專利名稱：鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及混凝土橋橋面剛性鋪裝和新、舊水泥混凝土路面罩面加鋪用的混凝 土，具體涉及鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土及其制備方法。
背景技術：
橋面鋪裝的功用是保護主梁整體部分的行車道板不受車輛輪胎或履帶的直接磨 耗，防止主梁遭受雨水的侵蝕，并能對車輛輪重的集中荷載起到一定的分布作用。鋪裝設計 的主要目標是控制裂縫擴展并將收縮應力、溫度應力和疲勞應力引起的裂縫減至最小。由 此，橋面鋪裝要求有一定強度，并能滿足抗裂、抗沖擊、具有耐磨性等各項要求?？紤]到分縫 處各板塊角部易產(chǎn)生開裂，也要求橋面鋪裝具有足夠的抗彎強度和韌性?，F(xiàn)在國內(nèi)外常用的橋面鋪裝材料有浙青混合料、普通水泥混凝土、鋼筋網(wǎng)增強混 凝土、連續(xù)配筋混凝土、鋼纖維增強混凝土、聚合物改性混凝土、聚合物纖維混凝土等。強度一直是混凝土作為重要結(jié)構(gòu)材料的主要性能指標，混凝土高強化是多年來混 凝土研究與發(fā)展的努力方向。但是混凝土抗拉、抗彎、抗沖擊、抗爆以及韌性差等固有的弱 點卻仍限制著其優(yōu)勢的充分發(fā)揮，并且隨著混凝土強度的不斷提高，這一弱點也愈益突出。 通常認為，混凝土強度越高，其韌性越差，脆性越高，結(jié)構(gòu)延性和抗裂能力越不足，給結(jié)構(gòu)抗 震性能帶來的隱患越大，防火性能越差，混凝土耐久性問題越大。因此，長期以來許多學者 不斷探索改善混凝土上述性能的方法和途徑。纖維增強混凝土，就是近年來研究和應用最 廣的重要途徑之一。纖維增強混凝土(或簡稱纖維混凝土)，是以水泥漿、砂漿和混凝土為 基材，以金屬材料、無機材料或有機纖維為增強材料組成的一種水泥基復合材料，它是將短 而細的，具有高抗拉強度、高極限延伸率、高抗堿性等良好性能的纖維均勻地分散在混凝土 基體中形成的一種新型建筑材料。目前纖維增強混凝土主要有兩類一是高彈模量短纖維增強混凝土，其代表纖維 是鋼纖維。由于鋼纖維可阻滯基體混凝土裂縫的開展，因此鋼纖維增強混凝土的抗拉、抗 彎、抗剪強度等較普通混凝土顯著提高，其抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性也有較大的 改善，但鋼纖維對混凝土的初裂防止貢獻不大，鋼纖維的加入使混凝土與橋面板的連接不 良而容易出現(xiàn)剝離，導致橋面鋪裝的過早破壞；另外鋼纖維增強混凝土的抗?jié)B性、耐堿性、 耐候性和變形性能等也較差。有研究學者研制出了鋼纖維增強聚合物改性混凝土，較好地 改善了鋼纖維增強混凝土材料的缺點，獲得了優(yōu)良的性能，但由于造價昂貴，難以廣泛推廣 應用。二是低彈模量短纖維增強混凝土，其代表纖維是聚合物纖維。聚合物纖維對混凝土的 作用主要是限制了混凝土早期裂縫的生成與發(fā)展，增強了混凝土的耐久性。聚合物纖維的 阻裂效應主要體現(xiàn)在消除或減輕了早期混凝土中原生裂隙的發(fā)生和發(fā)展，鈍化了原生裂隙 尖端的應力集中，使混凝土基體內(nèi)的應力場更加持續(xù)和均勻。聚合物纖維的阻裂作用是從 根本上對混凝土自身缺陷的改善，包括有效增加混凝土的韌性；減少裂縫，提高抗?jié)B能力； 減少裂縫，延緩鋼筋銹蝕；減少混凝土結(jié)構(gòu)受到的化學侵蝕；增強抗凍融能力，減少混凝土 結(jié)構(gòu)遭受破壞；減少混凝土的泌水，使表面混凝土的質(zhì)量得以改善；減少裂縫，提高耐磨性和抗沖擊能力等等。但聚合物纖維的加入對混凝土的強度提高沒有貢獻，相反大量摻入聚 合物纖維對混凝土的強度有一定的降低作用。因此，聚合物纖維這些優(yōu)點能較好地補充和 完善鋼纖維增強混凝土的防初裂和抗?jié)B性等方面的缺點，而鋼纖維對混凝土的增強作用能 較好地彌補聚合物纖維混凝土在強度方面的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增 強混凝土及其制備方法。本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法，包括如下步驟(1)清洗砂、石子，并使其處于干燥狀態(tài)；(2)將水泥、砂、石子按質(zhì)量比1 1.45 2. 2 1. 78 2. 73投入拌合設備中， 再按鋼纖維與混凝土的體積比0. 6 0. 8% 1投入鋼纖維，拌合均勻；(3)按水、水泥質(zhì)量比0. 30 0. 48 1的比例準備水，按高效減水劑與水泥的質(zhì) 量比0. 3 1. 2% 1，并按lm3混凝土 0. 6 1. 