本发明属于混凝土材料技术领域，特别涉及一种补偿收缩高延性水泥基复合材料，可广泛应用于道路交通工程中承受复杂荷载作用以及特殊环境作用下的新建结构，也可用于既有结构的加固、修复和改扩建工程。
背景技术：
混凝土材料属于准脆性材料，抗压不抗拉，在土木与交通工程通领域的实际使用过程中，尤其是在某些承受复杂荷载以及环境作条件下的特定结构部位中的应用(如伸缩缝、湿接缝、桥面铺装以及隧道衬砌等)，往往由于混凝土材料的抗弯拉强度低，极限应变低、抗冲击性能不足以及适应交变荷载作用的能力较差，而使结构或部件容易产生破坏，严重影响构筑物的使用安全和耐久性。
目前，虽然广泛的采用纤维来对混凝土的基体进行阻裂、增韧，可以产生一定的效果，但是其在加载达到初裂强度时，由于初裂的形成，裂缝会迅速扩展，材料瞬间散失承载能力，故而结构的破坏依然表现出明显的脆性特性。
自1992年以来，美国密歇根大学的Victor C.Li教授采用结构与材料相结合的设计理念，开发而成了ECC(Engineering Cementitious Composites)，该材料在受荷时的变形性能要远高于传统的混凝土(或纤维混凝土)，尤其是在进行单轴拉伸试验时所表现出的稳定的应变硬化和多裂缝开裂的能力，很大程度上改变了混凝土材料的准脆性特性。随后各国学者对该种类型的材料开展了广泛而又深入的研究，以清华大学的张君教授和浙江大学的徐世烺教授为例，他们对ECC的研究领也取得了丰硕的研究成果。但是由于目前ECC相关研究成果中，为了突出材料受荷时的变形能力，普遍以进口的PVA和PE纤维作原材料，使得材料的造价十分高昂；而且由于ECC不使用粗骨料，细骨料采用70～140目(或更高目数)的机制石英砂，在较大质量胶凝材料掺比的情况下，使得ECC水化硬化过程干缩较大，在进行加固、修复和改扩建工程时适应性受到一定限制，制约了该材料在工程中的推广应用。
本发明针对交通工程实际需求，制备出了一种能普遍适用于道路交通工程各领域中的一种补偿收缩高延性水泥及复合材料。该材料与前人的研究成果相比区别在于：①根据大量的重复试验对材料的配比进行调整，使得不同配比的基体能适应不同种类及不同掺量的纤维。②细骨料经过筛分并适配，使得水化硬化后的水泥基复合材料的强度和抗收缩能力要普遍高于ECC材料。③根据不同的纤维种类和掺量，采用与之相适应的一种或多种矿物掺合料对基体的性能进行改善，细化了材料孔体结构，改善了纤维与基体的界面性能，减少了结构的缺陷，在一定程度上使得材料的强度和耐久性得到进一步的提高。④通过采用膨胀剂，利用其与胶凝材料的水化产物发生二次水化反应生成具有体积膨胀性的物质进行补偿收缩，进一步降低了水泥基复合材料的干缩。
技术实现要素：
本发明改善了传统混凝土材料的准脆性特性，其材料成本和抗收缩性能上也要优于ECC材料，且本发明所涉及的一种补偿收缩延性水泥基复合材料的同时具有高延性、较高的强度以及低收缩特性，能满足交通工程领域不同使用功能的需求。
为了实现上述技术目标，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种补偿收缩高延性水泥基复合材料，其特征在于它是由水泥，复合矿物掺合料，特定粒径规格的人级配砂，大掺量纤维，外加剂，以及拌和用水组成。纤维按体积率记为0.5～2.5％；除纤维外的其它组分按重量份数记为：水泥50～75份，复合矿物掺合料40～65份，外加剂7～10.5份，砂40～50份，水30～35份。材料的组成和配比可以通过具体的实际工程进行调整。
本发明所涉及的一种补偿收缩高延性水泥基复合材料，其特征在于同时具有较高的延性破坏的能力和较低的收缩性，其在标准条件下制作并养护28d的试件的抗压强度能达到60～75MPa，抗折强度能达到7～25MPa。
