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申请/专利权人：武汉理工大学

摘要：本发明涉及一种优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，通过该方法制得的UHPFRC，其纤维的取向和分布较好，纤维的使用效率较高，其是在模具的一侧进行浇筑，保持新拌浇筑浆体浇筑高度为150‑200mm，浇筑距离600‑1000mm，所浇筑浆体的黏度范围值是4.40‑5.18Pa·S。本发明至少具有以下优点：该方法能优化纤维的取向与分布，提高混凝土中纤维的使用效率，当材料受到弯曲方向冲击时，纤维充当的在裂纹间的搭接桥梁作用能有较大提升，因此改善材料的抗弯性能，该制备方法所需原材料、装置简单易得、浇筑参数易控制，因此操作起来简单易行，通用性强。

主权项：1.一种优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，其是在模具的一侧进行浇筑，保持新拌浇筑浆体浇筑高度为150‑200mm，浇筑距离600‑1000mm，所浇筑浆体的黏度范围值是4.40‑5.18Pa·S。

全文数据：一种优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法技术领域本发明属于超高性能纤维增强混凝土领域，尤其涉及一种优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，通过该方法制得的UHPFRC，其纤维的取向和分布较好，纤维的使用效率较高。背景技术超高性能纤维增强混凝土UHPFRC是一种新型的水泥基复合材料，具有优异的力学性能、耐久性能和韧性。钢纤维应用于UHPFRC可以提高它的延展性、韧性和抗弯抗剪强度，因为纤维充当裂缝间的桥梁作用，防止裂纹拓展。许多文献都报导过钢纤维在UHPFRC中的积极作用，包括对钢纤维掺量、形状、自身参数长度、直径等的研究。然而在大多数情况下，纤维都是直接随机的加入到混凝土中，纤维的分布和取向不明确，直接把他当成黑匣子来处理。部分文献指出，纤维的分布和取向即纤维细观参数是改善纤维增强混凝土性能和提高纤维使用效率的重要因素。B.Boulekbache,etal.2016发现纤维的分布和取向决定了纤维的各向异性。因此，为了提高纤维的使用效率，必须优化纤维的分布和取向。事实上，有关研究学者在普通混凝土中已经研究过纤维的分布和取向等问题，并取得了一些研究成果。例如Torrentsetal.andAl-Mattarneh研究发现可以通过磁场效应可以优化纤维的取向，但是由于钢纤维在磁场中被磁化并且相互吸引，纤维分布的均匀性会受到干扰，这会导致纤维增强混凝土力学性能的降低。因此应该寻求更优化的方法来控制纤维的取向和分布。同时，与普通混凝土相比，UHPFRC是一个比较复杂的体系，它的胶凝材料掺量较高、水胶比低、高性能减水剂掺量高，使得混凝土的黏度较高；其次UHPFRC中钢纤维的含量比普通的纤维增强混凝土高，掺量达到2％-3％。因此，现有的在普通混凝土中改善纤维分布和取向的方法不能应用于UHPFRC体系。发明内容本发明要解决的技术问题在于提出一种优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，通过本发明制备的超高性能纤维增强混凝土，既优化了纤维的分布和取向，提高了纤维的使用效率，又使得其抗弯强度得到较大提升。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，其是在模具的一侧进行浇筑，保持新拌浇筑浆体浇筑高度为150-200mm，浇筑距离600-1000mm，所浇筑浆体的黏度范围值是4.40-5.18Pa·S。按上述方案，新拌浇筑浆体的流动度范围在285-330mm。按上述方案，所述的浇筑浆体的按以下步骤进行配合比优化：1确定制备UHPFRC所需固体组分原料，通过测试方法获得其粒径分布；2通过Matlab软件以及修正的安德森和安德烈森紧密堆积模型，计算得出各固体组分在紧密堆积下的体积比；3通过各固体组分的密度和每立方混凝土的质量估算出各固体组分的质量；4确定减水剂掺量及水胶比，得出配合比。按上述方案，所述的步骤3中每立方混凝土的固体质量为2100-2200kg。按上述方案，所述步骤4中减水剂掺量为3％-3.5％，水胶比范围为0.20-0.30。本发明所用浇筑浆体的制备方法是根据配合比将固体组分原料加入到搅拌锅中低速搅拌30s后加入水与减水剂，待成浆后低速搅拌3min，暂停1min，高速搅拌2min，暂停后加入钢纤维，低速搅拌，所用的钢纤维规格参数为长度8-13mm，直径不大于0.2mm，密度7-7.8kgm3，拉伸强度为1000-1200MPa。