CN202671438U

CN202671438U - 一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品

Info

Publication number: CN202671438U
Application number: CN 201220261101
Authority: CN
Inventors: 熊吉如; 王杰; 许升; 陶婷婷
Original assignee: NANJING BEILIDA INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: NANJING BEILIDA NEW MATERIAL SYSTEM ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-06-05

Abstract

本实用新型涉及的是一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品。具体来说是将紧密堆积设计高性能混凝土技术与混杂纤维增强技术结合，制备出一种具有极好可施工性，并兼备超高强度、低变形、高耐久性等优点的新型纤维增强水泥基复合材料制品。包括纤维增强水泥基柔性抗裂面层和纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层；在纤维增强水泥基柔性抗裂面层上复合有纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层；在纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层中铺设有0-3层网状增强材料；纤维增强水泥基柔性抗裂面层和纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层是在带有装饰效果的模具中复合而成。适用于建筑外墙装饰、室内工程施工，以及道路，桥梁等施工。

Description

一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品

技术领域

本实用新型涉及的是一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品。具体来说是将紧密堆积设计高性能混凝土技术与混杂纤维增强技术结合，制备出一种具有极好可施工性，并兼备超高强度、低变形、高耐久性等优点的新型纤维增强水泥基复合材料制品。产品应用范围包括建筑外墙装饰、室内工程施工，以及对水泥基材强度和耐久性有较高要求的道路，桥梁等施工。

背景技术

高性能混凝土（high performance concrete，缩写为HPC）是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。但是随着建筑工程施工要求的逐步提高，高性能混凝土依然存在拉压比低、脆性高与收缩大等缺点，不能完全满足施工需求。这是因为虽然高性能混凝土采用了较小的水胶比，并掺入比表面积更大的活性掺合料，但若将完全均一细度而没有形成级配的矿物掺合料掺人混凝土中后，不能充分发挥其微观填充作用。有研究表明从粉体颗粒紧密堆积的理论出发，将不同细度的矿物质粉体颗粒进行合理掺配，使亚微观范围内的胶凝材料颗粒形成紧密堆积的填充效果，可有效降低水泥凝胶体的孔隙率，改善孔结构，对混凝土的性能具有改善作用。目前紧密堆积设计高性能混凝土技术在国内外还处于初探阶段。

与此同时，由于混凝土自身会随着龄期的延长收缩裂纹增多，封闭孔的数量急剧增加，出现抗拉强度呈现下降的趋势，即使是高性能混凝土也不可避免的出现这种趋势。通过纤维复合胶凝材料来提升抗拉强度成为高性能混凝土性能改进的另一重点方向。传统工艺通常采用玻璃纤维增强混凝土（GRC），但是由于玻璃纤维中的SiO2易于和水泥水化时产生的Ca(OH)2发生反应，导致产品耐久性下降成为行业内无法回避的问题。同时研究表明单一纤维替代玻璃纤维增强混凝土都有各自的优点和缺点，混杂纤维增强技术合理的采用多种纤维混杂增强混凝土，能够充分发挥不同纤维的优点，在不同的结构层次和受力阶段，既发挥各单一纤维的作用和功能，又发挥多种纤维复合的叠加作用，因此逐渐得到越来越多的企业关注和研究。目前国内关于混杂纤维增强混凝土的研究基本还处于实验室研究阶段，而与紧密堆积设计高性能混凝土技术复合在国内尚为空白。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述不足之处，提供一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品，采用紧密堆积设计高性能混凝土，同时复合混杂纤维增强技术，制备出超高强度、超耐久性的水泥基复合材料。

本实用新型目的通过以下技术方案得以实现：一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品包括纤维增强水泥基柔性抗裂面层和纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层；在纤维增强水泥基柔性抗裂面层上复合有纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层；在纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层中铺设有0-3层网状增强材料；纤维增强水泥基柔性抗裂面层和纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层是在带有装饰效果的模具中复合而成。

所述的纤维增强水泥基柔性抗裂面层中采用抗裂纤维增强装饰砂浆制成；所述的抗裂纤维选用PVA纤维、PU纤维、PP纤维、尼龙纤维、木纤维、纸浆纤维中的一种或几种；

所述纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层2采用高弹性模量纤维复合低弹性模量纤维增强水泥基材料制成；所述的高弹性模量纤维为弹性模量高于混凝土的纤维材料，选用玻璃纤维、钢纤维、碳纤维和玄武岩纤维中的一种或一种以上；所述的低弹性模量纤维为弹性模量低于混凝土的纤维材料，选用PVA纤维、PU纤维、PP纤维、尼龙纤维、木纤维、纸浆纤维中的一种或一种以上。

