一種快硬早強高延性水泥基複合材料及其製備方法
2023-12-02 23:24:11
一種快硬早強高延性水泥基複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明提供一種快硬早強高延性水泥基複合材料，它由以下重量份的原料製備而成：7.5?75份的水泥、0?70份的礦物摻合料、0?60份的細骨料、8?25份的水、0.6?2.5份的纖維和0.25?2份的外加劑；所述的水泥為硫鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥與矽酸鹽水泥的混合物。本發明所述的高延性水泥基複合材料具有硬化速度快、早期強度高、伸長率高、抗裂性能好等優點，適用於混凝土結構的搶修等工程應用中。本發明還提供所述的快硬早強高延性水泥基複合材料的製備方法。
【專利說明】一種快硬早強高延性水泥基複合材料及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於建築材料領域，具體涉及一種水泥基複合材料，更具體地涉及一種利 用硫鋁酸鹽水泥製備的快硬早強高延性水泥基複合材料，及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 高延性水泥基複合材料是一種纖維增強水泥基複合材料，在拉伸、彎曲、剪切荷載 下，呈現出高延性，極限伸長率高達2%，是普通混凝土和纖維混凝土的上百倍，它的發明和 應用改變了 "水泥基材料為準脆性材料"的傳統觀念。高延性水泥基複合材料在軸心拉伸荷 載下呈現出多縫開裂（multiple-cracking)。此外，高延性水泥基複合材料裂縫寬度小，平 均裂縫寬度100 μ m以下，且不會隨應變增加而增加。與普通混凝土和纖維混凝土相比，高 延性水泥基複合材料在抗震、抗衝擊、抗剪切、抗疲勞性能及耐久性等方面有較大的優勢。 尤其在混凝土修補中，高延性水泥基複合材料的使用可大大降低由於修補材料收縮而導致 的開裂及其引起的耐久性問題。此外，由於高延性水泥基複合材料具有優秀的抗拉性能，因 此它可以提1?修補後結構的承載力。
[0003] 目前，高延性水泥基複合材料主要使用普通矽酸鹽水泥作為膠凝材料，且加入了 大量的礦物慘合料[I LI VC. On engineered cementitious composites (ECC) [J], Journal of Advanced Concrete Technology 2003, 1 (3) :215-230 ;2 張君、居賢春、高原，"高延性低 收縮纖維增強水泥基符合材料特性及應用"，混凝土與標準化，2011年第三期，11-20頁]， 因此材料的硬化速度較慢，早期強度不高，凝結時間經常長達10幾個小時。但是，在很多搶 修搶建工程需要儘早達到結構的使用要求，故要求材料的硬化速度快、早期強度高。例如， 在某些機場、高速公路的修補工程一般要求4到6小時通車。
[0004] 鑑於上述現有技術中存在的局限性，有必要研發一種快硬早強的高延性水泥基復 合材料，以適應搶修搶建等工程。
【發明內容】
[0005] 本發明以硫鋁酸鹽水泥為基礎膠凝材料提高材料的硬化速度和早期強度，複合矽 酸鹽水泥以調節材料的後期強度和其他性能，研發出一種快硬早強的快硬早強高延性水泥 基複合材料。
[0006] 本發明採用如下技術方案：
[0007] 本發明提供一種快硬早強高延性水泥基複合材料，它由以下重量份的原料製備而 成：7. 5?75份的水泥、0?70份的礦物摻合料、0?60份的細骨料、8?25份的水、0. 6? 2. 5份的纖維和0. 25?2份的外加劑；所述的水泥為硫鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥與矽酸 鹽水泥的混合物。
[0008] 本發明所述的纖維可以使用國產纖維，優選由聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯 纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚丙烯晴纖維或玻璃纖維中的一種或多種組成。
[0009] 本發明更優選的一種方案中，所述的纖維全部為聚丙烯纖維。
[0010] 本發明更優選的一種方案中，所述的纖維全部為聚乙烯醇纖維。
[0011] 本發明更優選的再一種方案中，所述的纖維按重量百分比計，由48. 4%的聚丙烯 纖維和51. 6%的聚乙烯纖維組成。
