CN106830821A - 一种pe纤维增强的超高韧性水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料，由175~225质量份数的水泥、440~490质量份数的粉煤灰、175~225质量份数的砂、175~225质量份数的水、5.5~6.5质量份数的减水剂、0.8~1.2质量份数的增稠剂、12~16质量份数的PE纤维组成。本发明还提供了上述超高韧性水泥基复合材料的制备方法。本发明利用了大量的粉煤灰，消耗了工业废渣，有效的降低了能源的消耗，减少环境污染以及提高工业废渣的利用率。

Description

一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料学领域，涉及一种水泥基复合材料，具体来说一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料及其制备方法。
背景技术
混凝土作为重要的土木工程材料，凭借取材简便、工艺简便、造价低、适应性强、抗压强度高等诸多优点，应用量越来越大，应用范围也越来越广泛。但是，由于混凝土自身的抗拉强度低、自重大、脆性大等固有弱点，加上混凝土结构在建设和使用过程中易出现不同程度和不同形式的裂缝，且混凝土自身控制裂缝的能力较差等问题，制约着混凝土这种建筑材料的应用。
为了满足现代工程要求，克服混凝土材料脆性大，裂缝控制能力差等缺点，国内外学者开始借助微观力学、细观力学、断裂力学的理论研究具有典型应变硬化特性的水泥基复合材料。美国密西根大学Victor Li教授和麻省理工大学Christopher Leung教授于1992年在美国ASCE Journal of Engineering Mechanics发表的论文建立了纤维水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites，通常称为ECC)的微观力学基础及设计准则，其后世界各地研究学者对ECC材料及其应用展开了深入的研究。超高韧性水泥基复合材料使用常规的搅拌和施工工艺，在应用技术上不存在较高的要求，十分易于工程应用。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料及其制备方法，所述的这种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料及其制备方法要解决现有技术中的混凝土材料脆性大，裂缝控制能力差的技术问题。
本发明提供了一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料，由如下质量份数的组份组成：
水泥 175~225份；
粉煤灰 440~490份；
砂 175~225份；
水 175~225份；
减水剂 5.5~6.5份；
增稠剂 0.8~1.2份；
PE纤维 12~16份。
进一步的，上述的PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料，由如下质量份数的组份组成：
水泥 200份；
粉煤灰 466份；
砂 200份；
水 200份；
减水剂 6份；
增稠剂 1份；
PE纤维 14份。
进一步的，所述的水泥为强度等级52.5级的硅酸盐水泥。
进一步的，所述的粉煤灰为一级粉煤灰，中位径(D50)：19.45µm；
进一步的，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。
进一步的，所述的增稠剂为甲基纤维素醚。
进一步的，所述的砂为30-100目的石英砂，最大粒径不超过0.6mm。
进一步的，所述的PE纤维长度为12mm，直径为200μm，抗拉强度为3.0Gpa，弹性模量120Gpa。
本发明还提供了上述的PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照质量份数称取水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂 、增稠剂、PE纤维；
2)将水泥、粉煤灰、砂和增稠剂加入到一个搅拌锅中，在公转62±5r/min，自转140±5r/min的条件下干搅2～4分钟至均匀；
3)将水和减水剂加入搅拌锅，在公转125±10r/min，自转285±10r/min的条件下搅拌3～5分钟；
4)加入PE纤维，再搅拌5～8分钟，直至纤维分散均匀，即得到所述的PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明可以有效提高超高韧性水泥基复合材料的性能，由于本发明利用了大量的粉煤灰作为原材料，消耗了现有的不利于环保的工业废渣，有利于环保减少高延性水泥基复合材料的碳排放，使得高延性水泥基复合材料材料更加绿色。
附图说明：
图1为本发明实施例3的一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料的抗拉示意图。
图2为本发明实施例3的一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料与掺入国产纤维PVA纤维的直接拉伸应力-应变对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提供了一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料，由如下份数的组份组成：
水泥 175~225份；
粉煤灰 440~490份；
砂 175~225份；
水 175~225份；
减水剂 5.5~6.5份；
增稠剂 0.8~1.2份；
PE纤维 12~16份。
具体的各个实施例按如下表所示的各组分的份数进行配比：
项目 实施例1（质量份） 实施例2（质量份） 实施例3（质量份）
水泥 200份 200份 200份
粉煤灰 466份 466份 466份
砂 200份 200份 200份
水 200份 200份 200份
减水剂 6份 6份 6份
增稠剂 1份 1份 1份
纤维 皖维PVA纤维14份 宝华林PVA纤维14份 PE纤维14份
上述的PE纤维来自山东爱地高分子材料有限公司。
按照如下步骤进行制备：
步骤一：加入相应质量比例的水泥、粉煤灰、砂和增稠剂到搅拌锅中，在公转62±5r/min，自转140±5r/min的条件下干搅2～4分钟至均匀。
步骤二：将水和减水剂按所述的比例加入搅拌锅，在公转125±10r/min，自转285±10r/min的条件下搅拌3～5分钟，直至浆体流动性达到浆体不结块成团，具有一定流动性即可。
步骤三：加入所述比例的纤维，再搅拌5～8分钟，直至聚乙烯醇纤维分散均匀，即得到所述的超高韧性水泥基复合材料。
将试块在养护相同时间之后，在电子万能试验机上进行抗拉试验，并对实验数据进行实时采集，绘制出应力-应变关系曲线。通过实验结果可以看出，实施例3的产品比宝华林纤维、安徽皖维纤维表现出更好的抗拉性能（图2）。

Claims (9)

1.一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料，其特征在于由如下质量份数的组份组成：
水泥 175~225份；
粉煤灰 440~490份；
砂 175~225份；
水 175~225份；
减水剂 5.5~6.5份；
增稠剂 0.8~1.2份；
PE纤维 12~16份。
2.根据权利要求1所述的一种超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：由如下质量份数的组份组成：
水泥 200份；
粉煤灰 466份；
砂 200份；
水 200份；
减水剂 6份；
增稠剂 1份；
PE纤维 14份。
3.根据权利要求1所述的一种超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：所述的水泥为强度等级52.5级的硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
5.根据权利要求1所述的一种超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂或萘系高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的一种超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：所述的增稠剂为甲基纤维素醚。
7.根据权利要求1所述的一种超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：所述的砂为30-100目的石英砂，最大粒径不超过0.6mm。
8.根据权利要求1所述的一种超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：所述的PE纤维长度为12mm，直径为200μm，抗拉强度为3.0Gpa，弹性模量120Gpa。
9.权利要求1所述的一种PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）按照质量份数称取水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂、增稠剂、PE纤维；
2）将水泥、粉煤灰、砂和增稠剂加入到一个搅拌锅中，在公转62±5r/min，自转140±5r/min的条件下干搅2～4分钟至均匀；
3）将水和减水剂加入搅拌锅，在公转125±10r/min，自转285±10r/min的条件下搅拌3～5分钟；
4）加入PE纤维，再搅拌5～8分钟，直至纤维分散均匀，即得到所述的PE纤维增强的超高韧性水泥基复合材料。
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