CN107382183A - 一种高韧性水泥基复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性水泥基复合材料。本发明的高韧性水泥基复合材料的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：（1.0~1.2）：（0.6~0.8）：（0.42~0.57）：（0.001~0.003）；以水泥、粉煤灰、砂和减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为13~20kg/m3。本发明的高韧性水泥基复合材料在拉伸，弯曲和剪切荷载下具有应变硬化、多缝开裂的特性，构件上呈现出高延性的特征的材料。高韧性水泥基复合材料与砖砌体、钢结构之间有良好的粘结性能，是一种具有高韧性、高耐久性、高耗能、抗震和抗变形能力的生态型建筑材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，具体是掺加了聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，简称PVA）纤维的混凝土。
背景技术
混凝土是由水泥等胶凝材料、沙石骨料、水以及外加剂按一定比例拌合，经硬化养护形成的人工石材。配合支护模板和钢筋的使用，混凝土材料具有良好的可塑性、原材料丰富、价格低、强度高和耐久性好等优点，广泛应用于各类工程。但是混凝土材料抗拉、抗剪强度低，极限拉伸应变小，具有容易开裂，易发生脆性破坏的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性、高耐久性、高耗能、抗震和抗变形能力好的高韧性水泥基复合材料。
本发明采用的技术方案为：本发明提供的高韧性水泥基复合材料的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维。其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：（1.0~1.2）：（0.6~0.8）：（0.42~0.57）：（0.001~0.003）；以水泥、粉煤灰、砂和减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为13~20kg/m3。
优选的，所述水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥；所述粉煤灰为一级粉煤灰；所述砂的粒径为0.2mm~0.4mm；所述PVA纤维的长度为12mm，直径大于30μm，抗拉强度大于1200MPa，弹性模量大于30GPa，断裂伸长率大于6%。
优选的，上述高韧性水泥基复合材料中添加其减水率在40%以上的聚羧酸高效减水剂。
上述高韧性水泥基复合材料的制备方法具体为：将水泥、粉煤灰、砂干拌2分钟后加入PVA纤维搅拌12分钟直至均匀；之后再加入水、减水剂湿拌15分钟直至均匀即得高韧性水泥基复合材料。
本发明的有益效果：与现有的混凝土相比，本发明的高韧性水泥基复合材料具有如下的特点：
（1）本发明的高韧性水泥基复合材料的抗压强度可以达到35MPa以上，极限拉伸应变大于3%，是普通素混凝土的300倍以上，在拉伸，弯曲和剪切荷载下具有应变硬化、多缝开裂的特性，是一种具有高韧性、高耐久性、高耗能、抗震和抗变形能力好的生态型建筑材料。
（2）本发明的高韧性水泥基复合材料制作工艺简单、施工方便，同时与砖砌体、钢结构之间有良好的粘结性能。
（3）本发明的高韧性水泥基复合材料具有高韧性、极限拉伸应变大、抗剪强度高、抗变形能力好的特点，可以广泛用于桥梁工程、道路路面工程、地下工程、抗震结构、大变形结构等工程中。
具体实施方式
实施例1：采用本实施例的高韧性水泥基复合材料覆盖在钢结构中高30cm,宽3cm的平面缝。
该实施例的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：1.0：0.6：0.42：0.001；以水泥、粉煤灰、砂和减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为13kg/m3。所用水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；砂的粒径为0.2mm~0.4mm；PVA纤维为日本生产的纤维，长度为12mm，直径为39μm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa，断裂伸长率为7%，添加Sika聚羧酸高效减水剂。
该实施案例制备方法为：将水泥、粉煤灰、砂干拌2分钟后加入PVA纤维搅拌12分钟直至均匀；之后再加入水、减水剂湿拌15分钟直至均匀即得高韧性水泥基复合材料。
经过三月的跟踪监测，发现本实施例的高韧性水泥基复合材料与钢结构之间有良好的粘结性能，能够较好的覆盖钢结构之间的平面缝。本实施例说明高韧性水泥基复合材料具有较好的粘结性能。