本发明中所采用的水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
本发明采用一种或多种矿物掺合料对基体的性能进行改性，降低了大掺量纤维条件下纤维与基体界面过渡区的缺陷，细化了材料的孔体结构，对材料的强度、延性和耐久性都有很大程度的提高。具体的矿物掺合料可采用但不仅仅限于使用硅灰、粉煤灰、纳米SiO2以及磨细矿渣。
本发明采用特定粒径规格的人级配砂，具体是指将砂进行筛分并严格控制砂的含泥量和含水量，砂经筛分后的最大粒径不超过2mm，此外还需对筛分后不同粒组的砂进行复配，使其级配良好，而砂的种类可采用天然河砂或机制石英砂。
本发明中所采用的纤维是指金属纤维、有机纤维和无机纤维，同时还可以采用混杂纤维的形式，针对不同的纤维种类形式，要通过适配试验对原材料的配比进行调整。
本发明中所述的外加剂是指减水剂和、膨胀剂和防锈剂中的一种或多种。
为了降低施工成本，根据具体的实际工程，本发明所涉及的一种补偿收缩高延性水泥基复合材料可根据实际工况进行现场拌和或预先制成干拌料。其中现场拌和是指将水泥、特定规格的人工级配砂、复合矿物掺合料、纤维、外加剂以及拌和用水按照配比所确定的质量进行现场称重并进行拌和；而干拌料中是指将水泥、特定规格的人工级配砂、复合矿物掺合料、纤维以及外加剂中的两种或多种按配比称量后进行干拌形成干拌料，而具体的实际施工时，再将包装好的干拌料、拌和用水以及干拌料中没有混合的其他材料按配比进行称重并进行现场施工拌和。
本发明区别于其它水泥基复合材料，其优点在于：
(1)纤维采用金属纤维、有机纤维和无机纤维，纤维种类多样。
(2)针对不同种类纤维以及不同纤维掺量条件下的补偿收缩水泥基复合材料，通过采用不同的配合比，来改善硬化水泥基复合材料的各项性能指标。
(3)由于大掺量纤维导致的纤维与基体界面过渡区性能的劣化，以及纤维拌和时分布不均匀所导致的硬化水泥基复合材料内部的缺陷和孔隙的增加，同时针对不同种类纤维和不同体积掺量的具体实际情况，采用单掺或复掺不同种类和配比的矿物掺合料，对大掺量纤维条件下材料的耐久性和内部孔体结构得到进一步的改善。
(4)为了使得本发明所涉及到的一种补偿收缩水泥基复合材料，其强度、抗干缩以及抗渗能力得到进一步提高，除了上述改善配比，单掺或复掺不同种类活性矿物掺合料、以及采用外加剂以外，从集料角度出发，采用最大粒径不超过2mm的砂，并对砂的级配进行人工适配，使得其能适应不同配比条件以及实际工程条件下所能达到的使用要求。
(5)为了进一步降低硬化水泥基复合材料的收缩，通过添加适量膨胀剂使之与胶凝材料水化产生的产物发生二次水化反应，生成具有体积膨胀性的AFt来补偿收缩，以达到减缩、提高结构密实性和增强、抗渗等的目的。
(6)由于AFt和Ca(OH)2晶体的生长以及取向成度对硬化水泥基材料的耐久性有不利的影响，而复掺矿物掺合料会细化并降低晶体的取向程度，从而提高材料的耐久性。
附图说明
附图是本发明材料与素混凝土进行抗折试验时的荷载-挠度关系曲线。
具体实施方式
结合具体的实施方式对本发明进行进一步说明，而具体的实施方式仅用于对本发明进行说明而不对本发明进行限制。
实施例1：聚酯类纤维的体积率为0.9％，除纤维外的其它组分按重量比记为水泥60份，硅灰10份，粉煤灰40份，膨胀剂7份，减水剂0.4份，砂50份，水35份。
实施例2：钢纤维的体积率为1.8％，除纤维外的其它组分按重量比记为水泥58份，硅灰5份，粉煤灰50份，膨胀剂8份，减水剂0.3份，砂45份，水33份。
实施例3：聚酯纤维的体积率为1.2％，除纤维外的其它组分按重量比记为水泥58份，粉煤灰50份，膨胀剂8份，减水剂0.3份，砂48份，水30份。