一种pva纤维增强水泥基复合材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种PVA纤维增强水泥基复合材料，由以下重量份数的组分组成：水泥11.8?26.8份，粉煤灰32.2?47.2份，河砂20.8?21.5份，减水剂0.53?0.54份，消泡剂0.03份，增稠剂0.03份，纤维1.24?1.25份，水17.7?17.9份。本发明通过大掺量粉煤灰替代PVA纤维增强水泥基复合材料中的水泥，不仅变废为宝，降低了成本，减少CO2排放，节约大量自然资源和能源，而且降低PVA纤维增强水泥基复合材料的裂缝宽度和自由干缩，增强结构的长期耐久性，同时减弱裂缝尖端应力集中程度，使纤维阻裂机理得到更充分发挥，增强纤维增强水泥基复合材料抗弯韧性。
【专利说明】
-种PVA纤维増强水泥基复合材料
技术领域
[0001] 本发明设及纤维增强水泥基复合材料技术领域，具体设及一种PVA纤维增强水泥 基复合材料。
【背景技术】
[0002] 聚乙締醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料也称为工程水泥基复合材料，其缩写为 ECCXEngineered Cementitious Composites),由美国密歇根大学 Victor C 丄i 教授于 1992 年提出。ECC通常是水泥或者水泥加填料，再加小粒径细骨料作为基体，用纤维作为增强材 料混合而成，ECC复合材料具有超高初性、高抗拉强度、高抗裂能力，在变形过程中可实现稳 态开裂，形成多裂缝破坏形态，具备应变硬化特性，其极限拉伸应变率可达3 %-5 %，是普通 混凝±的300-500倍，在抗冲击、抗拉、抗剪、抗疲劳性能及耐久性等方面比普通混凝±有较 大的优势，用于混凝±构件将极大改善结构的抗震与抗倒塌性能。
[0003] 虽然聚乙締醇纤维增强水泥基复合材料中粉煤灰渗量较大，但是由于其未使用粗 骨料，导致该种材料的单方水泥质量分数达到25.4%-30.2%，与普通混凝±相比，在同强 度前提下，聚乙締醇纤维增强水泥基复合材料的水泥用量将远远超过普通混凝±水泥用 量，尤其在中低强度等级下表现更为突出；而研究表明水泥生产不仅需要消耗大量的石灰 石原料、粘±原料等自然资源W及煤炭和电力等能源，水泥生产也是工业部口中排放C〇2的 大户，在生产It普通娃酸盐水泥大约排放ltC〇2。同时作为工业废渣的粉煤灰全世界每年产 出超过6亿t，但80% W上被弃置于推填区，没有得到有效利用，而合理使用It粉煤灰，可取 代0.6-0.8t水泥，节约0.12-0.20t标准煤。
[0004] 可见，如果用粉煤灰大量代替聚乙締醇纤维增强水泥基复合材料中的水泥，不仅 能降低纤维增强水泥基复合材料的成本，而且能显著地减少C〇2的排放，节约大量自然资源 和能源。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是在保持其具备应有的物理与力学性质前提下，用粉 煤灰大量代替PVA纤维增强水泥基复合材料中的水泥降低成本，提高材料绿色性能的问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种PVA纤维增强水泥 基复合材料，由W下重量份数的组分组成：
[0007] 水泥:11.8-26.8份；
[000引粉煤灰：32.2-47.2份；
[0009] 河砂:20.8-21.5份；
[0010] 减水剂:0.53-0.54份；
[00川消泡剂:0.03份；
[0012] 增稠剂：0.03份；
[001 引纤维：1.24-1.25份；
[0014] 水：17.7-17.9 份。
[0015] 在上述方案中，由W下重量份数的组分组成：
[0016] 水泥：11.8份；
[0017] 粉煤灰:47.2份；
[001引河砂：21.25份；
[0019] 减水剂：0.54份；
[0020] 消泡剂:0.03份；
[0021] 增稠剂:0.03份；
[0022]纤维：1.25 份；
[0023] 水:17.9 份。
[0024] 在上述方案中，由W下重量份数的组分组成：
[0025] 水泥:26.8份；
[0026] 粉煤灰：32.2份；
[0027] 河砂:21.46 份；
[002引减水剂:0.54份；
[0029] 消泡剂:0.03份；
[0030] 增稠剂:0.03份；
[003。纤维：1.24 份；
[0032] 水：17.7 份。
[0033] 在上述方案中，所述水泥为普通娃酸盐水泥，强度等级为42.5R。
[0034] 在上述方案中，所述粉煤灰为低巧类一级粉煤灰。
[0035] 在上述方案中，所述河砂为特细砂。
[0036] 在上述方案中，所述减水剂为聚簇酸高效减水剂，浓度为40% W上，减水率为38% 社。
[0037] 在上述方案中，所述消泡剂为DZ-1670K，含固量为38%。
[0038] 在上述方案中，所述增稠剂为径丙基甲基纤维素。
[0039] 在上述方案中，所述纤维为聚乙締醇纤维，纤维长度为12mm，纤维直径为40μπι，纤 维抗拉强度为1560MPa，纤维弹性模量为4.10Χ 104MPa，断裂伸长率为6.5%。