2kg聚合物纖維的比例投入所述水中攪勻 得到混合物；(4)將步驟(3)得到的含有高效減水劑、聚合物纖維和水的混合物投入混凝土拌 合設備中，攪拌均勻后出料，制備得鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土。上述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法中，所述聚合物纖維為 短纖維聚丙烯或聚丙烯腈。上述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法中，所述高效減水劑為 高濃縮粉劑，所述高效減水劑以脂肪族羥基磺酸鹽高縮合物為主要成分。上述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法中，所述砂為中砂。上述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法中，所述石子的級配為 5 20mm連續(xù)級配。上述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法中，砂、石子應該提前 清洗，并使其在使用時處于干燥狀態(tài)，否則攪拌時容易出現(xiàn)結(jié)團。本發(fā)明還提供了由上述制備方法得到的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土。本發(fā)明的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土在澆注后養(yǎng)護方法和普通混凝 土養(yǎng)護方法一致。以下對本發(fā)明技術方案的部分原理作進一步說明橋面鋪裝通常沒有結(jié)構(gòu)性的目 的，主要是用于提高橋面的耐久性和服務壽命。一方面，橋面鋪裝層要有足夠的強度承受和 分散交通輪載，有足夠的耐磨性抵抗車輪的磨耗；另一方面，橋面鋪裝層要有足夠的韌性來 滿足橋面結(jié)構(gòu)的變形，防止出現(xiàn)裂縫和抵抗裂縫的擴展，提高鋪裝層的抗?jié)B透性，從而提高 橋面的耐久性，延長服務壽命。除了混凝土成型過程中存在的孔隙外，混凝土的抗?jié)B性主要 決定于對裂縫產(chǎn)生和擴展的控制。鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土克服了鋼纖維增 強混凝土和聚合物纖維混凝土的缺點，發(fā)揮了各自的優(yōu)點。在混凝土凝結(jié)成型階段，聚合物 纖維在Pm尺度上抑制了混凝土基體中微裂縫的形成和發(fā)展，有效減少了微裂縫的數(shù)量和 尺寸，改善了混凝土的脆性，提高了混凝土的韌性和抗?jié)B性。在混凝土固化承載階段，均勻 亂向分布的鋼纖維在混凝土基體內(nèi)有效減小初始缺陷處的應力集中，通過橋聯(lián)作用抑制裂紋的產(chǎn)生和擴展，提高混凝土的初裂強度、彎曲韌性、抗?jié)B性、耐久性等。同時，鋼纖維的摻 入能有效提高強混凝土的抗拉、抗彎、抗剪強度、抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性等性能，這恰恰 彌補了聚合物纖維對混凝土強度提高沒有貢獻的不足。因此，鋼纖維/聚合物纖維雙纖維 增強混凝土是滿足設計優(yōu)良橋面鋪裝體系需要的新型材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點本發(fā)明通過上述技術方案達到克服鋼纖維混凝土初裂、滲透、耐磨、變形、收縮等 性能差的缺陷和聚合物纖維混凝土抗彎、抗拉、抗剪、抗疲勞、抗沖擊等性能差的缺陷，具有 抗初裂強度高、抗?jié)B透、耐磨、變形性能優(yōu)良、收縮小，抗彎、抗拉、抗剪強度高，抗疲勞、抗沖 擊性能優(yōu)良等效果。在鋼纖維和聚合物纖維的協(xié)同作用下，弱點明顯被克服，各組分性能得 到了充分發(fā)揮，形成了剛?cè)嵯酀阅芰己玫膹秃喜牧??？偟膩碚f，鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土克服了鋼纖維混凝土和聚合物 纖維混凝土的不足，發(fā)揮了兩者的優(yōu)點，具有初始裂縫少、初裂強度高、抗拉抗彎強度高、抗 沖擊性能高、抗疲勞性能好、耐久性好、抗?jié)B性好等優(yōu)良性能，并且施工程序和工藝沒有特 殊要求。鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土綜合性能高，價格合理，在混凝土橋橋面剛 性鋪裝和新、舊水泥混凝土路面罩面加鋪領域具有廣闊的推廣前景。
具體實施例方式本發(fā)明的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土配方如下
