專利名稱：一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于建筑材料學工程領域，涉及一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料及其制備方法。
背 景技術水泥基材料作為目前最大宗的建材，其抗折抗壓強度比一般只有1/12 1/8，傳統高強水泥基材料的脆性特征則更為顯著。為適應混凝土結構工程領域向更高、跨度更大、荷載更重方向不斷擴展，以及日趨廣泛的混凝土結構工程修復、加固、改造工程，提高混凝土材料性能指標，克服其脆性大、抗彎強度低、抗沖擊性能差、易開裂等缺點，成為水泥基膠凝材料研究熱點。纖維增強水泥制品(包括修補用材料)可以大幅度提高材料的斷裂韌性和抗彎強度，是一類重要的水泥基復合材料，其核心是纖維增強技術。目前常用的無機纖維和有機纖維主要有石棉、玻璃纖維、鋼纖維、碳纖維、聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維等。如美國密西根大學的Li等人使用聚乙烯醇纖維(PVA)制備了 PVA-ECC (Engineered Cementitiouscomposite)，其極限拉應變超過5%，同時裂縫寬度通常小于60 μ m，對結構延性具有重要影響。然而，盡管ECC材料具有非常好的極限拉應變，28d抗折強度能達到15MPa以上，但其28d抗壓強度一般不超過80MPa，難以滿足對強度和韌性均有較高要求的工程。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料及其制備方法，抗折強度和抗壓強度高，抗沖擊性能良好。本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為:一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，以重量份數計，它包括以下原材料:膠凝材料100份,娃灰石纖維4.5 11.0份，白云母1.5 2.0份，有機纖維0.35 0.95份,石英粉30 80份，減水劑1.5 2.0份，水18 24份。按上述方案，所述的硅灰石纖維為針狀，長徑比大于15，細度不小于100目。按上述方案，所述的白云石為云母鱗片，采用篩分工藝得到寬度在0.3mm 0.8mm之間的云母鱗片。按上述方案，所述有機纖維的抗拉強度大于800MPa,只要符合該規格的有機纖維均能適用于本發明。按上述方案，所述有機纖維為聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維、聚丙烯腈纖維中的任意一種。按上述方案，所述的膠凝材料由硅酸鹽水泥、粉煤灰、硅灰按質量比為￠5 75): (15 25): (8 12)混合而成，最佳質量比為70:20:10。按上述方案，所述的減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率大于20%。按上述方案,所述的石英砂平均粒徑不大于0.3_。
上述的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的制備方法，它包括如下步驟:(I)以重量份數計，稱取以下原料:膠凝材料100份，硅灰石纖維4.5 11.0份，白云母1.5 2.0份，聚乙烯醇纖維0.35 0.95份，石英粉30 80份，減水劑1.5 2.0份，水18 24份備用；所述膠凝材料由娃酸鹽水泥、粉煤灰、娃灰按質量比為(65 75): (15 25): (8 12)混合而成；(2)將100份的膠凝材料和30 80份的石英粉充分混合，然后加入18 24份的水，1.3 1.6份的減水劑，控制砂漿流動度為(260±20) mm ；(3)將步驟(2)所得砂漿中加入0.35 0.95份的有機纖維，攪拌至均勻分散無結團現象；然后加入4.5 11.0份的娃灰石纖維和1.5 2.0份的白云母,攪拌直至均勻分散；繼而加入0.2 0.4份的減水劑，調整砂漿至流動度在(220± IOmm)范圍，即得到高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體，并成型養護后，即得到高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料。按上述方案，所述養護方法采用常規工藝即可，本發明中采用的養護方法是:將步驟(3)得到的成型后的高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體濕氣養護24h，濕氣養護溫度為20°C 90°C，在30min內達到所需要的濕氣養護溫度并恒溫；濕氣養護結束后，進行標準養護(參考《GB / T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法》)，至28d齡期，即得到高抗折高抗壓的水泥基砂楽■材料。
