[发明专利]一种用于超高强度混凝土的钢纤维结构及混凝土结构

说明书

本发明涉及用于超高强度混凝土的钢纤维结构，包括钢纤维主体，所述的钢纤维主体上分布有多处扁头单元，所述的扁头单元的铺开长度AA大于钢纤维主体的直径D，通过扁头单元在超高强度混凝土中的咬合力提升超高强度混凝土的断裂强度。与现有技术相比，本发明中扁头单元在钢纤维主体径向上超出的部分与超高强度混凝土(UHPC)中的水泥产生较强的咬合力，避免了在钢纤维结构在水泥中脱开分离，使得钢纤维结构能够发挥出其完全的抗拉强度，由现有钢纤维可负载的400MPa增加至1200‑2000MPa，使得钢纤维结构的性能可达到满载状态，显著地提升了超高强度混凝土的断裂强度，节省了钢纤维的用量。

技术领域

本发明涉及一种钢纤维结构，尤其是涉及一种用于超高强度混凝土的钢纤维结构及混凝土结构。

背景技术

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。

UHPC与普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括：不使用粗骨料，必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维)，水泥用量较大，水胶比很低。UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前，UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。可以预计，还会有越来越多的应用。

UHPC钢纤维的抗拉强度目前可以达到1200-2000MPa，然而研究表明，目前UHPC钢纤维，当UHPC断裂失效时，钢纤维收到了负载只有400MPa左右，这导致使用量不得不达到4％wt才能满足要求，使得UHPC的成本远高于常规混凝土材料。而不能完全发辉钢纤维强度的主要原因在于水泥与钢纤维的结合强度较弱导致的纤维脱开。

CN2460635Y公开了一种扁头弓形混凝土钢钎维，其中间段平直，两头有弯钩，端部是扁头，构成弓形结构，本实用新型的弯钩变形抗力与扁头挤压混凝土的滑动阻力叠加在一起大大提高了“扁头弓形”钢钎维在混凝土中的锚固性，在强化混凝土的抗拉强度、弯拉强度(弯曲韧性)、抗冲击性等方面与现有产品相比具有显著的优点，从而可实现钢钎维混凝土应用的低掺量、高性能。扁头弓形混凝土钢钎维端部虽然构成与水泥的咬合结构，但其锚固性能不足，使其容易单端咬合失效，单端咬合失效后会使得扁头弓形混凝土钢钎维与水泥间产生相对的滑动，使得整体结构失效。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于超高强度混凝土的钢纤维结构及混凝土结构，其中扁头单元在钢纤维主体径向上超出的部分与超高强度混凝土(UHPC)中的水泥产生较强的咬合力，避免了在钢纤维结构在水泥中脱开分离，使得钢纤维结构能够发挥出其完全的抗拉强度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中用于超高强度混凝土的钢纤维结构，包括钢纤维主体，所述的钢纤维主体上分布有多处扁头单元，所述的扁头单元的铺开长度AA大于钢纤维主体的直径D，通过扁头单元在超高强度混凝土中的咬合力提升超高强度混凝土的断裂强度。

进一步地，所述的扁头单元由钢纤维主体冲压制备而成。即在生成扁头单元的目标位置进行冲压，使得钢纤维主体在该位置上被压扁，得到扁头单元。

进一步地，所述的扁头单元的厚度AZ＝10％D～60％D。经过软件模拟计算，处于该厚度范围内可实现充分的侧向伸展咬合，并实现提升超高强度混凝土的断裂强度的效果。厚度小于10％D会影响到得扁头单元的力学性能，使得钢纤维结构抗拉强度性能达不到1200-2000MPa，同时也会影响到超高强度混凝土的强度；若厚度大于60％D会使得侧向伸展咬合不充分，会使得纤维脱开的几率显著增加。