CN113651574B - 一种配重水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种配重水泥基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种配重水泥基复合材料及其制备方法，复合材料组分包括水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣颗粒、聚丙烯纤维，减水剂、水。本发明中不但具有配重作用，而且具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力。

Description

一种配重水泥基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料及其制备领域，特别涉及一种配重水泥基复合材料及其制备方法。
背景技术
配重混凝土也叫高密度混凝土，一般密度大于3.0g/cm3，广泛用于工程、机械、起重机械、船舶、交通、水利水电等需要压载、配重的工程部位，以及家电、电梯、健身沙袋等。由于传统配重混凝土为增加重量而加入密度比较大的骨料，搅拌时重骨料容易下沉造成搅拌不均匀，造成混凝土强度低，易开裂等缺陷。
CN111533505A一种高延性混凝土地坪材料及其制备方法，主要作为地坪材料使用，主要利用0.5-2mm的细颗粒钢渣作为骨料，由于没有大颗粒骨料存在所以混凝土强度较低，比重也比重骨料的混凝土较小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种配重水泥基复合材料及其制备方法，克服现有技术强度较低等缺陷。而本发明利用的骨料为大颗粒钢渣及铁矿石，制备的混凝土强度高，比重大。
本发明的一种配重水泥基复合材料，所述复合材料组分包括20-25质量份的水泥、15-20质量份的粉煤灰、25-30质量份的铁矿石、30-35质量份的钢渣颗粒、物料用量0.4％-0.6％的聚丙烯纤维、物料用量4％-6％的钢纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂、物料用量0.2-0.25倍的水。
上述的物料用量，其中物料具体是指水泥、粉煤灰、铁矿石和钢渣颗粒。
所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为二级灰。
所述铁矿石为0-15mm，密度为4.0-4.5g/cm3。
所述钢渣颗粒粒径为3-15mm，密度为3.0-3.5g/cm3。
所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，型号MA20，拉伸强度大于600MPa，弹性模量5-7GPa。
所述钢纤维为镀铜钢纤维，直径1-2mm，长度为30-40mm，拉伸强度大于600MPa。
所述减水剂为粉末状聚羧酸高效减水剂，型号PRC1030，减水率28％以上。
本发明的一种所述配重水泥基复合材料的制备方法，包括：
(1)将20-25质量份的水泥、15-20质量份的粉煤灰、25-30质量份的铁矿石、30-35质量份的钢渣颗粒、物料用量0.1％-0.2％的减水剂混合，搅拌(搅拌时间不小于2min)，得到干粉物料；
(2)将干粉物料中分批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维，搅拌均匀(搅拌时间不小于2min)，然后分两次加入水，搅拌(搅拌时间不小于6min)，得到配重水泥基复合材料。
所述步骤(2)中分三批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维复合纤维，增加刚度和韧性。
所述分三批加入具体是：每批加入三分之一。
所述两次加入水具体为第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。
本发明的一种所述配重水泥基复合材料的应用，如地下水位较高的抗浮配重工程、吊机、叉车、挖掘机等工程机械配重块等。
有益效果
本发明提出以纤维，水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣颗粒等为主要原料制备具有高延性、配重作用的纤维增强水泥复合材料。方法简单，成本较低，不但具有配重作用，而且具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，太仓海螺水泥有限公司提供；
粉煤灰为二级灰，上海石洞口电厂提供；
铁矿石为0-15mm，密度为4.0-4.5g/cm3，上海中冶环境工程科技有限公司提供；
钢渣颗粒粒径为3-15mm，密度为3.0-3.5g/cm3，上海中冶环境工程科技有限公司提供；
钢渣颗粒粒径0.5-2mm，密度为3.0-3.5g/cm3，上海中冶环境工程科技有限公司提供(注：仅对比例3采用0.5-2mm粒径钢渣)。
改性聚丙烯纤维，型号MA20，拉伸强度大于600MPa，弹性模量5-7GPa，宁波时科新材料科技有限公司提供；
所述钢纤维为镀铜钢纤维，直径1-2mm，长度为30-40mm，拉伸强度大于600MPa，山东亿泰工程材料有限公司；
减水剂为粉状聚羧酸高效减水剂(型号PRC1030，减水率28％以上)，上海憎冶实业有限公司提供；
水是市政管道中的自来水。
抗压强度和抗折强度测试方法参照GBT 50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准。
实施例1
具体配方：25质量份的水泥、15质量份的粉煤灰、30质量份的铁矿石、30质量份的钢渣颗粒、物料用量0.5％的改性聚丙烯纤维、物料用量5％的钢纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣颗粒、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，得到的干粉物料中按照设定的配合比分三批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维，每次加入三分之一，并搅拌均匀，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重纤维水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为76.8MPa，28天抗折强度9.7MPa，密度3.8g/cm3。
实施例2
具体配方：25质量份的水泥、20质量份的粉煤灰、25质量份的铁矿石、30质量份的钢渣颗粒、物料用量0.5％的改性聚丙烯纤维、物料用量5％的钢纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣颗粒、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，得到的干粉物料中按照设定的配合比分三批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维，每次加入三分之一，并搅拌均匀，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重纤维水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为75.1MPa，28天抗折强度9.3MPa，密度3.8g/cm3。
实施例3
具体配方：20质量份的水泥、15质量份的粉煤灰、30质量份的铁矿石、35质量份的钢渣颗粒、物料用量0.5％的改性聚丙烯纤维、物料用量5％的钢纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣颗粒、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，得到的干粉物料中按照设定的配合比分三批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维，每次加入三分之一，并搅拌均匀，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重纤维水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为73.2MPa，28天抗折强度9.1MPa，密度3.9g/cm3。
实施例4
具体配方：20质量份的水泥、20质量份的粉煤灰、25质量份的铁矿石、35质量份的钢渣颗粒、物料用量0.5％的改性聚丙烯纤维、物料用量5％的钢纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣颗粒、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，得到的干粉物料中按照设定的配合比分三批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维，每次加入三分之一，并搅拌均匀，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重纤维水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为74.3MPa，28天抗折强度9.5MPa，密度3.6g/cm3。
对比例1
具体配方：20质量份的水泥、20质量份的粉煤灰、60质量份的石子、物料用量0.5％的改性聚丙烯纤维、物料用量5％的钢纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、石子、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，得到的干粉物料中按照设定的配合比分三批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维，每次加入三分之一，并搅拌均匀，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重纤维水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为63.5MPa，28天抗折强度7.6MPa，密度2.6g/cm3。
对比例2
具体配方：20质量份的水泥、20质量份的粉煤灰、25质量份的铁矿石、35质量份的钢渣颗粒、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为34.3MPa，28天抗折强度4.5MPa，密度3.9g/cm3。
对比例3
具体配方：20质量份的水泥、20质量份的粉煤灰、25质量份的铁矿石、35质量份的0.5-2mm钢渣颗粒、物料用量0.5％的改性聚丙烯纤维、物料用量5％的钢纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、钢渣、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，得到的干粉物料中按照设定的配合比分三批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维，每次加入三分之一，并搅拌均匀，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重纤维水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为51.6MPa，28天抗折强度3.9MPa，密度3.5g/cm3。
对比例4
具体配方：20质量份的水泥、20质量份的粉煤灰、25质量份的铁矿石、35质量份的钢渣颗粒、物料用量5.5％的改性聚丙烯纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣颗粒、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，得到的干粉物料中按照设定的配合比分三批加入改性聚丙烯纤维，每次加入三分之一，并搅拌均匀，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重纤维水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为61.9MPa，28天抗折强度6.1MPa，密度2.6g/cm3。
对比例5
具体配方：20质量份的水泥、20质量份的粉煤灰、25质量份的铁矿石、35质量份的钢渣颗粒、物料用量5.5％的钢纤维、物料用量0.1％-0.2％的减水剂以及物料用量0.25倍的水。
将水泥、粉煤灰、铁矿石、钢渣颗粒、减水剂分别计量，各配料置入搅拌机中并进行搅拌并得到干粉物料，搅拌的时间3分钟，得到的干粉物料中按照设定的配合比分三批加入钢纤维，每次加入三分之一，并搅拌均匀，搅拌的时间3分钟，所得到的物料中分两次加入水并均匀搅拌，第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。搅拌的时间8分钟，得到配重纤维水泥基混合料。
经检测28天抗压强度为60.1MPa，28天抗折强度5.5MPa，密度3.9g/cm3。

