CN109942256A - 一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料及其制备方法，属于水泥材料学领域。由水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、硫酸钙、水、减水剂、增稠剂、PVA纤维组成。其制备方法，将水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、硫酸钙、增稠剂混合倒入搅拌机中，干拌2分钟；将减水剂倒入水中，充分混合均匀后倒入搅拌机中搅拌4分钟；然后将PVA纤维加入搅拌锅中，在90‑100转/分钟的速度下搅拌3分钟，再在180‑190转/分钟的速度下搅拌1分钟。本发明原料取材方便，制备流程简单，掺入硫酸钙在提高试件强度的同时保持了试件良好的拉伸力学性能。同时，采用粉煤灰代替胶凝材料中的水泥，消耗了工业废渣，有利于减少碳排放。
Description
技术领域
本发明属于水泥材料学领域，涉及一种水泥基复合材料，具体来说是一种掺硫酸钙的高韧性PVA纤维增强水泥基复合材料及其制备方法。
技术背景
混凝土材料是当下全世界范围内使用最广泛的土木工程结构材料，容易浇筑成型制得各种构件及结构所需要的尺寸和样式，且具有良好的耐水和耐火性。然而普通混凝土材料自身拉伸性能差、脆性易开裂、开裂后裂缝宽度难以控制，这些缺陷影响耐久性，不利于结构长期使用。为了克服这些缺点，延长混凝土材料结构的使用寿命，近年来各种高性能水泥基复合材料不断涌现。美国密歇根大学Victor Li教授设计出一种具有高延展性的新型纤维增强水泥基复合材料(即Engineered Cementitious Composite,ECC)，这种材料具有明显的应变硬化特性，其拉伸性能是普通混凝土的数百倍。
作为混凝土原材料之一的水泥，其生产过程中所必经的“两磨一烧”过程会向大气中排放大量二氧化碳，耗能巨大，加剧温室效应，对环境有害。粉煤灰是一种经燃煤电厂排出的工业废渣，通常通过管道收集回收利用，其不能单独作为自硬性胶凝材料完全替代水泥，但适当的掺量可改善混凝土类材料的性能，同时也可减少水泥的使用，有利于节能减排。掺粉煤灰也能降低亲水型纤维与基体的界面过高的粘结强度，防止纤维在拔出过程中过早断裂。然而参考以往文献所制备的新拌纤维水泥基复合材料常常由于原料组分之间物理化学性质的差异，导致试件在获得高拉伸性能时的基体强度较低。
发明内容
本发明的主要目的即针对上述问题，提供一种力学性能良好、加工工艺简单的掺硫酸钙高性能纤维水泥基复合材料的较优配合比范围及其制备方法。
本发明所采用的技术方案：按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及质量含量如下：
水泥：500-760份
粉煤灰：833-1085份
硅灰：83-84份
石英砂：600-601份
硫酸钙：33-67份
水：415-455份
减水剂：15-18份
增稠剂：1份
PVA纤维：38-40份
方案中，所述水泥为强度等级42.5型普通硅酸盐水泥。
方案中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
方案中，所述硅灰为硅含量94wt％硅灰。
方案中，所述石英砂为80-120目石英砂。
方案中，所述硫酸钙为二水合硫酸钙晶须状粉末。
方案中，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂。
方案中，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素粉末。
方案中，所述纤维优选为日本Kuraray公司生产的PVA纤维，纤维长度12mm，直径39μm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa。
本发明还提供了上述掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)按比例称取原料；
(2)将水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、硫酸钙、增稠剂混合倒入搅拌机中，在90-100转/分钟的速度下干拌2分钟；
(3)将减水剂倒入水中，充分混合均匀后倒入搅拌机中，在90-100转/分钟的速度下搅拌2分钟，再在180-190转/分钟的速度下搅拌2分钟；
(4)将PVA纤维加入搅拌机中，在90-100转/分钟的速度下搅拌3分钟，再在180-190转/分钟的速度下搅拌1分钟；得到掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料。
本发明采用大量粉煤灰代替水泥，大幅降低了该水泥基复合材料中的水泥用量，减少了由于生产水泥及其复合物而产生的碳排放；同时大量粉煤灰作为原料使用，消耗了从燃煤电厂排放出的工业废渣，使得掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料更加绿色环保。
进一步，本发明中的掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，经单轴拉伸试验检测，28d标准养护下的抗拉强度平均值可达3.22-3.87MPa，拉伸应变平均值可达1.72-3.13％。因此该掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料力学性能较好，具有良好的韧性。
进一步，掺入硫酸钙激活了粉煤灰的火山灰反应，生成了额外钙矾石，填充了基体孔隙。与未掺入硫酸钙的试件相比，本发明中掺入硫酸钙提高了28d养护龄期下原本低于40MPa试件的强度，抗压强度提高了11.9％-21.7％，抗拉强度提高了1.6％-6.3％。同时掺入硫酸钙也维持了试件的拉伸性能，拉伸应变平均值虽然随着强度的提升略有下降，但下降幅度均不超过0.57％。
