CN116751074A - 一种低收缩轻骨料ecc材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低收缩轻骨料ECC材料及其制备方法。本发明使用煤矸石轻骨料的ECC材料可实现煤矸石高值化利用，同时节约成本；采用涂油处理可对PVA纤维与胶凝基体之间的粘结性起到较好的调节作用，使ECC材料具有更高韧性。传统ECC材料的收缩约在(1200～1800)×10‑6左右，煤矸石轻骨料的内养护效应可使ECC的收缩率低至约415×10‑6，在抵抗收缩方面取得明显效果。本发明所制备的轻骨料ECC材料具有低收缩、自重小的特点，可解决当前韧性与收缩难以兼顾的问题，促进低收缩轻骨料ECC的发展与应用，实现了固体废物的可持续利用，在保护环境方面起到重要作用，具有实际推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种低收缩轻骨料ECC材料及其制备方法。
背景技术
当今世界，混凝土作为重要的建筑材料已成为不可或缺的材料，其具有良好的可塑性、耐火性以及经济性，应用范围广泛。然而，目前的混凝土自重大、抗拉强度低、延展性较差，混凝土结构因裂缝问题导致工程事故频发。因此，混凝土的轻质、高强和低收缩化成为建筑行业技术发展的关键。
高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)具有高耐久性、高抗拉强度和高韧性，减少裂缝的增长，增加了抗冲击强度等特点，可满足强柱弱梁、强节点弱构件的设计要求；提高连梁构件及子结构的抗震性能；用于既有结构及震损结构的加固及修复和预制轻型薄壁结构构件和维护构件。然而，由于ECC材料无粗骨料，导致其水泥浆体的含量大，收缩变形且自重较大，严重影响结构的耐久性。
针对以上问题，亟需开发一种低收缩、自重轻的ECC材料，实现混凝土的低收缩、高韧性和低密度，对轻质低收缩ECC构件的应用具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种低收缩轻骨料ECC材料及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种低收缩轻骨料ECC材料，包括以下重量份原料：水泥420～560份、煤矸石轻骨料700～1000份、涂油PVA纤维15～20份、粉煤灰微珠150～300份、硅灰100～300份、减缩剂0～25份，减水剂15～25份、水140～160份。
优选的是，所述的低收缩轻骨料ECC材料，所述煤矸石轻骨料为0.15～2.36mm连续级配，所述煤矸石轻骨料的堆积密度为800～1200kg/m3，饱和吸水率为7％～10％，孔隙率为17％。
优选的是，所述的低收缩轻骨料ECC材料，所述涂油PVA纤维的制备方法为：
将涂油剂加入至水中，混合得到混合液；
将PVA纤维置于混合液中浸泡；
将浸泡后的PVA纤维于一定压力下压制后，干燥，即得涂油PVA纤维。
优选的是，所述的低收缩轻骨料ECC材料，所述涂油剂包括烷基酮二聚体和聚氨酯丙烯酸共聚物的混合物；
所述烷基酮二聚体、聚氨酯丙烯酸共聚物的质量比为(1～2):(1～2)；
所述PVA纤维、涂油剂、水的质量比为(3～5):(1～2):(20～30)。
优选的是，所述的低收缩轻骨料ECC材料，将浸泡后的PVA纤维于0.1～0.3Mpa压力下压制后，于100～140℃下干燥10～30min，即得涂油PVA纤维。
优选的是，所述的低收缩轻骨料ECC材料，所述PVA纤维的公称长度为6～12mm，当量直径为0.01～0.039mm，抗拉强度≥1620MPa，弹性模量40～50Gpa。
优选的是，所述的低收缩轻骨料ECC材料，所述粉煤灰微珠烧失量≤4.8％，需水量比≤90％，球形颗粒体积率≥90％。
优选的是，所述的低收缩轻骨料ECC材料，所述硅灰中SiO2的质量含量≥93％，比表面积为≥13000kg/m3，28d活性指数为≥100％。
优选的是，所述的低收缩轻骨料ECC材料，所述水泥为P·O52.5硅酸盐水泥；
所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述减水剂减水率≥30％；
所述减缩剂为聚醚型减缩剂，所述减缩剂减缩率≥15％。
第二方面，本发明还提供了一种所述的低收缩轻骨料ECC材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料；
预湿煤矸石轻骨料、水泥、粉煤灰微珠、硅灰混合搅拌，然后加入水、减水剂、减缩剂再次搅拌，最后加入涂油PVA纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置后拆模进行标准养护或蒸压养护，即得低收缩轻骨料ECC材料。
