CN115974500A - 一种早强型超高韧性水泥基材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种早强型超高韧性水泥基材料及其制备方法，按质量百分比计，包括以下原料：硅酸盐水泥25％～35％、硫铝酸盐水泥2％‑10％、石英砂20～40％、微硅粉3％～10％、粉煤灰沉珠3％～8％、石灰石粉2％～10％、改性C‑S‑H纳米晶1～5％、超细矿粉2％～8％、石英粉2％～10％、纳米碳酸钙0.1～0.5％、二氧化硅微球0.1％～0.5％、减水剂0.5～0.8％、消泡剂0.1％～0.6％、镀铜钢纤维3～10％、水7～10％。本申请提供的早强型超高韧性水泥基材料具有良好的早期强度和超高韧性，低温施工性能和长期稳定性好。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种早强型超高韧性水泥基材料及其制备方法。
背景技术
超高韧性水泥基材料是近年来土木行业发展迅速的一种新型建筑材料。结合了高性能混凝土和纤维复合材料的性能特点，具有超高的力学性能和优异的耐久性能，较普通混凝土有显著的性能提升。超高性能混凝土的高韧性可以满足桥面铺装对混凝土材料抗拉强度的要求，是一种理想的钢桥面铺装材料。在相同荷载作用下可有效减缓钢筋应变幅的增长，减缓桥面连续构造在疲劳荷载作用下的刚度退化，从而大大提高桥面连续构造的疲劳寿命。与正交异性钢桥面结合形成的组合桥面通过抗剪刚度大的连接件相连，保证两者性能的组合，可明显提高桥面板刚度，有效避免钢结构疲劳开裂和铺装层损坏，应用于铁路桥面时可作为防水层和耐磨层，提高铁路桥面结构服役寿命，超高韧性水泥基材料正进入规模化应用快速发展期。
超高韧性水泥基材料作为新型的工程材料，水胶比极低，外加剂和掺和料用量大，因此其凝结时间较普通混凝土要长，标准温度环境下初凝时间一般超过10h，而在低温甚至负温的应用环境里，超高韧性水泥基材料的凝结时间更长，强度发展缓慢，一方面未硬化的水泥基材料易受冰冻破坏，另一方面迟迟不凝结，导致施工无法连续进行。低温环境的超长凝结严重影响材料的性能稳定增长与施工应用的正常推进。
因此有必要开发一种适应于低温环境下应用的早强型超高韧性水泥基材料，使其具备超高韧性，并且在低温与负温工况下依然可以进行较快的水化反应，具有较好的早期强度，后期性能发展稳定。
发明内容
本申请实施例提供一种早强型超高韧性水泥基材料及其制备方法，以解决相关技术中超高韧性水泥基材料存在凝结时间长、低温强度发展缓慢的问题。
本申请提供的技术方案具体如下：
第一方面，本申请提供了一种早强型超高韧性水泥基材料，按质量百分比计，包括以下原料：
硅酸盐水泥25％～35％、硫铝酸盐水泥2％-10％、石英砂20～40％、微硅粉3％～10％、粉煤灰沉珠3％～8％、石灰石粉2％～10％、改性C-S-H纳米晶1～5％、超细矿粉2％～8％、石英粉2％～10％、纳米碳酸钙0.1～0.5％、二氧化硅微球0.1％～0.5％、减水剂0.5～0.8％、消泡剂0.1％～0.6％、镀铜钢纤维3～10％、水7～10％。
一些实施例中，所述纳米碳酸钙的粒径为30～100nm；
和/或，所述二氧化硅微球的粒径为150～300μm，球形颗粒含量≥90wt％；
和/或，所述改性C-S-H纳米晶的平均粒径为30～40μm。
一些实施例中，所述石英砂的粒度级配包括0.63～1.25mm和0.16～0.63mm；
和/或，所述微硅粉中SiO2与Al2O3的含量之和≥93wt％；
和/或，所述微硅粉的密度≥2200kg/m3，比表面积为15000～20000m2/kg。
一些实施例中，所述粉煤灰沉珠的球形颗粒含量≥50wt％，相对密度大于1；
和/或，所述粉煤灰沉珠中SiO2与Al2O3的含量之和≥58wt％，比表面积≥2358m2/kg；
