CN106478025A - 一种高延性细石骨料水泥基复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高延性细石骨料水泥基复合材料。其特征在于原材料中的纤维掺量不超过复合材料总体积的3％；除纤维以外的其它原材料按重量份数记为水30～40份，水泥30～40份，活性矿物掺合料35～65份，外加剂5～13份，细石骨料40～50份。一种高延性细石骨料水泥基复合材料可将原材料按配比称重后进行现场拌和或预先制备成干拌料。本发明材料具有强度高，性能稳定，抗冲击和磨耗能力强，干缩小，具有显著的延性破坏的能力，可在土木与交通工程领域中进行广泛的推广。

Description

一种高延性细石骨料水泥基复合材料
技术领域
本发明涉及土木与交通工程材料领域中的一种功能性新材料，特别是涉及一种高延性细石骨料水泥基复合材料。
技术背景
以混凝土为原材料的结构和部件在土木与交通领域中的到广泛应用，但是由于混凝土材料的脆性大，其在使用过程中的破坏往往是突然的，安全系数较低。随着混凝土材料技术的不断发展，各类金属纤维、无机纤维和有机纤维在混凝土材料中得到广泛的应用，对材料的增韧、阻裂起到了一定的效果。但是由于材料配比和施工工艺的限制，传统混凝土材料中的纤维掺量十分有限，使得材料在承载产生裂缝以后会瞬间散失承载能力。此外，为了得到跟到强度的混凝土，材料的配合比越来越倾向于向低水胶比的趋势发展，在传统混凝土结构原材料组成的基础上，纤维材料在拌和物中无法均匀分散为题，胶凝材料的配比无法提高纤维与骨料界面过渡区的粘结性能，对材料的性能带来不利的影响。
目前，国内外学者对高韧性混凝土进行了广泛的研究。其中以ECC(EngineeringCementitious Composites)为例，其材料组成和结构形式要明显的区别于传统混凝土(或纤维混凝土)。首先，该材料通过对纤维、基体以及纤维与基体之间的界面进行有意识的设计，使材料设计与结构设计相结合；其次，ECC中采用了大掺量的进口PVA纤维或PE纤维，而此类纤维的特点是具有较高的弹性模量和断裂延伸率；再次，ECC中胶凝材料掺量和单位用水量要远高于混凝土相关标准的规定，而且采用超量替代矿物掺合料来改变基体的组成；另外，ECC中不适用粗骨料，而细骨料也采用精细石英砂，使得各组分的微观尺度相适应。正是由于其与传统混凝土材料的种种差异，使得ECC在性能上表现出种种优异性。
但是目前，由于ECC材料的生产成本高昂，而且由于其在材料组成上未使用粗骨料，导致正常养护条件下所形成的强度提高有限，基体水化过程中产生的干缩较大，而且材料硬化后的弹性模量较低，与既有结构间的协同受力作用也较差，阻碍了其在工程应用中的广泛推广。
发明内容
鉴于上述混凝土材料以及ECC材料在实际使用过程中所表现出来的种种缺陷，本发明的目的是提供一种高延性细石骨料水泥基复合材料，该材料能同时具有较高的力学性能和延性破坏能力，能满足道路交通领域中各结构物和构筑物不同使用需求。此外，由于本发明材料所使用纤维的种类和形式广泛，造价较低，其在全寿命使用周期内的中和成本也较低，有利于其在工程实际中的推广。
本发明所涉及的一种高延性细石骨料水泥基复合材料主要是通过以下技术进行实现的。其特征在于，各原材料按重量分数记为：
同时，单位体积的一种高延性细石骨料水泥基复合材料中所含纤维的体积率不超过3％。
具体施工时根据实际情况，可将各原材料按配比称重后进行现场拌和；同时还可以将原材料中的二种或多种按配比称重后混合制备成干拌料，具体的施工时在将干拌料和其它原材料按照配比称重后进行现场拌和，一定程度上可以介于施工时间并降低施工成本。
本发明所涉及的一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于：水泥采用等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；活性矿物掺合料为硅灰、粉煤灰和磨细矿渣中的一种或多种，同时还可以包括纳米SiO2；外加剂可以是膨胀剂，减水剂中的一种或多种，对于涉及到钢筋混凝土和预应力混凝土结构的工程，外加剂还可以包括防锈剂；细石骨料采用最大粒径不超过10mm的级配碎石，碎石要严格控制含泥量和碱含量，不同粒组的碎石通过复配，以降低本发明材料的孔隙率；纤维可以金属纤维、无机纤维和有机纤维，纤维的品种和规格可以是一种或多种。
对于不同的工程实际，本发明材料对原材料的选择和最终配比的确定要根据试验检测结果进行调整。
本发明的一种高延性细石骨料水泥基复合材料其技术优越性在于：
(1)原材料中采用体积掺量不超过3％的纤维对基体进行增韧阻裂，纤维经充分拌和后以三维乱象的形式均匀的分散在基体中，使得硬化后的基体在受荷直至初裂荷载以后，通过纤维与基体之间的桥联作用和拉结作用，使结构能继续保持有较高的承载能力。
(2)采用粒径不大于10mm的细石骨料，降低了基体与骨料之间界面过渡区的缺陷，增强了基体与骨料界面的粘结能力，对材料的强度和耐久性有一定的提高。此外，粒径不大于10mm的细石骨料与大掺量纤维的协同作用较强，二者在基体中分布的均匀性较好，不容易发生结团。
(3)采用较大掺量的复合活性矿物掺合料，一方面能改善界面过渡区的性能，另一方面其对拌合物的工作性能也有很大程度的改善，也能提高一种高延性细石骨料水泥基复合材料水化后期的强度。
(4)采用复合外加剂以提高拌合物的工作性能以及材料水化硬化后的工作性能。
(5)通过对原材料的配比进行调整，使得使用不同种类金属纤维、有机纤维和无机纤维的抑制细石骨料高延性水泥基复合材料都能表现出较高的力学性能和延性破坏的能力。
(6)将原材料按配比称重后进行现场拌和，或者将原材料中的二种或多种进行按配比称重并混合制备成干拌料后在进行现场拌和，能满足不同的施工工况，可以有效的降低施工成本。
(7)一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其抗磨耗能力、强度和抗干缩能力较传统的ECC(Engineered Cementitious Composite)优越。
本发明所涉及到的一种高延性细石骨料水泥基复合材料同时具有较高的强度和变形能力，其在受荷直至初裂以后结构不会立即散失承载能力，其荷载一位移关系曲线呈现出稳定的应变硬化特性，因而具有极高的延性破坏的能力，将其应用到桥梁伸缩缝、湿接缝、路面和桥面铺装、隧道衬砌等结构中，能增加结构的使用安全和耐久性，具有较高的社会经济效益。
附图说明
附图为一种高延性细石骨料水泥基复合材料相同配比的3个试样在标准条件下养护28d时进行3点弯曲试验时所测得的荷载-挠度关系曲线。
具体实施方式
结合具体的实施方式对本发明进行进一步说明，而具体的实施方式仅用于对本发明进行说明而不对本发明进行限制。
实施实例1：
一种高延性细石骨料水泥基复合材料其是由下述重量比配比的原材料制成的：水35份，水泥33份，复合矿物掺合料40份，复合外加剂10.3份(其中减缩剂10份，减水剂0.3份)，细石骨料45份，聚丙烯纤维的体积率为1.5％。
实施实例2：
一种高延性细石骨料水泥基复合材料其是由下述重量比配比的原材料制成的：水33份，水泥35份，复合矿物掺合料43份，复合外加剂9.8份(其中减缩剂8.6份，防锈剂0.8份，减水剂0.4份)，细石骨料45份，钢纤维的体积率为2.4％。
实施实例3：
一种高延性细石骨料水泥基复合材料其是由下述重量比配比的原材料制成的：水38份，水泥37份，复合矿物掺合料58份，复合外加剂8.4份(其中减缩剂8份，防锈剂减水剂0.4份)，细石骨料45份，玄武岩纤维的体积率为1.7％。