本发明的一种低收缩轻骨料ECC材料及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明的低收缩轻骨料ECC材料，采用具有孔隙率高、固废利用率大的煤矸石轻骨料制备低收缩轻骨料ECC材料，有效降低ECC材料自重和成本，煅烧煤矸石细骨料中的活性细粉及骨料表面Si，Al组分与Ca(OH)2反应生成胶凝状物质，有助于密实砂浆孔隙和界面结构，阻碍水分向砂浆基体及骨料内部传输，降低砂浆的初始和二次水吸附；煅烧过程中骨料强度的提高对砂浆的干燥收缩具有约束作用。预湿轻骨料在浆体硬化过程中进行释水，通过内养护作用减小浆体收缩。本发明采用的减缩剂，在胶凝材料和煤矸石搅拌均匀之后加入，增大浆体黏度，增强水在凝聚体的吸附作用，减小混凝土的收缩。由于纤维表面具有很强的亲水性，使用涂油剂可降低纤维表面的亲水性，以减少PVA纤维与胶凝基体之间的粘附，调整界面行为以提高韧性；
2、本发明所得低收缩轻骨料ECC材料的表观密度为1860～1980kg/m3，较一般ECC材料自重降低为12％以上，同时抗压强度能达到88MPa，28d收缩比传统ECC 28d收缩低15％以上，不仅可以提高抗拉、抗压和弹性模量，还使耐久性能得到提高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。本发明的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。
本申请实施例提供了一种低收缩轻骨料ECC材料，包括以下重量份原料：水泥420～560份、煤矸石轻骨料500～700份、涂油PVA纤维15～20份、粉煤灰微珠150～300份、硅灰100～300份、减缩剂0～25份，减水剂15～25份、水140～160份。
需要说明的是，本发明的低收缩轻骨料ECC材料，包括煤矸石轻骨料，煤矸石轻骨料是工业废弃物的高值化利用，通过高温煅烧得到的细集料，粒形呈现球状，具有轻质、多孔的性质，可以解决沉降问题并在浆体硬化后释水内养护，不仅能降低混凝土收缩，还在集料的周围形成一层水化程度较高、较密实的界面过渡区，称为“拱壳”结构，高强的球形“拱壳”可以分散应力，避免混凝土受压时集料处应力集中导致的破坏，缓解低强度的多孔集料对混凝土力学性能的不利影响，用其制备低收缩ECC材料，可有效降低ECC材料的自重。此外，煤矸石轻骨料的高值化利用减少了传统ECC材料中河砂的使用，符合碳中和发展战略。
本发明使用煤矸石轻骨料的ECC材料可实现煤矸石高值化利用，同时节约成本；采用涂油处理可对PVA纤维与胶凝基体之间的粘结性起到较好的调节作用，使ECC材料具有更高韧性。传统ECC材料的收缩约在(1200～1800)×10-6左右，煤矸石轻骨料的内养护效应可使ECC的收缩率低至约415×10-6，在抵抗收缩方面取得明显效果。本发明所制备的轻骨料ECC材料具有低收缩、自重小的特点，可解决当前韧性与收缩难以兼顾的问题，促进低收缩轻骨料ECC的发展与应用，实现了固体废物的可持续利用，在保护环境方面起到重要作用，具有实际推广价值。
在一些实施例中，煤矸石轻骨料为0.15～2.36mm连续级配，煤矸石轻骨料的堆积密度为800～1200kg/m3，饱和吸水率为7％～10％，孔隙率为17％。
具体的，上述实施例中，煤矸石轻骨料的堆积密度为800～1200kg/m3，堆积密度小于1200kg/m3即为轻骨料；煤矸石轻骨料的孔隙率为17％，说明煤矸石轻骨料具有多孔的性质。
在一些实施例中，涂油PVA纤维的制备方法为：
S1、将涂油剂加入至水中，混合得到混合液；
S2、将PVA纤维置于混合液中浸泡；
S3、将浸泡后的PVA纤维于一定压力下压制后，干燥，即得涂油PVA纤维。
在一些实施例中，涂油剂包括烷基酮二聚体和聚氨酯丙烯酸共聚物的混合物；烷基酮二聚体、聚氨酯丙烯酸共聚物的质量比为(1～2):(1～2)。
具体的，聚氨酯丙烯酸共聚物为水性聚氨醋丙烯酸共聚物。
在一些实施例中，PVA纤维、涂油剂、水的质量比为(3～5):(1～2):(20～30)。
在一些实施例中，将浸泡后的PVA纤维于0.1～0.3Mpa压力下压制后，于100～140℃下干燥10～30min，即得涂油PVA纤维。
在一些实施例中，涂油PVA纤维的制备方法为：
S1、将涂油剂加入至水中，于60℃下搅拌5min，混合得到混合液；其中，涂油剂由烷基酮二聚体、聚氨酯丙烯酸共聚物按质量比为1:1混合而成；涂油剂与水的质量比为1:20；
S2、将PVA纤维置于混合液中浸泡20～40min，这使得处理的化学物质以薄膜形式沉积在PVA纤维表面；
S3、将浸泡后的PVA纤维于填充机上以0.2MPa的压力压制后，于120℃下干燥20min，即得涂油PVA纤维。
在一些实施例中，PVA纤维即聚乙烯醇纤维，其是以聚乙烯醇为原料纺丝制得的合成纤维，PVA纤维的公称长度为6～12mm，当量直径为0.01～0.039mm，抗拉强度≥1620MPa，弹性模量40～50Gpa。
在一些实施例中，粉煤灰微珠烧失量≤4.8％，需水量比≤90％，球形颗粒体积率≥90％。
在一些实施例中，硅灰中SiO2的质量含量≥93％，比表面积为≥13000kg/m3，28d活性指数为≥100％。
在一些实施例中，水泥为P·O52.5硅酸盐水泥。
在一些实施例中，减水剂为聚羧酸系减水剂，减水剂减水率≥30％。
在一些实施例中，减缩剂为聚醚型减缩剂，减缩剂减缩率≥15％。
在一些实施例中，水为普通自来水，符合《混凝土用水标准》JGJ63的要求。
