CN109293304A - 高延性水泥基材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高延性水泥基材料及其方法，由高模量聚乙烯醇纤维、粉煤灰、砂、普通硅酸盐水泥、矿物掺合料、萘系高效减水剂、水混合制成。本发明作为耗能材料在工程中的应用，高延性水泥基复合材料较高的能量吸收和变形能力使其可用于抗震结构关键部位的梁、柱、墙以及梁柱节点等部位；作为修复材料在工程中的应用，高延性水泥基复合材料超高的韧性和独特的多缝开裂特性，使其在土木工程领域有着较广阔的应用空间。

Description

高延性水泥基材料及其制备方法

技术领域

本发明属于水泥基复合材料技术领域，具体涉及一种高延性水泥基材料及其制备方法。

背景技术

混凝土与砂浆工程技术总是伴随着工程建设的需要和科学技术的发展而进步。在开始阶段，人们使用高流动性混凝土，而获得强度却很低。后来，配制成塑性和低流动性混凝土，强度和使用性都有所改善。随着建筑与结构形式的发展，各种超限、不规则、大型混凝土构筑物，以及在严酷环境下使用的重大混凝土结构，如跨海大桥、海底隧道、有毒、有害废物处置工程等，这些工程对混凝土的性能要求越来越高。但是混凝土和砂浆存在抗拉强度低、抗裂性能差、脆性大，其受拉极限延伸率只有 0.01%~0.06%，在较低的拉伸变形时即易发生开裂等缺点。随着水泥基材料抗压强度的大幅提高，其收缩与脆性问题也更加突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种高延性水泥基材料及其制备方法，该种水泥基复合材料具有高极限拉应变、高抗拉强度、超高韧性、高抗断裂能力，有明显的应力硬化的特点，具有广泛的市场前景。

本发明所采用的技术方案为：

高延性水泥基材料，其特征在于：

由以下质量百分比的组分混合制成：

高模量聚乙烯醇纤维 1.3%；

粉煤灰 48.9%；

砂 17.7%；

普通硅酸盐水泥 12.2%；

矿物掺合料 4.4%；

萘系高效减水剂 0.1%；

水 余量。

高模量聚乙烯醇纤维为以高聚合度的优质聚乙烯醇为原料加工而成的合成纤维。

粉煤灰由0.045mm 方孔筛筛余，细度为25%，烧失量为8%，三氧化硫为3.0%。

砂为细骨料，采用最大粒径1.18mm的精细河砂。

普通硅酸盐水泥为由以下质量百分比的组分混合制成的水硬性胶凝材料：

硅酸盐水泥熟料 75.2%；

混合材料 6%-15%；

磨细石膏 余量；

其中，混合材料包括以下质量百分比的组分：

CaO 60.6%；

SiO₂ 21.84%；

Al₂O₃ 7.32%；

Fe₂O₃ 3.70%；

MgO 1.77%；

SO₃ 余量。

矿物掺合料为碳酸钙。

高延性水泥基材料的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

1）称量水和萘系高效减水剂；

2）将萘系高效减水剂放入称量好的水中溶解；

3）称量普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰、高模量聚乙烯醇纤维的质量；

4）把普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰放入搅拌筒内干拌 2~3 分钟；

5）待普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰搅拌均匀后，缓慢掺入加有萘系高效减水剂的水，大概搅拌 2~3 分钟；

6）再加高模量聚乙烯醇纤维，高模量聚乙烯醇纤维沿着搅拌筒旋转的方向缓慢加入。

本发明具有以下优点：

（1）本发明作为耗能材料在工程中的应用，高延性水泥基复合材料较高的能量吸收和变形能力使其可用于抗震结构关键部位的梁、柱、墙以及梁柱节点等部位。

（2）本发明作为修复材料在工程中的应用，高延性水泥基复合材料超高的韧性和独特的多缝开裂特性，使其在土木工程领域有着较广阔的应用空间。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种高延性水泥基材料，由以下质量百分比的组分混合制成：

