CN104211344A - 一种低热高延性水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低热高延性水泥基复合材料，它由以下重量份的原料制备而成：15～75份的水泥、0～80份的矿物掺合料、0～50份的细骨料、8～25份的水、0.6～2.5份的纤维和0.25～2份的外加剂；所述的水泥为高贝利特水泥。本发明所述的高延性水泥基复合材料水化放热量低、抗拉性能好。本发明还提供所述的高延性水泥基复合材料的制备方法。

Description

一种低热高延性水泥基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水泥基复合材料，利用高贝利特水泥制备的低热高延性水泥基复合材料，及其制备方法。
背景技术
高延性水泥基复合材料是一种纤维增强水泥基复合材料，在拉伸、弯曲、剪切荷载下，呈现出高延性，极限伸长率高达2％，是普通混凝土和纤维混凝土的上百倍，它的发明和应用改变了“水泥基材料为准脆性材料”的传统观念。高延性水泥基复合材料在轴心拉伸荷载下呈现出多缝开裂(multiple-cracking)。此外，高延性水泥基复合材料裂缝宽度小，平均裂缝宽度100μm以下，且不会随应变增加而增加。与普通混凝土和纤维混凝土相比，高延性水泥基复合材料在抗震、抗冲击、抗剪切、抗疲劳性能及耐久性等方面有较大的优势，它将为解决因混凝土的抗拉性能差、韧性低带来的结构承载力低和耐久性差等问题和提高混凝土建(构)筑物的安全性和可靠性提供技术支持和材料保障。
目前，高延性水泥基复合材料主要使用普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，水泥含量较高，一般为除水外材料总质量的30～60％[1LI VC.On engineered cementitious composites(ECC)[J],Journal of Advanced Concrete Technology 2003,1(3):215-230；2张君、居贤春、高原，“高延性低收缩纤维增强水泥基符合材料特性及应用”，混凝土与标准化，2011年第三期，11-20页]，故高延性水泥基复合材料水化放热量高。如果使用高延性水泥基复合材料制作大体积构件时，在水化早期阶段，由于材料水化放热总量大，构件内部温度会急剧升高，导致构件内外温差大。由于此时，材料的力学性能(特别是抗拉性能)还没有发展成熟，极大的内外温差会造成构件表面严重开裂，对材料和结构的耐久性和力学性能都会造成负面影响。尽管高延性水泥基复合材料在后期有优秀的抗拉性能，但上述的早期温度裂缝无法避免。
高贝利特水泥具有水化放热量低、后期强度高、耐久性好等优点，已广泛应用于三峡工程、首都国际机场、北京五环路等工程的大体积混凝土中，成功解决了大体积混凝土温度裂缝问题。在高延性水泥基复合材料中，使用高贝利特水泥替代普通硅酸盐水泥可大大降低高延性水泥基复合材料的水化放热量，减少其导致的温度裂缝。
发明内容
本发明以高贝利特水泥为胶凝材料制备低热高延性水泥基复合材料。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种低热高延性水泥基复合材料，它由以下重量份的原料制备而成：15～80份的水泥、0～60份的矿物掺合料、0～50份的细骨料、8～25份的水、0.6～2.5份的纤维和0.1～2份的外加剂。
本发明所述的水泥为高贝利特水泥。
本发明所述的纤维可以使用国产纤维，优选由聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚丙烯晴纤维或玻璃纤维中的一种或多种组成。
本发明更优选的一种方案中，所述的纤维全部为聚丙烯纤维。
本发明更优选的一种方案中，所述的纤维全部为聚乙烯醇纤维。
本发明更优选的再一种方案中，所述的纤维按重量百分比计，由48.4％的聚丙烯纤维和51.6％的聚乙烯纤维组成。
所述的纤维直径为6μm～100μm，长度为3mm～24mm。
聚丙烯纤维抗拉强度为300MPa～800MPa，弹性模量为5GPa～10GPa；高强高弹模的聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维和玻璃纤维抗拉强度为1000MPa～3500MPa，弹性模量为30GPa～150GPa；聚丙烯晴纤维抗拉强度为500MPa～1000MPa，弹性模量为10GPa～20GPa。
所述的矿物掺合料为粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰中的一种或多种的混合物。
所述的细骨料为石英石粉、石灰石粉或河砂中的一种或多种的混合物；细骨料的最大粒径不超过0.5mm。
所述的外加剂为减水剂或增稠剂的一种或两种的混合物。
所述的减水剂优选聚羧酸系高性能减水剂或萘系高效减水剂，进一步优选为聚羧酸系高性能减水剂。
所述的增稠剂优选聚丙烯酸类增稠剂、纤维素醚、淀粉醚或铝盐，进一步优选为聚丙烯酸类增稠剂。
本发明还提供所述的高延性水泥基复合材料的制备方法，具体步骤为：将按所述比例称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机中，然后将水和外加剂按所述的比例加入搅拌机中，搅拌2～4分钟；最后加入所述比例的纤维，再搅拌3～6分钟，即得到所述的高延性水泥基复合材料。整个搅拌过程用时为6～10分钟。
与现有技术相比，本发明的高延性水泥基复合材料具有以下有益效果：
1.水化放热量低
早期水化放热量低，本发明的7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延性水泥基复合材料水化放热量的75％左右。
2.抗拉性能好
28天抗拉强度达2.5MPa以上，极限伸长率达2.0％以上。
3.制备工艺简单、新拌材料工作性好
本发明的制备工艺简单，普通的混凝土搅拌设备即可满足制备需要，整个搅拌过程用时仅为6～10分钟。
具体实施方式
实施例1：
高贝利特水泥、粉煤灰、石英石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚丙烯纤维的重量比为24.97:33.30:24.97:14.98:0.42:0.10:1.26。
将称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机内，将外加剂溶入水中，然后一起缓慢加入搅拌桶内，搅拌3分钟；将纤维撒到搅拌桶内，再搅拌3分钟。
28天抗压强度为40.7MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为2.8MPa和2.6％。本发明的3天和7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延性水泥基复合材料水化放热量的75.7％和72.4％。
实施例2：
高贝利特水泥、磨细矿渣粉、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚乙烯醇纤维的重量比为24.55:24.55:32.74:16.37:0.45:0.12:1.22。
将称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机内，将外加剂溶入水中，然后一起缓慢加入搅拌桶内，搅拌3分钟；将纤维撒到搅拌桶内，再搅拌5分钟。
28天抗压强度为42.3MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为3.6MPa和2.3％。本发明的3天和7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延性水泥基复合材料水化放热量的77.2％和75.9％。
实施例3：
高贝利特水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚乙烯醇纤维的重量比为16.74:37.65:29.29:14.64:0.33:0.13:1.21。
将称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机内，将外加剂溶入水中，然后一起缓慢加入搅拌桶内，搅拌3分钟；将纤维撒到搅拌桶内，再搅拌5分钟。
28天抗压强度分别为31.8MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为3.1MPa和3.2％。本发明的3天和7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延性水泥基复合材料水化放热量的73.8％和72.3％。
实施例4：
高贝利特水泥、粉煤灰、河砂、水、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维的重量比为33.26:33.26:16.63:14.97:0.58:0.07:0.59:0.63。
将称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机内，将外加剂溶入水中，然后一起缓慢加入搅拌桶内，搅拌4分钟；将纤维撒到搅拌桶内，再搅拌4分钟。
28天抗压强度为61.8MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为4.8MPa和4.7％。本发明的3天和7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延性水泥基复合材料水化放热量的77.1％和76.5％。

