一种高延性水泥基复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及水泥基材料，具体而言，涉及一种高延性水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、高延性水泥基复合材料，是基于微观力学和断裂力学对基体、纤维、界面进行配合比设计，通过纤维增韧的复合材料。国际国内学者对其各项性能和工程应用做了大量研究。高延性水泥基复合材料具有超强的受拉变形能力，在单轴拉伸情况下其极限拉伸应变可超过3％；同时，在受拉时表现为类似于金属材料才有的应变硬化行为。

2、目前国内外大多使用日本pva纤维来制备高延性水泥基复合材料，由于该种纤维售价高，导致纤维费用占总材料费用近80％。目前市场上高延性水泥基复合材料售价8000～12000元/m3，高昂的成本极大程度限制了其在工程上的推广应用。

3、为了满足使用时对强度的需求，现有技术有进行掺入国产合成纤维(pp纤维、pan纤维、pva纤维、pom纤维等)，合成纤维的掺入可以改善的延性和弯曲韧性，但同时也会导致其工作性能显著降低，且上述合成纤维成本高，限制了其推广应用。

4、因此，如何获得低成本、高延性的水泥基复合材料，成为目前亟待解决的重要问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高延性水泥基复合材料及其制备方法，其不仅具有优异的力学性能，可以提高结构的强度和耐久性，且具有高延性和高强度。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：

3、一种高延性水泥基复合材料，按重量份数计，包括普通硅酸盐水泥20-30份、粉煤灰25-45份、矿粉10-20份、pp纤维1-2份，聚羧酸高性能减水剂0.5-1份、40-70目石英砂1-10份、70-100目石英砂5-10份、聚丙烯酰胺0.1-0.5份、水15-20份；所述改性pp纤维为通过纳米碳酸钙、纳米二氧化硅及偶联剂改性的pp纤维。

4、本发明通过上述组分及配比的协同作用，所得的材料不仅具有优异的力学性能，可以提高结构的力学性能和耐久性，且具有高延性和高强度，性能优良，耐久性好，可以满足浇筑、模压、喷射等多种施工工艺要求，有效地加固砌筑结构和普通钢筋混凝土结构，提高建筑的抗震性能，除此之外，原料组分的选择及制备方法的生产成本仅为传统超延性复合材料的1/4～1/2，具有优异的经济效益；尤其是加入的经过改性后的pp纤维，其表面粗糙度增加、纤维接触角降低，使水泥基复合材料在施工过程中流动性更好、密实度更高，可更好地满足填充要求，且改性后pp纤维表面引入了碳氧双键和碳碳键等活性官能团，改善了pp纤维与水泥基体之间的界面附着力，提高了水泥砂浆抗盐侵蚀性，抗压性能效果显著。

5、进一步地，所述改性pp纤维的制备方法为：

6、(1)先利用氩等离子体对pp纤维进行等离子体处理1-5min，得第一pp纤维；本发明预先利用等离子体对pp纤维进行等离子体处理，使pp纤维疏水表面转变为亲水表面，增加pp纤维与基体之间的物理黏附，且使得其对水泥的断裂模数和韧性得以增强；

7、(2)用醇溶剂(如乙醇)将第一pp纤维浸泡10-15h，洗涤干燥；然后加入去离子水、醇溶剂和硅烷偶联剂(kh-550，浓度30-50％)的混合溶液，在50-70℃下超声浸泡6-8h，洗涤干燥，冷却，得第二pp纤维；混合溶液中去离子水、醇溶剂和硅烷偶联剂的质量比为1：6-12：5-10；混合溶液与第一pp纤维的液固比为10-20:1；

8、(3)将去离子水、聚丙烯酸钠、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅(质量比为400:1-3:5-12:5-15)混合后，在70-110℃下超声搅拌1h，得纳米粒子分散液，将第二pp纤维放入纳米粒子分散液中，在70-110℃下反应2h，然后用无水乙醇洗涤、过滤、干燥，即得改性pp纤维；纳米粒子分散液与第二pp纤维的液固比为10-20:1。