所述的网状增强材料3为耐碱玻璃纤维毡、耐碱玻璃纤维增强网格布、钢丝网中的一种。

所述的纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层通过水泥、超细石英粉、纳米材料形成毫米、微米、纳米级配的紧密堆积要求。

一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品包括纤维增强水泥基柔性抗裂面层（以下简称为“面层”）、纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层（以下简称为“结构层”）；结构层和面层是在带有装饰效果的模具中复合而成的。

一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品的生产方法如下：

1）将水泥、骨料、颜料、抗裂纤维、聚合物、外加剂、活性材料、水按照下述重量百分配比混合，搅拌均匀后制成面层砂浆，

其中原料重量百分配比为：

水泥 20-45%，

骨料 25-60%，

抗裂纤维 0-2%

颜料 0-5%，

聚合物 0-2.5%

外加剂 0-2%，

活性材料 0-5%

水 8-20％

所述的骨料选用砂子、细石子、玻璃碎屑、陶瓷碎屑、金属碎屑、贝壳类碎屑、云母碎片中的一种或几种；

所述的抗裂纤维可以采用PVA纤维、PU纤维、PP纤维、尼龙纤维、木纤维、纸浆纤维中的一种或几种。

所述的颜料选用粉状颜料或液体颜料；

所述的聚合物可以采用可再分散乳胶粉、聚丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种。

所述的外加剂可以采用减水剂、防冻剂、早强剂、增稠剂、缓凝剂中的一种或几种。

所述的活性材料可以采用偏高岭土、粉煤灰、矿粉、石粉、硅灰中的一种或几种。

2）将配置好的面层砂浆，采用喷射或刷涂或铺设振动法，在模具中制作好装饰层，自然固化10-60分钟；

3）将水泥、水、超细石英粉、活性材料、高弹性模量纤维、低弹性模量纤维、硅氧烷改性聚合物、外加剂、纳米材料按照下述重量百分配比混合，搅拌均匀制成纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆，其中原料重量百分配比为：

水泥 23-51%

水 10-18%

超细石英粉 25-48%

活性材料 4-10%

高弹性模量纤维 0.4-2%

低弹性模量纤维 0-1%

硅氧烷改性聚合物 0.5-4%

外加剂 0-2%

纳米材料 1-5%

超细石英粉：超细石英粉为颗粒粒径小于30μm的磨细石英骨料；

高弹性模量纤维：玻璃纤维、钢纤维、碳纤维和玄武岩纤维中的一种或一种以上；

低弹性模量纤维：PVA纤维、PU纤维、PP纤维、尼龙纤维、木纤维、纸浆纤维中的一种或一种以上；

硅氧烷改性聚合物：硅氧烷改性聚丙乳液、硅氧烷改性苯丙乳液、硅氧烷改性硅丙乳液中的一种；

纳米材料：选用粉体纳米SiO₂、粉体纳米Al₂O₃、胶态纳米SiO₂、胶态纳米Al₂O₃中的一种，胶态纳米SiO₂和胶态纳米Al₂O₃为稳定性优越的水溶性溶液，固含量为25%~40%。

4）将配置好的纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆，采用喷射或振动浇注到制作好装饰层的模具中，采用刮板将浆料刮平，然后使用压辊进行辊压密实。

5）将0-3层网状增强材料铺设到模具中，用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层中；

所述的网状增强材料为耐碱玻璃纤维毡、耐碱玻璃纤维网格布、钢丝网中的一种。

6）将成型好的产品常温或蒸汽养护4-24小时后，进行脱模；

7）对脱模后的产品置于养护室养护1-3天后，制备成紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品。

所述的减水剂选用萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、聚羧酸减水剂中的一种；

所述的早强剂选用硫酸盐、亚硝酸盐、三乙醇胺中的一种；

所述的防冻剂选用氯化钙、碳酸钾、亚硝酸钠中的一种。

所述的增稠剂选用羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种。

所述的缓凝剂选用木钙、糖蜜、柠檬酸中的一种。

所述的模具由边框模具和底板模具组成。

本实用新型有益效果：

（1）利用了紧密堆积理论，选用粒径≤30μm的磨细石英砂作为骨料，足量掺入纳米材料，保证原材料粒径分布符合毫米级+微米级+纳米的“三元”连续级配要求，使得制的超高性能水泥基复合材料有较低的孔隙率，从而实现了制品高强度与耐久性结合；