实施例2：该实施例的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维，其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：1.2：0.72：0.57：0.003；以水泥、粉煤灰、砂、减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为20kg/m3。所用水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；砂的粒径为0.2mm~0.4mm；PVA纤维为日本生产的纤维，长度为12mm，直径为39μm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa，断裂伸长率为7%，添加Sika聚羧酸高效减水剂。
该实施案例制备方法为：将水泥、粉煤灰、砂干拌2分钟后加入PVA纤维搅拌12分钟直至均匀；之后再加入水、减水剂湿拌15分钟直至均匀即得高韧性水泥基复合材料。
以下为本实施例的高韧性水泥基复合材料的力学性能试验及结果。
（1）采用100mm*100mm*300mm的棱柱体试块，按标准养护方法养护28d，进行轴心抗压强度试验。试验结果表明：高韧性水泥基复合材料的抗压强度的平均值为40MPa，试块在破坏过程中存在明显的抗压韧性。
（2）采用100mm*100mm*400mm的梁式试件，按标准养护方法养护28d，进行四点弯曲试验。试验结果表明：高韧性水泥基复合材料的极限拉伸应变大于3%，达到普通混凝土极限拉伸应变的300倍以上，在弯曲荷载下呈现出类似于钢材的应变硬化、多缝开裂的特性。
以上试验结果表明，高韧性水泥基复合材料的极限拉伸应变是普通素混凝土极限拉伸应变的300倍、在受压、受弯破坏时试块不会发生脆性破坏而发生延性破坏，水泥基材料呈现出高韧性特征。
实施例3：本实施例为采用喷射ECC进行修复一座挡土墙。该实施例的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维。其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：1.0：0.8：0.57：0.003；以水泥、粉煤灰、砂和减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为18kg/m3。所用水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；砂的粒径为0.2mm~0.4mm；PVA纤维为日本生产的纤维，长度为12mm、直径为39μm、抗拉强度为1620MPa、弹性模量为42.8GPa，断裂伸长率为7%，添加Sika聚羧酸高效减水剂。
该实施案例制备方法为：将水泥、粉煤灰、砂干拌2分钟后加入PVA纤维搅拌12分钟直至均匀；之后再加入水、减水剂湿拌15分钟直至均匀即得高韧性水泥基复合材料。
试验实施结果表明：由于挡土墙自身碱骨料反应，使混凝土产生大量的裂缝，裂缝宽度在50~60mm之间，当采用喷射ECC进行修复，经过1年的跟踪监测，发现修复后的挡土墙的裂缝宽度小于50μm，得到较好的修复结果。本实施例说明高韧性水泥基复合材料具有较好的裂缝控制能力。
上述具体实施方式及比例仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和发明的情况下所做的任何修改、等同替换、改进或比例修改、修改纤维参数如纤维种类、直径、长度、及相关水泥基体材料的种类、标号（如水泥、粉煤灰、砂、减水剂）等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (4)
1.一种高韧性水泥基复合材料，其特征在于，该高韧性水泥基复合材料的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维，其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：（1.0~1.2）：（0.6~0.8）：（0.42~0.57）：（0.001~0.003）；以水泥、粉煤灰、砂和减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为13~20kg/m3。
2.如权利要求1所述的高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥；所述粉煤灰为一级粉煤灰；所述砂的粒径为0.2mm~0.4mm；所述PVA纤维的长度为12mm，直径大于30μm，抗拉强度大于1200MPa，弹性模量大于30GPa，断裂伸长率大于6%。
3.如权利要求1所述的高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂为减水率在40%以上的聚羧酸高效减水剂。
4.如权利要求1-3所述的高韧性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法具体为：将水泥、粉煤灰、砂干拌2分钟后加入PVA纤维搅拌12分钟直至均匀；之后再加入水和减水剂湿拌15分钟直至均匀即得高韧性水泥基复合材料。
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