本发明至少具有以下优点：该方法能优化纤维的取向与分布，提高混凝土中纤维的使用效率，当材料受到弯曲方向冲击时，纤维充当的在裂纹间的搭接桥梁作用能有较大提升，因此改善材料的抗弯性能，该制备方法所需原材料、装置简单易得、浇筑参数易控制，因此操作起来简单易行，通用性强。附图说明图1是本发明简化浇筑装置的原理图；图2是评价纤维取向和分布的计算原理图；图3是在实施例1与对比例1浇筑距离、浇筑高度、浆体黏度确定的情况下，两种不同浇筑方式对抗压强度影响的柱状图；图4是在实施例1与对比例1浇筑距离、浇筑高度、浆体黏度确定的情况下，两种不同浇筑方式对抗弯强度影响的折线图；图5是实施例5流动度太大时，纤维分布不均匀图略微沉降。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本发明提出的浇筑方法具体要求如下：1保持新拌浇筑浆体浇筑高度为150-200mm，浇筑距离600-1000mm，所浇筑浆体的黏度范围值是4.40-5.18Pa·S。2保持在模具的一侧浇筑。其中浇筑高度和浇筑距离通过装置调节，其简化装置原理图见图1。新拌的浇筑浆体从浇筑漏斗3倾倒，可以调整浇筑高度在10-25cm，UHPFRC浆体可以在模具内流动，浇筑长度调节螺旋杆1可以调节模具的长度来控制浇筑距离。本发明所述的新拌浇筑浆体的流动度范围在285-330mm。本发明所述的浇筑浆体的按以下步骤进行配合比优化：1确定制备UHPFRC所需固体组分原料，通过测试方法获得其粒径分布；2通过Matlab软件以及修正的安德森和安德烈森紧密堆积模型，计算得出各固体组分在紧密堆积下的体积比；3通过各固体组分的密度和每立方混凝土的质量估算出各固体组分的质量；每立方混凝土的固体质量为2100-2200kg；4确定减水剂掺量及水胶比，得出配合比，一般减水剂掺量为3％-3.5％，水胶比范围为0.20-0.30。本发明所用浇筑浆体的制备方法是根据配合比将固体组分原料加入到搅拌锅中低速搅拌30s后加入水与减水剂，待成浆后低速搅拌3min，暂停1min，高速搅拌2min，暂停后加入钢纤维，低速搅拌，所用的钢纤维规格参数为长度8-13mm，直径不大于0.2mm，密度7-7.8kgm3，拉伸强度为1000-1200MPa。对比例1纤维掺量分别为0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％的超高性能纤维增强混凝土，流动度为309mm，浇筑高度40mm，浇筑长度160mm，采用无条件浇筑的方式，测试抗压强度、抗弯强度、试块横截面三段钢纤维平均面积等，其中截面钢纤维的面积表征纤维的分布与取向情况，面积值越小，纤维的分布与取向越好，其计算原理图见图2。具体试验结果见图3b及图4，图中无条件浇筑的抗压强度较高，抗弯强度最高为25MPa左右。对比例2配合比如下的浆体：C:水泥kgm3,SF:硅灰kgm3,FA:粉煤灰kgm3,MK:偏高领土kgm3；Sand-1:砂0-0.6mmkgm3；Sand-2:砂0.6-1.25mmkgm3；SSF:钢纤维kgm3；Sp:聚羧酸高效减水剂kgm3；V:黏度pa·s浇筑高度为100mm，浇筑距离为400mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小的为一个点，值为0.05mm2，不存在纤维分布和取向比较优化的区域。对比例3配合比如下的浆体：浇筑高度为100mm，浇筑距离为400mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.05mm2。浇筑高度为250mm，浇筑距离为400mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.047mm2。对比例4配合比如下的浆体：浇筑高度为150mm，浇筑距离为400mm，浆体黏度为4.30Pa·S，流动度为330mm试块依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.046mm2。浇筑高度为150mm，浇筑距离为400mm，浆体黏度为7.79Pa·S，流动度为291mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.040mm2。实施例1纤维掺量分别为0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％的超高性能纤维增强混凝土，流动度为309mm，浇筑高度40mm，浇筑长度160mm同对比例1，采用在模具一侧浇筑的方式，测试抗压强度、抗弯强度、试块横截面三段钢纤维平均面积等。与对比例1相比，抗压强度更高，抗弯强度有了大幅提升，最高可达30MPa左右，其相比无条件浇筑平均增长率可达20％左右，横截面纤维面积从0.25mm2降到0.1mm2，具体实验数据见图3a。结果表明，改变浇筑方式可以显著提高UHPFRC的抗弯性能，改善了纤维的分布与取向，提高了纤维的使用效率。实施例2配合比如下的浆体流动度为315mm：浇筑高度为100mm，浇筑距离为600mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小的为一个区域，值为0.038mm2，试件中部存在80mm长度的纤维分布和取向比较优化的区域。浇筑高度为100mm，浇筑距离为800mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小的为一个区域，值为0.034mm2，试件中部存在160mm长度的纤维分布和取向比较优化的区域。浇筑高度为100mm，浇筑距离为1000mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小的为一个区域，值为0.033mm2，试件中部存在280mm长度的纤维分布和取向比较优化的区域。与对比例2相比，浇筑距离控制在600-1000mm，有利于改善纤维的取向和分布，可以得到一段纤维取向和分布较好的试件，对于实际施工有实践意义。实施例3配合比如下的浆体：浇筑高度为150mm，浇筑距离为400mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.042mm2。浇筑高度为200mm，浇筑距离为400mm，依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.033mm2。与对比例3相比，浇筑高度为150-200mm时，纤维的取向和分布较好。实施例4配合比如下的浆体：浇筑高度为150mm，浇筑距离为400mm，浆体黏度为4.40Pa·S，流动度为320mm，试块依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.04mm2。浇筑高度为150mm，浇筑距离为400mm，浆体黏度为4.41Pa·S，流动度为315mm，试块依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.033mm2。浇筑高度为150mm，浇筑距离为400mm，浆体黏度为5.18Pa·S，流动度为311mm，试块依次以40mm的距离截取试块，处理相应截面，利用图像处理软件计算钢纤维所占截面的面积。根据结果表明面积最小值为0.036mm2。与对比例4相比，浆体黏度区间在4.40-5.18Pa·S，纤维的取向与分布较好。实施例5对于流动度小于285mm的浆体，工作性能相比较差，不能自发的铺满整个模具。对于流动度大于330mm的浆体，纤维部分沉降，肉眼可见分布不均匀，见图5，图中白色小点代表钢纤维。因此，在保证纤维不发生沉降的前提下，好的工作性能是浇筑的前提。以上所述仅是本发明的优选方式，并不限制本发明，应当指出凡在本发明的精神和原则范围内的修改、替换等，均应包含在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，其是在模具的一侧进行浇筑，保持新拌浇筑浆体浇筑高度为150-200mm，浇筑距离600-1000mm，所浇筑浆体的黏度范围值是4.40-5.18Pa·S。2.根据权利要求1所述的优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，其特征在于：新拌浇筑浆体的流动度范围在285-330mm。3.根据权利要求1所述的优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，其特征在于所述的浇筑浆体的按以下步骤进行配合比优化：1确定制备UHPFRC所需固体组分原料，通过测试方法获得其粒径分布；2通过Matlab软件以及修正的安德森和安德烈森紧密堆积模型，计算得出各固体组分在紧密堆积下的体积比；3通过各固体组分的密度和每立方混凝土的质量估算出各固体组分的质量；4确定减水剂掺量及水胶比，得出配合比。4.根据权利要求3所述的优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，其特征在于所述的步骤3中每立方混凝土的固体质量为2100-2200kg。5.根据权利要求3所述的优化纤维细观参数的UHPFRC浇筑方法，其特征在于所述步骤4中减水剂掺量为3％-3.5％，水胶比范围为0.20-0.30。

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