CN113582627A - 一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料及其制备方法和应用，所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料按重量份计，包括水泥836份、微硅粉73份；空心微珠348份；纳米氧化铝8.36～25.08份；钢纤维35～39份；减水剂13～15份；减缩剂12～14份；水245～273份。所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的原材料来源广、用量配比合理，制备方法可行性好，通过添加纳米氧化铝改性，所制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料产品质轻、强度高，力学性能好，耐久性优良。所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料可用于结合GFRP筋制备ULCC板材，将有潜力成为超高层建筑或大跨度构件的重要选材。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土是当今用量最大的建筑材料，然而，混凝土具有自重大、脆性大、抗拉强度低、韧性差等缺点，这很大程度上也影响和限制了其使用范围。目前现代的建筑结构形式逐步向着大跨度、超高层建筑方向发展，土木工程逐步向地下、海洋中扩张，这意味着对混凝土的性能要求增加，由于施工的难度增加，要求混凝土减轻自重的同时要保持其力学性能甚至更优。同时，随着近年来装配式建筑的大力推广，用轻质高强的材料制备装配式建筑预制构件，可以大大降低材料成本与运输成本，且便于施工现场的起吊与安装。
超轻质水泥基复合材料(ULCC)是一种具有低密度和高强度的水泥复合材料，相比于一般的混凝土，其具有轻质、高强度等特性，这是通过空心微珠作为微轻骨料掺入水泥浆基质中实现的，以及采用微硅粉作为胶凝材料，发挥其高活性的火山灰效应，加速水泥的水化反应，提高其力学性能，由于其比强度(抗压强度/密度)较高，且具有低导热率、低渗水性以及良好的冻融耐久性等优异性能，使其在桥梁、超高层建筑、大跨度结构和海洋工程等领域有着广阔的应用前景，同时由于空心微珠是一种从火力发电厂燃煤残渣中提取的材料，也让ULCC成为未来绿色可持续开发利用的混凝土。
然而，超轻质水泥基复合材料(ULCC)从微观结构上看具有大量的多孔层，因为水泥、微硅粉以及纤维等会使ULCC的内部包含大量的残余空气，影响其致密性，这会导致纤维和水泥浆基质之间接触不良或结合弱化，影响基质破裂后ULCC的挠曲，而钢筋混凝土结构大都处于带缝工作状态，致使钢筋很容易发生锈蚀，这严重影响结构的承载力和正常使用性能，使结构的使用寿命大幅度降低，所以普通钢筋应用在含有大量残余空气的ULCC板中并不是一个好的选择。
由于纳米材料的尺寸很小，与对应的宏观物质材料相比，其表面的电子结构和内部的晶体结构发生巨大变化，可以产生小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，从而使纳米材料具有一些特殊的物理化学性质。此外，由于其比表面积较大，纳米材料具有较高的延展性，若采用纳米材料改性混凝土材料，可望提高其延展性和强度，同时由于其表面粒子具有较高的能量，导致其表面能大、不稳定，容易与外界其他原子相结合，获得稳定，有利于混凝土材料内部粒子之间的结合牢固，从而提高混凝土材料的致密性，防止外界有害物质进入混凝土材料内部，使混凝土的耐久性大大提高。
因此，提出一种解决上述问题的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料及其制备方法和应用实为必要。
发明内容
本发明所提供的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料及其制备方法主要用于解决目前常见的超轻质水泥基复合材料中由于包含大量残余空气，以致其内部具有大量的多孔层，影响其致密性，导致其他原材料和水泥浆基质之间接触不良或结合弱化，严重影响材料力学性能的问题。本发明的技术方案是通过在超轻质水泥基复合材料中掺入纳米氧化铝对其改性，由于纳米氧化铝具有较小的粒径以及特殊的化学活性，能够与水泥发生反应从而改善混凝土内部的微观结构，从而提高超轻质水泥基复合材料的力学性能以及耐久性能，所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料作为基体可以制作成板构件，具有良好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，按重量份计，包括以下组分：
在一些实施例中，所述纳米氧化铝的粒径为40～80nm，其比表面积为8m2/g，堆积密度为0.3g/cm3。
在一些实施例中，所述钢纤维为带端钩形的结构，其长度为14mm，直径为0.215mm，长径比为65，抗拉强度≥2000MPa，加入钢纤维可以改善普通水泥基体存在的抗拉强度低，韧性差等缺陷，起到阻裂、增韧的作用。