Claims (9)

1.一种低热高延性水泥基复合材料，其特征在于，它由以下重量份的原料制备而成：
15～75份的水泥、0～80份的矿物掺合料、0～50份的细骨料、8～25份的水、0.6～2.5份的纤维和0.25～2份的外加剂；所述的水泥为高贝利特水泥。
2.权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的纤维由聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚丙烯晴纤维或玻璃纤维中的一种或多种组成。
3.权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的纤维是聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或聚乙烯纤维中的一种或两种的混合物。
4.权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的纤维按重量百分比计，由48.4％的聚丙烯纤维和51.6％的聚乙烯纤维组成。
5.权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的矿物掺合料为粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰中的一种或多种的混合物。
6.权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的细骨料为石英石粉、石灰石粉或河砂中的一种或多种的混合物；细骨料的最大粒径不超过0.5mm。
7.权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的外加剂为所述的外加剂为减水剂和增稠剂的一种或两种的混合物；所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂或萘系高效减水剂；所述的增稠剂为聚丙烯酸类增稠剂、纤维素醚、淀粉醚或铝盐。
8.权利要求7所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；所述的增稠剂为聚丙烯酸类增稠剂。
9.制备权利要求1所述的高延性水泥基复合材料的方法，具体步骤为：将按所述比例称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机中；然后将水和外加剂按所述的比例加入搅拌机中，搅拌2～4分钟；最后加入所述比例的纤维，再搅拌3～6分钟，即得到所述的高延性水泥基复合材料。
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