本發明屬于土木工程，具體涉及一種利用冷凍增強單元提升混凝土構件性能的方法及制得的混凝土構件。

背景技術：

1、普通混凝土本身存在抗拉強度低、抗剪性能差以及韌性不足等特性，容易受到外界環境和荷載的共同作用下出現開裂，以及開裂后裂縫難以控制的脆性問題。纖維增強混凝土是一種延性混凝土材料，其極限應變較普通混凝土提高幾十倍。通過應用纖維混凝土與普通混凝土組合是改善混凝土構件開裂的有效途徑之一。

2、纖維增強混凝土主要應用于提升結構力學性能，纖維增強混凝土制成的部分和關鍵結構元件以及纖維混凝土增強層可以提升混凝土力學性能。纖維增強結構構件表現出良好的失效模式和結構響應。通過將少數裂紋模式修改為多裂紋模式，可以防止傳統混凝土的脆性破壞模式。纖維橋接作用可以有效地抵抗裂紋的形成和擴大，從而提高延性、能量吸收和損傷容限。

3、現有纖維混凝土與普通混凝土組合采用原位澆注、預制或噴涂纖維混凝土增強層常用組合強化方法，纖維混凝土增強層與普通混凝土界面之間的粘合特性是主要控制強化效率的關鍵因素。然而，目前增強過程采用分層澆筑，存在界面處理方式復雜，粘結性能易受施工影響以及粘結力有待進一步提升等問題。在混凝土中添加纖維增強復合材料的增強方式，需要后期去除部分混凝土進行開槽增強，對混凝土整體造成損傷，破壞模式更加復雜。因此開發一種提升混凝土力學性能，且與混凝土有良好界面粘結，降低施工復雜程度的技術對提升混凝土構件性能具有重要意義。

技術實現思路

1、針對現有技術中的上述不足，本發明提供一種利用冷凍增強單元提升混凝土構件性能的方法及制得的混凝土構件，使混凝土構件抗裂性能提高，減少混凝土塑性損傷，提升混凝土韌性，同時纖維增強單元與普通混凝土有較好的界面性能，進一步提升混凝土力學性能。

2、為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

3、本發明的目的是提供一種提升混凝土構件性能的方法，包括以下步驟：

4、（1）采用快速冷凍技術制備冷凍增強單元；

5、（2）通過澆筑使混凝土構件的應力集中區包裹至少一個處于冷凍狀態的冷凍增強單元，再通過養護使融化后的冷凍增強單元與混凝土構件通過水化反應結合。

6、進一步地，制備冷凍增強單元的過程如下：

7、在增強單元初凝前，在60min內，使增強單元冷凍成型，且其核心溫度降低至-40~-10℃。

8、進一步地，增強單元為 工程纖維增強水泥基復合材料（ecc）。

9、進一步地，工程纖維增強水泥基復合材料為聚乙烯醇纖維增強混凝土或鋼纖維混凝土。

10、進一步地，快速冷凍技術采用液氮冷凍、干冰冷凍或速凍柜冷凍。

11、進一步地，冷凍增強單元之間相互貼合或具有間隙。

12、進一步地，應力集中區為混凝土構件的受拉區或受剪區。

13、進一步地，受剪區的冷凍增強單元之間的間距不應大于混凝土高度的1/2。

14、進一步地，步驟（2）中養護的具體過程為：澆筑完成后正常養護，使冷凍增強單元自然融化成漿體并與混凝土構件水化結合。

15、進一步地，步驟（2）中澆筑時，使用的冷凍增強單元的混凝土性能高于待提升的混凝土的材料性能。

16、本發明的另一個目的是提供一種混凝土構件，其采用上述方法制備得到。

17、本發明的有益效果：

18、1、傳統的纖維增強混凝土構件力學性能技術，在纖維增強單元代替部分混凝土過程中，容易出現兩者之間的界面粘結力不足這種界面問題，使纖維混凝土性能無法發揮，尤其是在應力集中區，容易導致纖維增強層與混凝土的分離，無法發揮預期的增強效果。本發明通過采用快速冷凍技術制備冷凍狀態的纖維增強單元，使得纖維增強單元在混凝土澆筑過程中以冷凍塊體的形式與混凝土結合。冷凍后的纖維增強單元再融化為漿體時，可以更好地與混凝土結合水化反應，形成強韌一體的復合材料，有效解決了傳統技術中纖維混凝土增強層與混凝土之間的界面問題。通過這種方式不僅增強了界面粘結力，還保證了兩者結合的穩固性，避免了傳統方案中材料分層或界面縫隙的現象導致混凝土構件力學性能下降。

