CN111170704A - 一种水泥基复合材料及其应用 - Google Patents

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谢柱坚
黄毅平
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江祖慊
吴辉
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Abstract

本发明提供一种水泥基复合材料，其干基的质量组成为：40‑45份氧化镁、25‑30份磷酸二氢钾、10‑‑16份粉煤灰、4‑10份硼砂、0.4‑4份椰子纤维。采用本发明提供的水泥基复合材料浇筑成型的建筑构件抗压强度42‑54MPa，抗折强度12‑20MPa，具有快凝高强、高韧性的特点，适用于高速、市政等车流量大的道路及机场跑道的快速修补；结合工业废料的建筑材料的生产，作为新型结合剂的人造板材的制造，冻土地区及深层油井的固化处理等方面均有很好的应用。基于可再生植物纤维水泥基复合材料依托其良好的韧性、吸能性能，受力性能优良，可逐步将其加入工程承重构件。

Description

一种水泥基复合材料及其应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种水泥基复合材料及其应用。
背景技术
随着我国社会、经济的发展，对新材料的研究及应用的热度增长迅速，其中新型凝胶材料磷酸镁水泥是一大重要研究热点，其凝结时间短、早期强度高、力学性能优良的特性使之逐渐大量应用于高速、市政等车流量大的道路及机场跑道的快速修补、结合工业废料的建筑材料的生产、作为新型结合剂的人造板材的制造、冻土地区及深层油井的固化处理这些重要方面，但目前磷酸镁水泥存在韧性差这一缺陷，这极大地限制了其应用范围。已有研究表明，椰子纤维与其他天然纤维相比，具有较高的韧性，因此研发具有快凝、高强、高韧性的绿色水泥基复合材料这一新型建筑材料具有重要意义，目前市面上还没有同时具备这多种性能的绿色水泥基复合材料。
发明内容
本发明的目的在于一种水泥基复合材料及其应用。
本发明所采取的技术方案为：
一种水泥基复合材料，其干基的质量组成为：40-45份氧化镁、25-30份磷酸二氢钾、10-16份粉煤灰、4-10份硼砂、0.4-4份椰子纤维。
优选的，上述水泥基复合材料的干基包含以下质量百分比的原料：40％-45％氧化镁、25％-30％磷酸二氢钾、10％-16％粉煤灰、4％-10％硼砂、0.4％-4％椰子纤维。
优选的，上述水泥基复合材料的干基包含以下质量百分比的原料：40％-50％氧化镁、25％-35％磷酸二氢钾、9％-12％粉煤灰、4％-6％硼砂、0.5％-1.8％椰子纤维。
优选的，上述椰子纤维为平直型椰子纤维，其直径为0.15mm-0.35mm，长度为5mm-30mm。
优选的，上述氧化镁为重烧重质氧化镁，MgO质量含量≥90％。
优选的，上述磷酸二氢钾纯度大于99％。
优选的，上述粉煤灰为灰色二级粉煤灰。
优选的，上述硼砂的硼砂含量大于95％。
本发明还提供一种建筑构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述组成称取原料；
(2)磷酸二氢钾、硼砂、粉煤灰混合形成均匀的干料混合物；
(3)加入水搅拌均匀形成浆体；
(4)加入氧化镁，搅拌均匀，均匀散入椰子纤维并搅拌即得水泥基复合材料浆体；
(5)水泥基复合材料浆体浇入钢模，成型，脱模，得到建筑构件。
优选的，上述制备方法中步骤(3)水加入量对应的质量百分比为10％-20％。
本发明的有益效果为：
(1)采用本发明提供的水泥基复合材料浇筑成型的建筑构件抗压强度42-54MPa，抗折强度12-20MPa，具有快凝高强、高韧性的特点，适用于高速、市政等车流量大的道路及机场跑道的快速修补；结合工业废料的建筑材料的生产，作为新型结合剂的人造板材的制造，冻土地区及深层油井的固化处理等方面均有很好的应用。基于可再生植物纤维水泥基复合材料依托其良好的韧性、吸能性能，受力性能优良，可逐步将其加入工程承重构件。
(2)本发明所使用的原材料为氧化镁、磷酸二氢钾、粉煤灰、硼砂，四种原材料均可大量供应，易得、价格适中。
(3)本发明的制备方法简单易行，回收利用了大量椰子壳，还具备了绿色环保的特点。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
以下实施例中所使用的“氧化镁”采用重烧重质氧化镁，颜色呈棕黄色，其氧化镁含量≥90％。
所使用的“磷酸二氢钾”采用工业级，常温下为无色结晶，其纯度≥99％，在60℃温度下烘干30小时，并使用球磨机研磨≥6h后细度可过0.35mm筛。
所使用的“粉煤灰”采用二级F类粉煤灰，呈灰色。
所使用的缓凝剂“硼砂”为工业级，为白色晶体粉末状，其含量≥95％，在60℃温度下烘干24小时，并使用球磨机研磨2小时。
所使用的“椰子纤维”采用直径介于0.15～0.35mm、长度≤30mm的平直型椰子纤维。
实施例：一种水泥基复合材料，具体实施例的原料及质量百分比如表1所示：
表1实施例1-3的原料组成及其质量百分比(％)
氧化镁 磷酸二氢钾 粉煤灰 硼砂 椰子纤维 水
实施例1 42.51 28.92 10.71 4.25 1.27 12.34
