CN104211358A - 一种快硬早强高延性水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种快硬早强高延性水泥基复合材料，它由以下重量份的原料制备而成：7.5～75份的水泥、0～70份的矿物掺合料、0～60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；所述的水泥为硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥的混合物。本发明所述的高延性水泥基复合材料具有硬化速度快、早期强度高、伸长率高、抗裂性能好等优点，适用于混凝土结构的抢修等工程应用中。本发明还提供所述的快硬早强高延性水泥基复合材料的制备方法。

Description

一种快硬早强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，更具体地涉及一种利用硫铝酸盐水泥制备的快硬早强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。尤其在混凝土修补中，高延性水泥基复合材料的使用可大大降低由于修补材料收缩而导致的开裂及其引起的耐久性问题。此外，由于高延性水泥基复合材料具有优秀的抗拉性能，因此它可以提高修补后结构的承载力。
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，且加入了大量的矿物掺合料[1 LI VC.On engineered cementitious composites(ECC)[J],Journal of AdvancedConcrete 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]，因此材料的硬化速度较慢，早期强度不高，凝结时间经常长达10几个小时。但是，在很多抢修抢建工程需要尽早达到结构的使用要求，故要求材料的硬化速度快、早期强度高。例如，在某些机场、高速公路的修补工程一般要求4到6小时通车。
鉴于上述现有技术中存在的局限性，有必要研发一种快硬早强的高延性水泥基复合材料，以适应抢修抢建等工程。
发明内容
本发明以硫铝酸盐水泥为基础胶凝材料提高材料的硬化速度和早期强度，复合硅酸盐水泥以调节材料的后期强度和其他性能，研发出一种快硬早强的快硬早强高延性水泥基复合材料。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种快硬早强高延性水泥基复合材料，它由以下重量份的原料制备而成：7.5～75份的水泥、0～70份的矿物掺合料、0～60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；所述的水泥为硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥的混合物。
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、早强剂、缓凝剂或增稠剂的一种或多种的混合物。
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。
所述的早强剂优选锂盐早强剂、氯盐早强剂，进一步优选为锂盐早强剂。
所述的缓凝剂优选木质素类、糖类、磷酸盐、酒石酸盐、葡萄糖酸盐、柠檬酸及其盐类、纤维素类缓凝剂，进一步优选为葡萄糖酸钠缓凝剂或柠檬酸钠缓凝剂。
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.凝结速度快、早期强度高
4小时、6小时和12小时抗压强度分别为15.8MPa、20.5MPa和23.8MPa。
2.抗拉性能好
28天抗拉强度达3.0MPa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：
硫铝酸盐水泥、粉煤灰、石英石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、碳酸锂早强剂、葡萄糖酸钠缓凝剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚丙烯纤维的重量比为33.38:25.04:25.04:14.60:0.58:0.01:0.04:0.08:1.23。
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3分钟。
4小时、6小时、12小时、24小时、3天和28天抗压强度分别为15.8MPa、20.5MPa、22.8MPa、24.5MPa、27.1MPa和39.0MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为3.1MPa和2.1％。
实施例2：
硫铝酸盐水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、碳酸锂早强剂、葡萄糖酸钠缓凝剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚乙烯醇纤维的重量比为25.05:33.42:25.05:14.60:0.54:0.01:0.02:0.10:1.21。
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。
4小时、6小时、12小时、24小时、3天和28天抗压强度分别为10.5MPa、14.5MPa、20.9MPa、21.5MPa、25.0MPa和37.3MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为3.6MPa和2.5％。
实施例3：
硫铝酸盐水泥、磨细矿渣粉、河砂、水、聚羧酸系高性能减水剂、碳酸锂早强剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维的重量比为24.84:41.38:16.56:15.32:0.62:0.01:0.05:0.59:0.63。
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5分钟。
4小时、6小时、12小时、24小时、3天和28天抗压强度分别为11.5MPa、21.6MPa、28.5MPa、35.4MPa、41.5MPa和58.7MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为4.5MPa和4.3％。
实施例4：
硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、碳酸锂早强剂、葡萄糖酸钠缓凝剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚乙烯醇纤维的重量比为22.55:2.51:33.42:25.05:14.60:0.54:0.01:0.02:0.08:1.22。
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。
4小时、6小时、12小时、24小时、3天和28天抗压强度分别为12.6MPa、17.5MPa、22.4MPa、27.5MPa、32.2MPa和45.3MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为3.6 MPa和3.1％。

Claims (9)

1.一种快硬早强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：
7.5～75份的水泥、0～70份的矿物掺合料、0～60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；所述的水泥为硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥的混合物。
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0.5 mm。
7.权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的外加剂为减水剂、早强剂、缓凝剂或增稠剂的一种或多种的混合物；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；所述的早强剂为锂盐早强剂、氯盐早强剂；所述的缓凝剂为木质素类、糖类、磷酸盐、酒石酸盐、葡萄糖酸盐、柠檬酸及其盐类、纤维素类缓凝剂；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；所述的早强剂为锂盐早强剂；所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠缓凝剂或柠檬酸钠缓凝剂；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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