Claims (7)

1.一种配重水泥基复合材料，其特征在于，所述复合材料组分为20-25质量份的水泥、15-20质量份的粉煤灰、25-30质量份的铁矿石、30-35质量份的钢渣颗粒、物料用量0.4%-0.6%的聚丙烯纤维、物料用量4%-6%的钢纤维、物料用量0.1%-0.2%的减水剂、物料用量0.2-0.25倍的水；其中所述钢渣颗粒粒径为3-15mm，密度为3.0-3.5g/cm3；所述铁矿石粒径为0-15mm，密度为4.0-4.5g/cm3。
2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述粉煤灰为二级灰。
3.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，拉伸强度大于600MPa，弹性模量5-7 GPa；钢纤维为直径1-2mm，长度为30-40mm。
4.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
5.一种权利要求1所述配重水泥基复合材料的制备方法，包括：
（1）将20-25质量份的水泥、15-20质量份的粉煤灰、25-30质量份的铁矿石、30-35质量份的钢渣颗粒、物料用量0.1%-0.2%的减水剂混合，搅拌，得到干粉物料；
（2）将干粉物料中分批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维，搅拌均匀，然后分两次加入水，搅拌，得到配重水泥基复合材料。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中分批加入改性聚丙烯纤维和钢纤维复合纤维为分三批加入；所述两次加入水具体为第一次加入水用量的三分之二，第二次加入剩余水量。
7.一种权利要求1所述配重水泥基复合材料的应用。
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