一种活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法

摘要

本发明公开了一种活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法，其基准组选用平直型钢纤维作为基准增韧钢纤维，实验组选用基准增韧钢纤维与多种平直型或波浪型的附加钢纤维混掺。当实验组混掺的是同种类、不同规格的钢纤维时，若基准组的钢纤维体积掺量与钢纤维直径的比值小于等于实验组中各种钢纤维体积掺量与钢纤维直径的比值之和时为等效混掺；当实验组中混掺的是不同种类、不同规格的多种钢纤维时，若基准组的钢纤维体积掺量与粘结系数的乘积除以钢纤维直径的比值小于等于实验组中各种钢纤维体积掺量与粘结系数的乘积除以的比值之和时为等效混掺。本发明方法科学准确，简单明了，入手难度较低，具有很强的可操作性与准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及活性粉末混凝土，特别是一种活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法。

背景技术

活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete,缩写为RPC)，通过提高材料组分的细度与活性粉体的数量，减少材料内部的缺陷，剔除粗骨料，减小颗粒的最大尺寸，减少过渡区，提高材料的均匀性，通过优化颗粒级配，达到最优堆积密度，实现低水胶比，从而同时实现了高强度、高韧性、高耐久性同步的优良性能。

钢纤维作为活性粉末混凝土中较为重要的增韧材料，其在体系中呈现乱象分布的特征。目前常用的钢纤维种类有平直型、端勾型与波浪型三种，按材质分有镀铜、镀锌与不锈钢等，其增韧机理主要依托于钢纤维与基体间的界面摩擦粘结力或其物理结构的机械锚固咬合力来实现。

目前对活性粉末混凝土的钢纤维进行等效混掺的方法主要是设置一个基准组和多个不同搭配比例的实验组，根据基准组与实验组的实际实验数据情况对活性粉末混凝土的钢纤维混掺效果进行分析与评价。此方法没有一套完整的科学分析指导方法对活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺效果进行前期分析与评价，导致由此方法设置的基准组与实验组过于繁琐复杂，且实验成功概率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对目前对于活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺没有具体的分析及评价方法去指导大家在实验组设置前期进行合理、科学的推算与评估的不足，本发明提供一种方法简单明了，入手难度较低，具有很强的可操作性与准确性的活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法，其设置有基准组和实验组，所述基准组的活性粉末混凝土选用某种平直型钢纤维作为基准增韧钢纤维所述实验组的活性粉末混凝土选用基准增韧钢纤维与1－n种平直型或波浪型的附加钢纤维混掺，所述实验组的钢纤维等效混掺分析及评价方法为：

实验组活性粉末混凝土中混掺的是同种类、不同规格的多种钢纤维时，只有满足

实验组活性粉末混凝土中混掺不同种类、不同规格的多种钢纤维时，只有满足

其中：ω

d

η

ω

d

η

所述粘结系数与钢纤维锚固因子、材质摩擦因子及分散程度贡献因子的乘积成正比例关系。

本发明基于钢纤维的规格(长度/直径)决定了其与基体界面的粘结面积s，钢纤维的体积掺量ω决定了此规格的钢纤维总根数n，并根据钢纤维在活性粉末混凝土中的增韧机理主要是依托于钢纤维与基体间的界面摩擦粘结力或物理结构的机械锚固咬合力来实现，所以钢纤维的总抗拉力值∑f与钢纤维的根数b、粘结面积s(即忽略端面面积的钢纤维表面积)以及粘结系数η的乘积存在正比例关系：∑f∝ηns，其中粘结系数η与钢纤维形状(锚固因子δ

将数种钢纤维进行混掺后，其混掺钢纤维给活性粉末混凝土带来的总增韧效果应为数种钢纤维的总抗拉力值之和，即∑f

若实验组活性粉末混凝土中混掺不同种类、不同规格的多种钢纤维时，只有满足

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明首次提出了一种活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法；

2)本发明提供的活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价公式是依托于钢纤维增韧作用原理进行层层演算、推导得出，具有很强的科学性与逻辑性；

3)本发明活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法，从钢纤维增韧作用原理出发，既可以对活性粉末混凝土的钢纤维混掺实验提供较为科学的前期分析，又可以对已混掺好的活性粉末混凝土是否为等效混掺进行系统评价；

4)本发明涵盖了活性粉末混凝土的同种类不同规格钢纤维等效混掺与不同种类不同规格钢纤维等效混掺，适用性广，可满足绝大多数混掺情况下的应用。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

