[發明專利]一種摻硫酸鈣的高性能纖維水泥基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910301324.1
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN109942256A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 王秋生;羅昊;溫唯;高曉靜;周濟兵
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B111/20;C04B111/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種摻硫酸鈣的高性能纖維水泥基復合材料及其制備方法，屬于水泥材料學領域。由水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、硫酸鈣、水、減水劑、增稠劑、PVA纖維組成。其制備方法，將水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、硫酸鈣、增稠劑混合倒入攪拌機中，干拌2分鐘；將減水劑倒入水中，充分混合均勻后倒入攪拌機中攪拌4分鐘；然后將PVA纖維加入攪拌鍋中，在90?100轉/分鐘的速度下攪拌3分鐘，再在180?190轉/分鐘的速度下攪拌1分鐘。本發明原料取材方便，制備流程簡單，摻入硫酸鈣在提高試件強度的同時保持了試件良好的拉伸力學性能。同時，采用粉煤灰代替膠凝材料中的水泥，消耗了工業廢渣，有利于減少碳排放。

技術領域

本發明屬于水泥材料學領域，涉及一種水泥基復合材料，具體來說是一種摻硫酸鈣的高韌性PVA纖維增強水泥基復合材料及其制備方法。

技術背景

混凝土材料是當下全世界范圍內使用最廣泛的土木工程結構材料，容易澆筑成型制得各種構件及結構所需要的尺寸和樣式，且具有良好的耐水和耐火性。然而普通混凝土材料自身拉伸性能差、脆性易開裂、開裂后裂縫寬度難以控制，這些缺陷影響耐久性，不利于結構長期使用。為了克服這些缺點，延長混凝土材料結構的使用壽命，近年來各種高性能水泥基復合材料不斷涌現。美國密歇根大學Victor Li教授設計出一種具有高延展性的新型纖維增強水泥基復合材料(即Engineered Cementitious Composite,ECC)，這種材料具有明顯的應變硬化特性，其拉伸性能是普通混凝土的數百倍。

作為混凝土原材料之一的水泥，其生產過程中所必經的“兩磨一燒”過程會向大氣中排放大量二氧化碳，耗能巨大，加劇溫室效應，對環境有害。粉煤灰是一種經燃煤電廠排出的工業廢渣，通常通過管道收集回收利用，其不能單獨作為自硬性膠凝材料完全替代水泥，但適當的摻量可改善混凝土類材料的性能，同時也可減少水泥的使用，有利于節能減排。摻粉煤灰也能降低親水型纖維與基體的界面過高的粘結強度，防止纖維在拔出過程中過早斷裂。然而參考以往文獻所制備的新拌纖維水泥基復合材料常常由于原料組分之間物理化學性質的差異，導致試件在獲得高拉伸性能時的基體強度較低。

發明內容

本發明的主要目的即針對上述問題，提供一種力學性能良好、加工工藝簡單的摻硫酸鈣高性能纖維水泥基復合材料的較優配合比范圍及其制備方法。

本發明所采用的技術方案：按質量份數計算，該復合材料中的原料組成及質量含量如下：

水泥：500-760份

粉煤灰：833-1085份

硅灰：83-84份

石英砂：600-601份

硫酸鈣：33-67份

水：415-455份

減水劑：15-18份

增稠劑：1份

PVA纖維：38-40份

方案中，所述水泥為強度等級42.5型普通硅酸鹽水泥。

方案中，所述粉煤灰為一級粉煤灰。

方案中，所述硅灰為硅含量94wt％硅灰。

方案中，所述石英砂為80-120目石英砂。

方案中，所述硫酸鈣為二水合硫酸鈣晶須狀粉末。

方案中，所述減水劑為聚羧酸類高效減水劑。

方案中，所述增稠劑為羥丙基甲基纖維素粉末。

方案中，所述纖維優選為日本Kuraray公司生產的PVA纖維，纖維長度12mm，直徑39μm，抗拉強度為1620MPa，彈性模量為42.8GPa。