一種低熱高延性水泥基復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種低熱高延性水泥基復合材料，它由以下重量份的原料制備而成：15?75份的水泥、0?80份的礦物摻合料、0?50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；所述的水泥為高貝利特水泥。本發明所述的高延性水泥基復合材料水化放熱量低、抗拉性能好。本發明還提供所述的高延性水泥基復合材料的制備方法。
【專利說明】一種低熱高延性水泥基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種水泥基復合材料，利用高貝利特水泥制 備的低熱高延性水泥基復合材料，及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 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。高延性水泥基復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。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震、抗沖擊、抗剪切、抗疲勞性能及耐久性等方面有較大的優勢， 它將為解決因混凝土的抗拉性能差、韌性低帶來的結構承載力低和耐久性差等問題和提高 混凝土建（構）筑物的安全性和可靠性提供技術支持和材料保障。
[0003] 目前，高延性水泥基復合材料主要使用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，水泥含 量較高，一般為除水外材料總質量的30?60 % [1LI 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]，故高延性水泥基復合材料水化放熱量高。如果使用高延性水 泥基復合材料制作大體積構件時，在水化早期階段，由于材料水化放熱總量大，構件內部溫 度會急劇升高，導致構件內外溫差大。由于此時，材料的力學性能（特別是抗拉性能）還沒 有發展成熟，極大的內外溫差會造成構件表面嚴重開裂，對材料和結構的耐久性和力學性 能都會造成負面影響。盡管高延性水泥基復合材料在后期有優秀的抗拉性能，但上述的早 期溫度裂縫無法避免。
[0004] 高貝利特水泥具有水化放熱量低、后期強度高、耐久性好等優點，已廣泛應用于三 峽工程、首都國際機場、北京五環路等工程的大體積混凝土中，成功解決了大體積混凝土溫 度裂縫問題。在高延性水泥基復合材料中，使用高貝利特水泥替代普通硅酸鹽水泥可大大 降低高延性水泥基復合材料的水化放熱量，減少其導致的溫度裂縫。
【發明內容】
[0005] 本發明以高貝利特水泥為膠凝材料制備低熱高延性水泥基復合材料。
[0006] 本發明采用如下技術方案：
[0007] 本發明提供一種低熱高延性水泥基復合材料，它由以下重量份的原料制備而成： 15?80份的水泥、0?60份的礦物摻合料、0?50份的細骨料、8?25份的水、0. 6?2. 5 份的纖維和0. 1?2份的外加劑。
[0008] 本發明所述的水泥為高貝利特水泥。
[0009] 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、芳香族聚酰胺纖維、聚丙烯晴纖維或玻璃纖維中的一種或多種組成。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 所述的纖維直徑為6 μ m?100 μ m，長度為3mm?24mm。
[0014] 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、芳香族聚酰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。
[0015] 所述的礦物摻合料為粉煤灰、磨細礦渣粉或硅灰中的一種或多種的混合物。
[0016] 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。
[0017] 所述的外加劑為減水劑或增稠劑的一種或兩種的混合物。
[0018] 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。
[0019] 所述的增稠劑優選聚丙烯酸類增稠劑、纖維素醚、淀粉醚或鋁鹽，進一步優選為聚 丙烯酸類增稠劑。
[0020] 本發明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，然后將水和外加劑按所述的比 例加入攪拌機中，攪拌2?4分鐘；最后加入所述比例的纖維，再攪拌3?6分鐘，即得到所 述的高延性水泥基復合材料。整個攪拌過程用時為6?10分鐘。
[0021] 與現有技術相比，本發明的高延性水泥基復合材料具有以下有益效果：
[0022] 1.水化放熱量低
[0023] 早期水化放熱量低，本發明的7天水化放熱量僅為用普通硅酸鹽水泥制備的、相 同配合比的高延性水泥基復合材料水化放熱量的75 %左右。
[0024] 2.抗拉性能好
[0025] 28天抗拉強度達2. 5MPa以上，極限伸長率達2. 0 %以上。
[0026] 3.制備工藝簡單、新拌材料工作性好
[0027] 本發明的制備工藝簡單，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6?10分鐘。
【具體實施方式】
[0028] 實施例1 :
[0029] 高貝利特水泥、粉煤灰、石英石粉、水、聚羧酸系高性能減水劑、聚丙烯酸類增稠 齊U、聚丙烯纖維的重量比為 24. 97:33. 30:24. 97:14. 98:0. 42:0. 10:1. 26。