19、2、傳統混凝土構件在應力集中的區域往往容易發生裂縫擴展，導致構件的力學性能急劇下降，尤其抗彎和抗剪能力降低。為了改善這些性能，通常需要在混凝土中加入纖維增強材料（如鋼纖維或聚合物纖維），這些常規纖維增強材料雖然可增強混凝土材料性能，但對于構件而言，對應力集中區的提升效果針對性不強，且施工復雜，全斷面摻加成本高。本發明通過將冷凍后的纖維增強單元內置于混凝土的應力集中區，并通過冷凍后復活方式使纖維增強單元與混凝土水化結合反應，顯著提升混凝土構件性能。添加的纖維增強材料的高韌性和裂縫控制能力，能夠有效地抑制混凝土在拉應力作用下的裂縫擴展，增強混凝土的抗裂性、抗拉強度、抗彎強度及抗剪強度。特別是在混凝土構件應力集中區，纖維增強材料的內置可以直接改善該區域的強度和延性，從而提高混凝土構件整體抗裂能力與力學性能。

20、3、纖維增強混凝土技術通常采用外置包裹或分層施工的方式，將纖維增強材料嵌入到混凝土的外部或表面。當纖維增強材料包裹在混凝土外部時，由于兩者之間的施工因素或者環境溫度變化，容易導致外置包裹材料與混凝土之間發生縫隙，從而影響整個結構的穩定性。當纖維增強外置包裹或分層施工方式容易出現微裂縫，容易受到外界紫外線、大氣、溫度交替等環境作用，以及雨水侵蝕性介質等腐蝕老化作用，會造成纖維老化失效，最終影響混凝土的力學性能。與外置纖維增強混凝土技術的不同，本發明采用了內置纖維增強單元的方法，將纖維增強單元直接內置在混凝土應力集中區，并通過冷凍后復活方式將纖維增強單元與混凝土整體結合。由于纖維增強單元被內置在混凝土構件內部，避免了纖維增強單元本身出現較多微裂縫受外界環境的直接影響，從而有效地防止了纖維增強外置引發的裂縫擴展和混凝土分層問題。此外，內置方法能夠確保纖維增強與混凝土形成一個整體結構，不僅提高了混凝土構件的整體力學性能，還避免了傳統外置包裹方法中的結構缺陷。

技術特征：

1.一種利用冷凍增強單元提升混凝土構件性能的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，冷凍增強單元的制備過程如下：

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，增強單元為工程纖維增強水泥基復合材料。

4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，快速冷凍技術采用液氮冷凍、干冰冷凍或速凍柜冷凍。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，冷凍增強單元之間相互貼合或具有間隙。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中養護的具體過程為：澆筑完成后正常進行養護，使冷凍增強單元融化成漿體并與混凝土構件水化結合。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中澆筑時，使用的冷凍增強單元的混凝土性能高于待提升的混凝土的材料性能。

8.一種混凝土構件，其特征在于，采用權利要求1~7任一項所述方法制備得到。

技術總結
本發明公開了一種利用冷凍增強單元提升混凝土構件性能的方法及制得的混凝土構件，屬于土木工程技術領域。該方法如下：（1）采用快速冷凍技術制備冷凍增強單元；（2）通過澆筑使混凝土構件的應力集中區包裹至少一個處于冷凍狀態的冷凍增強單元，再通過養護使融化后的冷凍增強單元與混凝土構件通過水化反應結合。本發明充分利用增強單元具有的裂縫控制能力強的技術優勢，同時利用冷凍后再融化的方法解決預埋增強單元與后澆混凝土之間界面性能差的問題。冷凍后的增強單元可以通過對構件進行應力分析，進而選擇布置在理想位置，起到定點靶向提升的技術效果，達到提升普通混凝土構件力學性能，減少塑性破壞，提升混凝土構件抗彎/抗剪能力。

技術研發人員：戴峰,毛江鴻,庹珉泰,劉燚
受保護的技術使用者：四川大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28