與現有技術相比，本發明的有益效果是:1.本發明利用有機纖維與無機纖維之間明顯的彈性模量差，合理混摻有機纖維和硅灰石纖維、白云母類無機礦物纖維，實現了水泥基材料斷裂韌性和抗折強度的大幅度提高，制備的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料28d抗折強度超過19MPa，28d抗壓強度超過llOMPa，抗沖擊性能是同抗壓強度傳統水泥基砂漿材料的3倍以上，同時具有良好的工作性能。2.本發明非常適用于濕氣養護制備工藝。硅灰石纖維和白云母纖維具有良好晶型，在20°C 90°C范圍濕氣養護條件下，充當了水泥水化過程中理想的晶種源，有利于提高水泥水化產物的結晶程度；同時在20°C 90°C這個溫度范圍，聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維仍然處于理想的物理狀態。3.本發明所采用的聚乙烯醇纖維(PVA)和聚丙烯纖維(PP)生產工藝成熟，性能優異，而白云母、硅灰石纖維均在我國分布廣泛，是相對聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維更為廉價的可利用自然資源。
圖1為抗沖擊試驗示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容，但本發明不僅僅局限于下面的實施例。實施例1一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，以重量份數計，包括以下原料:膠凝材料100份，硅灰石纖維4.5份，白云母1.6份，聚乙烯醇纖維0.95份，石英粉30份，減水劑1.8份，水20份；所述的膠凝材料由P.0425硅酸鹽水泥、I級粉煤灰、硅灰按質量比68:20:12混合而成。所述的減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率大于20%。上述的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的制備方法，它包括如下步驟:(I)以重量份數計，稱取以下原料:膠凝材料100份，硅灰石纖維4.5份，白云母
1.6份，聚乙烯醇纖維0.95份，石英粉30份，減水劑1.8份，水20份備用；所述膠凝材料由P.0425硅酸鹽水泥、I級粉煤灰、硅灰按質量比68:20:12混合而成；(2)將100份的膠凝材料和30份的石英粉充分混合攪拌Imin使混料均勻分散；然后加入20份的水，1.5份的減水劑，砂漿流動度為260mm ；(3)將步驟(2)所得砂漿中加 入0.95份的聚乙烯醇纖維，攪拌3min至均勻分散無結團現象；然后加入4.5份的硅灰石纖維和1.6份的白云母，攪拌直至均勻分散；繼而加入
0.3份的減水劑，砂漿流動度為225mm，即得到高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體，并成型；
(4 )將步驟(3 )得到的成型的高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體濕氣養護24h，濕氣養護溫度為20°C，在30min內達到所需要的濕氣養護溫度20°C并恒溫；(5)濕氣養護結束后，進行標準養護(參考《GB / T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法》)，至28d齡期，即得到高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料。經測試，本實施例中成型前制得的高抗折高強水泥基復合砂漿的流動度為225_ ；最終制得的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的28d抗折強度為19.2MPa，28d抗壓強度為110.9MPa，參考《纖維混凝土試驗規程》進行落錘式抗沖擊試驗(如圖1所示，落錘重886.16g,落銀沖擊高度為1000mm), 129.5mmX 160mmX 40mm (長X寬X高)試件抗沖擊朝性為78.15N.m，是基準組的26.05N.m的3.0倍。實施例2:一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，以重量份數計，包括以下原料:膠凝材料100份，硅灰石纖維8份，白云母2份，聚乙烯醇纖維0.35份，石英粉80份，減水劑1.7份，水20份；所述的膠凝材料由P *0425硅酸鹽水泥、I級粉煤灰、硅灰按質量比75:22:8混合。上述的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的制備方法，它包括如下步驟:(I)以重量份數計，稱取以下原料:膠凝材料100份，硅灰石纖維8份，白云母2份，聚乙烯醇纖維0.35份，石英粉80份，減水劑1.7份，水20份備用；所述膠凝材料由P *0425硅酸鹽水泥、I級粉煤灰、硅灰按質量比75:22:8混合而成；(2)將100份的膠凝材料和80份的石英粉充分混合攪拌Imin使混料均勻分散；然后加入20份的水，1.5份的減水劑，砂漿流動度為265mm ；(3)將步驟(2)所得砂漿中加入0.35份的聚乙烯醇纖維，攪拌3min至均勻分散無結團現象；然后加入8份的硅灰石纖維和2份的白云母，攪拌直至均勻分散；繼而加入0.2份的減水劑，砂漿流動度為230mm，即得到高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體，并成型；(4 )將步驟(3 )得到的成型的高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體濕氣養護24h，濕氣養護溫度為45°C，在30min內達到所需要的濕氣養護溫度45°C并恒溫；(5)濕氣養護結束后，進行標準養護(參考《GB / T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法》)，至28d齡期，即得到高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料。