本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种超早强高延性水泥基复合材料及其制备方法。
背景技术：
桥梁、机场、地铁和高速公路等重要交通部位的混凝土结构和钢-混凝土组合结构随着服役年限的增加，服役环境日益恶劣，导致结构破坏逐年增加，工程上急需快速修复材料对结构进行修复。现有快速修复材料主要有快硬混凝土、快硬砂浆和高分子材料等。
传统快硬混凝土和快硬砂浆材料本身存在脆性大、粘结强度低、施工难度大、耐久性差和后期强度低等缺点；高分子材料本身存在强度低，变形和结构不一致、耐久性差、易老化等缺点。这两类材料用于重要交通工程修复效果衰减快、寿命低，2-3年就要重新修复，修复过程污染严重，经济效益和社会效益差。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种超早强高延性水泥基复合材料及其制备方法，该复合材料适用于机场、地铁、高铁、桥梁等交通领域重要结构的快速修复，其具有早期强度发展快、钢筋粘结强度好、施工2个小时后可开放交通、后期强度高、延性高、耐久性好和施工性能好等特点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供一种超早强高延性水泥基复合材料，其包括如下组分及其重量百分比：
为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施还包括：
优选地，所述硫铝酸盐水泥应有较高的早期强度，而且有不断增长的后期强度，同时具有满足使用要求的凝结时间大于15min。
优选地，所述硅酸盐水泥中铝酸三钙(c3a)含量不大于10％。因为c3a具有水化热大，后期强度不发展的特点，c3a的含量大的水泥易出现工作性能损失过快的情况。
优选地，所述硅灰为球形颗粒，比表面积为20000～28000m2/g，其和硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥形成良好的级配，并参与水化反应，提高后期强度。
优选地，所述石英砂二氧化硅含量大于95％，粒径为0.015mm～2.6mm，其能够保证材料的强度和工作性能。
优选地，所述钢纤维为镀铜钢纤维，抗拉强度大于1500mpa，直径为0.12mm～0.25mm，长度为10～19mm。
优选地，所述外加剂包括减水剂、消泡剂、缓凝剂、早强剂，其重量百分比为：减水剂0.1％-0.3％，消泡剂0.03％-0.06％，缓凝剂0.1％-0.5％，早强剂0.02％-0.06％。
优选地，所述减水剂主要包括木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高减水剂、聚羧酸系高效减水剂，所述减水剂可包含溶液形式和固体形式；所述消泡剂主要包括聚醚类、高碳醇类、有机硅类、聚醚改性硅类消泡剂，所述消泡剂可包含溶液形式、固体形式或优选树脂形式、油状形式或乳液形式；所述缓凝剂主要包括多羟基化合物、羟基羧酸盐及其衍生物、糖钙、葡萄糖酸盐、柠檬酸、酒石酸及其盐、锌盐、磷酸盐、木质磺酸盐；所述早强剂主要包括强电解质无机盐类、水溶性有机物类、有机类和无机物复合性早强剂。
优选地，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，所述缓凝剂为有机酸盐类混凝剂。
另一方面，本发明还提供一种上述的超早强高延性水泥基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)准备预定重量的原料：硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、硅灰、石英砂、钢纤维和外加剂；
(2)先将步骤(1)的原料加入到转速30～60r/min的强制搅拌机中搅拌均匀，再加入对应的水进行搅拌，搅拌时间5～10min，即可获得超早强高延性水泥基复合材料。
优选地，步骤(2)制得的超早强高延性水泥基复合材料具有以下性能：初始扩展度大于700mm，2h抗压强度大于30mpa，28d抗压强度大于100mpa，抗弯拉强度大于15mpa，极限拉应变大于0.15％。
本发明所述的超早强高延性水泥基复合材料具有良好的流动度，超早强性能、高延性、高后期性能、高耐久性。其与普通混凝土修补剂的具体技术指标见下表1。
表1本发明所制备的超早强高延性水泥基复合材料的技术指标
与现有技术相比，本发明采用硫铝酸水泥颗粒、硅酸盐水泥颗粒、硅灰颗粒和石英砂形成良好的颗粒级配，并大量添加了超细钢纤维及外加剂，使其具备工作性能良好、超早强、高延性和高耐久性的优点，用于结构的快速维修，如高速路、桥面板、机场跑道等重要交通工程的抢修，施工后2小时即可开放交通，在将施工影响降到最低限度的同时，实现安全可靠、更持久的抢修效果。
本发明的有益效果具体体现在：
(1)通过高效外加剂和硅灰的加入，保证材料具有优异的工作性能；
(2)通过硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和硅灰的精确配比，提高材料的早期性能和后期性能；
(3)通过掺入适量的钢纤维，保证其具有高抗弯拉性能和极限拉应变。
