CN110498648A - 轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料及其制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料及其制备方法,所述水泥基复合材料由以下重量分数的各组分组成;250~350重量份的水泥、30~70重量份的粉煤灰漂珠、100~150重量份的硅灰、30~70重量份的膨胀剂、350~450重量份的珊瑚礁砂、25~75重量份的珊瑚礁粉、0~50重量份的空心玻璃微珠、70~90重量份的钢纤维、0~0.5重量份的增粘剂、80~100重量份的水、8~12重量份的减水剂。本发明不仅能够大幅度提高混凝土结构本身的力学性能和耐久性能,而且能够大幅度降低其自身重量,提高浮力比。

Description

轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域。更具体地说,本发明涉及一种轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料及其制备方法。
背景技术
21世纪是海洋的世纪,海洋对于人类社会发展的重要性日益凸显,海洋蕴藏的丰富资源和能源,涵盖的巨大空间,使得海洋权益成为各国争夺的焦点。近三十年来,我国南海数十个岛礁被蚕食,海洋权益遭到严重侵害,在我国远海岛礁开展科学研究、资源勘查、通航保障等活动是维护国家主权的需要。要开展这些活动,其前提是建设必要的岛礁基础设施,而建设岛礁基础设施最主要的材料还是水泥基材料,特别是超轻质水泥基复合材料,可以广泛应用于海上建筑(人工漂浮岛、浮式平台、工程用浮箱等)的建设。
传统的水泥基材料在海洋气候环境下耐久性差、服役寿命短,严重制约了海上建筑的建设。此外,常规的超高性能混凝土由于使用常规骨料并添加了钢纤维,容重大,无法提供过大的浮力比,因此开发出一种轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料对于海上建筑的建设至关重要。
轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料是指容重小于常规混凝土2350kg/m3,其它性能满足超高性能混凝土的一种新型水泥基材料。不仅能够大幅度提高混凝土结构本身的力学性能和耐久性能,而且能够大幅度降低其自身重量,提高浮力比。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料及其制备方法,不仅能够大幅度提高混凝土结构本身的力学性能和耐久性能,而且能够大幅度降低其自身重量,提高浮力比。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,所述水泥基复合材料由以下重量分数的各组分组成;
优选的是,所述水泥强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥;
所述粉煤灰漂珠的平均粒径为1~5μm,比表面积在3000~3600m2/kg;
所述硅灰为非加密硅灰,SiO2含量大于92%,比表面积大于15000m2/kg。
所述膨胀剂为氧化镁膨胀剂,MgO含量大于80%,平均粒径45~150μm,7d限制膨胀率大于0.015%。
优选的是,所述水泥、粉煤灰漂珠、硅灰和膨胀剂的总重量为X,所述珊瑚礁砂和珊瑚礁粉的总重量为Y,X:Y=1:0.8~1.2。
优选的是,所述水泥、粉煤灰漂珠、硅灰和膨胀剂的总重量为X,所述空心玻璃微珠的总重量为Z,X:Z=10~50:1。
优选的是,所述珊瑚礁砂为过1.18mm方孔筛的天然原状珊瑚礁砂。
优选的是,所述珊瑚礁粉为325目的由天然原状珊瑚礁砂粉磨而成的珊瑚礁粉。
优选的是,所述空心玻璃微珠的密度在150kg/m3~600kg/m3,抗压强度大于38MPa,粒径为5~180um,粒径D90≤90μm。
优选的是,所述钢纤维为长径比为50~70、直径0.1~0.3mm的镀铜微丝钢纤维。
本发明还提供了一种水泥基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、在室温20±3℃条件下,将珊瑚礁砂、珊瑚礁粉与珊瑚礁砂和珊瑚礁粉总质量8%~12%的水进行预湿处理,得到A组分;
S2、将水泥、粉煤灰漂珠、硅灰、膨胀剂进行预混合,得到B组分;
S3、将减水剂、增粘剂和剩余水混合,得到C组分;
S4、先将A组分置于搅拌机中拌合0.5~1分钟,再将B组分加入,拌合1~2分钟,再将C组分加入,拌合3~5分钟,当拌合物呈流态化后加入空心玻璃微珠,待搅拌均匀后再加入钢纤维,继续拌合,当无明显纤维聚集时即得轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料。
本发明至少包括以下有益效果:本发明主要用于解决传统轻质材料(泡沫混凝土、加气混凝土等)比强度低,传统超高性能混凝土材料密度大,不适宜用于海上漂浮建筑(人工漂浮岛、浮式平台、工程用浮箱等)的承重结构,通过开发出一种轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,促进海上漂浮建筑的建设,维护我国在远海岛礁开展科学研究、资源勘查、通航保障等国家主权合法权益。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是,下述实施方案中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
水泥:强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥,华新水泥公司生产。