和/或，所述石灰石粉中CaCO3的含量≥97wt％；
和/或，所述石灰石粉的粒径为200～400目。
一些实施例中，所述超细矿粉的氯离子含量≤0.06wt％，比表面积≥600m2/kg，含水率≤1wt％；
和/或，所述石英粉中SiO2含量≥96wt％；
和/或，所述石英粉的粒径为80～200目。
一些实施例中，所述镀铜钢纤维的抗拉强度≥1700MPa，长度为12～18mm，直径为0.18～0.3mm；
和/或，所述减水剂包括聚羧酸高性能粉体减水剂。
第二方面，本申请提供了如上所述的早强型超高韧性水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：
将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、微硅粉、粉煤灰沉珠、石灰石粉、超细矿粉、石英粉、减水剂、消泡剂、镀铜钢纤维混合搅拌；
加入改性C-S-H纳米晶、纳米碳酸钙、二氧化硅微球，搅拌混合至均匀，得到预混料；
加入水搅拌至流化状态，得到早强型超高韧性水泥基材料。
一些实施例中，所述制备方法还包括如下制备改性C-S-H纳米晶的步骤：
将钙源水溶液与硅源水溶液进行混合，加入氢氧化钠调节溶液PH值至13以上，加入减水剂进行分散，反应釜内110～190℃下反应6-8h，得到水化硅酸钙活性浆料；
在所述水化硅酸钙活性浆料中加入聚乙二醇，恒温搅拌后经干燥，煅烧，即得到改性C-S-H纳米晶。
一些实施例中，所述钙源包括氧化钙；
和/或，所述硅源包括稻壳灰，所述稻壳灰的平均粒径为50～100μm，二氧化硅含量≥90wt％。
和/或，所述聚乙二醇的分子量为200～1600，质量浓度0.2％～0.8％。
一些实施例中，，所述钙源中的CaO与所述硅源中的SiO2的摩尔比为(1.4～1.7)：1。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请采用硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复合作为主体胶凝材料，硫铝酸盐水泥的掺入赋予水泥基材料良好的早强性能，通过改性C-S-H纳米晶、纳米碳酸钙以及微米级二氧化硅球形颗粒进行混杂，一方面形成晶核效应，进一步促进水化产物的形成，提升超高韧性水泥基材料早期性能与长期性能，另一方面微纳米晶材料有利于硫铝酸盐水泥结构水化产物分布均匀性与六配位铝氧八面体的稳定性，从而改善混凝土材料内部微观结构，提高强度，规避普通硫铝酸盐早强型水泥基材料存在后期强度倒缩的风险，使得水泥基材料兼具超高韧性、早强、长期稳定、低温施工等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例和对比例制备的水泥基材料的长期干燥收缩发展图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
第一方面，本申请实施例提供了一种早强型超高韧性水泥基材料，按质量百分比计，包括以下原料：
硅酸盐水泥25％～35％、硫铝酸盐水泥2％-10％、石英砂20～40％、微硅粉3％～10％、粉煤灰沉珠3％～8％、石灰石粉2％～10％、改性C-S-H纳米晶1～5％、超细矿粉2％～8％、石英粉2％～10％、纳米碳酸钙0.1～0.5％、二氧化硅微球0.1％～0.5％、减水剂0.5～0.8％、消泡剂0.1％～0.6％、镀铜钢纤维3～10％、水7～10％。
具体的，本申请提供的早强型超高韧性水泥基材料的水胶比为0.16～0.18。
具体的，所述硅酸盐水泥选自强度等级在42.5及以上的普通硅酸盐水泥。
所述硫铝酸盐水泥选自42.5级低碱度高铝硫铝酸盐水泥，硫铝酸钙质量百分含量≥50％。
