CN103214218B - 一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，以重量份数计，它包括以下原材料：胶凝材料100份，硅灰石纤维4.5～11.0份，白云母1.5～2.0份，有机纤维0.35～0.95份，石英粉30～80份，减水剂1.5～2.0份，水18～24份。本发明所制备的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料除具有良好的工作性能之外，还有很高的抗折强度、抗压强度和抗冲击性能，28d抗折强度可超过19MPa，28d抗压达为110～130MPa，抗冲击性能是传统高强水泥基砂浆材料的3倍以上。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料学工程领域，涉及一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料及其制备方法。
背景技术
水泥基材料作为目前最大宗的建材，其抗折抗压强度比一般只有1/12～1/8，传统高强水泥基材料的脆性特征则更为显著。为适应混凝土结构工程领域向更高、跨度更大、荷载更重方向不断扩展，以及日趋广泛的混凝土结构工程修复、加固、改造工程，提高混凝土材料性能指标，克服其脆性大、抗弯强度低、抗冲击性能差、易开裂等缺点，成为水泥基胶凝材料研究热点。
纤维增强水泥制品（包括修补用材料）可以大幅度提高材料的断裂韧性和抗弯强度，是一类重要的水泥基复合材料，其核心是纤维增强技术。目前常用的无机纤维和有机纤维主要有石棉、玻璃纤维、钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维等。如美国密西根大学的Li等人使用聚乙烯醇纤维（PVA）制备了PVA-ECC（Engineered Cementitious composite），其极限拉应变超过5%，同时裂缝宽度通常小于60μm，对结构延性具有重要影响。然而，尽管ECC材料具有非常好的极限拉应变，28d抗折强度能达到15MPa以上，但其28d抗压强度一般不超过80MPa，难以满足对强度和韧性均有较高要求的工程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料及其制备方法，抗折强度和抗压强度高，抗冲击性能良好。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，以重量份数计，它包括以下原材料：胶凝材料100份，硅灰石纤维4.5～11.0份，白云母1.5～2.0份，有机纤维0.35～0.95份，石英粉30～80份，减水剂1.5～2.0份，水18～24份。
按上述方案，所述的硅灰石纤维为针状，长径比大于15，细度不小于100目。
按上述方案，所述的白云石为云母鳞片，采用筛分工艺得到宽度在0.3mm～0.8mm之间的云母鳞片。
按上述方案，所述有机纤维的抗拉强度大于800MPa，只要符合该规格的有机纤维均能适用于本发明。
按上述方案，所述有机纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维中的任意一种。
按上述方案，所述的胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰按质量比为(65～75):(15～25):(8～12)混合而成，最佳质量比为70:20:10。
按上述方案，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率大于20%。
按上述方案，所述的石英砂平均粒径不大于0.3mm。
上述的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的制备方法，它包括如下步骤：
（1）以重量份数计，称取以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维4.5～11.0份，白云母1.5～2.0份，聚乙烯醇纤维0.35～0.95份，石英粉30～80份，减水剂1.5～2.0份，水18～24份备用；所述胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰按质量比为(65～75):(15～25):(8～12)混合而成；
（2）将100份的胶凝材料和30～80份的石英粉充分混合，然后加入18～24份的水，1.3～1.6份的减水剂，控制砂浆流动度为（260±20）mm；
（3）将步骤（2）所得砂浆中加入0.35～0.95份的有机纤维，搅拌至均匀分散无结团现象；然后加入4.5～11.0份的硅灰石纤维和1.5～2.0份的白云母，搅拌直至均匀分散；继而加入0.2～0.4份的减水剂，调整砂浆至流动度在（220±10mm）范围，即得到高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体，并成型养护后，即得到高抗折高抗压的水泥基砂浆材料。
按上述方案，所述养护方法采用常规工艺即可，本发明中采用的养护方法是：将步骤（3）得到的成型后的高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体湿气养护24h，湿气养护温度为20℃～90℃，在30min内达到所需要的湿气养护温度并恒温；湿气养护结束后，进行标准养护（参考《GB／T17671-1999水泥胶砂强度检验方法》），至28d龄期，即得到高抗折高抗压的水泥基砂浆材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明利用有机纤维与无机纤维之间明显的弹性模量差，合理混掺有机纤维和硅灰石纤维、白云母类无机矿物纤维，实现了水泥基材料断裂韧性和抗折强度的大幅度提高，制备的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料28d抗折强度超过19MPa，28d抗压强度超过110MPa，抗冲击性能是同抗压强度传统水泥基砂浆材料的3倍以上，同时具有良好的工作性能。
2.本发明非常适用于湿气养护制备工艺。硅灰石纤维和白云母纤维具有良好晶型,在20℃～90℃范围湿气养护条件下，充当了水泥水化过程中理想的晶种源，有利于提高水泥水化产物的结晶程度；同时在20℃～90℃这个温度范围，聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维仍然处于理想的物理状态。
3.本发明所采用的聚乙烯醇纤维（PVA）和聚丙烯纤维（PP）生产工艺成熟，性能优异，而白云母、硅灰石纤维均在我国分布广泛，是相对聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维更为廉价的可利用自然资源。
附图说明
