本發(fā)明專利技術(shù)提供一種高延性水泥基復合材料，它由以下重量份的原料制備而成：71.8～85份的基材、12.9～25.2份的水、0.89～2.67份的纖維和0.11～1.23份的外加劑；所述的纖維由聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維或玻璃纖維中的兩種以上組成，其中各纖維占纖維總重量的比例分別為：15%～89.5%、0%～68.4%、0%～75.6%、0%～73.5%、0%～56.4%。本發(fā)明專利技術(shù)所述的高延性水泥基復合材料抗壓強度高、制備成本低，抗壓強度可達50.5MPa以上，同時制備成本降低到現(xiàn)有技術(shù)的15%～50%。本發(fā)明專利技術(shù)還提供所述的高延性水泥基復合材料的制備方法。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種水泥基復合材料，更具體地涉及一種纖維增強水泥基復合材料，及其制備方法。
技術(shù)介紹
高延性水泥基復合材料是一種纖維增強水泥基復合材料，在拉伸、彎曲、剪切荷載下，呈現(xiàn)出高延性，極限延伸率高達3%，是普通混凝土和纖維混凝土的上百倍，它的專利技術(shù)和應用改變了“水泥基材料為準脆性材料”的傳統(tǒng)觀念。與普通混凝土和纖維混凝土相比，高延性水泥基復合材料在抗地震荷載、抗沖擊荷載、抗剪切荷載、抗疲勞荷載及耐久性等方面有較大的優(yōu)勢，它將為解決因混凝土的抗拉性能差、韌性低帶來的結(jié)構(gòu)承載力低和耐久性差等問題和提高混凝土建(構(gòu))筑物的安全性和可靠性提供技術(shù)支持和材料保障。高延性水泥基復合材料在單軸拉伸荷載下呈現(xiàn)出應變硬化(stain-hardening)和多縫開裂(multiple-cracking)。此外，高延性水泥基復合材料裂縫寬度小，平均裂縫寬度100 μ m以下，且不會隨應變增加而增加。高延性水泥基復合材料裂縫寬度控制是材料的自身特性，與是否配筋以及配筋率大小無關(guān)；而普通混凝土的裂縫寬度無法控制，即使在配筋的情況下，裂縫寬度也高達幾百微米甚至幾毫米。由于纖維的貢獻，纖維混凝土的裂縫控制得到了一定程度的提高，但裂縫寬度一般也達幾百微米。目前，高延性水泥基復合材料主要使用高強高彈模纖維，如聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維和芳香族聚酰胺纖維，該類纖維的抗拉強度高，為1000~3500MPa，彈性模量高，為30 ~150GPa。美國密歇根大學 Victor Li 教授團隊[1LI VC.0n engineered cementitiouscomposites (ECC)[J], Journal of Advanced Concrete Technology2003, I(3):215-230]和清華大學張君教授團隊[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]主要使用日本Kuraray產(chǎn)聚乙烯醇纖維，獲得的高延性水泥基復合材料的28天抗拉強度一般為4MPa~6MPa，極限延伸率一般為1.5%~4%，抗壓強度一般為20~60MPa。徐世烺[3徐世烺，一種高韌性控裂防滲纖維混凝土，專利技術(shù)專利CN101665342A]也是采用了高強高彈性模量的纖維(聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維和芳香族聚酰胺纖維)來制備高韌性控裂防滲纖維混凝土。高強高彈模的聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維和芳香族聚酰胺纖維價格昂貴，導致材料總成本非常高。高昂的材料造價是制約高延性水泥基復合材料工程應用的主要瓶頸，降低材料造價已成為該項技術(shù)研究的首要任務。聚丙烯纖維是一種低強低彈模纖維，抗拉強度低，為300~800MPa，彈性模量低，為5~lOGPa，但纖維成本低，如果用于制備高延性水泥基復合材料可大大降低材料成本。沈陽建筑大學俞家歡博士近期研發(fā)出一種聚丙烯纖維增強高延性水泥基復合材料[4俞家歡，一種強韌性聚丙烯纖維增強水泥基復合材料，專利技術(shù)專利CN101891417A]。該材料制備工藝耗時、耗能，攪拌時間長達80~120分鐘，這大大降低材料的制備效率，增加了材料生產(chǎn)能耗。此外，由于聚丙烯纖·維強度低、彈模低，單一使用聚丙烯纖維制備的高延性水泥基復合材料的抗壓強度不超過50MPa。鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的局限性，有必要研發(fā)一種抗壓強度高且成本低的高延性水泥基復合材料，以提聞聞延性水泥基復合材料的綜合品質(zhì)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)采用低強低彈模的聚丙烯纖維與一種或多種高強高彈模纖維(如聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維和玻璃纖維)復摻的技術(shù)手段對材料性能進行優(yōu)化，制備出抗壓強度高、成本低的高延性水泥基復合材料，并通過優(yōu)化材料制備工藝，縮短制備時間，提聞生廣效率。為解決上述技術(shù)問題和實現(xiàn)上述目標，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案:提供一種高延性水泥基復合材料，它由以下重量份的原料制備而成:71.8~85份的基材、12.9~25.2份的水、0.89~2.67份的纖維和0.11~1.23份的外加劑。本專利技術(shù)所述的纖維可以使用國產(chǎn)建筑纖維，優(yōu)選由聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維或玻璃纖維中的兩種以上組成，其中各纖維占纖維總重量的比例分別為:15% ~89.5%、0% ~68.4%、0% ~75.6%、0% ~73.5%、0% ~56.4%。