在一些实施例中，所述空心微珠的密度为900m3/kg，粒径为10～300μm，压碎强度为17MPa，pH值为7～8，含水率＜0.5％。所述的空心微珠是采用燃煤火力发电厂产生的粉煤灰制成，可以实现工业废渣的资源循环利用，符合节能、减排的绿色环保要求，有利于节省水泥，降低成本。
在一些实施例中，所述微硅粉的比表面积为20～25×103m2/kg。所述微硅粉是生产含硅合金时产生的工业尘埃经回收得到的微硅粉，来源广泛，可实现工业废渣循环利用，绿色环保，所述微硅粉具有极强的火山灰性能，能加速水泥的水化过程，提高混凝土的力学性能。
在一些实施例中，所述减水剂采用减水率为25～30％的PCA(R)-Ⅰ聚羧酸高性能减水剂。
在一些实施例中，所述减缩剂可采用市面上的常规混凝土减缩剂，用于降低混凝土的含气量以及减小其收缩应变。
在一些实施例中，所述水泥和微硅粉的总重量与水的重量比为1∶0.27～0.3，水泥和微硅粉作为胶凝材料，因此所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料中的水胶比为0.27～0.3。
在一些实施例中，所述的水泥采用硅酸盐水泥，强度等级为P·Ⅱ52.5R。
本发明的另一个目的在于提供上述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1.按配方量称取水泥、空心微珠以及微硅粉，搅拌3～5分钟混匀，得到干混料；
S2.按配方量分别称取减水剂和纳米氧化铝，向减水剂中加入3/4配方量的水，待均匀分散后，将纳米氧化铝加到稀释后的减水剂中，待均匀分散后，再将纳米氧化铝和减水剂的混合物加入到步骤S1所得的干混料中，搅拌5～8分钟，得到浆料；
S3.按配方量称取减缩剂，加入1/4配方量的水，待均匀分散后，将其加入到步骤S2所得的浆料中，并搅拌5～8分钟，得到拌合物；
S4.按配方量称取钢纤维，并在4～6分钟内分三次将其均匀分散在步骤S3所得的拌合物中，边加入钢纤维边搅拌，共搅拌4～6分钟，得到复合材料半成品；
S5.将步骤S4所得的复合材料半成品分三层装入立方体模具中，采用振动台振捣成型，每层振动压实30～60秒，再放置于阴暗潮湿处，并用塑料薄膜覆盖，保持温度和湿度，24～48小时后拆模，并进行自然养护，得到纳米氧化铝改性的超轻质水泥基复合材料成品。
进一步的，在步骤S1～S4中，搅拌操作是采用强制式搅拌机以48rpm/分钟的转速对相应物料进行搅拌。
本发明的再一个目的保护上述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的应用，所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料用于制备超轻质水泥基复合材料ULCC板材，所述ULCC板材内按间距及数量要求嵌装有多根GFRP筋。GFRP筋(glass fibre reinforcedpolymer rebar)是由含碱量小于1％的无碱玻璃纤维(E-Glass)无捻粗纱或者高强玻璃纤维(S)无捻粗纱和树脂基体(环氧树脂、乙烯基树脂)、固化剂等材料，通过成型固化工艺复合而成的筋材。
GFRP筋具有轻质、抗拉强度高、抗腐蚀性能好、电磁绝缘性能好、热膨胀系数与混凝土相近且价格低廉等优点，无疑是取代普通钢筋的好选择，国内外已经有很多关于GFRP筋混凝土板的研究，结果表明GFRP筋明显提高了混凝土板的抗弯性能，相对传统钢筋混凝土明显提高了开裂荷载、屈服荷载、极限荷载。但是GFRP筋混凝土板的缺点也很明显，由于GFRP筋的弹性相较于普通钢筋偏小，应力—应变关系呈弹性，其弹性模量较低，因此GFRP筋构件发生脆性变化，使构件的延性变差，同时也有相关研究表明GFRP筋混凝土板经历了长期疲劳荷载作用下，虽然没有发生疲劳破坏，但是其剩余承载力仅为经历疲劳荷载之前板承载力的67％，这对于板构件这种频繁受力的构件并不是一个好的结果。
而本发明提供的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料中由于其掺入了钢纤维，钢纤维能阻止裂缝扩展的原路径，基体多点开裂，但裂缝不会继续扩展，起到阻裂和增韧的双重作用，让材料基体由脆性状态转化成应变硬化状态，因此GFRP筋与ULCC板材的优缺点互补，一方面GFRP筋发挥其增强板的抗弯性能与耐腐蚀的优点，另一方面ULCC板材发挥其高强度与高延性的优点，再结合两者都拥有轻质高强的特点，GFRP筋增强ULCC板材将会有潜力成为未来超高层建筑或大跨度构件的重要结构。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1.本发明的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的原材料选用及用量配比合理，以空心微珠作为轻质微集料，使水泥基复合材料具有轻质、高强度等性能，而微硅粉具有极强的火山灰性能，能加速水泥的水化过程，提高混凝土的力学性能，钢纤维可以改善普通的水泥基体存在的抗拉强度低、韧性差等缺陷，起到阻裂、增韧的作用，减缩剂能降低混凝土的含气量以及减小其收缩应变；