（2）纳米材料Al₂O₃或SiO₂加入水泥，能够促进二次水化作用生成强度较高的低钙硅比C-S-H产物，大幅度提升产品强度。

（3）装饰面层掺入多种抗裂纤维，实现了柔性抗裂面层；结构层中加入了硅氧烷改性聚合物实现水泥颗粒分散悬浮性稳定，降低水泥石孔隙率，同时采用高弹性模量纤维和低弹性模量纤维混杂，大幅度改善了高强混凝土水泥的脆性高的问题，保证了产品的耐久性。

（4）通过高效外加剂和活性材料的使用，大大减少了水泥的用量，降低了水胶比，在提升产品的强度的同时降低了高能耗原材料水泥的使用，具有良好的社会效益。

（5）产品可塑性高，可以适应各种复杂的形状与花纹，满足设计师广泛的需求。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品的结构示意图。

具体实施方式

参照附图1，一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品包括纤维增强水泥基柔性抗裂面层1和纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层2；在纤维增强水泥基柔性抗裂面层1上复合有纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层2；在纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层2中铺设有0-3层网状增强材料3；纤维增强水泥基柔性抗裂面层1和纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层2是在带有装饰效果的模具中复合而成。

所述的纤维增强水泥基柔性抗裂面层1中采用抗裂纤维增强装饰砂浆制成；所述的抗裂纤维选用PVA纤维、PU纤维、PP纤维、尼龙纤维、木纤维、纸浆纤维中的一种或几种；

所述的纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层2采用高弹性模量纤维复合低弹性模量纤维增强水泥基材料制成；所述的高弹性模量纤维为弹性模量高于混凝土的纤维材料，选用玻璃纤维、钢纤维、碳纤维和玄武岩纤维中的一种或一种以上；所述的低弹性模量纤维为弹性模量低于混凝土的纤维材料，选用PVA纤维、PU纤维、PP纤维、尼龙纤维、木纤维、纸浆纤维中的一种或一种以上。

所述的纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层2通过水泥、超细石英粉、纳米材料形成毫米、微米、纳米级配的紧密堆积要求。

一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品的生产方法：

实施例1：

1) 按照重量百分配比将水泥20kg(20%)、砂子40 kg (40%)、玻璃碎屑10kg（10％）、PVA纤维1kg（1%）、木纤维1kg（1%）、粉状颜料3kg(3%)、可再分散乳胶粉2.5kg（2.5%）、减水剂萘磺酸盐甲醛缩合物0.5kg（0.5%）、早强剂硫酸盐0.5kg（0.5%）、防冻剂氯化钙0.5kg（0.5%）、粉煤灰3kg（3%）、矿粉2kg（2%）、和水16kg（16%）搅拌均匀后制成浆料备用。

2) 将配置好的面层砂浆，采用喷射法在模具中制作好装饰层，自然固化10分钟；

3) 按照重量百分配比将水泥23kg（23%）、水10kg（10%）、超细石英粉44kg（44%）、偏高岭土10kg（10%）、玻璃纤维1kg（1%）、碳纤维1kg（1%）、PVA纤维0.5kg（0.5%）、纸浆纤维0.5kg（0.5%）、硅氧烷改性聚丙乳液4kg（4%）、减水剂萘磺酸盐甲醛缩合物0.5kg（0.5%）、早强剂硫酸盐0.3kg（0.3%）、防冻剂氯化钙0.2kg（0.2%）、纳米SiO₂粉体5kg(5%)搅拌均匀制成纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆；

4) 将配置好的纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆，喷射到制作好装饰层的模具中，采用刮板将浆料刮平，然后使用压辊进行辊压密实。

5) 将1层耐碱玻璃纤维毡铺设到模具中，用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层中；

6) 将成型好的产品常温下养护4小时后，进行脱模；

7) 对脱模后的产品置于养护室养护1天后，制备成紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品。

实施例2：

1) 按照重量百分配比将水泥45kg(45%)、细石子20 kg (20%)、陶瓷碎屑5kg（5％）、液态颜料5kg(5%)、聚丙乳液2 kg（2%）、硅灰3kg（3%）和水20kg（20%）搅拌均匀后制成浆料备用。

2) 将配置好的面层砂浆，采用刷涂法在模具中制作好装饰层，自然固化20分钟；

3) 按照重量百分配比将水泥51kg（51%）、水15kg（15%）、超细石英粉25kg（25%）、粉煤灰4kg（4%）、钢纤维0.4kg（0.4%）、硅氧烷改性苯丙乳液0.5kg（0.5%）、减水剂磺化三聚氰胺甲醛缩合物0.5kg（0.5%）、早强剂亚硝酸盐0.5kg（0.5%）、防冻剂碳酸钾0.5kg（0.5%）、纳米Al₂O₃粉体2.6kg(2.6%)搅拌均匀制成纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆；