[0030] 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，然后 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3分鐘。
[0031] 28天抗壓強度為40. 7MPa，28天抗拉強度和極限伸長率分別為2. 8MPa和2. 6%。 本發明的3天和7天水化放熱量僅為用普通硅酸鹽水泥制備的、相同配合比的高延性水泥 基復合材料水化放熱量的75. 7%和72. 4%。
[0032] 實施例2 :
[0033] 高貝利特水泥、磨細礦渣粉、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能減水劑、聚丙烯酸類增 稠劑、聚乙烯醇纖維的重量比為 24. 55:24. 55:32. 74:16. 37:0. 45:0. 12:1. 22。
[0034] 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，然后 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。
[0035] 28天抗壓強度為42. 3MPa，28天抗拉強度和極限伸長率分別為3. 6MPa和2. 3%。 本發明的3天和7天水化放熱量僅為用普通硅酸鹽水泥制備的、相同配合比的高延性水泥 基復合材料水化放熱量的77. 2%和75. 9%。
[0036] 實施例3 :
[0037] 高貝利特水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能減水劑、聚丙烯酸類增稠 齊[J、聚乙烯醇纖維的重量比為 16. 74:37. 65:29. 29:14. 64:0. 33:0. 13:1. 21。
[0038] 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，然后 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。
[0039] 28天抗壓強度分別為31. 8MPa，28天抗拉強度和極限伸長率分別為3. IMPa和 3. 2%。本發明的3天和7天水化放熱量僅為用普通硅酸鹽水泥制備的、相同配合比的高延 性水泥基復合材料水化放熱量的73. 8%和72. 3%。
[0040] 實施例4 :
[0041] 高貝利特水泥、粉煤灰、河砂、水、聚羧酸系高性能減水劑、聚丙烯酸類增稠劑、聚 丙烯纖維、聚乙烯纖維的重量比為 33. 26:33. 26:16. 63:14. 97:0. 58:0. 07:0. 59:0. 63。
[0042] 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，然后 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4分鐘。
[0043] 28天抗壓強度為61. 8MPa，28天抗拉強度和極限伸長率分別為4. 8MPa和4. 7%。 本發明的3天和7天水化放熱量僅為用普通硅酸鹽水泥制備的、相同配合比的高延性水泥 基復合材料水化放熱量的77. 1 %和76. 5%。
【權利要求】
1. 一種低熱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： 15?75份的水泥、O?80份的礦物摻合料、O?50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；所述的水泥為高貝利特水泥。
2. 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、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復合材料，其特征在于：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。
5. 權利要求1所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于：所述的礦物摻合料為粉煤 灰、磨細礦渣粉或硅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復合材料，其特征在于：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復合材料，其特征在于：所述的外加劑為所述的外 加劑為減水劑和增稠劑的一種或兩種的混合物；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；所述的增稠劑為聚丙烯酸類增稠劑、纖維素醚、淀粉醚或鋁鹽。
8. 權利要求7所述的高延性水泥基復合材料，其特征在于：所述的減水劑為聚羧酸系 高性能減水劑；所述的增稠劑為聚丙烯酸類增稠劑。
9. 制備權利要求1所述的高延性水泥基復合材料的方法，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；然后將水和外加劑按所述的比例加 入攪拌機中，攪拌2?4分鐘；最后加入所述比例的纖維，再攪拌3?6分鐘，即得到所述的 高延性水泥基復合材料。
【文檔編號】C04B28/00GK104211344SQ201410461270
【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】隋同波, 周健, 陳智豐, 張利俊, 李晉梅, 劉淼, 王彬, 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