專利名稱：一種高延性水泥基復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑用復(fù)合材料，具體涉及一種高延性水泥基復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
水泥混凝土一直是最主要的建筑材料，具有原料來源廣泛、工藝簡(jiǎn)便、防火、適應(yīng)性強(qiáng)和應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，但與此同時(shí)，混凝土材料也存在抗拉強(qiáng)度低、韌性差、可靠性低和開裂后裂縫寬度難以控制等缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重的影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和服役壽命，使其成為當(dāng)今土木工程領(lǐng)域所面臨的一個(gè)世界性重大工程技術(shù)問題。因此，尋找制備裂縫寬度可控的高韌性，具有較好應(yīng)變硬化能力的高性能水泥基復(fù)合材料顯得尤為重要。20世紀(jì)90年代早期美國密歇根大學(xué)的Victor. Li主持研究設(shè)計(jì)了工程水泥基復(fù)合材料(Engineered Cementitious Composite, ECC)。該材料在纖維體積慘量2份左右的 情況下，載荷一撓度曲線呈現(xiàn)明顯的應(yīng)變硬化特征，撓度可達(dá)l(T40mm，承載力強(qiáng)，表現(xiàn)出較高的應(yīng)變硬化能力和多縫開裂開展特性，飽和狀態(tài)的多縫開裂裂縫寬度小于O.1 mm,呈現(xiàn)極好的延性行為。此后，不含粗骨料的各種高延性水泥基復(fù)合材料已成為水泥混凝土之外的一個(gè)新的重要分支。通過以各種細(xì)集料和粉料作為原材料，采用相應(yīng)的技術(shù)加工工藝，各種延性較好、應(yīng)變能力強(qiáng)，并具有優(yōu)異的多縫開裂行為的高性能水泥基復(fù)合材料不斷涌現(xiàn)。但是，目前研制的各類建筑用復(fù)合材料均是使用傳統(tǒng)通用硅酸鹽水泥作為基體，其巨大的能量消耗和環(huán)境污染較大地限制了該類材料在環(huán)境友好等綠色工程中的應(yīng)用；此外，現(xiàn)有大量工業(yè)廢渣包括磷渣、礦渣、粉煤灰等以及大量工業(yè)廢石膏如脫硫石膏、磷石膏、氟石膏等，利用率極低，占用土地，浪費(fèi)資源，且對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，制約著我國自然資源、環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種高延性水泥基復(fù)合材料，該高延性水泥基復(fù)合材料在減少環(huán)境污染、明顯降低CO2排放量的基礎(chǔ)上，具有優(yōu)異的延性和明顯的無害化多縫開裂行為。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一種高延性水泥基復(fù)合材料，所述高延性水泥基復(fù)合材料包括以下組分特種水泥、特細(xì)砂、水、減水劑及纖維，所述的高延性水泥基復(fù)合材料組成比例為按重量計(jì)，特種水泥5(Γ80份，特細(xì)砂18 55份，水1(Γ30份，減水劑O. 25 1. 2份，纖維O. 8 1. 8份；所述的特種水泥是一種由7(Γ85份的活性混合材料，1(Γ20份硫酸鹽及f 5份的堿性成分組成；所述的活性混合材料至少一種選自礦渣、粉煤灰、磷渣、鋼渣。優(yōu)選的，所述的特細(xì)砂細(xì)度為20 140目。優(yōu)選的，所述的特細(xì)砂為機(jī)制砂、尾礦砂、石英砂、天然砂中的任意一種。優(yōu)選的，所述硫酸鹽至少一種選自硬石膏、二水石膏、磷石膏、脫硫石膏、磷石膏、朽1檬酸石骨、氯石骨、鹽石骨、味梢石骨、銅石骨或鈦石骨。
優(yōu)選的，所述減水劑為減水率30%以上，固含量大于30%的聚羧酸減水劑。優(yōu)選的，所述纖維為長(zhǎng)度6 12臟，直徑30 40 μ m，抗拉強(qiáng)度為1500 1700MPa，彈性模量為35 45GPa的聚乙烯醇纖維。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述高延性水泥基復(fù)合材料的原理如下本發(fā)明所述高延性水泥基復(fù)合材料包含有以下組分，各組分按重量份計(jì)特種水泥50 80份，特細(xì)砂18 55份，水10 30份，減水劑O. 25 1. 2份，纖維O. 8 1. 8份。本發(fā)明所述高延性水泥基復(fù)合材料采用將特種水泥代替現(xiàn)有作為基體的通用硅酸鹽水泥，特種水泥的水化機(jī)理如下式(I):
A102>0H>S0廣—3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20 (I)該特種水泥無需經(jīng)過煅燒處理，將各材料按比例磨細(xì)至相應(yīng)的比表面積，可以達(dá)到與現(xiàn)有硅酸鹽水泥相同的強(qiáng)度要求。將特種水泥與特細(xì)砂、水、減水劑以及纖維按上述比例混合制備所得的高延性水泥基復(fù)合材料能夠有效消除使用通用硅酸鹽產(chǎn)生的大量能量消耗及CO2污染。本發(fā)明所述高延性水泥基復(fù)合材料，可以達(dá)到現(xiàn)有利用通用硅酸鹽水泥作為基體的高延性水泥基復(fù)合材料的延性和承載力。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的特細(xì)砂細(xì)度為20-140目，其可以是現(xiàn)有使用的任一種特細(xì)砂，包括機(jī)制砂、尾礦砂、石英砂、天然砂等，本發(fā)明優(yōu)選采用所述特細(xì)砂為至少一種選自機(jī)制砂或尾礦砂；所述機(jī)制砂和尾礦砂均為工業(yè)生產(chǎn)中所大量產(chǎn)生工業(yè)廢棄物，本發(fā)明優(yōu)選采用上述兩種特細(xì)砂可以進(jìn)一步降低能源消耗和減少環(huán)境污染；同時(shí)，當(dāng)機(jī)制砂和尾礦砂的細(xì)度為20-140目時(shí)，其制備出的高延性水泥基復(fù)合材料的延性和承載力可以進(jìn)一步的提聞。