图1为抗冲击试验示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，以重量份数计，包括以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维4.5份，白云母1.6份，聚乙烯醇纤维0.95份，石英粉30份，减水剂1.8份，水20份；所述的胶凝材料由P·O425硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰按质量比68:20:12混合而成。所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率大于20%。
上述的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的制备方法，它包括如下步骤：
（1）以重量份数计，称取以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维4.5份，白云母1.6份，聚乙烯醇纤维0.95份，石英粉30份，减水剂1.8份，水20份备用；所述胶凝材料由P●O425硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰按质量比68:20:12混合而成；
（2）将100份的胶凝材料和30份的石英粉充分混合搅拌1min使混料均匀分散；然后加入20份的水，1.5份的减水剂，砂浆流动度为260mm；
（3）将步骤（2）所得砂浆中加入0.95份的聚乙烯醇纤维，搅拌3min至均匀分散无结团现象；然后加入4.5份的硅灰石纤维和1.6份的白云母，搅拌直至均匀分散；继而加入0.3份的减水剂，砂浆流动度为225mm，即得到高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体，并成型；
（4）将步骤（3）得到的成型的高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体湿气养护24h，湿气养护温度为20℃，在30min内达到所需要的湿气养护温度20℃并恒温；
（5）湿气养护结束后，进行标准养护（参考《GB／T17671-1999水泥胶砂强度检验方法》），至28d龄期，即得到高抗折高抗压的水泥基砂浆材料。
经测试，本实施例中成型前制得的高抗折高强水泥基复合砂浆的流动度为225mm；最终制得的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的28d抗折强度为19.2MPa，28d抗压强度为110.9MPa，参考《纤维混凝土试验规程》进行落锤式抗冲击试验（如图1所示，落锤重886.16g，落锤冲击高度为1000mm），129.5mm×160mm×40mm（长×宽×高）试件抗冲击韧性为78.15N·m，是基准组的26.05N·m的3.0倍。
实施例2：
一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，以重量份数计，包括以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维8份，白云母2份，聚乙烯醇纤维0.35份，石英粉80份，减水剂1.7份，水20份；所述的胶凝材料由P·O425硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰按质量比75:22:8混合而成。
上述的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的制备方法，它包括如下步骤：
（1）以重量份数计，称取以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维8份，白云母2份，聚乙烯醇纤维0.35份，石英粉80份，减水剂1.7份，水20份备用；所述胶凝材料由P·O425硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰按质量比75:22:8混合而成；
（2）将100份的胶凝材料和80份的石英粉充分混合搅拌1min使混料均匀分散；然后加入20份的水，1.5份的减水剂，砂浆流动度为265mm；
（3）将步骤（2）所得砂浆中加入0.35份的聚乙烯醇纤维，搅拌3min至均匀分散无结团现象；然后加入8份的硅灰石纤维和2份的白云母，搅拌直至均匀分散；继而加入0.2份的减水剂，砂浆流动度为230mm，即得到高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体，并成型；
（4）将步骤（3）得到的成型的高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体湿气养护24h，湿气养护温度为45℃，在30min内达到所需要的湿气养护温度45℃并恒温；
（5）湿气养护结束后，进行标准养护（参考《GB／T17671-1999水泥胶砂强度检验方法》），至28d龄期，即得到高抗折高抗压的水泥基砂浆材料。
经测试，本实施例中成型前制得的高抗折高强水泥基复合砂浆的流动度为230mm；最终制得的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的28d抗折强度为20.5MPa，28d抗压强度为121.5MPa，参考《纤维混凝土试验规程》进行落锤式抗冲击试验（如图1所示，落锤重886.16g，落锤冲击高度为1000mm），129.5mm×160mm×40mm（长×宽×高）试件抗冲击韧性为104.21N·m，是基准组的26.05N·m的4.0倍。
实施例3：
一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，以重量份数计，包括以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维11份，白云母1.5份，聚乙烯醇纤维0.66份，石英粉40份，减水剂1.5份，水20份；所述的胶凝材料由P●O425硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰按质量比70:20:10混合而成。
上述的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的制备方法，它包括如下步骤：
（1）以重量份数计，称取以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维11份，白云母1.5份，聚乙烯醇纤维0.66份，石英粉40份，减水剂1.5份，水20份备用；所述胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰按质量比70:20:10混合而成；
