征在于：所述钢纤维本体采用镀铜钢纤维、不锈钢钢纤维或者SMA钢纤维。
4.一种抗震性超延性UHPC材料，包括权利要求1或2所述的高弹模钢纤维。
5.根据权利要求4所述的抗震性超延性UHPC材料，其特征在于：所述钢纤维本体采用镀铜钢纤维或者不锈钢钢纤维。
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