一种低热高延性水泥基复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种低热高延性水泥基复合材料，它由以下重量份的原料制备而成：15?75份的水泥、0?80份的矿物掺合料、0?50份的细骨料、8?25份的水、0.6?2.5份的纤维和0.25?2份的外加剂；所述的水泥为高贝利特水泥。本发明所述的高延性水泥基复合材料水化放热量低、抗拉性能好。本发明还提供所述的高延性水泥基复合材料的制备方法。
【专利说明】一种低热高延性水泥基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水泥基复合材料，利用高贝利特水泥制 备的低热高延性水泥基复合材料，及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 高延性水泥基复合材料是一种纤维增强水泥基复合材料，在拉伸、弯曲、剪切荷载 下，呈现出高延性，极限伸长率高达2%，是普通混凝土和纤维混凝土的上百倍，它的发明和 应用改变了 "水泥基材料为准脆性材料"的传统观念。高延性水泥基复合材料在轴心拉伸荷 载下呈现出多缝开裂（multiple-cracking)。此外，高延性水泥基复合材料裂缝宽度小，平 均裂缝宽度100 μ m以下，且不会随应变增加而增加。与普通混凝土和纤维混凝土相比，高 延性水泥基复合材料在抗震、抗冲击、抗剪切、抗疲劳性能及耐久性等方面有较大的优势， 它将为解决因混凝土的抗拉性能差、韧性低带来的结构承载力低和耐久性差等问题和提高 混凝土建（构）筑物的安全性和可靠性提供技术支持和材料保障。
[0003] 目前，高延性水泥基复合材料主要使用普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，水泥含 量较高，一般为除水外材料总质量的30?60 % [1LI VC. On engineered cementitious composites (ECC)[J], Journal of Advanced Concrete Technology 2003,1 (3):215-230; 2张君、居贤春、高原，"高延性低收缩纤维增强水泥基符合材料特性及应用"，混凝土与标准 化，2011年第三期，11-20页]，故高延性水泥基复合材料水化放热量高。如果使用高延性水 泥基复合材料制作大体积构件时，在水化早期阶段，由于材料水化放热总量大，构件内部温 度会急剧升高，导致构件内外温差大。由于此时，材料的力学性能（特别是抗拉性能）还没 有发展成熟，极大的内外温差会造成构件表面严重开裂，对材料和结构的耐久性和力学性 能都会造成负面影响。尽管高延性水泥基复合材料在后期有优秀的抗拉性能，但上述的早 期温度裂缝无法避免。
[0004] 高贝利特水泥具有水化放热量低、后期强度高、耐久性好等优点，已广泛应用于三 峡工程、首都国际机场、北京五环路等工程的大体积混凝土中，成功解决了大体积混凝土温 度裂缝问题。在高延性水泥基复合材料中，使用高贝利特水泥替代普通硅酸盐水泥可大大 降低高延性水泥基复合材料的水化放热量，减少其导致的温度裂缝。
【发明内容】
[0005] 本发明以高贝利特水泥为胶凝材料制备低热高延性水泥基复合材料。
[0006] 本发明采用如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种低热高延性水泥基复合材料，它由以下重量份的原料制备而成： 15?80份的水泥、0?60份的矿物掺合料、0?50份的细骨料、8?25份的水、0. 6?2. 5 份的纤维和0. 1?2份的外加剂。
[0008] 本发明所述的水泥为高贝利特水泥。
[0009] 本发明所述的纤维可以使用国产纤维，优选由聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯 纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚丙烯晴纤维或玻璃纤维中的一种或多种组成。
[0010] 本发明更优选的一种方案中，所述的纤维全部为聚丙烯纤维。
[0011] 本发明更优选的一种方案中，所述的纤维全部为聚乙烯醇纤维。
[0012] 本发明更优选的再一种方案中，所述的纤维按重量百分比计，由48. 4%的聚丙烯 纤维和51. 6%的聚乙烯纤维组成。
[0013] 所述的纤维直径为6 μ m?100 μ m，长度为3mm?24mm。
[0014] 聚丙烯纤维抗拉强度为300MPa?800MPa，弹性模量为5GPa?IOGPa ;高强高 弹模的聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维和玻璃纤维抗拉强度为IOOOMPa? 3500MPa，弹性模量为30GPa?150GPa ;聚丙烯晴纤维抗拉强度为500MPa?lOOOMPa，弹性 模量为IOGPa?20GPa。
[0015] 所述的矿物掺合料为粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰中的一种或多种的混合物。
[0016] 所述的细骨料为石英石粉、石灰石粉或河砂中的一种或多种的混合物；细骨料的 最大粒径不超过〇. 5mm。
[0017] 所述的外加剂为减水剂或增稠剂的一种或两种的混合物。
[0018] 所述的减水剂优选聚羧酸系高性能减水剂或萘系高效减水剂，进一步优选为聚羧 Ife系1?性能减水剂。
[0019] 所述的增稠剂优选聚丙烯酸类增稠剂、纤维素醚、淀粉醚或铝盐，进一步优选为聚 丙烯酸类增稠剂。
[0020] 本发明还提供所述的高延性水泥基复合材料的制备方法，具体步骤为：将按所述 比例称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机中，然后将水和外加剂按所述的比 例加入搅拌机中，搅拌2?4分钟；最后加入所述比例的纤维，再搅拌3?6分钟，即得到所 述的高延性水泥基复合材料。整个搅拌过程用时为6?10分钟。
[0021] 与现有技术相比，本发明的高延性水泥基复合材料具有以下有益效果：
[0022] 1.水化放热量低
[0023] 早期水化放热量低，本发明的7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相 同配合比的高延性水泥基复合材料水化放热量的75 %左右。
[0024] 2.抗拉性能好
[0025] 28天抗拉强度达2. 5MPa以上，极限伸长率达2. 0 %以上。
[0026] 3.制备工艺简单、新拌材料工作性好
[0027] 本发明的制备工艺简单，普通的混凝土搅拌设备即可满足制备需要，整个搅拌过 程用时仅为6?10分钟。
【具体实施方式】
[0028] 实施例1 :