2.本发明的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料最主要的是通过添加纳米氧化铝可以加速水化反应以及水化产物的致密化，这是由于纳米氧化铝具有很高的化学活性，能够与水泥二次水化形成C-A-H或C-A-S-H凝胶，从而使得水化产物更加密实，改善混凝土截面过渡区，使得混凝土的强度和韧性得到提升，所制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的表观密度低于1500kg/m3，7天强度可高达49.7MPa，28天强度可高达58.4MPa；
3.本发明的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法可行性好，原材料来源广泛，如空心微珠和微硅粉均来源于工业废渣，有利于实现资源循环利用，符合节能、减排的绿色环保要求，降低成本，适合推广；
4.本发明的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法工艺设计合理，由于实际应用中纳米材料容易发生团聚现象，不仅阻碍其发挥特有优势，而且团聚体会在水泥基材料中形成弱的界面过渡区，进而影响抗压强度，而本发明的制备方法中是使用稀释后的减水剂作为纳米氧化铝的分散介质，相比于用水作为介质，使用稀释后的聚羧酸减水剂作为分散介质会使纳米氧化铝可以更加均匀地分散，因为减水剂是通过静电稳定、位阻稳定以及静电-位阻稳定的作用来实现纳米颗粒的有效分散，含羧酸基团的减水剂的位阻稳定作用更好，因此含有接枝共聚物的聚羧酸系减水剂可以实现纳米氧化铝颗粒在水泥基材料中的有效分散，有利于纳米氧化铝发挥其特有的优势；
5.本发明的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料可以用于制备超轻质水泥基复合材料ULCC板材，所述ULCC板材内按间距及数量要求嵌装有多根GFRP筋。由于所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料中掺入了钢纤维，钢纤维能阻止裂缝扩展的原路径，基体多点开裂，但裂缝不会继续扩展，起到阻裂和增韧的双重作用，让材料基体由脆性状态转化成应变硬化状态，因此GFRP筋与ULCC板材的优缺点互补，一方面GFRP筋发挥其增强板的抗弯性能与耐腐蚀的优点，另一方面ULCC板材发挥其高强度与高延性的优点，再结合两者都拥有轻质高强的特点，GFRP筋增强ULCC板材具有极高的科研价值，将有潜力成为未来超高层建筑或大跨度构件的重要选材。
附图说明
图1为本发明的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下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下述实施例的限制，因此本发明要求保护的范围并不局限于所述。
若未特别指明，本发明实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用的原材料及设备均可从商业途径获取。本发明实施例中所用的原材料信息如表1所示。
表1实施例所用原材料
所述纳米氧化铝的粒径为40～80nm，其比表面积为8m2/g，堆积密度为0.3g/cm3；
所述钢纤维的长度为14mm，直径为0.215mm，长径比为65，抗拉强度≥2000MPa；
所述空心微珠的密度为900m3/kg，粒径为10～300μm，压碎强度为17MPa，pH值为7～8，含水率＜0.5％；
所述微硅粉的比表面积为20～25×103m2/kg；
所述减水剂为PCA(R)-Ⅰ聚羧酸高性能减水剂，减水率为25～30％。
实施例1：
一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，按重量份计，包括以下组分：水泥836份、微硅粉73份、空心微珠348份、纳米氧化铝8.36份、钢纤维39份、减水剂13份、减缩剂14份、水245份。
如图1所示，所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1.称取水泥836kg、微硅粉73kg以及空心微珠348kg，倒入强制式搅拌机，以48rpm/分钟的转速搅拌3分钟混匀，得到干混料；
S2.称取减水剂13kg、纳米氧化铝8.36kg，向减水剂中加入183.75kg的水，待均匀分散后，将纳米氧化铝加到稀释后的减水剂中，待均匀分散后，再将纳米氧化铝和减水剂的混合物加入到步骤S1所得的干混料中以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟，得到浆料；
S3.称取减缩剂14kg，加入61.25kg的水，待均匀分散后，将其加入到步骤S2所得的浆料中以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟，得到拌合物；
