[發明專利]一種超輕質超高延性混凝土及其制備方法

在審

• 申請號: 201710703125.4
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107500646A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 余江滔;楊果;王義超
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B28/02;C04B111/28;C04B111/40
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 葉敏華

技術領域

本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種超輕質超高延性混凝土及其制備方法。

背景技術

厚型防火材料因其經濟、輕質、容易安裝等優點被廣泛應用于鋼結構防火領域，但是常用的中密度厚型防火材料(352-640kg/m³)抗拉強度低于0.1MPa，拉伸應變小于0.01％，在高應力、沖擊或地震荷載下會遭受不同程度的破損，甚至脫落，對建筑物在受動力災害后的抗火性能造成很大影響。

ECC(Engineered Cementitious Composites)是一種基于微觀力學原理設計的由亂向分布的短切纖維增強的水泥基復合材料，超輕質超高延性混凝土是一種FR-ECC(Fire-Resistive Engineered Cementitious Composite)，是在ECC基礎上開發的新型品種，既具有絕熱性，又具有ECC材料超高極限拉應變、應變強化和多縫開裂的共性，這使FR-ECC在材料性能上優于普通防火涂料。作為防火材料，FR-ECC可以克服普通厚型防火材料在環境的侵蝕、正常使用荷載、地震荷載以及爆破荷載作用下出現的大裂縫和剝落的不足。

公開號CN106380147A的專利公開了一種耐高溫高延性纖維增強水泥基復合材料，由以下原料制備而成：0.6-6％的增強纖維、7.5-72％的水泥、0-79％的礦物摻合料、0-40％的細骨料和0.3-1.5％的外加劑；所述的增強纖維至少包含玄武巖纖維。該專利配制的耐高溫高延性纖維增強水泥基復合材料，抗壓強度達到30MPa，極限拉伸強度3MPa，拉伸應變達到0.6％。該專利配方強度較高，但其密度與普通混凝土相近，超過2000kg/m³，且單向拉伸應變只有0.6％，但作為防火材料，易出現大裂縫或是脫落。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種超輕質超高延性混凝土及其制備方法，旨在解決現有普通厚型防火材料強度、延性不足和脫落的技術問題。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種超輕質超高延性混凝土，包括以下組分及重量份含量：水泥300-350份，粉煤灰100-150份，K20玻璃微珠100-150份，減水劑5-10份，增稠劑0.5-1.5份，水400-450份，聚乙烯醇纖維10-30份，優選的組分及重量份為：水泥330份，粉煤灰108份，K20玻璃微珠140份，減水劑7份，增稠劑1份，水417份，聚乙烯醇纖維26份。

所述的水泥為復合硅酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥，所述的水泥的28天抗壓強度≥52.5MPa，28天抗折強度≥7.0MPa，比表面積≥300m²/kg。

所述的粉煤灰為一級粉煤灰，比表面積≥700m²/kg，密度為2.6g/cm³。

所述的K20玻璃微珠為硼硅酸鹽類球體，粒徑為15-120μm，密度為0.2g/cm³，抗壓強度≥7.0MPa，軟化溫度≥600℃，K20玻璃微珠密度為0.2g/cm³，在整個體系中作為填充物料，使得基體較為疏松多孔，大幅度地降低了材料的密度和斷裂韌度(K_m)。

所述的聚乙烯醇纖維的直徑為30-40μm，長度為12mm，斷裂延伸率為7％，抗拉強度≥1250MPa，抗拉彈性模量≥22GPa，密度為1.3g/cm³，聚乙烯醇纖維在本發明中起到增韌混凝土基體的作用，使該混凝土能夠產生連續細而密的裂縫。纖維特性，如直徑、長徑比、斷裂強度以及斷裂延伸率等，由理論計算以及試驗調配得到，同時受到纖維生產廠家的技術工藝控制，纖維長徑比過大，容易造成纖維拉斷，長徑比不足，容易造成纖維拔出，兩者均不能使混凝土產生聯系的細密裂縫。聚乙烯醇纖維的合理使用增大了纖維橋接能(J_b')，而K20玻璃微珠的合理使用減小了基體斷裂能(J_tip)，從而使得延性指標J_b'/J_tip較大，使得材料得到了超高延性。

所述的減水劑為非緩凝型聚羧酸減水劑，其固體含量為40-50％，減水率≥40％。

所述的增稠劑為甲基纖維素，級別為分析純AR。

所述的超輕質超高延性混凝土的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配方備料，將K20玻璃微珠、水泥、粉煤灰、減水劑和水依次加入攪拌機中，在攪拌前，先浸潤2-5min，再攪拌2-3min；