本发明活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法的基本公式演算、推导过程如下：

1)以活性粉末混凝土的增韧材料选用平直型镀铜微细钢纤维为例，其单丝体积υ(即单根钢纤维的体积)的计算公式如下：

其中：υ：平直型镀铜微细钢纤维的单丝体积，单位m

d：平直型镀铜微细钢纤维的直径，单位mm；

l：平直型镀铜微细钢纤维的长度，单位mm。

其单丝表面积s

其中：s

d：平直型镀铜微细钢纤维的直径，单位mm；

l：平直型镀铜微细钢纤维的长度，单位mm。

2)若此平直型镀铜微细钢纤维体积掺量为ω，则根据体积掺量与钢纤维单丝体积的关系，可推算出ω掺量下的钢纤维根数b，其计算公式如下：

其中：b：ω掺量下的平直型镀铜微细钢纤维的根数，为无量纲数；

ω：平直型镀铜微细钢纤维的体积掺量，单位kg/m

d：平直型镀铜微细钢纤维的直径，单位mm；

l：平直型镀铜微细钢纤维的长度，单位mm。

3)根据钢纤维在活性粉末混凝土中的增韧机理主要是依托于钢纤维与基体间的界面摩擦粘接力或物理结构的机械锚固咬合力来实现，即钢纤维的总抗拉力值∑f与钢纤维的根数b、粘结面积s(钢纤维单丝表面积s

∑f∝ηns，即∑f∝ηns

其中，∑f为活性粉末混凝土总抗拉力值，单位N；

b：ω掺量下的平直型镀铜微细钢纤维的根数，为无量纲数；

s

η：平直镀铜微细钢纤维与基体界面的粘结系数，单位N/mm

4)若对活性粉末混凝土混掺同种类(即同材质)、不同规格(即不同长度直径比)的多种钢纤维时，只有满足∑f

若对活性粉末混凝土混掺不同种类、不同规格的多种钢纤维时，同理只有满足∑f

其中：∑f

∑f

ω

d

η

ω

d

η

本发明应用实例1：

现有一种活性粉末混凝土选用平直型镀铜微细钢纤维作为基准增韧钢纤维，其规格为长度13mm，直径为0.20mm，且体积掺量为2％。现准备用另外一种平直型镀铜微细钢纤维与现用钢纤维进行混掺，此规格钢纤维的长度为8mm，直径为0.15mm，体积掺量为0.5％，基准钢纤维体积掺量调整为1.5％，现需要对此活性粉末混凝土的钢纤维混掺方案进行等效混掺分析即评价，是否合理？

根据本发明活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法，由于用于混掺的两种钢纤维为同种类、不同规格，所以可利用如下公式进行计算：

代入数据，易得：

应用实例2：

现有一种活性粉末混凝土选用平直型镀铜微细钢纤维作为基准增韧钢纤维，其规格为长度13mm，直径为0.20mm，且体积掺量为2％。现准备用另外一种平直型镀铜微细钢纤维与现用钢纤维进行混掺，此规格钢纤维的长度为10mm，直径为0.18mm，将基准钢纤维体积掺量调整为1.2％，现需要对此活性粉末混凝土的钢纤维混掺方案进行等效混掺分析及评价，并确定长度10mm，直径为0.18mm的钢纤维掺量为多少合理？

根据本发明活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法，由于用于混掺的两种钢纤维为同种类、不同规格，所以可利用如下公式进行计算：

代入数据，易得：

则：

由此可以看出：长度10mm，直径为0.18mm的钢纤维的体积掺量ω

应用实例3：

现有一种活性粉末混凝土选用平直型镀铜微细钢纤维作为基准增韧钢纤维，其规格为长度13mm，直径为0.20mm，且体积掺量为2％。现准备用另外一种波浪型镀铜微细钢纤维与现用钢纤维进行混掺，此规格钢纤维的长度为10mm，直径为0.15mm，参照CECS13-2009《钢纤维与水泥浆体粘结强度试验》，采用8字型试样对两种钢纤维进行纤维-基体粘结性能测试，并结合两种钢纤维的分布情况得出基准平直型钢纤维的粘结系数η

根据本发明活性粉末混凝土的钢纤维等效混掺分析及评价方法，由于用于混掺的两种钢纤维为不同类型、不同规格，所以可利用如下公式进行计算：

代入数据，易得：

则：

由此可以看出：长度10mm，直径为0.15mm的波浪型钢纤维的体积掺量ω

以上所述，仅为本发明的具体实施方案，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。