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的高延性水泥基復(fù)合材料優(yōu)選采用所述的硫酸鹽可以是現(xiàn)有的任一種常用石骨，包括有二水石骨、硬石骨、磷石骨、脫硫石骨、磷石骨、朽1檬酸石骨、氟石膏、鹽石膏、味梢石膏、銅石膏或鈦石膏；本發(fā)明優(yōu)選采用工業(yè)副產(chǎn)石膏可以進(jìn)一步的提高工業(yè)廢渣利用率。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的高延性水泥基復(fù)合材料優(yōu)選采用所述的減水劑為固含量為30%以上，可以進(jìn)一步的提聞本發(fā)明所述聞延性水泥基復(fù)合材料的延性和承載力。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的高延性水泥基復(fù)合材料優(yōu)選采用所述的纖維為長(zhǎng)度6 12mm,直徑30 40 μ m,抗拉強(qiáng)度在1500 1700MPa之間，彈性模量在35 45GPa之間的聚乙烯醇纖維，采用此纖維可以更好地提高本發(fā)明所述高延性水泥基復(fù)合材料的延性和承載力。本發(fā)明的另一個(gè)目的還在于提供一種所述的高延性水泥基復(fù)合材料的制備方法，按照以下步驟制備高延性水泥基復(fù)合材料A、將特細(xì)砂和特種水泥按比例混合，然后加入水、減水劑混合并攪拌均勻；B、將A步驟所得混合物加入纖維混合并攪拌均勻；C、將B步驟所得混合物水化硬化后進(jìn)行脫模，制得所述高延性水泥基復(fù)合材料。本發(fā)明所述高延性水泥基復(fù)合材料可以采用通常的制備方法，即將各組分物質(zhì)直接混合的方式；本發(fā)明制備方法還可采用上述優(yōu)選實(shí)施方案，即先將特種水泥和特細(xì)砂混合、與水和減水劑混合后拌合均勻、與纖維混合后拌合均勻、再水化硬化后進(jìn)行脫模的方式。本發(fā)明上述優(yōu)選的實(shí)施方案中在混合各組分物料時(shí)采用了一定的先后順序的步驟，從而能夠使得所得的復(fù)合材料具有更高的延性和承載力。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述高延性水泥基復(fù)合材料的制備方法優(yōu)選采用所述特種水泥采用勃氏透氣儀測(cè)其比表面積為460-500m2/kg。本發(fā)明優(yōu)選采用上述實(shí)施方式可以進(jìn)一步的提聞聞延性水泥基復(fù)合材料的延性以及承載力。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裂紋分布情況示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1-6載荷-撓度曲線試驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例1 6 :表I為本發(fā)明配方；表2為本發(fā)明具體實(shí)施配方，表3為具體實(shí)施例所用的具體材料特征。表I高延性水泥基復(fù)合材料配方(重量份數(shù)份)
特種水泥水特_攀減水削纖維
50-80_15 35 20-60 0.25-1.5_0.8-1.S_表2高延性水泥基復(fù)合材料具體實(shí)施例配方(重量份數(shù)份)
權(quán)利要求
1.一種高延性水泥基復(fù)合材料，其特征在于它包括以下組分特種水泥、特細(xì)砂、水、減水劑及纖維，所述的高延性水泥基復(fù)合材料組成比例為按重量計(jì)，特種水泥5(Γ80份，特細(xì)砂18 55份，水10 30份，減水劑O. 25 1. 2份，纖維O. 8 1. 8份；所述的特種水泥是一種由70 85份的活性混合材料，10 20份硫酸鹽及I飛份的堿性成分組成；所述的活性混合材料至少一種選自礦渣、粉煤灰、磷渣、鋼渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述的特細(xì)砂細(xì)度為2(Tl40 目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述的特細(xì)砂為機(jī)制砂、尾礦砂、石英砂、天然砂中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述硫酸鹽至少一種選自硬石骨、二水石骨、磷石骨、脫硫石骨、磷石骨、朽1檬酸石骨、氟石骨、鹽石骨、味梢石骨、銅石骨或鈦石骨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述減水劑為減水率30%以上，固含量大于30%的聚羧酸減水劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高延性水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述纖維為長(zhǎng)度6 12mm,直徑30 40 μ m,抗拉強(qiáng)度為150(Tl700MPa，彈性模量為35 45GPa的聚乙烯醇纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開一種建筑用復(fù)合材料，具體涉及一種高延性水泥基復(fù)合材料。所述高延性水泥基復(fù)合材料，所述高延性水泥基復(fù)合材料包括以下組分特種水泥、特細(xì)砂、水、減水劑及纖維，所述的高延性水泥基復(fù)合材料組成比例為按重量計(jì)，特種水泥50~80份，特細(xì)砂18~55份，水10~30份，減水劑0.25~1.2份，纖維0.8~1.8份；所述的特種水泥是一種由70~85份的活性混合材料，10~20份硫酸鹽及1~5份的堿性成分組成；所述的活性混合材料至少一種選自礦渣、粉煤灰、磷渣、鋼渣。本發(fā)明高延性水泥基復(fù)合材料可以有效地降低能量消耗、減少環(huán)境污染及提高工業(yè)廢渣的利用率并且同時(shí)具有較高的延性和承載力。
文檔編號(hào)C04B28/14GK103011744SQ201210554859
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者高育欣, 余保英, 徐芬蓮 申請(qǐng)人:中建商品混凝土成都有限公司