本專利技術(shù)優(yōu)選的方案中，所述的纖維中聚丙烯纖維占纖維總重量的45%~65%。本專利技術(shù)更優(yōu)選的一種方案中，所述的纖維按重量百分比計，由63.6%的聚丙烯纖維和36.4%的玻璃纖維組成。本專利技術(shù)更優(yōu)選的另一種方案中，所述的纖維按重量百分比計，由53.7%的聚丙烯纖維、25.8%的聚乙烯醇纖維和20.5%的玻璃纖維組成。本專利技術(shù)更優(yōu)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。`本專利技術(shù)更優(yōu)選的再一種方案中，所述的纖維按重量百分比計，由56.5%的聚丙烯纖維和43.5%的芳香族聚酰胺纖維組成。所述的纖維直徑為6 μ m~80 μ m，長度為3~24mm。聚丙烯纖維抗拉強度為300~800MPa，彈性模量為5~IOGPa ;高強高彈模的聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維和玻璃纖維抗拉強度為1000~3500MPa，彈性模量為30~150GPa。所述的基材由水泥、礦物摻合料和細骨料組成，三種成分的重量比為10~66.7:20 ~90:0 ~35。所述的礦物摻合料是由粉煤灰、磨細礦渣粉或硅灰中的一種或兩種以上的混合物。所述的細骨料為石英石粉、石灰石粉或河砂中的一種或兩種以上的混合物；細骨料的最大粒徑不超過0.5mm。所述的外加劑為減水劑和增稠劑。所述的減水劑優(yōu)選聚羧酸系高性能減水劑或萘系高效減水劑，進一步優(yōu)選為聚羧Ife系聞性能減水劑。所述的增稠劑優(yōu)選聚丙烯酸類增稠劑、纖維素醚、淀粉醚或鋁鹽，進一步優(yōu)選為聚丙烯酸類增稠劑。本專利技術(shù)還提供所述的高延性水泥基復合材料的制備方法，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，干拌2~4分鐘；然后將水和外加劑按所述的比例加入攪拌機中，攪拌4~8分鐘；最后加入所述比例的纖維，再攪拌6~8分鐘，即得到所述的高延性水泥基復合材料。整個攪拌過程用時為12~20分鐘。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的高延性水泥基復合材料具有以下有益效果:1.材料性能好本專利技術(shù)的28天材料性能為:抗拉強度為4.0MPa~6.8MPa，極限延伸率為1.9%~5.8%,抗折強度為10.3MPa~18.5MPa,抗壓強度為50.5MPa~78.6MPa。圖1給出了實施例3的28天應力應變曲線。2.制備工藝簡單、新拌材料工作性好本專利技術(shù)的制備工藝簡單，普通的混凝土攪拌設備即可滿足制備需要，整個攪拌過程用時僅為12~20分鐘。新拌材料的工作性好，流動擴展度(不需振動情況下)為17~30cmo3.成本低聚丙烯纖維的造價約為聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維的10~50%,因此本項目使用聚丙烯纖維與 其他纖維復摻制備出高延性水泥基復合材料的成本降低到原來的15%~50%。【附圖說明】圖1是實施例3的高延性水泥基復合材料的28天應力應變曲線。【具體實施方式】實施例1:水泥本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種高延性水泥基復合材料，其特征在于，它由以下重量份的原料制備而成：71.8～85份的基材、12.9～25.2份的水、0.89～2.67份的纖維和0.11～1.23份的外加劑；所述的纖維由聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維或玻璃纖維中的兩種以上組成，其中各纖維占纖維總重量的比例分別為：15%～89.5%、0%～68.4%、0%～75.6%、0%～73.5%、0%～56.4%。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高延性水泥基復合材料，其特征在于，它由以下重量份的原料制備而成: 71.8~85份的基材、12.9~25.2份的水、0.89~2.67份的纖維和0.11~1.23份的外加劑； 所述的纖維由聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維或玻璃纖維中的兩種以上組成，其中各纖維占纖維總重量的比例分別為:15%~89.5%、0%~68.4%、0% ~75.6%、0% ~73.5%、0% ~56.4%。2.權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于:所述的纖維中聚丙烯纖維占纖維總重量的45%~65%。3.權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于:所述的纖維按重量百分比計，由63.6%的聚丙烯纖維和36.4%的玻璃纖維組成。4.權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于:所述的纖維按重量百分比計，由53.7%的聚丙烯纖維、25.8%的聚乙烯醇纖維和20.5%的玻璃纖維組成。5.權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于: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。6.權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：隋同波，周健，張利俊，陳智豐，李晉梅，劉淼，李菁，吳曉麗，王彬，
申請(專利權(quán))人：中國中材國際工程股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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