CN114624113A - 一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料及制备试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种玄武岩‑钢纤维高性能水泥基复合材料及制备试验方法，包括有以下材料组分：水泥、粉煤灰、硅灰、增稠剂、细砂、减水剂、增稠剂、玄武岩纤维、钢纤维。本发明的玄武岩‑钢纤维高性能水泥基复合材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量和压缩韧性均得到显著的提升。
Description
技术领域
本发明涉及土木建筑技术领域，尤其是一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料及制备试验方法。
背景技术
当前很多建筑物已达到设计使用年限甚至超期服役，而对老旧建筑物的传统修复加固方式，不仅施工周期长、成本高，且减少了建筑使用空间、增加了结构自重，同时在高温、侵蚀等极端条件下不具有适用性。随着建筑产业向标准化、工厂化、装配化的转型升级，建筑行业对装配式结构质量安全水平提出了更高要求，当前装配式构件连接采用的混凝土材料变形差、易开裂，易导致材料力学性能劣化和耐久性能降低，且地震、火灾等灾害下容易因连接部位损坏而导致结构发生脆性破坏。
纤维增强水泥基复合材料多具有高强、高韧、高耐久性等特点，混掺几种不同的纤维往往可以改善单掺一种时对材料性能提高的不足和材料高温/火灾后的力学性能，而有机纤维熔点低，在400℃左右融化后无法起到拉结基体、实现增强增韧的目的。因此，提高材料的韧性及高温/火灾后的力学性能十分关键。
本研究采用两种耐高温特性较好的玄武岩纤维与钢纤维，制备具有高强高韧的耐高温材料。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料及制备试验方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料，包括有以下材料组分：水泥、粉煤灰、硅灰、增稠剂、细砂、减水剂、增稠剂、玄武岩纤维、钢纤维。
一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料的制备试验方法，包括有以下步骤：
步骤(1)：将水泥、粉煤灰、硅灰、细砂、减水剂、增稠剂按一定质量比例混合均匀；
步骤(2)：将一定质量的玄武岩纤维均匀混合于步骤(1)的混合料中，并于搅拌机中低速干拌2min；
步骤(3)：加入一定质量的水，并于搅拌机中低速搅拌1min后转为快速搅拌1min；
步骤(4)：转为低速搅拌并加入一定质量的钢纤维，然后快速搅拌3min；
步骤(5)：取出后得到玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料；
步骤(6)：将制备的玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料浇筑进40mm立方体模具和狗骨型模具中并覆膜养护，24h后拆模放标准养护室进行养护28d，得到待试验样品；
步骤(7)：对步骤(6)的待试验样品进行压缩试验，压缩试验采用CDT1305-2美特斯压折一体试验机，位移控制加载速率为0.5mm/min，应力衰减至峰值压应力的70％时，试验停止，记录试验数据；
步骤(8)：对步骤(6)的待试验样品进行拉伸试验，拉伸试验采用采用30T美特斯万能试验机，位移控制加载速率为0.5mm/min，并配合高压夹具、位移计、数据采集箱，应力衰减至峰值压应力的70％时，试验停止，记录试验数据。
优化的：
水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥；
粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；
硅灰为1500-2000目，SiO2含量94％；
增稠剂为20万粘度的羟丙基甲基纤维素；
细砂为河砂，河砂粒径为0.15mm-0.2mm；
减水剂为粉末聚羧酸减水剂；
增稠剂为粉末羟丙基甲基纤维素醚HPMC增稠剂；
玄武岩纤维规格参数为纤维长6mm，直径0.013mm，弹性模量93.1GPa,抗拉强度2900MPa；
钢纤维规格参数为钢纤维长15mm，直径0.2mm，弹性模量200GPa,抗拉强度2850MPa。
优化的：
材料中组分按质量比计为：水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:(0.013-0.015):(0.0011-0.0012)：(0.024-0.025):0.065。
优化的：
材料中组分按质量比计为：水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:(0.013-0.015):(0.0011-0.0012)：(0.046-0.047):0.13。
本发明和现有技术相比，其优点在于：
优点1：本发明的玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量和压缩韧性均得到显著的提升。
优点2：在同等纤维掺量下，较单掺钢纤维成本更低，峰值抗压强度达到80.5-85.5MPa，破坏时韧性达到200-445N·mm/mm3；峰值抗拉强度达到2.65-4.20MPa，开裂应力达到2.2-3.3MPa，峰值拉应变达到2.2-3.3％。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的狗骨型模具结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。
一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料，包括有以下材料组分：水泥、粉煤灰、硅灰、增稠剂、细砂、减水剂、增稠剂、玄武岩纤维、钢纤维。
上述材料中，优选的，水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；硅灰为1500-2000目，SiO2含量94％；增稠剂为20万粘度的羟丙基甲基纤维素；细砂为河砂，河砂粒径为0.15mm-0.2mm；减水剂为粉末聚羧酸减水剂；增稠剂为粉末羟丙基甲基纤维素醚HPMC增稠剂；玄武岩纤维规格参数为纤维长6mm，直径0.013mm，弹性模量93.1GPa,抗拉强度2900MPa；钢纤维规格参数为钢纤维长15mm，直径0.2mm，弹性模量200GPa,抗拉强度2850MPa。
一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料的制备试验方法，包括有以下步骤：
