專利名稱：一種高延性水泥基復合材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑用復合材料，具體涉及一種高延性水泥基復合材料。
背景技術：
水泥混凝土一直是最主要的建筑材料，具有原料來源廣泛、工藝簡便、防火、適應性強和應用方便等優點，但與此同時，混凝土材料也存在抗拉強度低、韌性差、可靠性低和開裂后裂縫寬度難以控制等缺點。這些缺點嚴重的影響混凝土結構的耐久性和服役壽命，使其成為當今土木工程領域所面臨的一個世界性重大工程技術問題。因此，尋找制備裂縫寬度可控的高韌性，具有較好應變硬化能力的高性能水泥基復合材料顯得尤為重要。20世紀90年代早期美國密歇根大學的Victor. Li主持研究設計了工程水泥基復合材料(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明顯的應變硬化特征，撓度可達l(T40mm，承載力強，表現出較高的應變硬化能力和多縫開裂開展特性，飽和狀態的多縫開裂裂縫寬度小于O.1 mm,呈現極好的延性行為。此后，不含粗骨料的各種高延性水泥基復合材料已成為水泥混凝土之外的一個新的重要分支。通過以各種細集料和粉料作為原材料，采用相應的技術加工工藝，各種延性較好、應變能力強，并具有優異的多縫開裂行為的高性能水泥基復合材料不斷涌現。但是，目前研制的各類建筑用復合材料均是使用傳統通用硅酸鹽水泥作為基體，其巨大的能量消耗和環境污染較大地限制了該類材料在環境友好等綠色工程中的應用；此外，現有大量工業廢渣包括磷渣、礦渣、粉煤灰等以及大量工業廢石膏如脫硫石膏、磷石膏、氟石膏等，利用率極低，占用土地，浪費資源，且對周邊環境造成嚴重的污染，制約著我國自然資源、環境保護的可持續發展。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種高延性水泥基復合材料，該高延性水泥基復合材料在減少環境污染、明顯降低CO2排放量的基礎上，具有優異的延性和明顯的無害化多縫開裂行為。為解決以上技術問題，本發明的技術方案是采用一種高延性水泥基復合材料，所述高延性水泥基復合材料包括以下組分特種水泥、特細砂、水、減水劑及纖維，所述的高延性水泥基復合材料組成比例為按重量計，特種水泥5(Γ80份，特細砂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。優選的，所述的特細砂細度為20 140目。優選的，所述的特細砂為機制砂、尾礦砂、石英砂、天然砂中的任意一種。優選的，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。優選的，所述纖維為長度6 12臟，直徑30 40 μ m，抗拉強度為1500 1700MPa，彈性模量為35 45GPa的聚乙烯醇纖維。與現有技術相比，本發明所述高延性水泥基復合材料的原理如下本發明所述高延性水泥基復合材料包含有以下組分，各組分按重量份計特種水泥50 80份，特細砂18 55份，水10 30份，減水劑O. 25 1. 2份，纖維O. 8 1. 8份。本發明所述高延性水泥基復合材料采用將特種水泥代替現有作為基體的通用硅酸鹽水泥，特種水泥的水化機理如下式(I):
A102>0H>S0廣—3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20 (I)該特種水泥無需經過煅燒處理，將各材料按比例磨細至相應的比表面積，可以達到與現有硅酸鹽水泥相同的強度要求。將特種水泥與特細砂、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合材料能夠有效消除使用通用硅酸鹽產生的大量能量消耗及CO2污染。本發明所述高延性水泥基復合材料，可以達到現有利用通用硅酸鹽水泥作為基體的高延性水泥基復合材料的延性和承載力。進一步的，本發明所述的特細砂細度為20-140目，其可以是現有使用的任一種特細砂，包括機制砂、尾礦砂、石英砂、天然砂等，本發明優選采用所述特細砂為至少一種選自機制砂或尾礦砂；所述機制砂和尾礦砂均為工業生產中所大量產生工業廢棄物，本發明優選采用上述兩種特細砂可以進一步降低能源消耗和減少環境污染；同時，當機制砂和尾礦砂的細度為20-140目時，其制備出的高延性水泥基復合材料的延性和承載力可以進一步的提聞。進一步的，本發明所述的高延性水泥基復合材料優選采用所述的硫酸鹽可以是現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；本發明優選采用工業副產石膏可以進一步的提高工業廢渣利用率。進一步的，本發明所述的高延性水泥基復合材料優選采用所述的減水劑為固含量為30%以上，可以進一步的提聞本發明所述聞延性水泥基復合材料的延性和承載力。進一步的，本發明所述的高延性水泥基復合材料優選采用所述的纖維為長度6 12mm,直徑30 40 μ m,抗拉強度在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明所述高延性水泥基復合材料的延性和承載力。本發明的另一個目的還在于提供一種所述的高延性水泥基復合材料的制備方法，按照以下步驟制備高延性水泥基復合材料A、將特細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行脫模，制得所述高延性水泥基復合材料。本發明所述高延性水泥基復合材料可以采用通常的制備方法，即將各組分物質直接混合的方式；本發明制備方法還可采用上述優選實施方案，即先將特種水泥和特細砂混合、與水和減水劑混合后拌合均勻、與纖維混合后拌合均勻、再水化硬化后進行脫模的方式。本發明上述優選的實施方案中在混合各組分物料時采用了一定的先后順序的步驟，從而能夠使得所得的復合材料具有更高的延性和承載力。進一步的，本發明所述高延性水泥基復合材料的制備方法優選采用所述特種水泥采用勃氏透氣儀測其比表面積為460-500m2/kg。本發明優選采用上述實施方式可以進一步的提聞聞延性水泥基復合材料的延性以及承載力。
圖1為本發明實施例四點彎曲試驗示意圖；圖2為本發明實施例四點彎曲試驗裂紋分布情況示意圖；圖3為本發明實施例1-6載荷-撓度曲線試驗結果。
具體實施例方式為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。實施例1 6 :表I為本發明配方；表2為本發明具體實施配方，表3為具體實施例所用的具體材料特征。表I高延性水泥基復合材料配方(重量份數份)
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高延性水泥基復合材料具體實施例配方(重量份數份)
權利要求
1.一種高延性水泥基復合材料，其特征在于它包括以下組分特種水泥、特細砂、水、減水劑及纖維，所述的高延性水泥基復合材料組成比例為按重量計，特種水泥5(Γ80份，特細砂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.根據權利要求1所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于所述的特細砂細度為2(Tl40 目。
3.根據權利要求1所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于所述的特細砂為機制砂、尾礦砂、石英砂、天然砂中的任意一種。
4.根據權利要求1所述的高延性水泥基復合材料，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.根據權利要求1所述的高延性水泥基復合材料，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.根據權利要求1所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于所述纖維為長度6 12mm,直徑30 40 μ m,抗拉強度為150(Tl700MPa，彈性模量為35 45GPa的聚乙烯醇纖維。
全文摘要
本發明公開一種建筑用復合材料，具體涉及一種高延性水泥基復合材料。所述高延性水泥基復合材料，所述高延性水泥基復合材料包括以下組分特種水泥、特細砂、水、減水劑及纖維，所述的高延性水泥基復合材料組成比例為按重量計，特種水泥50~80份，特細砂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。本發明高延性水泥基復合材料可以有效地降低能量消耗、減少環境污染及提高工業廢渣的利用率并且同時具有較高的延性和承載力。
文檔編號C04B28/14GK103011744SQ201210554859
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者高育欣, 余保英, 徐芬蓮 申請人:中建商品混凝土成都有限公司