S4.称取钢纤维39kg，并在4分钟内分三次将其均匀分散在步骤S3所得的拌合物中，边加入钢纤维边搅拌，搅拌转速为48rpm/分钟，共搅拌4分钟，得到复合材料半成品；
S5.将步骤S4所得的复合材料半成品分三层装入尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体模具中，采用振动台振捣成型，每层振动压实30秒，再放置于阴暗潮湿处，并用塑料薄膜覆盖，保持温度和湿度，24～48小时后拆模，并进行自然养护，得到纳米氧化铝改性的超轻质水泥基复合材料成品。
实施例2：
一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，按重量份计，包括以下组分：水泥836份、微硅粉73份、空心微珠348份、纳米氧化铝25.08份、钢纤维39份、减水剂13份、减缩剂14份、水245份。
如图1所示，所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1.称取水泥836kg、微硅粉73kg以及空心微珠348kg，倒入强制式搅拌机，以48rpm/分钟的转速搅拌3分钟混匀，得到干混料；
S2.称取减水剂13kg、纳米氧化铝25.08kg，向减水剂中加入183.75kg的水，待均匀分散后，将纳米氧化铝加到稀释后的减水剂中，待均匀分散后，再将纳米氧化铝和减水剂的混合物加入到步骤S1所得的干混料中以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟，得到浆料；
S3.称取减缩剂14kg，加入61.25kg的水，待均匀分散后，将其加入到步骤S2所得的浆料中以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟，得到拌合物；
S4.称取钢纤维39kg，并在4分钟内分三次将其均匀分散在步骤S3所得的拌合物中，边加入钢纤维边搅拌，搅拌转速为48rpm/分钟，共搅拌4分钟，得到复合材料半成品；
S5.将步骤S4所得的复合材料半成品分三层装入尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体模具中，采用振动台振捣成型，每层振动压实30秒，再放置于阴暗潮湿处，并用塑料薄膜覆盖，保持温度和湿度，24～48小时后拆模，并进行自然养护，得到纳米氧化铝改性的超轻质水泥基复合材料成品。
实施例3：
一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，按重量份计，包括以下组分：水泥836份、微硅粉73份、空心微珠348份、纳米氧化铝8.36份、钢纤维35份、减水剂15份、减缩剂12份、水273份。
如图1所示，所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1.称取水泥836kg、微硅粉73kg以及空心微珠348kg，倒入强制式搅拌机，以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟混匀，得到干混料；
S2.称取减水剂15kg、纳米氧化铝8.36kg，向减水剂中加入204.75kg的水，待均匀分散后，将纳米氧化铝加到稀释后的减水剂中，待均匀分散后，再将纳米氧化铝和减水剂的混合物加入到步骤S1所得的干混料中以48rpm/分钟的转速搅拌8分钟，得到浆料；
S3.称取减缩剂12kg，加入68.25kg的水，待均匀分散后，将其加入到步骤S2所得的浆料中以48rpm/分钟的转速搅拌8分钟，得到拌合物；
S4.称取钢纤维35kg，并在6分钟内分三次将其均匀分散在步骤S3所得的拌合物中，边加入钢纤维边搅拌，搅拌转速为48rpm/分钟，共搅拌6分钟，得到复合材料半成品；
S5.将步骤S4所得的复合材料半成品分三层装入尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体模具中，采用振动台振捣成型，每层振动压实60秒，再放置于阴暗潮湿处，并用塑料薄膜覆盖，保持温度和湿度，24～48小时后拆模，并进行自然养护，得到纳米氧化铝改性的超轻质水泥基复合材料成品。
实施例4：
一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，按重量份计，包括以下组分：水泥836份、微硅粉73份、空心微珠348份、纳米氧化铝25.08份、钢纤维35份、减水剂15份、减缩剂12份、水273份。
如图1所示，所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1.称取水泥836kg、微硅粉73kg以及空心微珠348kg，倒入强制式搅拌机，以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟混匀，得到干混料；