粉煤灰漂珠,平均粒径为1~5μm,比表面积在3000~3600m2/kg,武汉阳逻电厂公司生产。
硅灰:非加密硅灰,SiO2含量大于92%,比表面积大于15000m2/kg,埃肯硅灰公司生产。
膨胀剂:氧化镁膨胀剂,MgO含量大于80%,平均粒径45~150μm,7d限制膨胀率大于0.015%,武汉三源公司生产。
珊瑚礁砂为过1.18mm方孔筛的天然原状珊瑚礁砂。
珊瑚礁粉为325目的由天然原状珊瑚礁砂粉磨而成的珊瑚礁粉。
空心玻璃微珠的密度在150kg/m3~600kg/m3,抗压强度大于38MPa,粒径为5~180um,粒径D90≤90μm,鞍钢公司生产。
钢纤维为长径比为50~70、直径0.1~0.3mm的镀铜微丝钢纤维,赣州大业公司生产。
增粘剂为纤维素醚类,中交二航新材料公司生产。
减水剂为聚羧酸系高性能减水剂,减水率不低于30%,中交二航新材料公司生产。
水为淡水。
实施例1~2和对比例1~4,按照表1所示的重量份数的配比称取各组分。
表1
实施例3中水泥基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、在室温22℃条件下,将珊瑚礁砂、珊瑚礁粉与珊瑚礁砂和珊瑚礁粉总质量10%的水进行预湿处理,得到A组分;
S2、将水泥、粉煤灰漂珠、硅灰、膨胀剂进行预混合,得到B组分;
S3、将减水剂、增粘剂和剩余水混合,得到C组分。
S4、先将A组分置于搅拌机中拌合0.5~1分钟,再将B组分加入,拌合1~2分钟,再将C组分加入,拌合3~5分钟,当拌合物呈流态化后加入空心玻璃微珠,待搅拌均匀后再加入钢纤维,继续拌合,当无明显纤维聚集时即得轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料。
按照表1所示原料一次性加入搅拌机中搅拌均匀,得到实施例1-2和对比例1-4所述的水泥基复合材料,将实施例1中的原料按照本申请的S1~S4步骤制备得到水泥基复合材料作为实施例3。参照GB/T 17671标准进行检测,具体数据指标如表2。
表2
注:跳桌扩展度采用GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》的流动度试验。
从表2中的数据可以看出,采用本申请实施方式的水泥基复合材料容重降低,抗压强度抗折强度均满足海上建筑的要求,综合性能优异。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.一种轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,其特征在于,所述水泥基复合材料由以下重量分数的各组分组成;
2.如权利要求1所述的轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,其特征在于,所述水泥强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥;
所述粉煤灰漂珠的平均粒径为1~5μm,比表面积在3000~3600m2/kg;
所述硅灰为非加密硅灰,SiO2含量大于92%,比表面积大于15000m2/kg。
所述膨胀剂为氧化镁膨胀剂,MgO含量大于80%,平均粒径45~150μm,7d限制膨胀率大于0.015%。
3.如权利要求1所述的轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,其特征在于,所述水泥、粉煤灰漂珠、硅灰和膨胀剂的总重量为X,所述珊瑚礁砂和珊瑚礁粉的总重量为Y,X:Y=1:0.8~1.2。
4.如权利要求1所述的轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,其特征在于,所述水泥、粉煤灰漂珠、硅灰和膨胀剂的总重量为X,所述空心玻璃微珠的总重量为Z,X:Z=10~50:1。
5.如权利要求1所述的轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,其特征在于,所述珊瑚礁砂为过1.18mm方孔筛的天然原状珊瑚礁砂。
6.如权利要求1所述的轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,其特征在于,所述珊瑚礁粉为325目的由天然原状珊瑚礁砂粉磨而成的珊瑚礁粉。
7.如权利要求1所述的轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,其特征在于,所述空心玻璃微珠的密度在150kg/m3~600kg/m3,抗压强度大于38MPa,粒径为5~180um,粒径D90≤90μm。
8.如权利要求1所述的轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料,其特征在于,所述钢纤维为长径比为50~70、直径0.1~0.3mm的镀铜微丝钢纤维。
9.一种如权利要求1~8任一所述的水泥基复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、在室温20±3℃条件下,将珊瑚礁砂、珊瑚礁粉与珊瑚礁砂和珊瑚礁粉总质量8%~12%的水进行预湿处理,得到A组分;
S2、将水泥、粉煤灰漂珠、硅灰、膨胀剂进行预混合,得到B组分;
S3、将减水剂、增粘剂和剩余水混合,得到C组分;
S4、先将A组分置于搅拌机中拌合0.5~1分钟,再将B组分加入,拌合1~2分钟,再将C组分加入,拌合3~5分钟,当拌合物呈流态化后加入空心玻璃微珠,待搅拌均匀后再加入钢纤维,继续拌合,当无明显纤维聚集时即得轻质超高性能纤维增强水泥基复合材料。
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