[0012] 所述的纖維直徑為6 μ m?100 μ m，長度為3mm?24mm。
[0013] 聚丙烯纖維抗拉強度為300MPa?800MPa，彈性模量為5GPa?IOGPa ;高強高 彈模的聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚醯胺纖維和玻璃纖維抗拉強度為IOOOMPa? 3500MPa，彈性模量為30GPa?150GPa ;聚丙烯晴纖維抗拉強度為500MPa?lOOOMPa，彈性 模量為IOGPa?20GPa。
[0014] 所述的礦物摻合料為粉煤灰、磨細礦渣粉或矽灰中的一種或多種的混合物。
[0015] 所述的細骨料為石英石粉、石灰石粉或河砂中的一種或多種的混合物；細骨料的 最大粒徑不超過〇. 5mm。
[0016] 所述的外加劑為減水劑、早強劑、緩凝劑或增稠劑的一種或多種的混合物。
[0017] 所述的減水劑優選聚羧酸系高性能減水劑或萘系高效減水劑，進一步優選為聚羧 Ife系1?性能減水劑。
[0018] 所述的早強劑優選鋰鹽早強劑、氯鹽早強劑，進一步優選為鋰鹽早強劑。
[0019] 所述的緩凝劑優選木質素類、糖類、磷酸鹽、酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽、檸檬酸及其鹽 類、纖維素類緩凝劑，進一步優選為葡萄糖酸鈉緩凝劑或檸檬酸鈉緩凝劑。
[0020] 所述的增稠劑優選聚丙烯酸類增稠劑、纖維素醚、澱粉醚或鋁鹽，進一步優選為聚 丙烯酸類增稠劑。
[0021] 本發明還提供所述的高延性水泥基複合材料的製備方法，具體步驟為：將按所述 比例稱量好的水泥、礦物摻合料和細骨料加入到攪拌機中，然後將水和外加劑按所述的比 例加入攪拌機中，攪拌2?4分鐘；最後加入所述比例的纖維，再攪拌3?6分鐘，即得到所 述的高延性水泥基複合材料。整個攪拌過程用時為6?10分鐘。
[0022] 與現有技術相比，本發明的高延性水泥基複合材料具有以下有益效果：
[0023] 1.凝結速度快、早期強度高
[0024] 4小時、6小時和12小時抗壓強度分別為15. 8MPa、20. 5MPa和23. 8MPa。
[0025] 2.抗拉性能好
[0026] 28天抗拉強度達3. OMPa以上，極限伸長率達2. 0 %以上。
[0027] 3.製備工藝簡單、新拌材料工作性好
[0028] 本發明的製備工藝簡單，普通的混凝土攪拌設備即可滿足製備需要，整個攪拌過 程用時僅為6?10分鐘。
【具體實施方式】
[0029] 實施例1 :
[0030] 硫鋁酸鹽水泥、粉煤灰、石英石粉、水、聚羧酸系高性能減水劑、碳酸鋰早強劑、葡 萄糖酸鈉緩凝劑、聚丙烯酸類增稠劑、聚丙烯纖維的重量比為33. 38:25. 04:25. 04:14. 60:0 .58:0. 01:0. 04:0. 08:1. 23。
[0031] 將稱量好的水泥、礦物摻合料和細骨料加入到攪拌機內，將外加劑溶入水中，然後 一起緩慢加入攪拌桶內，攪拌4分鐘；將纖維撒到攪拌桶內，再攪拌3分鐘。
[0032] 4小時、6小時、12小時、24小時、3天和28天抗壓強度分別為15. 8MPa、20. 5MPa、 22. 8MPa、24. 5MPa、27. IMPa和39. OMPa，28天抗拉強度和極限伸長率分別為3. IMPa和 2. 1%。
[0033] 實施例2 :
[0034] 硫鋁酸鹽水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能減水劑、碳酸鋰早強劑、葡 萄糖酸鈉緩凝劑、聚丙烯酸類增稠劑、聚乙烯醇纖維的重量比為25. 05:33. 42:25. 05:14. 60 :0. 54:0. 01:0. 02:0. 10:1. 21〇
[0035] 將稱量好的水泥、礦物摻合料和細骨料加入到攪拌機內，將外加劑溶入水中，然後 一起緩慢加入攪拌桶內，攪拌3分鐘；將纖維撒到攪拌桶內，再攪拌5分鐘。
[0036] 4小時、6小時、12小時、24小時、3天和28天抗壓強度分別為10. 5MPa、14. 5MPa、 20. 9MPa、21. 5MPa、25. OMPa和37. 3MPa，28天抗拉強度和極限伸長率分別為3. 6MPa和 2. 5%。
[0037] 實施例3 :
