鋼纖維聚合物混凝土復合結構及其制備方法與應用技術

本發明專利技術屬于土木建筑與交通運輸工程領域，公開了一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構及其制備方法與應用。所述復合結構的制備方法為：確定復合結構中的受拉、受剪部位，在受拉和/或受剪部位使用鋼纖維聚合物結構混凝土材料，在其它部位使用普通高強混凝土材料；然后依次澆注底部構件、中部構件和上部構件并進行養護，得到鋼纖維聚合物混凝土復合結構。本發明專利技術所述鋼纖維聚合物結構混凝土材料和普通高強混凝土材料具有相差≤2MPa的抗壓強度，所得復合結構具有高強、高韌、變形協調性好、耐磨、抗滲、耐堿、耐候、抗裂、抗疲勞、抗沖擊及耐久性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于土木建筑與交通運輸工程領域，具體涉及一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構及其制備方法與應用。
技術介紹
對于大跨度混凝土橋梁上部結構，在施工或運營期間，結構局部，例如連續剛構橋的0號塊、1號塊、1/4跨、跨中附近節段及合攏段等，處于復雜應力狀態并會出現較大的拉應力或剪應力，造成開裂并影響結構的耐久性。較多的工程實踐表明，采用普通的高強混凝土材料，僅僅靠提高材料強度還不能滿足上述橋梁結構的抗裂性及耐久性要求。高強、高韌化是土木建筑及交通領域對材料和結構性能要求的發展趨勢。目前，高強或高韌混凝土主要有三類：普通高強混凝土、鋼纖維混凝土、鋼纖維增強聚合物改性混凝土；復合結構主要為鋼-混凝土復合結構。普通高強混凝土雖然強度高、造價低廉，應用廣泛，但易出現干燥收縮開裂、疲勞及沖擊荷載下的開裂，不能滿足處于復雜應力狀態的橋梁等混凝土結構的抗裂性及耐久性要求。鋼纖維混凝土比普通混凝土具有更高的抗拉壓、抗彎、抗剪強度，其抗疲勞、抗沖擊和耐久性能也有較大的改善。但鋼纖維對防止混凝土的初裂貢獻不大；鋼纖維混凝土的抗滲性、耐堿性、耐候性和抗變形能力較差，而且普通鋼纖維在混凝土中易被銹蝕，使結構外表面過早被破壞；不銹鋼鋼纖維價格較貴，難以推廣應用。以往的鋼纖維增強聚合物改性混凝土，雖然有較好的粘結性、抗滲性、耐堿性、耐候性和較大的變形能力等，但目前的鋼纖維增強聚合物改性混凝土屬于中低強混凝土，還無法應用于混凝土橋梁上部結構等需要高強度的承載結構中。鋼-混凝土復合/組合結構主要有鋼-混凝土組合梁、鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土結構、壓型鋼板混凝土組合板等四類，其優點是能夠減少結構高度、減輕重量，具有良好的延性和剛度，抗沖擊、抗疲勞、穩定性好。但鋼結構件與混凝土構件之間的變形協調性較差，其結合部是該類復合/組合結構安全的軟肋，而且施工性較差、造價偏貴，鋼結構部分的耐堿性、耐候性和耐久性還有待于改善。
技術實現思路
為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本專利技術的首要目的在于提供一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構。本專利技術的另一目的在于提供上述鋼纖維聚合物混凝土復合結構的制備方法。本專利技術的再一目的在于提供上述鋼纖維聚合物混凝土復合結構的應用。本專利技術目的通過以下技術方案實現：一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構，所述復合結構的受拉或/和受剪部位使用鋼纖維聚合物結構混凝土材料(SFPSC)，其它部位使用普通高強混凝土材料；所述鋼纖維聚合物結構混凝土材料和普通高強混凝土材料具有相差≤2MPa的抗壓強度。所述的復合結構包括箱梁、工字梁、T型梁、矩形梁、空心板梁等結構。所述復合結構的結構示意圖如圖1所示。所述的鋼纖維聚合物結構混凝土材料由以下質量百分比的組分配制而成：碎石41％～45％、中砂25％～28％、水泥18％～21％、水6.3％～7.3％、鋼纖維2.1％～3.1％、減水劑0.21％～0.29％、乳膠0.25％～0.29％和粉煤灰0.10％～0.40％。優選地，所述的鋼纖維為壓痕形或波浪形鋼纖維。優選地，所述的減水劑為聚羧酸高性能減水劑。優選地，所述的乳膠為丁苯乳膠，是一種遇水可再分散醋酸乙烯酯/乙烯共聚膠粉。上述鋼纖維聚合物混凝土復合結構的制備方法，包括以下步驟：(1)確定復合結構中的受拉、受剪部位，在受拉和/或受剪部位使用鋼纖維聚合物結構混凝土材料，在其它部位使用普通高強混凝土材料；(2)配置底板或下翼緣板等位于底部構件的材料并進行澆注，再按照普通混凝土的方法養護4～24小時，若無底部構件則直接進入步驟(3)；(3)配置腹板或肋等位于中部構件的材料并進行澆注，再按照普通混凝土的方法養護4～24小時；(4)配置頂板或上翼緣板等位于上部構件的材料并澆注，再按照普通混凝土的養護方法對整個復合結構進行養護，得到鋼纖維聚合物混凝土復合結構。