硅酸盐水泥具有高后期强度，硫铝酸盐具有高早期强度，两者复配使用，赋予超高韧性水泥基材料良好的早强性能，在低温与负温工况下依然可以进行较快的水化反应，然而单纯复配硫铝酸盐水泥，会存在后期强度倒缩的风险，本申请通过将改性C-S-H纳米晶、纳米碳酸钙以及微米级二氧化硅球形颗粒进行混杂，一方面形成晶核效应，进一步促进水化产物的形成，提升超高韧性水泥基材料早期性能与长期性能，另一方面微纳米晶材料有利于硫铝酸盐水泥结构水化产物分布均匀性与六配位铝氧八面体的稳定性，从而改善混凝土材料内部微观结构，提高强度，规避普通硫铝酸盐早强型水泥基材料存在后期强度倒缩的风险，使得水泥基材料兼具超高韧性、早强、长期稳定、低温施工等优点。
在一些实施例中，所述纳米碳酸钙的粒径为30～100nm；
和/或，所述二氧化硅微球的粒径为150～300μm，球形颗粒含量≥90wt％；
和/或，所述改性C-S-H纳米晶的平均粒径为30～40μm。
本申请配方纳米级碳酸钙、微米级二氧化硅与微米级改性C-S-H纳米晶混合使用，形成多级粒径结构晶核，优化微观结构，达到紧密堆积效果，进一步提升水泥基材料的硬化密度，赋予水泥基材料长期稳定性。
在一些实施例中，所述石英砂的粒度级配包括0.63～1.25mm和0.16～0.63mm；
和/或，所述微硅粉中SiO2与Al2O3的含量之和≥93wt％；
和/或，所述微硅粉的密度≥2200kg/m3，比表面积为15000～20000m2/kg。
在优选的实施例中，所述石英砂的SiO2含量≥97wt％
石英砂的加入有利于减少水泥和添加剂的使用，有助于降低成本，其最终性能更加稳定，粘结性更高；
微硅粉的微填充效应和高火山灰活性可使超高韧性水泥基材料颗粒间达到最紧密堆积状态并促进胶凝体系的二次水化，从而提高基体密实度和性能。
在一些实施例中，所述粉煤灰沉珠的球形颗粒含量≥50wt％，相对密度大于1；
和/或，所述粉煤灰沉珠中SiO2与Al2O3的含量之和≥58wt％，比表面积≥2358m2/kg；
和/或，所述石灰石粉中CaCO3的含量≥97wt％；
和/或，所述石灰石粉的粒径为200～400目。
石灰石粉能够提供补偿水泥基收缩所需的膨胀能，且膨胀反应速率可控，更好地贴合水泥基材料的温降收缩、干燥收缩历程。
在一些实施例中，所述超细矿粉的氯离子含量≤0.06wt％，比表面积≥600m2/kg，含水率≤1wt％；
和/或，所述石英粉中SiO2含量≥96wt％；
和/或，所述石英粉的粒径为80～200目。
超细矿粉的粒度小，能够有效填充砂浆中孔隙，降低水泥掺量，减少水化热，增强砂浆的流动性。
在一些实施例中，所述镀铜钢纤维的抗拉强度≥1700MPa，长度为12～18mm，直径为0.18～0.3mm；
和/或，所述减水剂包括聚羧酸高性能粉体减水剂。
第二方面，本申请实施例提供了如上所述的早强型超高韧性水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：
将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、微硅粉、粉煤灰沉珠、石灰石粉、超细矿粉、石英粉、减水剂、消泡剂、镀铜钢纤维混合搅拌；
加入改性C-S-H纳米晶、纳米碳酸钙、二氧化硅微球，搅拌混合至均匀，得到预混料；
加入水搅拌至流化状态，得到早强型超高韧性水泥基材料。
具体的，水可以采用洁净自来水。
上述原料可以在搅拌机中进行搅拌。
在一些实施例中，所述制备方法还包括如下制备改性C-S-H纳米晶的步骤：
101：将钙源水溶液与硅源水溶液进行混合，加入氢氧化钠调节溶液PH值至13以上，加入减水剂进行分散，反应釜内110～190℃下反应6-8h，得到水化硅酸钙活性浆料；
102：在所述水化硅酸钙活性浆料中加入聚乙二醇，恒温搅拌后经干燥，煅烧，即得到改性C-S-H纳米晶。
具体的，所述减水剂选自聚羧酸高性能减水剂。