9、上述高延性水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：分别称取硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、石英砂和聚丙烯酰胺按比例干拌，得到干混料；然后将聚羧酸高性能减水剂、水，分至少两次加入干混料内进行搅拌，每次搅拌时间至少8分钟，最后加入改性pp纤维，继续搅拌，即得水泥基复合材料。

10、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

11、通过本发明各组分及配比的协同作用，所得的材料不仅具有优异的力学性能，可以提高结构的强度和耐久性，且具有高延性和高强度，性能优良，耐久性好，可以满足浇筑、模压、喷射等多种施工工艺要求，有效地加固砖结构，提高建筑的抗震性能；尤其是加入的经过改性后的pp纤维，其表面粗糙度增加、纤维接触角降低，使水泥基复合材料在施工过程中流动性更好、密实度更高，可更好地满足填充要求，且改性后pp纤维表面引入了碳氧双键和碳碳键等活性官能团，改善了pp纤维与水泥基体之间的界面附着力，提高了水泥砂浆抗盐侵蚀性，抗压性能效果显著。

技术特征：

1.一种高延性水泥基复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括硅酸盐水泥20-30份、粉煤灰25-45份、矿粉10-20份、改性pp纤维1-2份、聚羧酸高性能减水剂0.5-1份、石英砂6-20份、聚丙烯酰胺0.1-0.5份、水15-20份；所述改性pp纤维为通过纳米碳酸钙、纳米二氧化硅及偶联剂改性的pp纤维。

2.根据权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述改性pp纤维的制备方法为：

3.根据权利要求2所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于，步骤(1)中，所述等离子体为氩等离子体或氧等离子体；处理时间为1-5min。

4.根据权利要求2所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于，步骤(2)中，混合溶液中去离子水、醇溶剂和硅烷偶联剂的质量比为1：6-12：5-10。

5.根据权利要求2所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于，步骤(2)中，混合溶液与第一pp纤维的液固比为10-20:1。

6.根据权利要求2所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于，步骤(3)中，去离子水、聚丙烯酸钠、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅的质量比为400:1-3:5-12:5-15。

7.根据权利要求2所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于，步骤(3)中，纳米粒子分散液与第二pp纤维的液固比为10-20:1。

8.根据权利要求1所述的高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述石英砂包括质量比为1:1-5的40-70目石英砂和70-100目石英砂。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别称取硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、石英砂和聚丙烯酰胺按比例干拌，得到干混料；然后将聚羧酸高性能减水剂、水，分至少两次加入干混料内进行搅拌，最后加入改性pp纤维，继续搅拌，即得水泥基复合材料。

10.根据权利要求9所述的高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，每次搅拌时间至少8分钟。

技术总结
本发明提供了一种高延性水泥基复合材料，按重量份数计，包括硅酸盐水泥20‑30份、粉煤灰25‑45份、矿粉10‑20份、PP纤维1‑2份，聚羧酸高性能减水剂0.5‑1份、40‑70目石英砂1‑10份、70‑100目石英砂5‑10份、聚丙烯酰胺0.1‑0.5份、水15‑20份；所述改性PP纤维为通过纳米碳酸钙、纳米二氧化硅及偶联剂改性的PP纤维；其制备方法，包括以下步骤：分别称取硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、石英砂和聚丙烯酰胺按比例干拌，得到干混料；然后将聚羧酸高性能减水剂、水，分至少两次加入干混料内进行搅拌，最后加入改性PP纤维，继续搅拌，即得水泥基复合材料；其不仅具有优异的力学性能，可以提高结构的强度和耐久性，且具有高延性和高强度。

技术研发人员：余中华,王杰,肖东,邓大华,周志威,刘杰,谭琪,刘佳欣
受保护的技术使用者：成都城投城建科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15