[发明专利]一种用于抗震工程的超高延性混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于抗震工程的超高延性混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明基于微裂纹演化效应理论，从提高增强材料的弹性模量以及增加混凝土内部微裂纹发展规模的角度出发，通过引入高强度、高弹性模量的碳酸钙晶须作为额外的增强材料，辅以无机胶凝剂，提高碳酸钙晶须对混凝土内部微裂纹数量的增益效果，从而制备得到了一种极限拉伸应变随应变率的增大不降反升的超高延性混凝土材料，从根本上解决了PE‑UHDC极限拉伸应变随应变率的增大而降低这一技术难题。

技术领域

本发明涉及一种用于抗震工程的超高延性混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

超高延性混凝土具有超高的拉伸应变、变形能力和多缝开裂能力，在建筑结构抗震工程领域的应用日益广泛。目前，聚乙烯(PE)纤维是配制超高延性混凝土最为常用的纤维增强材料。聚乙烯纤维增强超高延性混凝土(PE-UHDC)的极限拉伸应变明显高于传统的聚乙烯醇(PVA)纤维增强高延性混凝土(PVA-HDC)。但是与PVA-HDC类似，PE-UHDC的单轴拉伸行为同样具有明显的应变率效应，即材料的极限拉伸应变随应变率(应变变化的时间率，即应变相对于时间的导数)的增大而降低。这种率敏感性显然会降低PE-UHDC材料与结构的抗震能力。因为常见的地震荷载所对应的应变率ε为1×10^-2s^-1左右(属于动态荷载范畴)，而JC/T 2461-2018《高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验方法》中所建议的单轴拉伸试验加载速率所对应的应变率为1×10^-5s^-1左右(属于准静态荷载范畴)，随着应变率从准静态提高到地震作用所对应的动态范围，PE-UHDC的极限拉伸应变和变形能力均会显著削弱。

PE-UHDC极限拉伸应变随应变率的增大而降低的原因可以通过混凝土材料动态荷载作用下的微裂纹演化效应理论给出解释。该理论认为：加载速率会影响混凝土中单条裂纹的扩展路径，随着加载速率的提高，裂纹扩展路径越来越平直，发生更多裂纹穿越骨料的情况；此外，加载速率会影响混凝土内部微裂纹系统的发展规模，随着加载速率的提高，相同应力水平下混凝土内部的微裂纹条数将减少。以上两点是PE-UHDC极限拉伸应变随应变率的增大而降低的主要原因。

如何克服PE-UHDC材料动态拉伸荷载作用下的率敏感性问题，是充分发挥PE-UHDC材料和结构性能的关键。但是，面对这一技术难题，目前并没有相关文献资料给出比较理想的解决方法。

发明内容

为了解决目前PE-UHDC材料存在的极限拉伸应变随应变率增大而降低的问题，本发明基于微裂纹演化效应理论，从提高增强材料的弹性模量以及增加混凝土内部微裂纹发展规模的角度出发，通过引入高强度、高弹性模量的碳酸钙晶须作为额外的增强材料，辅以无机胶凝剂，提高碳酸钙晶须对混凝土内部微裂纹数量的增益效果，从而制备得到了一种极限拉伸应变随应变率的增大不降反升的超高延性混凝土材料，从根本上解决了PE-UHDC极限拉伸应变随应变率的增大而降低这一技术难题。

为了实现上述目的，本发明首先提供了一种用于抗震工程的超高延性混凝土，所述超高延性混凝土的组分包括水泥、硅灰、矿粉、石英砂、聚乙烯(PE)纤维、碳酸钙晶须、减水剂、羟乙基纤维素、无机胶凝剂、消泡剂和水，其中，各组分的用量为：

本发明的一种实施方式中，所述水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥中的任一种。

本发明的一种实施方式中，所述水泥优选为与减水剂相容性良好的水泥，最优选为P·O52.5型普通硅酸盐水泥。

本发明的一种实施方式中，所述硅灰中二氧化硅的质量百分比不小于96％，平均粒径0.05～0.2μm，比表面积不小于17000m²/kg。

本发明的一种实施方式中，所述矿粉28天活性指数不小于105％，比表面积不小于500m²/kg。