[發明專利]納米超高性能混雜鋼纖維增強水泥基復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 201710959007.X
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107602021A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 馮攀;葉少雄;陳衡;劉瑤;王子瀟
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種摻有納米二氧化鈦的超高性能混雜鋼纖維增強水泥基復合材料及其制備方法技術,屬于建筑材料和基礎工程建設技術領域。

背景技術

超高性能水泥基復合材料是上世紀末發展起來的一類新型水泥基材料，具有優異的靜、動態力學性能、抗裂性能和耐久性能，符合土木、建筑、市政、交通和國防防護等多個領域對新材料的要求，應用范圍和應用潛力巨大。

納米材料相比常規材料，具有顯著更大的比表面積、顯著更高的表面活性以及顯著更大的表面原子所占比例，加入到水泥基材料中不僅可以起到填充效應，彌補水泥、礦物摻和料等填充性能的不足，增加機體的密實性，同時其高表面活性和大比表面積可以促進膠凝材料的水化，為水化產物的生成提供更多的成核位點，產生晶核效應。鑒于納米材料的這些特性，納米材料完全可以應用到水泥基材料中作為增強材料。

高性能纖維是超高性能水泥基材料的重要組成部分，相比于使用單一種類的纖維，進行兩種或兩種以上的不同類型、不同彈性模量、不同尺寸的纖維混雜有助于提高纖維的增強作用和改善材料的破壞形態。

因此，充分發揮納米材料以及混雜纖維的協同增強作用，是研制低能耗、高性價比、性能優異的超高性能水泥基材料的重要途徑。

發明內容

技術問題：本發明要解決的技術問題是提供一種制備納米二氧化鈦超高性能混雜鋼纖維增強水泥基復合材料的方法，該方法發揮了納米二氧化鈦的填充效應和晶核效應，同時由于纖維混雜也改善了材料的力學性能和破壞機理。

技術方案：本發明的納米超高性能混雜鋼纖維增強水泥基復合材料包括以下組分且各組分的單方用量配比(kg/m³)如下：

水泥 579～633；

納米二氧化鈦 8～45；

粉煤灰 304～318；

硅灰 101～106；

砂 1010～1060；

超細鍍銅鋼纖維 190～200；

減水劑 16～20；

消泡劑 9～11；

水 168～205；

所述的水泥是強度等級52.5的硅酸鹽水泥；

所述的納米二氧化鈦是屬于金紅石型的，粒徑范圍為5～60nm，其純度超過99.5％；

所述的粉煤灰是Ⅰ級低鈣粉煤灰；

所述的硅灰是比表面積達到22000m²/kg的微硅灰；

所述的砂是最大粒徑不超過2.36mm的石英質河砂；

所述的超細鍍銅鋼纖維是直徑為0.2mm，長度13mm的平直形或端鉤形鍍銅鋼纖維；

所述的減水劑是減水率大于40％的聚羧酸系外加劑；

所述的消泡劑是高效有機硅消泡粉。

本發明還提供了一種制備納米超高性能混雜鋼纖維增強水泥基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)按配方比例依次稱取水泥、粉煤灰、硅灰、消泡劑于攪拌鍋中手動攪拌均勻，再依次加入納米二氧化鈦和砂，利用實驗室用砂漿攪拌機攪拌至顏色均勻的干粉；

2)稱取減水劑和水混合均勻成水劑，緩慢加入到所述步驟1)得到的干粉中。首先以140±5r/min的轉速攪拌4～5分鐘，然后以285±10r/min的轉速攪拌1分鐘左右，形成工作性良好的漿體；

3)將稱取好的鋼纖維均勻加入攪拌容器中，持續攪拌2～3分鐘，使鋼纖維在基體中分散均勻；

4)把所述步驟3)制備的拌合物澆筑到模具中，利用振動臺振動至內部氣泡排出；

5)進行標準養護48小時后拆模，接著進行96小時的85℃蒸汽養護，得到所述的復合材料試件。

有益效果：本發明提供的納米超高性能混雜鋼纖維增強水泥基復合材料及其制備方法，與同類技術相比具有高性價比、制備工藝簡單、生態環保等特點，可在土木工程材料領域廣泛推廣。

本發明的納米二氧化鈦具有納米尺寸效應，將其加入到水泥基材料中可以起到填充效應和晶核效應，從而促進水泥的水化和基體的密實，提高復合材料的力學性能。本發明結合納米二氧化鈦和混雜鋼纖維增強超高性能水泥基復合材料兩者的優點，通過上述方法制備的復合材料可以應用于建筑工程、交通工程、市政工程、隧道工程以及有特殊要求的工程結構等土木工程材料領域。