水砂石子水減水劑聚合物纖維(kg/m3鋼纖維體積比泥(%)聚合物纖維質(zhì)量/(鋼纖維體積/混凝土體積)混凝土體積)11.45-2.201.78-2.730.30-0.480.3-1.20.6-1.20.6-0.8其中水泥是普通硅酸鹽水泥，減水劑是高效減水劑，是以脂肪族羥基磺酸鹽高縮 合物為主要成分，為高濃縮粉劑。聚合物纖維是是市售產(chǎn)品。砂是中砂，石子的級配是5 20mm連續(xù)級配；聚合物纖維的摻量是每1立方米混凝土的聚合物纖維質(zhì)量；鋼纖維體積比 是鋼纖維與混凝土的體積比。以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施作進一步說明，但本發(fā)明的實施和保護范圍 不限于此。實施例1制備鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的原材料(1)水泥強度等級為32. 5的普通硅酸鹽水泥；(2)砂河砂，表觀密度2.65g/cm3，堆積密度1400kg/m3，孔隙率47. 2 %，含泥量 1%，細度模數(shù)2.8，為中砂；(3)碎石人工軋制花崗巖碎石，粒徑< 20mm ；(4)鋼纖維剪切型鋼纖維，長度30mm，等效直徑0. 69mm,長徑比45，抗拉強度> 755MPa ；
(5)聚合物纖維聚丙烯纖維或聚丙烯腈纖維，束狀單絲，長度12/19mm，直徑 20/38 u m，抗拉強度> 500MPa ；(6)減水劑KJ_5高效減水劑，高濃、粉劑。鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法如下(1)清洗砂、石子，并使其處于干燥狀態(tài)；(2)鋼纖維從袋中倒出后，檢查、剔除有銹蝕、結(jié)團的鋼纖維；(3)將水泥、砂、石子按質(zhì)量比1 1.82 2. 23投入拌合設備中，再按鋼纖維與混 凝土的體積比0. 6% 1投入鋼纖維，拌合均勻；(4)按水、水泥質(zhì)量比0.44 1的比例準備水，按高效減水劑與水泥的質(zhì)量比 0. 48% 1，按lm3混凝土 1.2kg聚合物纖維的比例投入水中攪勻得到混合物；(5)將含有高效減水劑、聚合物纖維和水的混合物投入混凝土拌合設備中，攪拌均 勻后即可出料，制備得鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土。所述石子的級配是5 20mm連續(xù)級配。實施例2制備鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的原材料(1)水泥強度等級為32. 5的普通硅酸鹽水泥；(2)砂河砂，表觀密度2.65g/cm3，堆積密度1400kg/m3，孔隙率47. 2 %，含泥量 1%，細度模數(shù)2.8，為中砂；(3)碎石人工軋制花崗巖碎石，粒徑< 20mm ；(4)鋼纖維剪切型鋼纖維，長度30mm，等效直徑0. 69mm,長徑比45，抗拉強度> 755MPa ；(5)聚合物纖維聚丙烯纖維或聚丙烯腈纖維，束狀單絲，長度12/19mm，直徑 20/38 u m，抗拉強度> 500MPa ；(6)減水劑KJ_5高效減水劑，高濃、粉劑。鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法如下(1)清洗砂、石子，并使其處于干燥狀態(tài)；(2)鋼纖維從袋中倒出后，檢查、剔除有銹蝕、結(jié)團的鋼纖維；(3)將水泥、砂、石子按質(zhì)量比1 1.82 2. 23投入拌合設備中，再按鋼纖維與混 凝土的體積比0. 8% 1投入鋼纖維，拌合均勻；(4)按水、水泥質(zhì)量比0.44 1的比例準備水，按高效減水劑與水泥的質(zhì)量比 0. 48% 1，按lm3混凝土 0.9kg聚合物纖維的比例投入水中攪勻得到混合物；(5)將含有高效減水劑、聚合物纖維和水的混合物投入混凝土拌合設備中，攪拌均 勻后即可出料，制備得鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土。所述石子的級配是5 20mm連續(xù)級配。實施例3制備鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的原材料(1)水泥強度等級為32. 5的普通硅酸鹽水泥；(2)砂河砂，表觀密度2.65g/cm3，堆積密度1400kg/m3，孔隙率47. 2 %，含泥量 1%，細度模數(shù)2.8，為中砂；