实施例2 42.51 28.92 10.71 4.68 0.85 12.33
实施例3 41.98 28.56 10.58 5.04 1.68 12.16
一种建筑构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照表1组成称取原料；
(2)磷酸二氢钾、硼砂、粉煤灰混匀，干拌1分钟，形成均匀的干料混合物；
(3)加入水搅拌3分钟，形成均匀浆体；
(4)加入氧化镁，低速搅拌30秒，再高速搅拌90秒后，均匀散入椰子纤维，搅拌30秒后形成流动性良好的水泥基复合材料浆体；
(5)水泥基复合材料浆体浇入钢模，成型，脱模，得到建筑构件；
上述水泥基复合材料的建筑构件为40mmx40mmx160mm长方体，每个实施例制作三个建筑构件，参考GBT 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行建筑构件初凝时间测定试验。
按上述方法浇筑成型后，在标准条件下进行养护至28天后，对建筑构件进行抗折强度、抗压强度试验、弯曲韧性试验。
抗折强度、抗压强度试验方法参考GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)进行；由于磷酸镁水泥还没有系统的弯曲韧性测定方法，所以参考美国材料试验协会ASTM C1018-1997《纤维增强混凝土的弯曲韧性和第一裂纹强度的标准测试方法》及中国工程建设协会标准《CECS 13-2009纤维混凝土实验方法标准》进行弯曲韧性试验。
实施例1-3初凝时间测定结果及抗压强度、抗折强度、弯曲韧性实验结果如表2所示：
表2实施例1-3建筑构件的测试结果
Figure BDA0002365681410000031
对比例：其余操作与实施例相同，区别在于水泥基复合材料干基的质量组成不同。
一种水泥基复合材料，由以下质量百分比的原料组成：
表3对比例1的原料组成及其质量百分比(％)
氧化镁 磷酸二氢钾 粉煤灰 硼砂 椰子纤维 水
对比例1 43.06 29.30 10.85 4.31 / 12.48
对比例2 41.00 27.89 10.33 4.10 4.54 11.89
对比例3 39.38 26.80 9.93 3.94 8.53 11.42
称取表3中对比例1的原料，按照实施例的制备方法制备建筑构件，建筑构件为40mmx40mmx160mm长方体，每个对比例制作三个建筑构件，并按照实施例的方法进行对比例建筑构件初凝时间、抗压强度、抗折强度、弯曲韧性测试，其测试结果如表4所示：
表4对比例1-2建筑构件的测试结果
Figure BDA0002365681410000041
由表4可看出，当对比例1中不掺入椰子纤维时，其峰值挠度后残余弯曲韧性为0kN·mm，而当对比例2中掺入的椰子纤维超过4％时，其峰值挠度前弯曲韧性仅为0.23kN·mm，整体性能也相应变差；当对比例3中椰子纤维的掺入量过大时，其韧性显著降低。
由以上测试结果可看出，上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥基复合材料，其特征在于：所述水泥基复合材料的干基的质量组成为：40-45份氧化镁、25-30份磷酸二氢钾、10-16份粉煤灰、4-10份硼砂、0.4-4份椰子纤维。
2.根据权利要求1所述的水泥基复合材料，其特征在于：所述水泥基复合材料的干基包含以下质量百分比的原料：40％-45％氧化镁、25％-30％磷酸二氢钾、10％-16％粉煤灰、4％-10％硼砂、0.4％-4％椰子纤维。
3.根据权利要求2所述的水泥基复合材料，其特征在于：所述水泥基复合材料的干基包含以下质量百分比的原料：40％-50％氧化镁、25％-35％磷酸二氢钾、9％-12％粉煤灰、4％-6％硼砂、0.5％-1.8％椰子纤维。
4.根据权利要求1-3任一项所述的水泥基复合材料，其特征在于：所述椰子纤维为平直型椰子纤维，其直径为0.15mm-0.35mm，长度为5mm-30mm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的水泥基复合材料，其特征在于：所述氧化镁为重烧重质氧化镁，MgO质量含量≥90％。
6.根据权利要求1-3任一项所述的水泥基复合材料，其特征在于：所述磷酸二氢钾纯度大于99％。
7.根据权利要求1-3任一项所述的水泥基复合材料，其特征在于：所述粉煤灰为二级粉煤灰。
8.根据权利要求1-3任一项所述的水泥基复合材料，其特征在于：所述硼砂的硼砂含量大于95％。
9.一种建筑构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照权利要求1-8任一项所述的组成称取原料；
(2)磷酸二氢钾、硼砂、粉煤灰混合形成均匀的干料混合物；
(3)加入水搅拌均匀形成浆体；
(4)加入氧化镁，搅拌均匀，均匀散入椰子纤维并搅拌即得水泥基复合材料浆体；
(5)水泥基复合材料浆体浇入钢模，成型，脱模，得到建筑构件。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中水加入量对应质量百分比为10％-20％。
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