进一步，在本发明中，减水剂和增稠剂的适配避免了拌和过程中的纤维结团，使PVA纤维在掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料中获得了良好的分散性，充分发挥了纤维在基体中的阻裂作用。少量硅灰的加入也改善了纤维与基体的界面性能，同时填充了水泥颗粒之间的孔隙，提高了掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料的拉压力学性能。
进一步，本发明中的掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料的原料取材方便，采用的制备方法流程较为简单，对制备的操作环境及场地要求不高。以上这些优点使该掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料得以应用于已有混凝土结构的维修加固，延长结构耐久性。
附图说明
以下附图仅旨在对于本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1是本发明实施例中的掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料的单轴拉伸试验尺寸示意图。左侧为正视图，右侧为侧视图。
图2是本发明中实施例1至实施例4所得的的掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料的单轴拉伸应力-应变曲线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。以下实施例单轴拉伸试验尺寸示意图见图1。
实施例1
本发明中的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及含量如下：
水泥：500.1份
粉煤灰：1083.5份
硅灰：83.3份
石英砂：600.1份
硫酸钙：33.3份
水：450.1份
减水剂：15.2份
增稠剂：1份
PVA纤维：39.3份
实施例中所述水泥为强度等级42.5型普通硅酸盐水泥。
实施例中所述粉煤灰为一级粉煤灰。
实施例中所述硅灰为硅含量94wt％硅灰。
实施例中所述石英砂为80-120目石英砂。
实施例中所述硫酸钙为二水合硫酸钙晶须状粉末。
实施例中所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂。
实施例中所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素粉末。
实施例中所述纤维为日本Kuraray公司生产的PVA纤维，优选纤维长度12mm，直径39μm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa。
本实施例中上述掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
将水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、硫酸钙、增稠剂混合倒入搅拌机中，在90-100转/分钟的速度下干拌2分钟；
将减水剂倒入水中，充分混合均匀后倒入搅拌机中，在90-100转/分钟的速度下搅拌2分钟，再在180-190转/分钟的速度下搅拌2分钟；
将PVA纤维加入搅拌锅中，在90-100转/分钟的速度下搅拌3分钟，再在180-190转/分钟的速度下搅拌1分钟；得到掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料。
采用本实施例所得试件的力学试验结果如表1，试件采用标准养护，养护龄期28d。
表1：采用实施例1所得试件的力学性能试验结果
实施例2
本发明中的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及含量如下：
水泥：500.1份
粉煤灰：1083.5份
硅灰：83.3份
石英砂：600.1份
硫酸钙：66.6份
水：450.1份
减水剂：15.2份
增稠剂：1份
PVA纤维：39.3份
其他实施内容及步骤同实施例1。
采用本实施例所得试件的力学试验结果如表2，试件采用标准养护，养护龄期28d。
表2：采用实施例2所得试件的力学性能试验结果
实施例3
本发明中的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及含量如下：
水泥：750.1份
粉煤灰：833.4份
硅灰：83.3份
石英砂：600.1份
硫酸钙：33.3份
水：416.8份
减水剂：18份
增稠剂：1份
PVA纤维：38.4份
其他实施内容及步骤同实施例1。
采用本实施例所得试件的力学试验结果如表3，试件采用标准养护，养护龄期28d。
表3：采用实施例3所得试件的力学性能试验结果
实施例4
本发明中的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及含量如下：
水泥：750.1份
粉煤灰：833.4份
硅灰：83.3份
石英砂：600.1份
硫酸钙：66.6份
水：416.8份
减水剂：18份
增稠剂：1份
PVA纤维：38.4份
其他实施内容及步骤同实施例1。
采用本实施例所得试件的力学试验结果如表4，试件采用标准养护，养护龄期28d。
表4：采用实施例4所得试件的力学性能试验结果
以上所述实施例是本发明的实施方案举例，表1-4中的数值均为各实施例中试件试验结果平均值。附图2中所示的单轴拉伸应力-应变曲线是各实施例中某一具体试件的试验曲线。通过对粉煤灰取代量、用水量以及硫酸钙掺量的微调，可根据实际需要获得不同拉伸性能的水泥基复合材料。本技术领域的技术人员可根据该材料所应用部位强度或延性的实际需要，对原料质量份数进行调整。
发明中所涉及的工艺及流程均是本技术领域的技术人员熟知并可掌握的。本技术领域的技术人员在不脱离本发明的技术原理的前提下，可以对本发明做出改进和变型，这些属于本发明权利要求及等同技术范围之内的改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，该复合材料中的原料组成及质量含量如下：
水泥：500-760份
粉煤灰：833-1085份
硅灰：83-84份
石英砂：600-601份
硫酸钙：33-67份
水：415-455份
