【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及混凝土材料領域，具體涉及一種高強高韌混凝土及其制備方法和韌性評估模型。
技術介紹
1、現如今水工建筑物所使用的建筑材料仍以混凝土為主，傳統混凝土具有材料來源廣，經濟性高等突出優勢，但其應用于基礎設施建設時存在很多固有缺陷，如抗拉性能差、脆性大、韌性不足、裂縫不易控制等。惡劣服役環境下，結構承重構件強度（壓縮、彎曲、剪切）不足，尤其是韌性水平不足、節點連接失效，是水工混凝土結構發生破壞甚至引起結構整體失效的主要原因。水工結構一旦發生破壞，將嚴重威脅水工建筑物的正常使用，嚴重時將造成難以估計的損失和后果。因而，研發高性能混凝土材料，優化惡劣服役環境下水工結構易破壞關鍵部位混凝土強度與韌性水平，提高水工建筑物整體防災、減災和耐災能力。
2、為了改善傳統混凝土固有的缺陷，提高其強度和韌性，研究人員采用在混凝土基體材料中摻入短切纖維的方法，有效發揮纖維的橋聯作用，以研發高性能混凝土。在混凝土高性能化發展的過程中，有兩種類型的混凝土材料得到了人們的廣泛關注。第一種是以聚合物纖維作為主要增強材料的工程/應變硬化水泥基復合材料（ecc），這是一種基于微力學準則設計的高性能纖維增強復合材料，可在直接拉伸作用下實現顯著的應變硬化和多縫開裂行為。一般報道ecc的抗拉應變能力為1%?~?8%（即普通混凝土的100?~?800倍），但其抗壓強度通常在60?mpa以下。第二種是以鋼纖維作為主要增強材料的超高性能混凝土（uhpc），與普通ecc材料相比，uhpc的強度要高得多（通常在60mpa以上），但拉伸應變能力相對不足（通常低于
3、在混凝土高性能化發展的過程中，纖維改性是其核心。同時，為了綜合不同類型纖維（鋼纖維、聚合物纖維）對混凝土基體材料增強或增韌的特點，混雜纖維混凝土的研究得到人們的廣泛關注。例如專利技術專利cn109369095a，充分發揮不同類型的性能特點，提出了一種混雜纖維混凝土及其制備方法和應用。然而，由于物理和化學特性的不匹配，纖維與混凝土之間的界面相容性不佳。如果界面相容性不好，可能會導致纖維和基體之間的粘結性能變弱，纖維容易從基體中拉出，無法充分發揮纖維自身優異的抗拉性能，難以分散混凝土基體材料所傳遞的應力，最終導致混凝土材料的性能下降。因此，改善纖維與混凝土之間的界面特性，是提高纖維混凝土強度與韌性的關鍵。
4、因而有必要針對現有技術中的不足，優化纖維與混凝土基體之間的界面作用效果，進而研發一種兼具高強與高韌特性的高強高韌混凝土，并建立相應的彎曲韌性評估方法。
技術實現思路
1、專利技術目的：為了解決現有混雜纖維混凝土制備工藝中，纖維與混凝土基體材料界面相容性不佳，導致其增強與增韌效果不足的問題，本專利技術提供一種高強高韌混凝土及其制備方法和韌性評估模型。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術一方面提供了一種高強高韌混凝土，包含如下質量份數的組分：300-500份粉煤灰、300-500份礦渣、200-300份硅灰、100-200份氫氧化鈉溶液，200-250份硅酸鈉溶液，300-400份細骨料，150-200份水和體積分數為0.5%-2.0%的預應力纖維，其中，所述預應力纖維為表面固化有形狀記憶聚合物的纖維。
3、具體地，所述預應力纖維通過如下步驟制備得到：
4、a1：將形狀記憶聚合物以10%-15%的質量比例溶解于環己烷中，混勻，得到形狀記憶聚合物溶液；
5、a2、依次用無水乙醇、等離子體處理纖維表面；具體地，使用無水乙醇在超聲波清潔機中對纖維進行清潔處理10-15分鐘，以去除表面油脂、灰塵及其他雜質，之后，為了提高涂層的附著力，纖維表面將進行等離子體處理，這一步驟通過改變表面能來增強涂層的粘接效果；
6、a3、使用噴涂設備用形狀記憶聚合物溶液對纖維進行噴涂，涂層厚度為50-100?μm，然后固化，得到已固化涂層的纖維；
7、a4、將已固化涂層的纖維進行形狀記憶編程，形狀記憶編程完成后，纖維在不移除拉伸力的情況下自然冷卻至室溫，形成預應力纖維。
8、形狀記憶聚合物（簡稱smp）因其獨特的形狀記憶效應而在材料科學領域備受關注。當受到外部刺激（如溫度變化）時，smp能從一種形態變換到另一種預設的形態。利用這一特性，可以在混凝土材料內部引入預應力，以應對復雜的載荷條件和環境變化。
9、在進行smp的涂層制備步驟時，關鍵是選擇合適的smp材料。對于本申請，我們選擇了聚氨酯基smp，因其出色的形狀記憶特性和優異的熱穩定性，特別適合用于需要溫度激活的應用。聚氨酯基smp在環境溫度下是柔軟和可塑的，而在加熱至其轉變溫度（約55°c）時，能快速硬化并記住新形狀。
10、涂層的制備過程中優選地將聚氨酯基smp以15%的質量比例溶解于環己烷中，形成一種均勻的溶液。該溶液的粘度調整至適宜噴涂，通常粘度范圍應控制在1000到1200?cp之間。為確保涂層的均勻性和功能性，使用專業的噴涂設備進行操作。噴涂壓力設置為約2-3bar，噴嘴直徑為0.5?mm，從而在纖維表面形成50-100μm厚的均勻涂層。此外，確保工作環境無塵，以避免涂層表面出現雜質。