經測試，本實施例中成型前制得的高抗折高強水泥基復合砂漿的流動度為230_ ；最終制得的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的28d抗折強度為20.5MPa，28d抗壓強度為121.5MPa，參考《纖維混凝土試驗規程》進行落錘式抗沖擊試驗(如圖1所示，落錘重886.16g,落銀沖擊高度為1000mm), 129.5mmX 160mmX 40mm (長X寬X高)試件抗沖擊朝性為104.21N.m，是基準組的26.05N.m的4.0倍。實施例3:一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，以重量份數計，包括以下原料:膠凝材料100份，硅灰石纖維11份，白云母1.5份，聚乙烯醇纖維0.66份，石英粉40份，減水劑1.5份，水20份；所述的膠凝材料由P.0425硅酸鹽水泥、I級粉煤灰、硅灰按質量比70:20:10混合而成。上述的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的制備方法，它包括如下步驟:(I)以重量份數計，稱取以下原料:膠凝材料100份，硅灰石纖維11份，白云母1.5份，聚乙烯醇纖維0.66份，石英粉40份，減水劑1.5份，水20份備用；所述膠凝材料由硅酸鹽水泥、粉煤灰、硅灰按質量比70:20:10混合而成；(2)將100份的膠凝材料和40份的石英粉充分混合攪拌Imin使混料均勻分散；然后加入20份的水，1.2份的減水劑，砂漿流動度為260mm ；(3)將步驟(2)所得砂漿中加入0.66份的聚乙烯醇纖維，攪拌3min至均勻分散無結團現象；然后加入11份的硅灰石纖維和1.5份的白云母，攪拌直至均勻分散；繼而加入
0.3份的減水劑，砂漿流動度為220mm，即得到高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體，并成型；(4 )將步驟(3 )得到的成型的高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體濕氣養護24h，濕氣養護溫度為90°C，在30min內達到所需要的濕氣養護溫度90°C并恒溫；
(5)濕氣養護結束后，進行標準養護(參考《GB / T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法》)，至28d齡期，即得到高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料。經測試，本實施例中成型前制得的高抗折高強水泥基復合砂漿的流動度為220mm ；最終制得的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的28d抗折強度為23.lMPa，28d抗壓強度為126.6MPa，參考《纖維混凝土試驗規程》進行落錘式抗沖擊試驗(如圖1所示，落錘重886.16g,落銀沖擊高度為1000mm), 129.5mmX 160mmX 40mm (長X寬X高)試件抗沖擊朝性為119.83N.m，是基準組的26.05N.m的4.6倍。實施例4:與實施例1基本相同，不同之處在于:減水劑的總重量份數由“1.8份”改為2.0份，步驟(2)加入的減水劑為1.6份，步驟(3)加入的減水劑為0.4份，水的重量份數20份改為18份，有機纖維為聚酯纖維。經測試，本實施例中成型前制得的高抗折高強水泥基復合砂漿的流動度為230_最終制得的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的28d抗折強度為19.0MPa，28d抗壓強度為111.6MPa，參考《纖維混凝土試驗規程》進行落錘式抗沖擊試驗(如圖1所示，落錘重886.16g,落銀沖擊高度為1000mm), 129.5mmX 160mmX 40mm (長X寬X高)試件抗沖擊朝性為83.36N.m，是基準組的26.05N.m的3.2倍。實施例5:與實施例3基本相同，不同之處在于:水的重量份數為24份，有機纖維為聚丙烯腈纖維。
