[发明专利]一种表面改性超细钢纤维增强高阻抗超高性能混凝土及其制备方法

说明书

一种表面改性超细钢纤维增强高阻抗超高性能混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述的超高性能混凝土按照质量份数包括表面改性超细钢纤维50~300份、水泥500~1500份、矿物掺合料50~500份、细骨料1000~1800份、化学外加剂5~40份和水150~650份。所述的方法为：纳米二氧化硅改性剂的制备；超细钢纤维的表面改性；混凝土搅拌与养护。本发明对超细钢纤维进行表面生长SiO₂的改性处理，在形态学方面增加了表面粗糙度，增加纤维和基体间的摩擦系数，在化学方面利用了纳米SiO₂的高火山灰活性，与界面区的水泥水化产物Ca(OH)₂发生二次水化，生成水化硅酸钙凝胶C‑S‑H改善界面薄弱区域。其抗折强度达到25MPa以上，电阻率达到20000欧姆·厘米以上。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种表面改性超细钢纤维增强高阻抗超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

高性能混凝土从上世纪九十年代问世以来，以其优异的力学性能和耐久性能成为备受关注的新型水泥基建筑材料，并越来越多地应用于工程实践中。近年来，随着重大基础设施如大跨度桥梁、高铁等兴建，具有更高强度和耐久性的超高性能混凝土得到越来越多的研究和应用。超高性能混凝土一般通过添加纤维，利用纤维的桥联作用有效改善了传统混凝土抗折强度低、易开裂、易疲劳破坏的缺点。

钢纤维以其抗拉强度高、弹性模量大、易大规模批量生产等特点成为目前超高性能混凝土工程中，使用最广、技术最成熟的纤维种类，其中超细钢纤维等效直径小，比表面积大，能够在裂纹出现初期起到很好的增强作用。目前，我国已有专用于高速铁路的镀铜微丝钢纤维、常用于桥梁和路面的超细端钩型钢纤维等。

使用超细钢纤维作为增强材料的超高性能混凝土，经常面临钢纤维直接搭接形成导电通路、混凝土电阻下降及钢筋混凝土结构中的钢筋加速锈蚀的风险，所以在高铁、地铁等重要的交通基础设施使用的混凝土，需要在提供高力学性能与耐久性能同时，具备较高的阻抗，以减少杂散电流泄露和传导，避免钢筋混凝土构件的加速锈蚀，现有的混凝土不具备以上的所有特征。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有钢纤维混凝土阻抗低、杂散电流泄露的问题，提供一种表面改性超细钢纤维增强高阻抗超高性能混凝土及其制备方法，原料中所用到的表面改性超细钢纤维是在普通混凝土用钢纤维的基础上，表面生长有不超过5000nm的具有水化反应活性的纳米SiO₂，可以与水泥基体进行可控程度的反应，在提高其与水泥界面粘结强度的同时，对钢纤维还起到防止导电内核直接接触的分隔作用，钢纤维在较高掺量下也难以形成导电通路，得到高强度并同时保持高阻抗，可用于钢筋混凝土结构，尤其是高铁、地铁等以减少杂散电流的泄露和传导，从而避免钢筋混凝土构件的加速锈蚀。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种表面改性超细钢纤维增强高阻抗超高性能混凝土，所述的超高性能混凝土按照质量份数包括表面改性超细钢纤维50~300份、水泥500~1500份、矿物掺合料50~500份、细骨料1000~1800份、化学外加剂5~40份和水150~650份。

一种上述的表面改性超细钢纤维增强高阻抗超高性能混凝土的制备方法，所述的方法具体步骤如下：

步骤一：纳米二氧化硅改性剂的制备：取等体积的乙醇和水作为溶剂，称取溶剂质量分数1%的去离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵加入，溶剂质量分数6~12%的正硅酸乙酯加入，即得到纳米二氧化硅改性剂；

步骤二：超细钢纤维的表面改性：将超细钢纤维浸渍于纳米二氧化硅改性剂中，超细钢纤维与纳米二氧化硅改性剂的体积比为0.1~1：3，将混合溶液超声30min，超声功率为10kHz~60kHz，边超声边滴加氨水至pH=8~9，50~80℃水浴反应6~10 h，陈化1~7天后取出，经乙醇洗涤，在惰性气体保护下105℃烘干1~2 h并干燥保存；