具体的，“101：将钙源水溶液与硅源水溶液进行混合，加入氢氧化钠调节溶液PH值至13以上，加入减水剂进行分散，反应釜内110～190℃下反应6-8h”包括如下步骤：
将钙源水溶液与硅源水溶液进行混合，加入氢氧化钠调节溶液PH值至13以上，加入减水剂进行分散，置于反应釜内在110～190℃下搅拌反应6-8h，搅拌转速为80～160r/min，反应釜压力1.8～2.1MPa。
具体的，“102：在所述水化硅酸钙活性浆料中加入聚乙二醇，恒温搅拌后经干燥，煅烧”包括如下步骤：
在所述水化硅酸钙活性浆料中加入聚乙二醇，置于90℃水浴环境中搅拌2h，搅拌完成后经100℃恒温干燥箱中干燥得到混合粉末，混合粉末经400℃煅烧2h。
在一些实施例中，所述钙源包括氧化钙；
和/或，所述硅源包括稻壳灰，所述稻壳灰的平均粒径为50～100μm，二氧化硅含量≥90wt％。
和/或，所述聚乙二醇的分子量为200～1600，质量浓度0.2％～0.8％。
具体的，钙源可以选自高纯度氧化钙试剂，氧化钙纯度≥99.5％。
所述硅源选自稻壳灰，具有多孔特征的稻壳灰作为改性C-S-H纳米晶的硅源，结合聚乙二醇改性C-S-H，使得最终的改性C-S-H纳米晶材料多孔结构特征更为显著，在水泥水化过程中不仅产生晶核效应，还能提供储水与释水作用，为具有高致密的早强型超高韧性水泥基材料内部持续水化提供动力。
在一些实施例中，所述钙源中的CaO与所述硅源中的SiO2的摩尔比为(1.4～1.7)：1。
以下通过具体实施例对本申请进行进一步的说明。
实施例1
一种早强型超高韧性水泥基材料，按质量百分比计，包括以下原料：
硅酸盐水泥25％、硫铝酸盐水泥8％、石英砂30％、微硅粉4％、粉煤灰沉珠5％、石灰石粉2％、改性C-S-H纳米晶2.4％、超细矿粉3％、石英粉4％、纳米碳酸钙0.3％、二氧化硅微球0.3％、聚羧酸高性能粉体减水剂0.6％、消泡剂0.4％、镀铜钢纤维7％，洁净自来水8％。
制备过程如下：
改性C-S-H纳米晶制备：
将氧化钙试剂和低温稻壳灰粉末水溶液进行混合，加入氢氧化钠调节溶液PH值至13以上，加入聚羧酸高性能减水剂0.2％进行分散，置于110～190℃反应釜中进行加热搅拌混合6-8h，搅拌转速80～160r/min，反应釜压力1.8～2.1MPa，得到水化硅酸钙活性浆料；在上述活性浆料中加入聚乙二醇，置于90℃水浴环境下搅拌2h，搅拌完成后经100℃恒温干燥箱中干燥得到混合粉末，混合粉末经400℃煅烧2h，得到改性C-S-H纳米晶；
早强型超高韧性水泥基材料制备：
将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、微硅粉、粉煤灰沉珠、石灰石粉、超细矿粉、石英粉、聚羧酸高性能粉体减水剂、消泡剂、镀铜钢纤维加入搅拌机中混合搅拌1.5min；
然后将改性C-S-H纳米晶、纳米碳酸钙和二氧化硅微球加入搅拌机内，搅拌混合1min至均匀，得到预混料；
加入洁净自来水搅拌3min至流化状态，得到早强型超高韧性水泥基材料。
实施例2
一种早强型超高韧性水泥基材料，按质量百分比计，包括以下原料：
硅酸盐水泥25％、硫铝酸盐水泥8％、石英砂30％、微硅粉4％、粉煤灰沉珠3.4％、石灰石粉2％、改性C-S-H纳米晶4％、超细矿粉3％、石英粉2％、纳米碳酸钙0.3％、二氧化硅微球0.3％、聚羧酸高性能粉体减水剂0.6％、消泡剂0.4％、镀铜钢纤维7％，洁净自来水8％。
制备过程如下：
改性C-S-H纳米晶制备：
将氧化钙试剂和低温稻壳灰粉末水溶液进行混合，加入氢氧化钠调节溶液PH值至13以上，加入聚羧酸高性能减水剂0.2％进行分散，置于110～190℃反应釜中进行加热搅拌混合6-8h，搅拌转速80～160r/min，反应釜压力1.8～2.1MPa，得到水化硅酸钙活性浆料；在上述活性浆料中加入聚乙二醇，置于90℃水浴环境下搅拌2h，搅拌完成后经100℃恒温干燥箱中干燥得到混合粉末，混合粉末经400℃煅烧2h，得到改性C-S-H纳米晶；