經測試，本實施例中成型前制得的高抗折高強水泥基復合砂漿的流動度為230mm ；最終制得的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的28d抗折強度為21.2MPa，28d抗壓強度為118.9MPa，參考《纖維混凝土試驗規程》進行落錘式抗沖擊試驗(如圖1所示，落錘重886.16g,落銀沖擊高度為1000mm), 129.5mmX 160mmX 40mm (長X寬X高)試件抗沖擊朝性為103.44N.m，是基準組的26.05N.m的4.0倍。綜上所述，本發明的高抗折高抗壓水泥基砂漿材料，試件尺寸為40mmX 40mmX 160mm (長X寬X高)試件的28d抗折強度在19MPa以上，28d抗壓強度高于IlOMPa ；129.5mmX 160mmX40mm (長X寬X高)試件抗沖擊韌性為基準組試件抗沖擊韌性的3倍以上；砂漿工作性能良好，成型前制得的高抗折高強水泥基復合砂漿的流動度能達到220m m左右。
權利要求
1.一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，其特征在于以重量份數計，它包括以下原料:膠凝材料100份,娃灰石纖維4.5 11.0份，白云母1.5 2.0份，有機纖維0.35 0.95份，石英粉30 80份，減水劑1.5 2.0份，水18 24份。
2.根據權利要求1所述的一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，其特征在于所述的硅灰石纖維為針狀，長徑比大于15，細度不小于100目。
3.根據權利要求1所述的一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，其特征在于所述的白云石為云母鱗片，采用篩分工藝得到寬度在0.3mm 0.8mm之間的云母鱗片。
4.根據權利要求1所述的一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，其特征在于所述有機纖維的抗拉強度大于800MPa。
5.根據權利要求1或5所述的一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，其特征在于所述有機纖維為聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維、聚丙烯腈纖維中的任意一種。
6.根據權利要求1所述的一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，其特征在于所述的膠凝材料由娃酸鹽水泥、粉煤灰、娃灰按質量比為(65 75): (15 25): (8 12)混合而成。
7.根據權利要求1所述的一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，其特征在于所述的減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率大于20%。
8.根據權利要求1所述的一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，其特征在于所述的石英砂平均粒徑不大于0.3mm。
9.權利要求1所述的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟: (1)以重量份數計，稱取以下原料:膠凝材料100份，硅灰石纖維4.5 11.0份，白云母.1.5 2.0份，聚乙烯醇纖維0.35 0.95份，石英粉30 80份，減水劑1.5 2.0份，水.18 24份備用；所述膠凝材料由娃酸鹽水泥、粉煤灰、娃灰按質量比為(65 75): (15 .25): (8 12)混合而成； (2)將100份的膠凝材料和30 80份的石英砂充分混合，然后加入18 24份的水，.1.3 1.6份的減水劑，控制砂漿流動度為(260 ±20) mm ； (3)將步驟(2)所得砂漿中加入0.35 0.95份的有機纖維，攪拌至均勻分散無結團現象；然后加入4.5 11.0份的娃灰石纖維和1.5 2.0份的白云母,攪拌直至均勻分散；繼而加入0.2 0.4份的減水劑，調整砂漿至流動度在(220± IOmm)范圍，即得到高抗折高抗壓水泥基復合砂漿漿體， 并成型養護后，即得到高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料。
全文摘要
本發明涉及一種高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料，以重量份數計，它包括以下原材料膠凝材料100份，硅灰石纖維4.5～11.0份，白云母1.5～2.0份，有機纖維0.35～0.95份，石英粉30～80份，減水劑1.5～2.0份，水18～24份。本發明所制備的高抗折高抗壓的水泥基砂漿材料除具有良好的工作性能之外，還有很高的抗折強度、抗壓強度和抗沖擊性能，28d抗折強度可超過19MPa，28d抗壓達為110～130MPa，抗沖擊性能是傳統高強水泥基砂漿材料的3倍以上。
文檔編號C04B40/00GK103214218SQ20131011002
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月1日 優先權日2013年4月1日
發明者王軍, 鄧宵, 楊文 , 黃波, 程寶軍, 劉小琴, 吳雄, 劉通, 賈麗莉 申請人:中建商品混凝土有限公司