（2）将100份的胶凝材料和40份的石英粉充分混合搅拌1min使混料均匀分散；然后加入20份的水，1.2份的减水剂，砂浆流动度为260mm；
（3）将步骤（2）所得砂浆中加入0.66份的聚乙烯醇纤维，搅拌3min至均匀分散无结团现象；然后加入11份的硅灰石纤维和1.5份的白云母，搅拌直至均匀分散；继而加入0.3份的减水剂，砂浆流动度为220mm，即得到高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体，并成型；
（4）将步骤（3）得到的成型的高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体湿气养护24h，湿气养护温度为90℃，在30min内达到所需要的湿气养护温度90℃并恒温；
（5）湿气养护结束后，进行标准养护（参考《GB／T17671-1999水泥胶砂强度检验方法》），至28d龄期，即得到高抗折高抗压的水泥基砂浆材料。
经测试，本实施例中成型前制得的高抗折高强水泥基复合砂浆的流动度为220mm；最终制得的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的28d抗折强度为23.1MPa，28d抗压强度为126.6MPa，参考《纤维混凝土试验规程》进行落锤式抗冲击试验（如图1所示，落锤重886.16g，落锤冲击高度为1000mm），129.5mm×160mm×40mm（长×宽×高）试件抗冲击韧性为119.83N·m，是基准组的26.05N·m的4.6倍。
实施例4：
与实施例1基本相同，不同之处在于：减水剂的总重量份数由“1.8份”改为2.0份，步骤（2）加入的减水剂为1.6份，步骤（3）加入的减水剂为0.4份，水的重量份数20份改为18份，有机纤维为聚酯纤维。
经测试，本实施例中成型前制得的高抗折高强水泥基复合砂浆的流动度为230mm最终制得的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的28d抗折强度为19.0MPa，28d抗压强度为111.6MPa，参考《纤维混凝土试验规程》进行落锤式抗冲击试验（如图1所示，落锤重886.16g，落锤冲击高度为1000mm），129.5mm×160mm×40mm（长×宽×高）试件抗冲击韧性为83.36N·m，是基准组的26.05N·m的3.2倍。
实施例5：
与实施例3基本相同，不同之处在于：水的重量份数为24份，有机纤维为聚丙烯腈纤维。
经测试，本实施例中成型前制得的高抗折高强水泥基复合砂浆的流动度为230mm；最终制得的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的28d抗折强度为21.2MPa，28d抗压强度为118.9MPa，参考《纤维混凝土试验规程》进行落锤式抗冲击试验（如图1所示，落锤重886.16g，落锤冲击高度为1000mm），129.5mm×160mm×40mm（长×宽×高）试件抗冲击韧性为103.44N·m，是基准组的26.05N·m的4.0倍。
综上所述，本发明的高抗折高抗压水泥基砂浆材料，试件尺寸为40mm×40mm×160mm（长×宽×高）试件的28d抗折强度在19MPa以上，28d抗压强度高于110MPa；129.5mm×160mm×40mm（长×宽×高）试件抗冲击韧性为基准组试件抗冲击韧性的3倍以上；砂浆工作性能良好，成型前制得的高抗折高强水泥基复合砂浆的流动度能达到220mm左右。
Claims (7)
1.一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，其特征在于以重量份数计，它包括以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维4.5~11.0份，白云母1.5~2.0份，有机纤维0.35~0.95份，石英粉30~80份，减水剂1.5~2.0份，水18~24份；所述的胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰按质量比为(65~75):(15~25):(8~12)混合而成；所述的石英粉平均粒径不大于0.3mm。
2. 根据权利要求1所述的一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，其特征在于所述的硅灰石纤维为针状，长径比大于15，细度不小于100目。
3. 根据权利要求1所述的一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，其特征在于所述的白云石为云母鳞片，采用筛分工艺得到宽度在0.3mm~0.8mm之间的云母鳞片。
4. 根据权利要求1所述的一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，其特征在于所述有机纤维的抗拉强度大于800MPa。
5. 根据权利要求1或4所述的一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，其特征在于所述有机纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维中的任意一种。
6. 根据权利要求1所述的一种高抗折高抗压的水泥基砂浆材料，其特征在于所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率大于20%。
7. 权利要求1所述的高抗折高抗压的水泥基砂浆材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
（1）以重量份数计，称取以下原料：胶凝材料100份，硅灰石纤维4.5~11.0份，白云母1.5~2.0份，聚乙烯醇纤维0.35~0.95份，石英粉30~80份，减水剂1.5~2.0份，水18~24份备用；所述胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰按质量比为(65~75):(15~25):(8~12)混合而成；
（2）将100份的胶凝材料和30~80份的石英砂充分混合，然后加入18~24份的水，1.3~1.6份的减水剂，控制砂浆流动度为（260±20）mm；
（3）将步骤（2）所得砂浆中加入0.35~0.95份的有机纤维，搅拌至均匀分散无结团现象；然后加入4.5~11.0份的硅灰石纤维和1.5~2.0份的白云母，搅拌直至均匀分散；继而加入0.2~0.4份的减水剂，调整砂浆至流动度在（220±10mm）范围，即得到高抗折高抗压水泥基复合砂浆浆体，并成型养护后，即得到高抗折高抗压的水泥基砂浆材料。
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