11、纖維的處理和涂層施加是實現良好界面粘結的關鍵步驟。首先，纖維需進行徹底的清潔，去除表面油脂、灰塵及其他雜質，通常使用無水乙醇在超聲波清潔機中處理15分鐘。之后，為了提高涂層的附著力，纖維表面將進行等離子體處理，這一步驟通過改變表面能來增強smp涂層的粘接效果。
12、涂層的施加采用噴涂技術，這是因為噴涂可以更均勻地覆蓋纖維表面，確保涂層的一致性。在噴涂過程中，重點控制涂層的厚度和均勻度，確保每根纖維都被完全且均勻地覆蓋。
13、其中，所述纖維復合物包括鋼纖維和聚合物纖維。纖維復合物的添加比例一般為混凝土總體積的0.5%-2.0%左右，優選地，添加比例為2%，鋼纖維和聚合物纖維的比例優選地為1：1~1：3。
14、步驟a3中，固化條件為：將涂層后的纖維在60-70℃的條件下固化2-3小時。優選地，涂層后的纖維需要在60°c的條件下固化2小時，這一步驟旨在確保smp材料完全固化并與纖維表面形成強化的化學鍵。
15、步驟a4中，形狀記憶編程的步驟為：將已固化涂層的纖維置于溫控的烘箱中，溫度設定為100-120℃，在該溫度下，纖維被機械拉伸，應變率控制在2-3%，并保持此狀態30-50分鐘。
16、熱處理與形狀記憶編程是實現形狀記憶效果的核心環節。優選地，在編程階段，將已涂層的纖維置于溫控的烘箱中，溫度設定為100°c，高于smp的形狀固定溫度。在此溫度下，纖維被機械拉伸，應變率控制在3%，并保持此狀態30分鐘。這一過程中，smp材料會從臨時形態轉變為固定的拉伸狀態。
17、編程本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高強高韌混凝土，其特征在于，包含如下質量份數的組分：300-500份粉煤灰、300-500份礦渣、200-300份硅灰、100-200份氫氧化鈉溶液，200-250份硅酸鈉溶液，300-400份細骨料，150-200份水和體積分數為0.5%-2.0%的預應力纖維，其中，所述預應力纖維為表面固化有形狀記憶聚合物的纖維復合物，所述形狀記憶聚合物為聚氨酯基形狀記憶聚合物或共聚酰胺類形狀記憶聚合物。
2.根據權利要求1所述的高強高韌混凝土，其特征在于，所述預應力纖維通過如下步驟制備得到：
3.根據權利要求2所述的高強高韌混凝土，其特征在于，A2中，所述纖維包括鋼纖維和聚合物纖維。
4.根據權利要求2所述的高強高韌混凝土，其特征在于，步驟A3中，固化條件為：將涂層后的纖維在60-70℃的條件下固化2-3小時。
5.根據權利要求2所述的高強高韌混凝土，其特征在于，步驟A4中，形狀記憶編程的步驟為：將已固化涂層的纖維置于溫控的烘箱中，溫度設定為100-120℃，在該溫度下，纖維被機械拉伸，應變率控制在2-3%，并保持此狀態30-50分鐘。
6.根據權利要求1所述的高強高韌混凝土，其特征在于，所述粉煤灰平均粒徑8-10?μm；礦渣平均粒徑8-10?μm；硅灰平均粒徑1-5?μm；細骨料的平均粒徑為0.5-1.0?mm；所述氫氧化鈉溶液的濃度為12-16?M。
7.權利要求1-6任一項所述的高強高韌混凝土的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，養護條件為：控制溫度在17-23℃，相對濕度為90%-95%。
9.權利要求1-6任一項所述的高強高韌混凝土的彎曲韌性計算方法，其特征在于，包括如下步驟：
10.權利要求1-6任一項所述的高強高韌混凝土在泄水建筑物易破壞關鍵部位上的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種高強高韌混凝土，其特征在于，包含如下質量份數的組分：300-500份粉煤灰、300-500份礦渣、200-300份硅灰、100-200份氫氧化鈉溶液，200-250份硅酸鈉溶液，300-400份細骨料，150-200份水和體積分數為0.5%-2.0%的預應力纖維，其中，所述預應力纖維為表面固化有形狀記憶聚合物的纖維復合物，所述形狀記憶聚合物為聚氨酯基形狀記憶聚合物或共聚酰胺類形狀記憶聚合物。
2.根據權利要求1所述的高強高韌混凝土，其特征在于，所述預應力纖維通過如下步驟制備得到：
3.根據權利要求2所述的高強高韌混凝土，其特征在于，a2中，所述纖維包括鋼纖維和聚合物纖維。
4.根據權利要求2所述的高強高韌混凝土，其特征在于，步驟a3中，固化條件為：將涂層后的纖維在60-70℃的條件下固化2-3小時。
5.根據權利要求2所述的高強高韌混凝土，其特征在于，步驟a...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王濤，范向前，張雷，高長勝，陸俊，蔣玉蓮，王澤旭，
申請(專利權)人：水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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