[0029] 高贝利特水泥、粉煤灰、石英石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯酸类增稠 齐U、聚丙烯纤维的重量比为 24. 97:33. 30:24. 97:14. 98:0. 42:0. 10:1. 26。
[0030] 将称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机内，将外加剂溶入水中，然后 一起缓慢加入搅拌桶内，搅拌3分钟；将纤维撒到搅拌桶内，再搅拌3分钟。
[0031] 28天抗压强度为40. 7MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为2. 8MPa和2. 6%。 本发明的3天和7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延性水泥 基复合材料水化放热量的75. 7%和72. 4%。
[0032] 实施例2 :
[0033] 高贝利特水泥、磨细矿渣粉、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯酸类增 稠剂、聚乙烯醇纤维的重量比为 24. 55:24. 55:32. 74:16. 37:0. 45:0. 12:1. 22。
[0034] 将称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机内，将外加剂溶入水中，然后 一起缓慢加入搅拌桶内，搅拌3分钟；将纤维撒到搅拌桶内，再搅拌5分钟。
[0035] 28天抗压强度为42. 3MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为3. 6MPa和2. 3%。 本发明的3天和7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延性水泥 基复合材料水化放热量的77. 2%和75. 9%。
[0036] 实施例3 :
[0037] 高贝利特水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯酸类增稠 齐[J、聚乙烯醇纤维的重量比为 16. 74:37. 65:29. 29:14. 64:0. 33:0. 13:1. 21。
[0038] 将称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机内，将外加剂溶入水中，然后 一起缓慢加入搅拌桶内，搅拌3分钟；将纤维撒到搅拌桶内，再搅拌5分钟。
[0039] 28天抗压强度分别为31. 8MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为3. IMPa和 3. 2%。本发明的3天和7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延 性水泥基复合材料水化放热量的73. 8%和72. 3%。
[0040] 实施例4 :
[0041] 高贝利特水泥、粉煤灰、河砂、水、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯酸类增稠剂、聚 丙烯纤维、聚乙烯纤维的重量比为 33. 26:33. 26:16. 63:14. 97:0. 58:0. 07:0. 59:0. 63。
[0042] 将称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机内，将外加剂溶入水中，然后 一起缓慢加入搅拌桶内，搅拌4分钟；将纤维撒到搅拌桶内，再搅拌4分钟。
[0043] 28天抗压强度为61. 8MPa，28天抗拉强度和极限伸长率分别为4. 8MPa和4. 7%。 本发明的3天和7天水化放热量仅为用普通硅酸盐水泥制备的、相同配合比的高延性水泥 基复合材料水化放热量的77. 1 %和76. 5%。
【权利要求】
1. 一种低热高延性水泥基复合材料，其特征在于，它由以下重量份的原料制备而成： 15?75份的水泥、O?80份的矿物掺合料、O?50份的细骨料、8?25份的水、0. 6? 2. 5份的纤维和0. 25?2份的外加剂；所述的水泥为高贝利特水泥。
2. 权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的纤维由聚丙烯纤维、 聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚丙烯晴纤维或玻璃纤维中的一种或多种 组成。
3. 权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的纤维是聚丙烯纤维、 聚乙烯醇纤维或聚乙烯纤维中的一种或两种的混合物。
4. 权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的纤维按重量百分比 计，由48. 4%的聚丙烯纤维和51. 6%的聚乙烯纤维组成。
5. 权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的矿物掺合料为粉煤 灰、磨细矿渣粉或硅灰中的一种或多种的混合物。
6. 权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的细骨料为石英石粉、 石灰石粉或河砂中的一种或多种的混合物；细骨料的最大粒径不超过〇. 5_。
7. 权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的外加剂为所述的外 加剂为减水剂和增稠剂的一种或两种的混合物；所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂或 萘系高效减水剂；所述的增稠剂为聚丙烯酸类增稠剂、纤维素醚、淀粉醚或铝盐。
8. 权利要求7所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸系 高性能减水剂；所述的增稠剂为聚丙烯酸类增稠剂。
9. 制备权利要求1所述的高延性水泥基复合材料的方法，具体步骤为：将按所述比例 称量好的水泥、矿物掺合料和细骨料加入到搅拌机中；然后将水和外加剂按所述的比例加 入搅拌机中，搅拌2?4分钟；最后加入所述比例的纤维，再搅拌3?6分钟，即得到所述的 高延性水泥基复合材料。
【文档编号】C04B28/00GK104211344SQ201410461270
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】隋同波, 周健, 陈智丰, 张利俊, 李晋梅, 刘淼, 王彬, 吴晓丽, 李菁, 苗振伟 申请人:中国中材国际工程股份有限公司