步骤(1)：将水泥、粉煤灰、硅灰、细砂、减水剂、增稠剂按一定质量比例混合均匀；
步骤(2)：将一定质量的玄武岩纤维均匀混合于步骤(1)的混合料中，并于搅拌机中低速干拌2min；
步骤(3)：加入一定质量的水，并于搅拌机中低速搅拌1min后转为快速搅拌1min；
步骤(4)：转为低速搅拌并加入一定质量的钢纤维，然后快速搅拌3min；
步骤(5)：取出后得到玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料；
步骤(6)：将制备的玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料浇筑进40mm立方体模具和狗骨型模具中并覆膜养护，24h后拆模放标准养护室进行养护28d，得到待试验样品；
步骤(7)：对步骤(6)的待试验样品进行压缩试验，压缩试验采用CDT1305-2美特斯压折一体试验机，位移控制加载速率为0.5mm/min，应力衰减至峰值压应力的70％时，试验停止，记录试验数据；
步骤(8)：对步骤(6)的待试验样品进行拉伸试验，拉伸试验采用采用30T美特斯万能试验机，位移控制加载速率为0.5mm/min，并配合高压夹具、位移计、数据采集箱，应力衰减至峰值压应力的70％时，试验停止，记录试验数据。
对比例1
水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:0.014:0.0012：0:0。
对比例2
水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:0.014:0.0012：0:0.13。
对比例3
水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:0.014:0.0012：0.025:0。
实施例1
水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:0.014:0.0012：0.025:0.065。
实施例2
水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:0.014:0.0012：0.047:0.13。
将对比例1、对比例2、对比例3、实施例1、实施例2的材料按照制备试验方法操作，并记录各次的试验参数。
通过以上对比例1、对比例2、对比例3、实施例1、实施例2的试验参数统计表可知，实施例1和实施例2的试验样品的峰值应力、峰值应变、弹性模量、峰值应力对应的韧性、压缩破坏时韧性均得到显著的提升。
通过以上对比例2、对比例3、实施例1、实施例2的试验参数统计表可知(对比例1无纤维，做拉伸试验没意义)，实施例1和实施例2的试验样品的峰值应力、峰值应变、弹性模量、开裂应力对应的韧性、峰值拉应力对应的韧性均得到显著的提升。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料，其特征在于，包括有以下材料组分：水泥、粉煤灰、硅灰、增稠剂、细砂、减水剂、增稠剂、玄武岩纤维、钢纤维。
2.根据权利要求1所述的玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料，其特征在于，
水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥；
粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；
硅灰为1500-2000目，SiO2含量94％；
增稠剂为20万粘度的羟丙基甲基纤维素；
细砂为河砂，河砂粒径为0.15mm-0.2mm；
减水剂为粉末聚羧酸减水剂；
增稠剂为粉末羟丙基甲基纤维素醚HPMC增稠剂；
玄武岩纤维规格参数为纤维长6mm，直径0.013mm，弹性模量93.1GPa,抗拉强度2900MPa；
钢纤维规格参数为钢纤维长15mm，直径0.2mm，弹性模量200GPa,抗拉强度2850MPa。
3.根据权利要求1所述的玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料，其特征在于，材料中组分按质量比计为：水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:(0.013-0.015):(0.0011-0.0012)：(0.024-0.025):0.065。
4.根据权利要求1所述的玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料，其特征在于，材料中组分按质量比计为：水泥：粉煤灰：硅灰：细砂：水：减水剂：增稠剂：玄武岩纤维：钢纤维＝1:0.5:0.17:1.17:0.43:(0.013-0.015):(0.0011-0.0012)：(0.046-0.047):0.13。
5.一种玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料的制备试验方法，其特征在于，包括有以下步骤：
步骤(1)：将水泥、粉煤灰、硅灰、细砂、减水剂、增稠剂按一定质量比例混合均匀；
步骤(2)：将一定质量的玄武岩纤维均匀混合于步骤(1)的混合料中，并于搅拌机中低速干拌2min；
步骤(3)：加入一定质量的水，并于搅拌机中低速搅拌1min后转为快速搅拌1min；
步骤(4)：转为低速搅拌并加入一定质量的钢纤维，然后快速搅拌3min；
步骤(5)：取出后得到玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料；
步骤(6)：将制备的玄武岩-钢纤维高性能水泥基复合材料浇筑进40mm立方体模具和狗骨型模具中并覆膜养护，24h后拆模放标准养护室进行养护28d，得到待试验样品；
步骤(7)：对步骤(6)的待试验样品进行压缩试验，压缩试验采用CDT1305-2美特斯压折一体试验机，位移控制加载速率为0.5mm/min，应力衰减至峰值压应力的70％时，试验停止，记录试验数据；
步骤(8)：对步骤(6)的待试验样品进行拉伸试验，拉伸试验采用采用30T美特斯万能试验机，位移控制加载速率为0.5mm/min，并配合高压夹具、位移计、数据采集箱，应力衰减至峰值压应力的70％时，试验停止，记录试验数据。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐子龙: "纤维混杂高韧性水泥基材料力学性能研究", 万方数据知识服务平台学位论文资源, 7 March 2022 (2022-03-07), pages 11 - 15 * |
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