優選地，所述鋼纖維聚合物結構混凝土材料通過如下方法制備：(1)根據質量百分比將碎石、中砂、鋼纖維投入攪拌機干拌；(2)加入水泥、乳膠和粉煤灰，再干拌；(3)加入水與減水劑，進行濕拌；(4)將濕拌后的混凝土投入拌合設備中，攪拌均勻后出料，得到所述鋼纖維聚合物結構混凝土材料。優選地，步驟(1)中所述攪拌機干拌時間為2～5min。優選地，步驟(2)中所述干拌時間為1～2min。優選地，步驟(3)中所述濕拌時間為2～5min。上述鋼纖維聚合物混凝土復合結構在澆注后濕養5～7天即可進入干養階段，干養完畢后就可開放交通或使用。上述鋼纖維聚合物混凝土復合結構可用于橋梁、隧道、港口、碼頭、道路和房屋等混凝土結構中。相對于現有技術，本專利技術具有如下優點及有益效果：(1)本專利技術復合結構中的鋼纖維聚合物結構混凝土材料(SFPSC)和普通高強混凝土材料具有相差≤2MPa的抗壓強度，從而達到優異的變形協調性能；(2)本專利技術復合結構各部位按照其受力情況，可以靈活采用鋼纖維聚合物結構混凝土材料或普通高強混凝土材料，制備方法和技術簡明；(3)本專利技術復合結構的抗拉、抗壓、抗剪、抗扭等基本力學性能及抗變形能力均衡，結構更加合理；(4)本專利技術復合結構所使用的鋼纖維聚合物結構混凝土材料比普通高強混凝土材料具有更優越的耐磨、耐堿、耐候、抗拉、抗變形、抗裂、抗疲勞、抗沖擊及耐久性能；(5)本專利技術復合結構所使用的鋼纖維聚合物結構混凝土比鋼纖維混凝土具有更優越的耐堿、耐候、抗變形、抗裂、抗疲勞、抗沖擊及耐久性能；比鋼纖維增強聚合物改性混凝土具有更高的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強度，具有更優越的抗疲勞、抗沖擊及耐久性能。附圖說明圖1為本專利技術復合結構的結構示意圖(圖中未標注部分的材料為普通高強混凝土，SFPSC為鋼纖維聚合物結構混凝土)；圖2為實施例1中制得的鋼纖維聚合物結構混凝土材料SP60以及C60混凝土的S～N疲勞壽命實驗曲線圖；圖3為實施例2中制得的鋼纖維聚合物結構混凝土材料SP55以及C55混凝土的S～N疲勞壽命實驗曲線圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例1C60等級的頂板受拉、底板受壓的復合箱梁(例如：剛構橋主橋箱梁0#塊和1#塊，見圖1(a))的制備方法如下：(1)確定復合箱梁各部位所采用的材料。根據該復合箱梁的受力情況，確定其頂板采用鋼纖維聚合物結構混凝土制備、腹板及底板采用C60混本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構，其特征在于：所述復合結構的受拉或/和受剪部位使用鋼纖維聚合物結構混凝土材料，其它部位使用普通高強混凝土材料；所述鋼纖維聚合物結構混凝土材料和普通高強混凝土材料具有相差≤2MPa的抗壓強度。

【技術特征摘要】
1.一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構，其特征在于：所述復合結構的受拉
或/和受剪部位使用鋼纖維聚合物結構混凝土材料，其它部位使用普通高強混凝
土材料；所述鋼纖維聚合物結構混凝土材料和普通高強混凝土材料具有相差≤
2MPa的抗壓強度。
2.根據權利要求1所述的一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構，其特征在于：
所述的復合結構包括箱梁、工字梁、T型梁、矩形梁、空心板梁。
3.根據權利要求1所述的一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構，其特征在于：
所述的鋼纖維聚合物結構混凝土材料由以下質量百分比的組分配制而成：碎石
41％～45％、中砂25％～28％、水泥18％～21％、水6.3％～7.3％、鋼纖維2.1％～3.1％、
減水劑0.21％～0.29％、乳膠0.25％～0.29％和粉煤灰0.10％～0.40％。
4.根據權利要求3所述的一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構，其特征在于：
所述的鋼纖維為壓痕形或波浪形鋼纖維；所述的減水劑為聚羧酸高性能減水劑；
所述的乳膠為丁苯乳膠。
5.權利要求1～4任一項所述的一種鋼纖維聚合物混凝土復合結構的制備方
法，其特征在于包括以下步驟：
(1)確定復合結構中的受拉、受剪部位，在受拉和/或受剪部位使用鋼纖維
聚合物結構混凝土材料，在其它部位使用普通高強混凝土材料；
(2)配置底板或下翼緣板等位于底部構件的材料并進行澆注，再按照普通
混凝土的方法...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃培彥，郭馨艷，鄭小紅，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44