S2.称取减水剂15kg、纳米氧化铝25.08kg，向减水剂中加入204.75kg的水，待均匀分散后，将纳米氧化铝加到稀释后的减水剂中，待均匀分散后，再将纳米氧化铝和减水剂的混合物加入到步骤S1所得的干混料中以48rpm/分钟的转速搅拌8分钟，得到浆料；
S3.称取减缩剂12kg，加入68.25kg的水，待均匀分散后，将其加入到步骤S2所得的浆料中以48rpm/分钟的转速搅拌8分钟，得到拌合物；
S4.称取钢纤维35kg，并在6分钟内分三次将其均匀分散在步骤S3所得的拌合物中，边加入钢纤维边搅拌，搅拌转速为48rpm/分钟，共搅拌6分钟，得到复合材料半成品；
S5.将步骤S4所得的复合材料半成品分三层装入尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体模具中，采用振动台振捣成型，每层振动压实60秒，再放置于阴暗潮湿处，并用塑料薄膜覆盖，保持温度和湿度，24～48小时后拆模，并进行自然养护，得到纳米氧化铝改性的超轻质水泥基复合材料成品。
对比例1：
一种超轻质水泥基复合材料，按重量份计，包括以下组分：水泥836份、微硅粉73份、空心微珠348份、钢纤维39份、减水剂13份、减缩剂14份、水245份。
所述超轻质水泥基复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1.称取水泥836kg、微硅粉73kg以及空心微珠348kg，倒入强制式搅拌机，以48rpm/分钟的转速搅拌3分钟混匀，得到干混料；
S2.称取减水剂13kg，向减水剂中加入183.75kg的水，待均匀分散后，加入到步骤S1所得的干混料中以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟，得到浆料；
S3.称取减缩剂14kg，加入61.25kg的水，待均匀分散后，将其加入到步骤S2所得的浆料中以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟，得到拌合物；
S4.称取钢纤维39kg，并在4分钟内分三次将其均匀分散在步骤S3所得的拌合物中，边加入钢纤维边搅拌，搅拌转速为48rpm/分钟，共搅拌4分钟，得到复合材料半成品；
S5.将步骤S4所得的复合材料半成品分三层装入尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体模具中，采用振动台振捣成型，每层振动压实30秒，再放置于阴暗潮湿处，并用塑料薄膜覆盖，保持温度和湿度，24～48小时后拆模，并进行自然养护，得到纳米氧化铝改性的超轻质水泥基复合材料成品。
对比例2：
一种超轻质水泥基复合材料，按重量份计，包括以下组分：水泥836份、微硅粉73份、空心微珠348份、钢纤维35份、减水剂15份、减缩剂12份、水273份。
所述超轻质水泥基复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1.称取水泥836kg、微硅粉73kg以及空心微珠348kg，倒入强制式搅拌机，以48rpm/分钟的转速搅拌5分钟混匀，得到干混料；
S2.称取减水剂15kg，向减水剂中加入204.75kg的水，待均匀分散后，加入到步骤S1所得的干混料中以48rpm/分钟的转速搅拌8分钟，得到浆料；
S3.称取减缩剂12kg，加入68.25kg的水，待均匀分散后，将其加入到步骤S2所得的浆料中以48rpm/分钟的转速搅拌8分钟，得到拌合物；
S4.称取钢纤维35kg，并在6分钟内分三次将其均匀分散在步骤S3所得的拌合物中，边加入钢纤维边搅拌，搅拌转速为48rpm/分钟，共搅拌6分钟，得到复合材料半成品；
S5.将步骤S4所得的复合材料半成品分三层装入尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体模具中，采用振动台振捣成型，每层振动压实60秒，再放置于阴暗潮湿处，并用塑料薄膜覆盖，保持温度和湿度，24～48小时后拆模，并进行自然养护，得到纳米氧化铝改性的超轻质水泥基复合材料成品。
实验例：
对本发明的实施例1～4制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料以及对比例1～2制得的超轻质水泥基复合材料的表观密度、抗压强度以及流动度进行性能测试，测试方法如下：
抗压强度：采用材料压缩试验机对超轻质水泥基复合材料试件进行单轴压缩加载测试，得到其轴心抗压强度。抗压强度的测试方法参照《建筑砂浆基本性能实验方法标准》JGJ/T70-2009的相关规定。
流动度：通过水泥胶砂流动度测定仪对超轻质水泥基复合材料拌合物进行流动度测试。流动度的测试方法参照《水泥胶砂流动度测定方法》GB/T2419-2005的相关规定。
为便于对比，对实施例1～4以及对比例1～2中的组分含量进行列举统计(单位：kg)，如表2所示：
表2超轻质水泥基复合材料组分含量对比
实施例1～4制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料以及对比例1～2制得的超轻质水泥基复合材料的表观密度、抗压强度以及流动度测试结果如表3所示。