[0038] 硫鋁酸鹽水泥、磨細礦渣粉、河砂、水、聚羧酸系高性能減水劑、碳酸鋰早強劑、聚 丙烯酸類增稠劑、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維的重量比為24. 84:41. 38:16. 56:15. 32:0. 62:0. 01:0. 05:0. 59:0. 63。
[0039] 將稱量好的水泥、礦物摻合料和細骨料加入到攪拌機內，將外加劑溶入水中，然後 一起緩慢加入攪拌桶內，攪拌4分鐘；將纖維撒到攪拌桶內，再攪拌5分鐘。
[0040] 4小時、6小時、12小時、24小時、3天和28天抗壓強度分別為11. 5MPa、21. 6MPa、 28. 5MPa、35. 4MPa、41. 5MPa和58. 7MPa，28天抗拉強度和極限伸長率分別為4. 5MPa和 4. 3%。
[0041] 實施例4:
[0042] 硫鋁酸鹽水泥、矽酸鹽水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能減水劑、碳酸 鋰早強劑、葡萄糖酸鈉緩凝劑、聚丙烯酸類增稠劑、聚乙烯醇纖維的重量比為22. 55:2. 51:3 3. 42:25. 05:14. 60:0. 54:0. 01:0. 02:0. 08:1. 22。
[0043] 將稱量好的水泥、礦物摻合料和細骨料加入到攪拌機內，將外加劑溶入水中，然後 一起緩慢加入攪拌桶內，攪拌3分鐘；將纖維撒到攪拌桶內，再攪拌5分鐘。
[0044] 4小時、6小時、12小時、24小時、3天和28天抗壓強度分別為12. 6MPa、17. 5MPa、 22. 4MPa、27. 5MPa、32. 2MPa和45. 3MPa，28天抗拉強度和極限伸長率分別為3. 6 MPa和 3. 1%。
【權利要求】
1. 一種快硬早強高延性水泥基複合材料，其特徵在於，它由以下重量份的原料製備而 成： 7. 5?75份的水泥、O?70份的礦物摻合料、O?60份的細骨料、8?25份的水、0. 6? 2. 5份的纖維和0. 25?2份的外加劑；所述的水泥為硫鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥與矽酸 鹽水泥的混合物。
2. 權利要求1所述的高延性水泥基複合材料，其特徵在於：所述的纖維由聚丙烯纖維、 聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚丙烯晴纖維或玻璃纖維中的一種或多種 組成。
3. 權利要求1所述的高延性水泥基複合材料，其特徵在於：所述的纖維是聚丙烯纖維、 聚乙烯醇纖維或聚乙烯纖維中的一種或兩種的混合物。
4. 權利要求1所述的高延性水泥基複合材料，其特徵在於：所述的纖維按重量百分比 計，由48. 4%的聚丙烯纖維和51. 6%的聚乙烯纖維組成。
5. 權利要求1所述的高延性水泥基複合材料，其特徵在於：所述的礦物摻合料為粉煤 灰、磨細礦渣粉或矽灰中的一種或多種的混合物。
6. 權利要求1所述的高延性水泥基複合材料，其特徵在於：所述的細骨料為石英石粉、 石灰石粉或河砂中的一種或多種的混合物；細骨料的最大粒徑不超過〇. 5 _。
7. 權利要求1所述的高延性水泥基複合材料，其特徵在於：所述的外加劑為減水劑、早 強劑、緩凝劑或增稠劑的一種或多種的混合物；所述的減水劑為聚羧酸系高性能減水劑或 萘系高效減水劑；所述的早強劑為鋰鹽早強劑、氯鹽早強劑；所述的緩凝劑為木質素類、糖 類、磷酸鹽、酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽、檸檬酸及其鹽類、纖維素類緩凝劑；所述的增稠劑為聚 丙烯酸類增稠劑、纖維素醚、澱粉醚或鋁鹽。
8. 權利要求7所述的高延性水泥基複合材料，其特徵在於：所述的減水劑為聚羧酸系 高性能減水劑；所述的早強劑為鋰鹽早強劑；所述的緩凝劑為葡萄糖酸鈉緩凝劑或檸檬酸 鈉緩凝劑；所述的增稠劑為聚丙烯酸類增稠劑。
9. 製備權利要求1所述的高延性水泥基複合材料的方法，具體步驟為：將按所述比例 稱量好的水泥、礦物摻合料和細骨料加入到攪拌機中；然後將水和外加劑按所述的比例加 入攪拌機中，攪拌2?4分鐘；最後加入所述比例的纖維，再攪拌3?6分鐘，即得到所述的 高延性水泥基複合材料。
【文檔編號】C04B28/06GK104211358SQ201410460947
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】周健, 張利俊, 隋同波, 陳智豐, 王彬, 李晉梅, 劉淼, 吳曉麗, 李菁, 苗振偉 申請人:中國中材國際工程股份有限公司