减水剂：15-18份
增稠剂：1份
PVA纤维：38-40份。
2.按照权利要求1所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5型普通硅酸盐水泥。
3.按照权利要求1所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
4.按照权利要求1所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述硅灰为硅含量94wt％硅灰。
5.按照权利要求1所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述石英砂为80-120目石英砂。
6.按照权利要求1所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述硫酸钙为二水合硫酸钙晶须状粉末。
7.按照权利要求1所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂。
8.按照权利要求1所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素粉末。
9.按照权利要求1所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述纤维为日本Kuraray公司生产的PVA纤维，纤维长度12mm，直径39μm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa。
10.制备权利要求1-9任一项所述的一种掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取原料；
(2)将水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、硫酸钙、增稠剂混合倒入搅拌机中，在90-100转/分钟的速度下干拌2分钟；
(3)将减水剂倒入水中，充分混合均匀后倒入搅拌机中，在90-100转/分钟的速度下搅拌2分钟，再在180-190转/分钟的速度下搅拌2分钟；
(4)将PVA纤维加入搅拌机中，在90-100转/分钟的速度下搅拌3分钟，再在180-190转/分钟的速度下搅拌1分钟；得到掺硫酸钙的高性能纤维水泥基复合材料。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113045273A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-29 | 许昌学院 | 高强度聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114751701A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-07-15 | 东南大学 | 一种高韧性水泥基复合材料及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4889220A (zh) * | 1972-02-29 | 1973-11-21 | ||
| CN104030634A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-09-10 | 杭州固华复合材料科技有限公司 | 一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土及其制备方法 |
| CN106810154A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-09 | 上海理工大学 | 掺入pva纤维的超高韧性水泥基复合材料及其制备方法 |
| CN108191351A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-06-22 | 同济大学 | 一种掺混杂纤维的超高性能混凝土 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4889220A (zh) * | 1972-02-29 | 1973-11-21 | ||
| CN104030634A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-09-10 | 杭州固华复合材料科技有限公司 | 一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土及其制备方法 |
| CN106810154A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-09 | 上海理工大学 | 掺入pva纤维的超高韧性水泥基复合材料及其制备方法 |
| CN108191351A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-06-22 | 同济大学 | 一种掺混杂纤维的超高性能混凝土 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 易勇等: ""硫酸钙对高韧性水泥基复合材料力学性能的影响"", 《混凝土》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113045273A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-29 | 许昌学院 | 高强度聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114751701A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-07-15 | 东南大学 | 一种高韧性水泥基复合材料及其制备方法 |
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