本发明的低收缩轻骨料ECC材料，采用具有孔隙率高、固废利用率大的煤矸石轻骨料制备低收缩轻骨料ECC材料，有效降低ECC材料自重和成本，煅烧煤矸石细骨料中的活性细粉及骨料表面Si，Al组分与Ca(OH)2反应生成胶凝状物质，有助于密实砂浆孔隙和界面结构，阻碍水分向砂浆基体及骨料内部传输，降低砂浆的初始和二次水吸附；煅烧过程中骨料强度的提高对砂浆的干燥收缩具有约束作用。预湿轻骨料在浆体硬化过程中进行释水，通过内养护作用减小浆体收缩。本发明采用的减缩剂，在胶凝材料和煤矸石搅拌均匀之后加入，增大浆体黏度，增强水在凝聚体的吸附作用，减小混凝土的收缩。由于纤维表面具有很强的亲水性，使用涂油剂可降低纤维表面的亲水性，以减少PVA纤维与胶凝基体之间的粘附，调整界面行为以提高韧性。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种上述的低收缩轻骨料ECC材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料；
S2、预湿煤矸石轻骨料、水泥、粉煤灰微珠、硅灰混合搅拌，然后加入水、减水剂、减缩剂再次搅拌，最后加入涂油PVA纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置后拆模进行标准养护或蒸压养护，即得低收缩轻骨料ECC材料。
具体的，步骤S1包括：将700～1000份的煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料。
具体的，步骤S2具体包括：将步骤S1中预湿煤矸石轻骨料、420～560份水泥、150～300份粉煤灰微珠、100～300份硅灰倒入混凝土搅拌机中搅拌3分钟至均匀，随后加入140～160份水和15～25份减水剂、15～25份减缩剂继续搅拌均匀，再缓慢均匀的撒入15～20份涂油PVA纤维搅拌均匀，最后进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置10h后全部拆模进行标准养护(恒温20±2℃，相对湿度95％RH)28d或者蒸压养护(恒压1.2MPa，180℃水蒸气)3d，即得所述低收缩轻骨料ECC材料。
本发明所得低收缩轻骨料ECC材料的表观密度为1860～1980kg/m3，较一般ECC材料自重降低为12％以上，同时抗压强度能达到88MPa，28d收缩比传统ECC 28d收缩低15％以上，不仅可以提高抗拉、抗压和弹性模量，还使耐久性能得到提高。
以下进一步以具体实施例说明本申请的低收缩轻骨料ECC材料及其制备方法。本部分结合具体实施例进一步说明本发明内容，但不应理解为对本发明的限制。如未特别说明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例和对比例中，煅烧煤矸石轻骨料由安徽淮南某公司提供，主要应用于混凝土材料中，筒压强度25MPa，骨料为0.15～2.36mm连续级配，堆积密度800～1200kg/m3，饱和吸水率7％～10％，比表面积为400kg/m3，孔隙率为17％；粉煤灰微珠由天津筑成新材料有限公司提供，烧失量为4.8％，比表面积为1350kg/m3，28d活性指数≥92％；硅灰由上海天恺硅粉材料有限公司提供，SiO2质量含量93％，比表面积为≥13000kg/m3，28d活性指数为≥100％；水泥由江南小野田水泥有限公司提供的P·O 52.5硅酸盐水泥；减缩剂采用江苏苏博特新材料股份有限公司生产的SBT-SRA(1)聚醚类减缩剂；减水剂由江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA-1系列聚羧酸减水剂，固含量为20％，减水率为30％。
以下实施例和对比例中，涂油PVA纤维的制备方法为：
S1、将涂油剂加入至水中，于60℃下搅拌5min，混合得到混合液；其中，涂油剂由烷基酮二聚体(AKD一种不饱和内酯，不溶于水的蜡状固体，购买自寿光德圣造纸化工有限公司)、聚氨酯丙烯酸共聚物(粘度对温度依赖性大，购买自上海涓瑞化工有限公司)按质量比为1:1混合而成；涂油剂与水的质量比为1:20；
S2、将PVA纤维(产自湖南长沙科技产业园)置于混合液中浸泡30min；其中，PVA纤维与混合液质量比为1:1；
S3、将浸泡后的PVA纤维于填充机上以0.2MPa的压力压制后，于120℃下干燥20min，即得涂油PVA纤维。
实施例1
本申请实施例提供了一种低收缩轻骨料ECC材料，包括以下原料：
水泥560kg/m3、硅灰180kg/m3、粉煤灰微珠200kg/m3、煤矸石轻骨料969kg/m3、涂油PVA纤维16kg/m3、减缩剂0kg/m3、减水剂20kg/m3、水150kg/m3。
上述低收缩轻骨料ECC材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将969kg/m3的煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料；