高模量聚乙烯醇纤维 1.3%；

粉煤灰 48.9%；

砂 17.7%；

普通硅酸盐水泥 12.2%；

矿物掺合料 4.4%；

萘系高效减水剂 0.1%；

水 余量。

配方中：

1）高模量聚乙烯醇纤维为以高聚合度的优质聚乙烯醇为原料加工而成的合成纤维。该合成纤维具备增强水泥基体用的纤维原则：高强度、高弹性模量、高变形能力、低泊松比、抗酸碱、与水泥、石膏等基体有良好的亲和力和结合性，且无毒、无污染、对人体无害。（高模量聚乙烯醇纤维购自福建宝华林实业发展有限公司）

2）粉煤灰是煤粉在火力发电厂的燃煤锅炉中燃烧后排出的烟气中收集下来的粉尘，是发电厂的副产品，通产被认为是一种废弃材料。本发明中的粉煤灰由0.045mm 方孔筛筛余，细度为25%，烧失量为8%，三氧化硫为3.0%。

3）砂为细骨料，采用最大粒径1.18mm的精细河砂。

4）普通硅酸盐水泥为由以下质量百分比的组分混合制成的水硬性胶凝材料：

硅酸盐水泥熟料 75.2%；

混合材料 6%-15%；

磨细石膏 余量；

其中，混合材料包括以下质量百分比的组分：

CaO 60.6%；

SiO₂ 21.84%；

Al₂O₃ 7.32%；

Fe₂O₃ 3.70%；

MgO 1.77%；

SO₃ 余量。

普通硅酸盐水泥中，三氧化硫为2.41%、氧化镁为3.41%、氯离子为5.41%。

5）矿物掺合料为碳酸钙。

6）萘系高效减水剂是制备高延性水泥基复合材料必不可少的技术措施之一。减水剂的主要成分是表面活性剂，其对水泥的作用主要是表面活性，本身不与胶凝材料发生反应。（所采用的减水剂为萘系高效减水剂，由西卡公司提供，固含量为４０％，减水率达到４０％以上。）

上述高延性水泥基材料的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

1）称量水和萘系高效减水剂；

2）将萘系高效减水剂放入称量好的水中溶解；

3）称量普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰、高模量聚乙烯醇纤维的质量；

4）把普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰放入搅拌筒内干拌 2~3 分钟；

5）待普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰搅拌均匀后，缓慢掺入加有萘系高效减水剂的水，大概搅拌 2~3 分钟；

6）再加高模量聚乙烯醇纤维，高模量聚乙烯醇纤维沿着搅拌筒旋转的方向缓慢加入。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.高延性水泥基材料，其特征在于：

由以下质量百分比的组分混合制成：

高模量聚乙烯醇纤维 1.3%；

粉煤灰 48.9%；

砂 17.7%；

普通硅酸盐水泥 12.2%；

矿物掺合料 4.4%；

萘系高效减水剂 0.1%；

水 余量。

2.根据权利要求1所述的高延性水泥基材料，其特征在于：

高模量聚乙烯醇纤维为以高聚合度的优质聚乙烯醇为原料加工而成的合成纤维。

3.根据权利要求1所述的高延性水泥基材料，其特征在于：

粉煤灰由0.045mm 方孔筛筛余，细度为25%，烧失量为8%，三氧化硫为3.0%。

4.根据权利要求1所述的高延性水泥基材料，其特征在于：

砂为细骨料，采用最大粒径1.18mm的精细河砂。

5.根据权利要求1所述的高延性水泥基材料，其特征在于：

普通硅酸盐水泥为由以下质量百分比的组分混合制成的水硬性胶凝材料：

硅酸盐水泥熟料 75.2%；

混合材料 6%-15%；

磨细石膏 余量；

其中，混合材料包括以下质量百分比的组分：

CaO 60.6%；

SiO₂ 21.84%；

Al₂O₃ 7.32%；

Fe₂O₃ 3.70%；

MgO 1.77%；

SO₃ 余量。

6.根据权利要求1所述的高延性水泥基材料，其特征在于：

矿物掺合料为碳酸钙。

7.高延性水泥基材料的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

1）称量水和萘系高效减水剂；

2）将萘系高效减水剂放入称量好的水中溶解；

3）称量普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰、高模量聚乙烯醇纤维的质量；

4）把普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰放入搅拌筒内干拌 2~3 分钟；

5）待普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰搅拌均匀后，缓慢掺入加有萘系高效减水剂的水，大概搅拌 2~3 分钟；

6）再加高模量聚乙烯醇纤维，高模量聚乙烯醇纤维沿着搅拌筒旋转的方向缓慢加入。