早强型超高韧性水泥基材料制备：
将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、微硅粉、粉煤灰沉珠、石灰石粉、超细矿粉、石英粉、聚羧酸高性能粉体减水剂、消泡剂、镀铜钢纤维加入搅拌机中混合搅拌1.5min；
然后将改性C-S-H纳米晶、纳米碳酸钙和二氧化硅微球加入搅拌机内，搅拌混合1min至均匀，得到预混料；
加入洁净自来水搅拌3min至流化状态，得到早强型超高韧性水泥基材料。
对比例1
一种常规型超高韧性水泥基材料，按质量百分比计，包括以下原料：
硅酸盐水泥38％、石英砂30％、微硅粉8％、石灰石粉8％、聚羧酸高性能粉体减水剂0.6％、消泡剂0.4％、钢纤维7％，洁净自来水8％。
制备过程如下：
将硅酸盐水泥、石英砂、微硅粉、石灰石粉、聚羧酸高性能粉体减水剂、消泡剂、钢纤维加入搅拌机中混合搅拌1.5min；
然后加入洁净自来水搅拌3min至流化状态，得到常规型超高韧性水泥基材料。
对比例2
一种超高韧性水泥基材料，按质量百分比计，包括以下原料：
硅酸盐水泥25％、硫铝酸盐水泥8％、石英砂30％、微硅粉4％、粉煤灰沉珠5％、石灰石粉2％、C-S-H纳米晶2.4％、超细矿粉3％、石英粉4％、纳米碳酸钙0.3％、二氧化硅微球0.3％、聚羧酸高性能粉体减水剂0.6％、消泡剂0.4％、镀铜钢纤维7％，洁净自来水8％。
制备过程如下：
C-S-H纳米晶制备：
将氧化钙试剂和低温稻壳灰粉末水溶液进行混合，加入氢氧化钠调节溶液PH值至13以上，加入聚羧酸高性能减水剂0.2％进行分散，置于110～190℃反应釜中进行加热搅拌混合6-8h，搅拌转速80～160r/min，反应釜压力1.8～2.1MPa，得到水化硅酸钙活性浆料，将所得活性浆料经100℃恒温干燥箱中干燥得到固体混合物C-S-H纳米晶；
超高韧性水泥基材料制备：
将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、微硅粉、粉煤灰沉珠、石灰石粉、超细矿粉、石英粉、聚羧酸高性能粉体减水剂、消泡剂、镀铜钢纤维加入搅拌机中混合搅拌1.5min；
然后将C-S-H纳米晶、纳米碳酸钙和二氧化硅微球加入搅拌机内，搅拌混合1min至均匀，得到预混料；
加入洁净自来水搅拌3min至流化状态，得到超高韧性水泥基材料。
对比例3
本对比例3提供的超高韧性水泥基材料包括实施例1的大部分原料，其不同之处仅在于：
不添加纳米碳酸钙。
对比例4
本对比例4提供的超高韧性水泥基材料包括实施例1的大部分原料，其不同之处仅在于：
不添加二氧化硅微球。
对比例5
本对比例5提供的超高韧性水泥基材料包括实施例1的大部分原料，其不同之处仅在于：
不添加改性C-S-H纳米晶。
性能测试
将实施例1-2和对比例1-5制备的水泥基材料进行如下性能测试：
(1)凝结时间：参照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对低温环境(5℃)下凝结时间性能进行测试，得到的结果如表1所示：
表1：低温环境(5℃)下凝结时间性能
| 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | |
| 初凝时间/h | 6.8 | 5.7 | 17.6 | 14.7 | 11.6 | 11.8 | 15.1 |
| 终凝时间/h | 10.5 | 9.6 | 23.8 | 16.2 | 13.7 | 14.2 | 16.9 |