Claims (10)

1.一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，各原材料按重量分数记为：
同时，单位体积的一种高延性细石骨料水泥基复合材料中所含纤维的体积率不超过3％。
2.根据权利要求1所述的一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，所使用的水泥为等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，活性矿物掺合料为硅灰、粉煤灰、磨细矿渣以及纳米SiO2中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，纤维是指金属纤维中的一种或多种、有机纤维中的一种多种、无机纤维中的一种或多种，同时还可以将金属纤维、有机纤维和无机纤维复掺为混混杂纤维。
5.根据权利要求1所述的一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，外加剂是指膨胀剂、减水剂以及防锈剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于膨胀剂可使用但不仅仅限于使用硫铝酸类的膨胀剂，减水剂可以使用但不仅仅限于使用聚羧酸盐类的减水剂。
7.一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，可采用适量的硫酸盐，通过其与水泥水化生成的产物发生二次水化反应，产生具有体积膨胀性的产物来减少收缩。
8.根据权利要求1所述的一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，细石骨料采用粒径不大于10mm的碎石，不同粒经的碎石要进行复配，以降低材料的孔隙率。
9.根据权利要求1～8所述的一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，根据不同的实际工程所提出的使用需求，原材料的选择以及配比要通过试验进行相应的调整。
10.一种高延性细石骨料水泥基复合材料，其特征在于，可将原材料照配比称重后进行现场拌和，同时还可以将原材料中的二种或多种按配比称重后进行混合包装，制备成干拌料，实际施工时再将干拌料及其它原材料按照配比称重后进行现场拌和。
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