S2、将步骤S1中预湿煤矸石轻骨料、560kg/m3水泥、200kg/m3粉煤灰微珠、180kg/m3硅灰倒入混凝土搅拌机中搅拌3分钟至均匀，随后加入150kg/m3水和20kg/m3减水剂、0kg/m3减缩剂继续搅拌均匀，再加入16kg/m3涂油PVA纤维搅拌均匀，最后进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置10h后全部拆模进行标准养护(恒温20±2℃，相对湿度95％RH)28d，即得低收缩轻骨料ECC材料。
实施例2
本申请实施例提供了一种低收缩轻骨料ECC材料，包括以下原料：
水泥520kg/m3、硅灰180kg/m3、粉煤灰微珠240kg/m3、煤矸石轻骨料969kg/m3、涂油PVA纤维16kg/m3、减缩剂15kg/m3、减水剂20kg/m3、水150kg/m3。
上述低收缩轻骨料ECC材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将969kg/m3的煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料；
S2、将步骤S1中预湿煤矸石轻骨料、520kg/m3水泥、240kg/m3粉煤灰微珠、180kg/m3硅灰倒入混凝土搅拌机中搅拌3分钟至均匀，随后加入150kg/m3水和20kg/m3减水剂、15kg/m3减缩剂继续搅拌均匀，再加入16kg/m3涂油PVA纤维搅拌均匀，最后进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置10h后全部拆模进行标准养护(恒温20±2℃，相对湿度95％RH)28d，即得低收缩轻骨料ECC材料。
实施例3
本申请实施例提供了一种低收缩轻骨料ECC材料，包括以下原料：
水泥500kg/m3、硅灰200kg/m3、粉煤灰微珠240kg/m3、煤矸石轻骨料969kg/m3、涂油PVA纤维16kg/m3、减缩剂20kg/m3、减水剂20kg/m3、水150kg/m3。
上述低收缩轻骨料ECC材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将969kg/m3的煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料；
S2、将步骤S1中预湿煤矸石轻骨料、500kg/m3水泥、240kg/m3粉煤灰微珠、200kg/m3硅灰倒入混凝土搅拌机中搅拌3分钟至均匀，随后加入150kg/m3水和20kg/m3减水剂、20kg/m3减缩剂继续搅拌均匀，再加入16kg/m3涂油PVA纤维搅拌均匀，最后进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置10h后全部拆模进行标准养护(恒温20±2℃，相对湿度95％RH)28d，即得低收缩轻骨料ECC材料。
实施例4
本申请实施例提供了一种低收缩轻骨料ECC材料，包括以下原料：
水泥420kg/m3、硅灰220kg/m3、粉煤灰微珠300kg/m3、煤矸石轻骨料969kg/m3、涂油PVA纤维16kg/m3、减缩剂25kg/m3、减水剂20kg/m3、水150kg/m3。
上述低收缩轻骨料ECC材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将969kg/m3的煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料；
S2、将步骤S1中预湿煤矸石轻骨料、420kg/m3水泥、300kg/m3粉煤灰微珠、220kg/m3硅灰倒入混凝土搅拌机中搅拌3分钟至均匀，随后加入150kg/m3水和20kg/m3减水剂、25kg/m3减缩剂继续搅拌均匀，再加入16kg/m3涂油PVA纤维搅拌均匀，最后进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置10h后全部拆模进行标准养护(恒温20±2℃，相对湿度95％RH)28d，即得低收缩轻骨料ECC材料。
对比例1
本对比例提供了一种ECC材料，包括以下原料：
水泥560kg/m3、硅灰180kg/m3、粉煤灰微珠200kg/m3、河砂1137kg/m3、涂油PVA纤维16kg/m3、减缩剂0kg/m3、减水剂20kg/m3、水150kg/m3。
上述ECC材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1137kg/m3河砂、560kg/m3水泥、200kg/m3粉煤灰微珠、180kg/m3硅灰倒入混凝土搅拌机中搅拌3分钟至均匀，随后加入150kg/m3水和20kg/m3减水剂、0kg/m3减缩剂继续搅拌均匀，再加入16kg/m3涂油PVA纤维搅拌均匀，最后进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置10h后全部拆模进行标准养护(恒温20±2℃，相对湿度95％RH)28d，即得ECC材料。
对比例2