根据表1的数据可以看出，5℃环境下实施例1、实施例2的初凝时间分别为6.8h、5.7h，终凝时间分别为10.5h、9.6h，低温环境下实施例1较对比例1、对比例2、对比例3、对比例4以及对比例5的初凝时间分别缩短61.3％、53.7％、41.4％、42.4％、55％，终凝时间分别缩短55.9％、35.2％、23.4％、26％、37.9％，凝结时间显著缩短，实施例2的初凝时间较各对比例缩短50％以上，终凝时间也大大减小。
说明本申请提供的早强型超高韧性水泥基材料，可有效缩短超高韧性水泥基材料凝结时间，满足低温施工周期需求。
(2)抗压强度：参照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对低温环境(5℃)下养护的各组试件1d和28d龄期抗压强度进行测试，得到的结果如表2所示：
表2：低温环境(5℃)下抗压强度性能
根据表2的数据可以看出，5℃环境下实施例1、实施例2的1d抗压强度分别为40.4MPa、62.8MPa，28d龄期抗压强度分别为134.5MPa、144.6MPa。其中1d抗压强度最低的是常规型对比例1，由于不含早强组分，因此1d抗压强度发展较缓慢，对比例2掺入有未改性C-S-H纳米晶，相对于完全不加C-S-H纳米晶的对比例5而言，早期强度与后期强度略有提升，但是由于对比例2中C-S-H未经改性处理，C-S-H分散度较低，对水泥基硬化体性能提升效果有限，因此相比于实施例还是有所下降。纳米碳酸钙与二氧化硅微球可以为低水胶比的超高韧性水泥基材料提供充足的火山灰效应，促进水化产物的形成，对比例3与对比例4分别未添加纳米碳酸钙与二氧化硅微球，因此失去了这两种纳米材料的助力，导致其28d抗压强度相较于实施例2分别降低25.6％、25.2％。低温环境下实施例1-2较对比例1-5的1d龄期抗压强度显著提升，且28d龄期抗压强度也发展稳定，超过常规型超高韧性水泥基材料及其他对比例抗压强度，说明本申请提供的早强型超高韧性水泥基材料可实现低温环境下超高韧性水泥基材料早期强度快速发展，后期抗压强度稳定增长。
(3)抗折强度：参照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对低温环境(5℃)下养护的各组试件1d和28d龄期抗折强度进行测试，得到的结果如表3所示：
表3：低温环境(5℃)下抗折强度性能
根据表3的数据可以看出，5℃环境下对实施例1、实施例2的1d抗折强度分别为10.5MPa、11.3MPa，28d龄期抗折强度分别为28.6MPa、31.2MPa，低温环境下实施例1-2较对比例1-5的1d龄期抗折强度实现超过数倍的增长，且28d龄期抗折强度也增长显著，使超高韧性水泥基材料的抗折强度大幅提升，说明本申请提供的早强型超高韧性水泥基材料可实现低温环境下超高韧性水泥基材料早期抗折强度快速发展，具备一定抗弯拉性能，并且在低温环境下后期抗折强度稳定增长。
(4)干燥收缩：参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对各组试件的长期干燥收缩进行测试，得到的结果如图1所示：
参见图1所示，实施例1、实施例2、对比例1-5制备的超高韧性水泥基材料干燥收缩率分别为206×10-6、180×10-6、407×10-6、245×10-6、271×10-6、279×10-6、380×10-6，相比于对比例1-5，实施例1、实施例2的120d龄期干燥收缩显著降低，说明本申请提供的早强型超高韧性水泥基材料早期水化快，且内部结构致密，降低了材料内外湿度差，使得其长期收缩率较低，具有良好的耐久性和体积稳定性。
综上，本申请提供的早强型超高韧性水泥基材料在低温环境下的性能增长更为稳定，且实现快速稳定发展，可满足低温环境下的应用需求。