(3)碎石人工軋制花崗巖碎石，粒徑< 20mm ；(4)鋼纖維剪切型鋼纖維，長度30mm，等效直徑0. 69mm,長徑比45，抗拉強度> 755MPa ；(5)聚合物纖維聚丙烯纖維或聚丙烯腈纖維，束狀單絲，長度12/19mm，直徑 20/38 μ m，抗拉強度> 500MPa ；(6)減水劑KJ_5高效減水劑，高濃、粉劑。鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法如下(1)清洗砂、石子，并使其處于干燥狀態(tài)；(2)鋼纖維從袋中倒出后，檢查、剔除有銹蝕、結(jié)團的鋼纖維；(3)將水泥、砂、石子按質(zhì)量比1 1.82 2. 23投入拌合設備中，再按鋼纖維與混 凝土的體積比0. 8% 1投入鋼纖維，拌合均勻；(4)按水、水泥質(zhì)量比0.44 1的比例準備水，按高效減水劑與水泥的質(zhì)量比 0. 48% 1，按Im3混凝土 1.2kg聚合物纖維的比例投入水中攪勻得到混合物；(5)將含有高效減水劑、聚合物纖維和水的混合物投入混凝土拌合設備中，攪拌均 勻后即可出料，制備得鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土。所述石子的級配是5 20mm連續(xù)級配。用本發(fā)明的制備方法制備鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土，不但具有高抗 滲性、高耐久性，而且具有優(yōu)良的抗沖擊和抗疲勞性能(如表1所示)，能有效地延長橋面鋪 裝的使用壽命。采用本發(fā)明對“119省道”里程K54+930-K54+960的路面及與其相連的麻冚 橋的橋面進行了舊橋面、路面的改造，鋪裝過程中鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土 采用現(xiàn)場拌合，經(jīng)過隨機抽樣檢查兩種纖維在混凝土中分布均勻；該改造路段運行情況良 好。實驗室和工程應用情況均表明，用本發(fā)明的制備方法制備鋼纖維/聚合物纖維雙纖維 增強混凝土可廣泛應用于混凝土橋橋面剛性鋪裝和新、舊水泥混凝土路面罩面加鋪。表1不同混凝土材料的性能對比
權(quán)利要求
鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)清洗砂、石子，并使其處于干燥狀態(tài)；(2)將水泥、砂、石子按質(zhì)量比1∶1.45～2.2∶1.78～2.73投入拌合設備中，再按鋼纖維與混凝土的體積比0.6～0.8％∶1投入鋼纖維，拌合均勻；(3)按水、水泥質(zhì)量比0.30～0.48∶1的比例準備水，按高效減水劑與水泥的質(zhì)量比0.3～1.2％∶1，并按1m3混凝土0.6～1.2kg聚合物纖維的比例投入所述水中攪勻得到混合物；(4)將步驟(3)得到的含有高效減水劑、聚合物纖維和水的混合物投入混凝土拌合設備中，攪拌均勻后出料，制備得鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法，其特征 在于所述聚合物纖維為短纖維聚丙烯或聚丙烯腈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法，其特征 在于所述高效減水劑為高濃縮粉劑，所述高效減水劑以脂肪族羥基磺酸鹽高縮合物為主要 成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法，其特征 在于所述砂為中砂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土的制備方法，其特征 在于所述石子的級配為5 20mm連續(xù)級配。
6.由權(quán)利要求1所述制備方法得到的鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土。
全文摘要
本發(fā)明提供鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土及其制備方法，制備方法如下將水泥、砂、石子按質(zhì)量比1∶1.45～2.20∶1.78～2.73投入拌合設備中，再按鋼纖維與混凝土的體積比0.6～0.8％∶1投入鋼纖維，拌合均勻；按水、水泥質(zhì)量比0.30～0.48∶1的比例準備水，按高效減水劑與水泥的質(zhì)量比0.3～1.2％∶1，按1m3混凝土0.6～1.2kg聚合物纖維的比例投入水中攪勻得到混合物；將混合物投入混凝土拌合設備中，攪拌均勻后即得到鋼纖維/聚合物纖維雙纖維增強混凝土。本發(fā)明的混凝土質(zhì)量優(yōu)良，應用于混凝土橋橋面剛性鋪裝和新、舊水泥混凝土路面罩面加鋪領域。
文檔編號C04B16/06GK101985393SQ20101026043
公開日2011年3月16日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者劉澤佳, 劉逸平, 李朝文, 湯立群, 蘇鎮(zhèn)洪, 黃小清, 黃少新 申請人:華南理工大學;廣州市公路管理局