表3各种复合材料测试结果
由表3的材料性能测试结果分析可见：
本发明的实施例1～4制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料以及对比例1～2制得的超轻质水泥基复合材料的表观密度均低于1500kg/m3；
本发明的实施例1～4制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的7天强度最高可高达49.7MPa，28天强度最高可高达58.4MPa；
本发明的实施例1制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料与对比例1制得的超轻质水泥基复合材料(无掺入纳米氧化铝)相比，7天抗压强度增加了13％，28天抗压强度增加了14.6％，此外，本发明实施例1制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的28天比强度高达38.839KPa/(kg/m3)，较对比例1的增加了15％；
本发明的实施例4制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料与对比例2制得的超轻质水泥基复合材料(无掺入纳米氧化铝)相比，7天抗压强度增加了5％，28天抗压强度增加了14％；此外，本发明实施例4制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的28天比强度高达39.284KPa/(kg/m3)，较对比例2的增加了14.1％。
图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，其特征在于，所述纳米氧化铝的粒径为40～80nm，其比表面积为8m2/g，堆积密度为0.3g/cm3。
3.根据权利要求2所述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，其特征在于，所述钢纤维为带端钩形的结构，其长度为14mm，直径为0.215mm，长径比为65，抗拉强度≥2000MPa。
4.根据权利要求3所述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，其特征在于，所述空心微珠的密度为900m3/kg，粒径为10～300μm，压碎强度为17MPa，pH值为7～8，含水率＜0.5％。
5.根据权利要求4所述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，其特征在于，所述微硅粉的比表面积为20～25×103m2/kg。
6.根据权利要求5所述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂采用减水率为25～30％的PCA(R)-Ⅰ聚羧酸高性能减水剂。
7.根据权利要求1所述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥和微硅粉的总重量与水的重量比为1∶0.27～0.3。
8.如权利要求1～7任一项所述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.按配方量称取水泥、空心微珠以及微硅粉，搅拌3～5分钟混匀，得到干混料；
S2.按配方量分别称取减水剂和纳米氧化铝，向减水剂中加入3/4配方量的水，待均匀分散后，将纳米氧化铝加到稀释后的减水剂中，待均匀分散后，再将纳米氧化铝和减水剂的混合物加入到步骤S1所得的干混料中，搅拌5～8分钟，得到浆料；
S3.按配方量称取减缩剂，加入1/4配方量的水，待均匀分散后，将其加入到步骤S2所得的浆料中，并搅拌5～8分钟，得到拌合物；
S4.按配方量称取钢纤维，并在4～6分钟内分三次将其均匀分散在步骤S3所得的拌合物中，边加入钢纤维边搅拌，得到复合材料半成品；
S5.将步骤S4所得的复合材料半成品分三层装入立方体模具中，振捣成型，每层振动压实30～60秒，再放置于阴暗潮湿处，保持温度和湿度，24～48小时后拆模，得到纳米氧化铝改性的超轻质水泥基复合材料成品。
9.根据权利要求8所述的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1～S4中，搅拌操作是采用搅拌机以48rpm/分钟的转速对相应物料进行搅拌。
10.如权利要求8～9任一项所述的制备方法制得的纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料的应用，其特征在于，所述纳米氧化铝改性超轻质水泥基复合材料用于制备超轻质水泥基复合材料ULCC板材，所述ULCC板材内按间距及数量要求嵌装有GFRP筋。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211102 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |