超高韌性水泥基材料的制備技術(shù)

張翼+王沖+張超+張進+唐清遠

摘 要：分別采用活性粉末混凝土（RPC）和滲澆鋼纖維混凝土（SIFCON）兩種制備工藝，根據(jù)水泥基材料結(jié)構(gòu)的多尺度特征，研究了由碳酸鈣晶須和微鋼纖維復(fù)合增強的超高韌性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite，簡稱UHTCC）的制備技術(shù)，測試UHTCC不同配比的抗壓強度、抗折強度、抗彎強度以及單軸拉伸性能，采用折壓比、韌性指數(shù)等多個指標(biāo)對UHTCC的韌性進行了評價。試驗表明：UHTCC的抗壓強度、抗折強度、抗彎強度以及延性和韌性都遠高于普通鋼纖維混凝土，其抗彎強度最高達65.1 MPa、韌性指數(shù)I20最高達49.21，單軸拉伸試驗時呈現(xiàn)明顯的假應(yīng)變硬化行為，極限拉應(yīng)變可達4%～8%。相對而言，利用SIFCON工藝制得的水泥基材料韌性更高。

關(guān)鍵詞：超高韌性水泥基材料；拉伸應(yīng)變；韌性指數(shù)；碳酸鈣晶須；鋼纖維

中圖分類號：TU528.572 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-4764（2018）01-0083-07

Preparation technology of the ultra-high-toughness cementitious composite

Zhang Yi， Wang Chong， Zhang Chao， Zhang Jin， Tang Qingyuan

（College of Materials Science and Engineering， Chongqing University， Chongqing 400045，P.R.China）

Abstract：The preparation technology of reactive powder concrete （RPC） and slurry infiltrated fiber concrete （SIFCON）were adopted respectively， according to the multi scale structure characteristic of cementitious composites， the preparation technology of the ultra-high-toughness cementitious composite（UHTCC） reinforced by calcium carbonate whisker and micro steel fiber were studied， and the compressive strength， flexural strength， bending strength and mechanical properties uniaxial tension of different mixture proportions were tested. The ratio of flexural-compressive strength， toughness index and other more index were used to evaluate the toughness of the UHTCC. The experimental results indicate that the compressive strength， flexural strength， bending strength， ductility and toughness of UHTCC are much higher than those of general steel fiber concrete. The bending strength of UHTCC and the toughness index I20 are up to 65.1MPa and 49.21 respectively. False strain-hardening behavior of UHTCC are achieved under uniaxial tension. The ultimate tensile strain of UHTCC can reach 4%～8%. Compared to RPC technology， higher toughness are obtained using SIFCON technology.

Keywords：ultral-high-toughness cementitious composite； tensile strain； toughness index； calcium carbonate whisker； steel fiber

現(xiàn)代建筑逐漸向高層化、大跨化方向發(fā)展，因此，高強高韌化成為混凝土的主要發(fā)展方向之一。水泥基復(fù)合材料具有多尺度的結(jié)構(gòu)特征[1-2]，包括由水泥水化產(chǎn)物（水化硅酸鈣凝膠、氫氧化鈣晶體、鈣礬石等）構(gòu)成的微觀結(jié)構(gòu)，由骨料、水泥水化產(chǎn)物、孔隙、界面等構(gòu)成的細觀結(jié)構(gòu)以及由水泥基材料與纖維材料等構(gòu)成的宏觀結(jié)構(gòu)。此外，水泥基材料破壞過程實質(zhì)是內(nèi)部裂縫產(chǎn)生及發(fā)展的過程。因此，從全尺度對混凝土的脆性進行改善是增韌的最佳方式。

Lankard[3]于1983年研制出了SIFCON。通過將流動的砂漿或水泥漿注入提前鋪滿鋼纖維的模具中硬化成型制得的SIFCON，鋼纖維摻量可達3%～27%[4-7]。根據(jù)鋼纖維體積摻量的不同，SIFCON抗壓強度可達26～207 MPa，抗彎強度可達13～137.9 MPa，且受拉韌性指標(biāo)可達普通混凝土的600～1 000倍，即表面能高于素混凝土2～3個數(shù)量級[8]。SIFCON所具有的優(yōu)越性能，使其已經(jīng)廣泛應(yīng)用于道路、修補、加固等工程及一些抗震、防爆結(jié)構(gòu)中。endprint