[发明专利]一种黄蒿纤维增强混凝土及其制备方法

权利要求书

1.一种黄蒿纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：

(1)黄蒿纤维的制备：将新鲜黄蒿植物的黄蒿皮剥下，剪成长度为20mm～30mm的小段，置于浓度为1％的氢氧化钠溶液中，浸泡30分钟后将其捞出并用清水冲洗4～5遍，最后自然阴干备用；

(2)混凝土的制备：按设计配比加入粗细集料、水泥和水，用强制式搅拌机搅拌均匀；

(3)将步骤(2)制备的混凝土加入到标准立方体试块模具中，每个模具分三次加满，每次加入量为模具容积的1/3，并在每次加入混凝土后随机铺撒一层该试块设计掺入量1/2的黄蒿纤维；其中，黄蒿纤维加入到混凝土中的掺入率为0.8-3.2kg/m³；

(4)再进行手工二次搅拌，以保证黄蒿纤维的均匀分布；

(5)将模具置于振动台振实；

(6)将试块在标准条件下养护至28天龄期；

步骤(2)中，粗细集料分别是粒径级配为5～20mm的碎石和细度模数为2.7的中砂；水泥为P.S 32.5的矿渣硅酸盐水泥；粗细集料、水泥和水的配比为：矿渣硅酸盐水泥:中砂:碎石:水为1:0.922:2.765:0.508；

其中，所述黄蒿纤维外形为长圆筒形；

混凝土等级为C20；

混凝土裂缝产生以前，假定黄蒿纤维增强混凝土处于理想状态，即满足以下假定条件：

(1)混凝土基体材料均匀且各向同性；

(2)混凝土单向受拉，黄蒿纤维在基体中平行于受拉方向；

(3)黄蒿纤维与混凝土基体连接良好，变形协调，无相对滑移；

(4)受力过程均符合小变形假定；

取微元体，建立平衡方程如式(1)所示：

σ_fcA_fc＝σ_fA_f+σ_cA_c (1)；

式(1)中，σ_f为微元体横截面上黄蒿纤维的拉应力，A_f为微元体横截面上黄蒿纤维的总截面积，σ_c为微元体横截面上混凝土的拉应力，A_c为微元体横截面上混凝土的总截面积，σ_fc为微元体横截面上黄蒿纤维增强混凝土的拉应力，A_fc为微元体总横截面积；

式(1)两边除以A_fc可得式(2)：

由于假定微元体中黄蒿纤维沿长度方向均匀分布，可将截面积比换算成体积比，得式(3)：

式(3)中，V_f为微元体内黄蒿纤维的总体积，V_c为微元体内混凝土的总体积，V_fc为黄蒿纤维增强混凝土微元体总体积；

由于：

V_c＝V_fc-V_f (4)；

V_f＝m_f/ρ_f (5)；

式(5)中，m_f为微元体内黄蒿纤维的总质量，ρ_f为黄蒿纤维的密度；

又有黄蒿纤维掺入率δ的定义为：

δ＝m_f/V_fc (6)；

将式(4)～(6)代入式(3)，可得式(7)：

由于假定黄蒿纤维与混凝土基体变形协调，无相对滑移，故有：

ε_f＝ε_c＝ε_fc (8)；

式(8)中，ε_f为黄蒿纤维的拉应变，ε_c为混凝土的拉应变，ε_fc为黄蒿纤维增强混凝土的拉应变；

引入材料的物理方程如下：

σ_f＝E_fε_f (9)；

σ_c＝E_cε_c (10)；

式中，E_f为黄蒿纤维的受拉弹性模量，E_c为混凝土的受拉弹性模量；

将式(8)～(10)代入式(7)，并出于简化记写，令α_E＝E_f/E_c，可得式(11)：

混凝土裂缝产生以后，满足以下假定条件：

(1)混凝土单向受拉，黄蒿纤维在基体中平行于受拉方向；

(2)黄蒿纤维与混凝土基体连接良好；

(3)受力过程均符合小变形假定；

混凝土裂缝产生以后，假定混凝土完全退出抗拉工作，由黄蒿纤维独自承受拉力直至破坏；

建立平衡方程：

f_fcA_fc＝f_fA_f (12)；

式(12)中，f_fc为黄蒿纤维增强混凝土抗拉强度；f_f为黄蒿纤维抗拉强度；

式(12)两边除以A_fc可得式(13)：

将截面积比换算成体积比，再将式(5)和(6)代入式(13)，可得式(14)：