需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种早强型超高韧性水泥基材料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下原料：
硅酸盐水泥25％～35％、硫铝酸盐水泥2％-10％、石英砂20～40％、微硅粉3％～10％、粉煤灰沉珠3％～8％、石灰石粉2％～10％、改性C-S-H纳米晶1～5％、超细矿粉2％～8％、石英粉2％～10％、纳米碳酸钙0.1～0.5％、二氧化硅微球0.1％～0.5％、减水剂0.5～0.8％、消泡剂0.1％～0.6％、镀铜钢纤维3～10％、水7～10％。
2.如权利要求1所述的早强型超高韧性水泥基材料，其特征在于，所述纳米碳酸钙的粒径为30～100nm；
和/或，所述二氧化硅微球的粒径为150～300μm，球形颗粒含量≥90wt％；
和/或，所述改性C-S-H纳米晶的平均粒径为30～40μm。
3.如权利要求1所述的早强型超高韧性水泥基材料，其特征在于，所述石英砂的粒度级配包括0.63～1.25mm和0.16～0.63mm；
和/或，所述微硅粉中SiO2与Al2O3的含量之和≥93wt％；
和/或，所述微硅粉的密度≥2200kg/m3，比表面积为15000～20000m2/kg。
4.如权利要求1所述的早强型超高韧性水泥基材料，其特征在于，所述粉煤灰沉珠的球形颗粒含量≥50wt％，相对密度大于1；
和/或，所述粉煤灰沉珠中SiO2与Al2O3的含量之和≥58wt％，比表面积≥2358m2/kg；
和/或，所述石灰石粉中CaCO3的含量≥97wt％；
和/或，所述石灰石粉的粒径为200～400目。
5.如权利要求1所述的早强型超高韧性水泥基材料，其特征在于，所述超细矿粉的氯离子含量≤0.06wt％，比表面积≥600m2/kg，含水率≤1wt％；
和/或，所述石英粉中SiO2含量≥96wt％；
和/或，所述石英粉的粒径为80～200目。
6.如权利要求1所述的早强型超高韧性水泥基材料，其特征在于，所述镀铜钢纤维的抗拉强度≥1700MPa，长度为12～18mm，直径为0.18～0.3mm；
和/或，所述减水剂包括聚羧酸高性能粉体减水剂。
7.如权利要求1-6任一所述的早强型超高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、微硅粉、粉煤灰沉珠、石灰石粉、超细矿粉、石英粉、减水剂、消泡剂、镀铜钢纤维混合搅拌；
加入改性C-S-H纳米晶、纳米碳酸钙、二氧化硅微球，搅拌混合至均匀，得到预混料；
加入水搅拌至流化状态，得到早强型超高韧性水泥基材料。
8.如权利要求7所述的早强型超高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，还包括如下制备改性C-S-H纳米晶的步骤：
将钙源水溶液与硅源水溶液进行混合，加入氢氧化钠调节溶液PH值至13以上，加入减水剂进行分散，反应釜内110～190℃下反应6-8h，得到水化硅酸钙活性浆料；
在所述水化硅酸钙活性浆料中加入聚乙二醇，恒温搅拌后经干燥，煅烧，即得到改性C-S-H纳米晶。
9.如权利要求8所述的早强型超高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述钙源包括氧化钙；
和/或，所述硅源包括稻壳灰，所述稻壳灰的平均粒径为50～100μm，二氧化硅含量≥90wt％。
和/或，所述聚乙二醇的分子量为200～1600，质量浓度0.2％～0.8％。
10.如权利要求7所述的早强型超高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述钙源中的CaO与所述硅源中的SiO2的摩尔比为(1.4～1.7)：1。
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