4) 将配置好的纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆，采用振动浇注到制作好装饰层的模具中，采用刮板将浆料刮平，然后使用压辊进行辊压密实。

5) 将成型好的产品常温下养护8小时后，进行脱模；

6) 对脱模后的产品置于养护室养护2天后，制备成紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品。

实施例3：

1) 按照重量百分配比将水泥23kg(23%)、砂子40 kg (40%)、金属碎屑20kg（20％）、PU纤维0.5kg（0.5%）、纸浆纤维0.5kg（0.5%）、减水剂磺化三聚氰胺甲醛缩合物0.5kg（0.5%）、早强剂亚硝酸盐0.3kg（0.3%）、防冻剂碳酸钾0.2kg（0.2%）和水15kg（15%）搅拌均匀后制成浆料备用。

2) 将配置好的面层砂浆，采用铺设振动法在模具中制作好装饰层，自然固化30分钟；

3) 按照重量百分配比将水泥42kg（42%）、水13kg（13%）、超细石英粉33kg（33%）、矿粉6kg（6%）、玄武岩纤维1kg（1%）、PU纤维0.5kg（0.5%）、硅氧烷改性硅丙乳液2.5kg（2.5%）、固含量为25%的纳米SiO₂胶体2kg(2%)搅拌均匀制成纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆；

5) 将2层耐碱玻璃纤维网格布铺设到模具中，用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层中；

6) 将成型好的产品常温下养护16小时后，进行脱模；

7) 对脱模后的产品置于养护室养护3天后，制备成紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品。

实施例4：

1) 按照重量百分配比将水泥38kg(38%)、细石子38 kg (38%)、贝壳碎屑10kg（10％）、PP纤维0.5kg（0.5%）、粉状颜料2.5kg(2.5%)、苯丙乳液1.5kg（1.5%）、减水剂聚羧酸0.3kg（0.3%）、早强剂三乙醇胺0.2kg（0.2%）、偏高岭土1kg（1%）、和水8kg（8%）搅拌均匀后制成浆料备用。

2) 将配置好的面层砂浆，采用喷射法在模具中制作好装饰层，自然固化40分钟；

3) 按照重量百分配比将水泥24kg（24%）、水12kg（12%）、超细石英粉48kg（48%）、石粉7kg（7%）、碳纤维1kg（1%）、玄武岩纤维0.5kg（0.5%）、PP纤维0.5kg（0.5%）、木纤维0.5kg（0.5%）、硅氧烷改性聚丙乳液3kg（3%）、减水剂聚羧酸0.3kg（0.3%）、早强剂三乙醇胺0.2kg（0.2%）、固含量为25%的纳米Al₂O₃胶体3kg(3%)搅拌均匀制成纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆；

4) 将配置好的纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层料浆，振动浇注到制作好装饰层的模具中，采用刮板将浆料刮平，然后使用压辊进行辊压密实。

5) 将3层钢丝网铺设到模具中，用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层中；

6) 将成型好的产品常温下养护24小时后，进行脱模；

本实用新型一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品产品经过测试达到以下技术指标：体积密度≤2.3g/cm³；抗弯比例强度（LOP）≥13MPa；抗弯极限强度（MOR）≥25MPa；抗压强度≥155MPa；抗冲击性能（蒸养3d）≥25KJ/m2；收缩率（28d）≤1×10^-4；吸水率≤1.2%；冻融循环25次，无起皮，强度保留率≥95%；80℃水浴加速老化7d强度保留率≥90%。

Claims

1.一种紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品，其特征在于：包括纤维增强水泥基柔性抗裂面层和纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层；在纤维增强水泥基柔性抗裂面层上复合有纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层；在纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层中铺设有0-3层网状增强材料；纤维增强水泥基柔性抗裂面层和纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层是在带有装饰效果的模具中复合而成。

2.根据权利要求1所述的紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品，其特征在于：所述的纤维增强水泥基柔性抗裂面层中采用抗裂纤维增强装饰砂浆制成。

3.根据权利要求1所述的紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品，其特征在于：所述的纤维增强紧密堆积型高性能水泥基结构层采用高弹性模量纤维复合低弹性模量纤维增强水泥基材料制成；所述的高弹性模量纤维为弹性模量高于混凝土的纤维材料；所述的低弹性模量纤维为弹性模量低于混凝土的纤维材料。

4.根据权利要求1所述的紧密堆积高性能水泥基纤维复合制品，其特征在于：所述的网状增强材料为耐碱玻璃纤维毡、耐碱玻璃纤维增强网格布、钢丝网中的一种。