本对比例提供了一种ECC材料，包括以下原料：
水泥520kg/m3、硅灰180kg/m3、粉煤灰微珠240kg/m3、煤矸石轻骨料969kg/m3、PVA纤维16kg/m3、减缩剂15kg/m3、减水剂20kg/m3、水150kg/m3。
上述ECC材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将969kg/m3的煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料；
S2、将步骤S1中预湿煤矸石轻骨料、520kg/m3水泥、240kg/m3粉煤灰微珠、180kg/m3硅灰倒入混凝土搅拌机中搅拌3分钟至均匀，随后加入150kg/m3水和20kg/m3减水剂、15kg/m3减缩剂继续搅拌均匀，再加入16kg/m3 PVA纤维搅拌均匀，最后进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置10h后全部拆模进行标准养护(恒温20±2℃，相对湿度95％RH)28d，即得低收缩轻骨料ECC材料。
测试上述实施例1～4和对比例1～2中ECC材料性能，结果如下表1所示。
表1-实施例1～4和对比例1～2中ECC材料性能
从上表1中可以看出，对比例1中使用河砂代替煤矸石轻骨料后，得到的ECC材料自重大、收缩率高，由此说明煤矸石轻骨料的加入可以降低ECC材料的自重和收缩率；从对比例2和实施例2对比可以看出，使用涂油PVA纤维代替PVA纤维后ECC材料的自重和收缩率进一步降低，说明涂油PVA纤维可以降低ECC材料的自重和收缩率。从实施例1～4可以看出，本发明所得的ECC材料表观密度为1860～1985kg/m3，较传统ECC降低自重12％以上，抗压强度为61.4～88MPa，收缩率为415×10-6～1014×10-6，具有自重轻、低收缩、韧性高且高抗拉、抗裂以及抗渗等优点。本发明制备的轻质低收缩ECC可降低结构在服役过程中裂缝的增长速率，优化结构的抗冲击强度等性能，可满足强柱弱梁、强节点、弱构件的设计要求；提高连梁构件及子结构的抗震性能；用于震损结构的修复加固、预制轻型薄壁结构构件以及构件的日常维护。有效促进了轻质低收缩ECC材料的应用和发展，同时利用固体废弃物，提高经济效益和环保效益，具有很高的推广价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，包括以下重量份原料：水泥420～560份、煤矸石轻骨料700～1000份、涂油PVA纤维15～20份、粉煤灰微珠150～300份、硅灰100～300份、减缩剂0～25份，减水剂15～25份、水140～160份。
2.如权利要求1所述的低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，所述煤矸石轻骨料为0.15～2.36mm连续级配，所述煤矸石轻骨料的堆积密度为800～1200kg/m3，饱和吸水率为7％～10％，孔隙率为17％。
3.如权利要求1所述的低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，所述涂油PVA纤维的制备方法为：
将涂油剂加入至水中，混合得到混合液；
将PVA纤维置于混合液中浸泡；
将浸泡后的PVA纤维于一定压力下压制后，干燥，即得涂油PVA纤维。
4.如权利要求3所述的低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，所述涂油剂包括烷基酮二聚体和聚氨酯丙烯酸共聚物的混合物；
所述烷基酮二聚体、聚氨酯丙烯酸共聚物的质量比为(1～2):(1～2)；
所述PVA纤维、涂油剂、水的质量比为(3～5):(1～2):(20～30)。
5.如权利要求3所述的低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，将浸泡后的PVA纤维于0.1～0.3Mpa压力下压制后，于100～140℃下干燥10～30min，即得涂油PVA纤维。
6.如权利要求3～5任一所述的低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，所述PVA纤维的公称长度为6～12mm，当量直径为0.01～0.039mm，抗拉强度≥1620MPa，弹性模量40～50Gpa。
7.如权利要求1所述的低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，所述粉煤灰微珠烧失量≤4.8％，需水量比≤90％，球形颗粒体积率≥90％。
8.如权利要求1所述的低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，所述硅灰中SiO2的质量含量≥93％，比表面积为≥13000kg/m3，28d活性指数为≥100％。
9.如权利要求1所述的低收缩轻骨料ECC材料，其特征在于，所述水泥为P·O52.5硅酸盐水泥；
所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述减水剂减水率≥30％；