本发明所述的超早强高延性水泥基复合材料具有超早期强度发展快(2h抗压强度大于30mpa)且具有钢筋粘结强度大、超高后期强度、超高延性和超高耐久性等特征，可实现快速修复的便捷施工和高寿命的目标；该复合材料用于重要结构的快速修复具有修复施工时间短，修复效果好、造成污染少等优势，且经修复后耐久性好、寿命长、维护少，经济效益和社会效益优秀，从根本上解决了传统材料用于重要交通工程快速修复的不足。
具体实施方式
本发明提供一种超早强高延性水泥基复合材料，其采用硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、硅灰、石英砂、钢纤维以及外加剂复配而成，其中硫铝酸盐水泥具有较高的早期强度，而且有不断增长的后期强度，同时具有满足使用要求的凝结时间大于15min；硅酸盐水泥中铝酸三钙(c3a)含量不大于10％；硅灰为球形颗粒，比表面积为20000～28000m2/g；石英砂二氧化硅含量大于95％，粒径为0.015mm～2.6mm；钢纤维为镀铜钢纤维，抗拉强度大于1500mpa，直径为0.12mm～0.25mm，长度为10～19mm；外加剂包括减水剂、消泡剂、缓凝剂、早强剂，其重量百分比为：减水剂0.1％-0.3％，消泡剂0.03％-0.06％，缓凝剂0.1％-0.5％，早强剂0.02％-0.06％，作为优选地，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，消泡剂为聚醚类消泡剂，缓凝剂为有机酸盐类混凝剂。
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种快速修复用超早强高延性水泥基复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
(1)按如下重量百分比准备原材料：硫铝酸盐水泥35.7％；硅酸盐水泥10.9％；石英砂45.9％；钢纤维3.0％；硅灰3.4％；减水剂0.18％；消泡剂0.05％；缓凝剂0.80％；早强剂0.07％。
(2)先将各种原材料加入到转速30～60r/min的强制搅拌机中搅拌均匀，再加入对应的水进行搅拌，搅拌时间5～10min，即可获得超早强高延性水泥基复合材料。
实施例2
一种快速修复用超早强高延性水泥基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按如下配方准备原材料：硫铝酸盐水泥35.0％；硅酸盐水泥10.8％；石英砂46.0％；钢纤维4.0％；硅灰3.2％；减水剂0.18％；消泡剂0.05％；缓凝剂0.72％；早强剂0.05％。
(2)先将各种原材料加入到转速30～60r/min的强制搅拌机中搅拌均匀，再加入对应的水进行搅拌，搅拌时间5～10min,即可获得超早强高延性水泥基复合材料。
实施例3
一种快速修复用超早强高延性水泥基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按如下配方准备原材料：硫铝酸盐水泥37.5％；硅酸盐水泥10.8％；石英砂42.5％；钢纤维5.0％；硅灰3.2％；减水剂0.19％；消泡剂0.04％；缓凝剂0.71％；早强剂0.06％。
(2)先将各种原材料加入到转速30～60r/min的强制搅拌机中搅拌均匀，再加入对应的水进行搅拌，搅拌时间5～10min,即可获得超早强高延性水泥基复合材料。
对比例1
中国专利cn105948665a公开了一种早强低收缩高韧性水泥基工程材料，其由包含硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅灰、钢纤维、聚乙烯醇纤维、水、减水剂、早强剂、缓凝剂和河砂的原料制备而成，对比例1采用该专利cn105948665a所述的实施例1的技术方案制备的早强低收缩高韧性水泥基工程材料。
对比例2
中国专利cn104016644公开了一种水泥基超早强局性能修补剂，其主要材料组成为硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，还包括普通河砂及石英砂、石灰和高性能减水剂、外加调凝剂，对比例2采用该专利cn104016644所述的实施例1的技术方案制备的水泥基超早强局性能修补剂。
本发明实施例1～3所制备的超早强高延性水泥基复合材料和对比例1～2所制得的材料进行性能对比，其结果如表2所示。
表2实施例1～3与对比例1～2制备的材料的性能对比表
由表2可知，本发明所制备的超早强高延性水泥基复合材料的抗弯拉强度、抗压强度均优于现有技术，其力学性能较好；并且坍落扩展度也优于现有技术，其流动性能较好，这表明采用本发明的复配组分及其精确配比和原料尺寸匹配可提高材料的早期性能和后期性能，保证材料具有优异的工作性能；通过掺入适量的钢纤维，保证其具有高抗弯拉性能和极限拉应变，应用本发明所述的超早强高延性水泥基复合材料能够满足快速修复的要求，且其修复效果好、造成污染少，修复后耐久性好、寿命长、维护少，经济效益和社会效益优秀，从根本上解决了现有技术中各材料用于重要交通工程快速修复的不足。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。