所述减缩剂为聚醚型减缩剂，所述减缩剂减缩率≥15％。
10.一种如权利要求1～9任一所述的低收缩轻骨料ECC材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将煤矸石轻骨料置于水中浸泡至饱水状态得到预湿煤矸石轻骨料；
预湿煤矸石轻骨料、水泥、粉煤灰微珠、硅灰混合搅拌，然后加入水、减水剂、减缩剂再次搅拌，最后加入涂油PVA纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣，使用塑料薄膜覆盖试件，静置后拆模进行标准养护或蒸压养护，即得低收缩轻骨料ECC材料。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110080584A (ko) * | 2010-01-06 | 2011-07-13 | 주식회사 포스코건설 | 폴리아미드 섬유를 포함하는 초고강도 내화 콘크리트 |
| KR20130078098A (ko) * | 2011-12-30 | 2013-07-10 | 주식회사 로드코리아 | 고인성 섬유보강 시멘트 조성물 및 이를 이용한 교면포장 공법 |
| CN106431131A (zh) * | 2016-09-05 | 2017-02-22 | 南京工业大学 | 一种纤维增强高韧性高阻尼水泥基复合材料的制备方法 |
| CN107935505A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-04-20 | 武汉理工大学 | 一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法 |
| CN110330273A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-10-15 | 中国铁路总公司 | 纤维增强混凝土原料、纤维增强混凝土及其制备方法和应用 |
| CN110606713A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-24 | 成都志达商品混凝土厂 | 一种高强轻集料混凝土及其制备工艺 |
| CN112745085A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-05-04 | 福州大学 | 可喷射pva-ecc高延性水泥基复合材料及制备方法 |
| CN115893953A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-04 | 江西省建材科研设计院有限公司 | 一种低收缩超高性能混凝土及其制备方法 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110080584A (ko) * | 2010-01-06 | 2011-07-13 | 주식회사 포스코건설 | 폴리아미드 섬유를 포함하는 초고강도 내화 콘크리트 |
| KR20130078098A (ko) * | 2011-12-30 | 2013-07-10 | 주식회사 로드코리아 | 고인성 섬유보강 시멘트 조성물 및 이를 이용한 교면포장 공법 |
| CN106431131A (zh) * | 2016-09-05 | 2017-02-22 | 南京工业大学 | 一种纤维增强高韧性高阻尼水泥基复合材料的制备方法 |
| CN107935505A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-04-20 | 武汉理工大学 | 一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法 |
| CN110330273A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-10-15 | 中国铁路总公司 | 纤维增强混凝土原料、纤维增强混凝土及其制备方法和应用 |
| CN110606713A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-24 | 成都志达商品混凝土厂 | 一种高强轻集料混凝土及其制备工艺 |
| CN112745085A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-05-04 | 福州大学 | 可喷射pva-ecc高延性水泥基复合材料及制备方法 |
| CN115893953A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-04 | 江西省建材科研设计院有限公司 | 一种低收缩超高性能混凝土及其制备方法 |
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