[0040] 本发明通过大渗量粉煤灰替代水泥，粉煤灰替代率达到80%，大幅度降低PVA纤维 增强水泥基复合材料的水泥用量，不仅降低了该复合材料成本，而且具有W下优点：
[0041] (1)有效解决工业废渣粉煤灰的利用率低的问题，变废为宝，同时显著减少C〇2排 放，节约大量自然资源(例如生产水泥所消耗的大量石灰质原料、粘±原料等)和能源(例如 生产水泥消耗的煤炭和电力等），提高该复合材料的绿色性质；
[0042] (2)有利于加强纤维与基体界面处的粘结，提高界面粘结强度，有助于纤维的分 散，弱化裂缝尖端应力集中程度，从而提高纤维增强水泥基复合材料的力学性能，使纤维阻 裂机理得到更充分发挥；
[0043] (3)降低PVA纤维增强水泥基复合材料的裂缝宽度和自由干缩，能够填充对结构不 利的孔桐，从而提高纤维增强水泥基复合材料的密实性，有益于结构的长期耐久性。
【具体实施方式】
[0044] 本发明提供的一种PVA纤维增强水泥基复合材料，通过粉煤灰替代PVA纤维增强水 泥基复合材料中的大部分水泥，不仅有效利用粉煤灰，变废为宝，降低PVA纤维增强水泥基 复合材料的成本，减少C0油巧义，节约大量自然资源和能源;而且粉煤灰的大量渗入，有利于 加强纤维与基体界面处的粘结，有助于纤维的分散，弱化裂缝尖端应力集中程度，提高纤维 增强水泥基复合材料的力学性能，同时从材料本身降低裂缝宽度和自由干缩，能够填充对 结构不利的孔桐，提高纤维增强水泥基复合材料的密实性，增强结构的长期耐久性。该PVA 纤维增强水泥基复合材料由W下重量份数的组分组成：
[0045] 水泥:11.8-26.8份；
[0046] 粉煤灰：32.2-47.2份；
[0047] 河砂:20.8-21.5份；
[004引减水剂:0.53-0.54份；
[0049] 消泡剂:0.03份；
[0050] 增稠剂:0.03份；
[0化 1]纤维：1.24-1.25份；
[0052] 水：17.7-17.9 份。
[0053] 在本发明中，水泥为强度等级42.5R的普通娃酸盐水泥;粉煤灰为低巧类一级粉煤 灰;河砂为特细砂;减水剂为聚簇酸高效减水剂，浓度40 % W上，减水率为38 % W上;消泡剂 为DZ-1670K，含固量为38%;增稠剂为径丙基甲基纤维素;纤维为聚乙締醇纤维，纤维长度 为12mm，纤维直径为40皿，纤维抗拉强度为1560MPa，纤维弹性模量为4.10 X 104MPa，断裂伸 长率为6.5%。
[0054] 在施工现场将上述各组份按相应重量份数混合，并用揽拌机拌和成均质浆料，即 可使用，在用于混凝±构件时，使用方法与普通PVA纤维增强水泥基复合材料一致，没有特 殊要求，构件采用标准养护，养护龄期一般为28天。
[0055] 下面结合具体实施例对本发明做出详细的说明。
[0化6] 实施例1。
[0057] -种PVA纤维增强水泥基复合材料，由W下重量份数的组分组成：
[0化引水泥：11.8份；
[0059] 粉煤灰：47.2份；
[0060] 河砂：21.25 份；
[0061] 减水剂:0.54份；
[0062] 消泡剂:0.03份；
[0063] 增稠剂:0.03份；
[0064] 纤维：1.25 份；
[00化]水：17.9 份。
[0066]采用本实施例所得试验构件各项性能的试验结果如表1，试验构件采用标准养护， 养护龄期及试验龄期为28d，其中，feu为立方体抗压强度标准值;ff为抗折强度;fts为劈裂抗 拉强度;etu为应变率。
[0067] 表1:采用实施例1所得试验构件各项性能的试验结果表。
[0068] _
[0069] 实施例2。
[0070] -种PVA纤维增强水泥基复合材料，由W下重量份数的组分组成：
[007。水泥：19.17 份；
[007^ 粉煤灰:39.7份；
[0073] 河砂:21.5份；
[0074] 减水剂:0.53份；
[0075] 消泡剂:0.03份；
[0076] 增稠剂:0.03份；
[0077] 纤维：1.24份；
[007引水：17.8 份。
[0079] 采用本实施例所得试验构件各项性能的试验结果如表2,试验构件采用标准养护， 养护龄期及试验龄期为28d。
[0080] 表2:采用实施例2所得试验构件各项性能的试验结果表。
[0081]
[0082] 实施例3。
[0083] 一种PVA纤维增强水泥基复合材料，由W下重量份数的组分组成：
[0084] 水泥：19.6份；
[0085] 粉煤灰:39.9份；
[0086] 河砂:20.8份；
[0087] 减水剂:0.54份；
[008引消泡剂:0.03份；
[0089] 增稠剂:0.03份；
[0090] 纤维：1.25 份；
[0091] 水:17.85 份。
[0092] 采用本实施例所得试验构件各项性能的试验结果如表3,试验构件采用标准养护， 养护龄期及试验龄期为28d。
[0093] 表3:采用实施例3所得试验构件各项性能的试验结果表。
[0094] _
[0095] ~实施例4。
[0096] -种PVA纤维增强水泥基复合材料，由W下重量份数的组分组成：
[0097]水泥：26.8份；
[009引粉煤灰：32.2份；
[0099] 河砂:21.46 份；
[0100] 减水剂:0.54份；
[0101] 消泡剂:0.03份；
[0102] 增稠剂:0.03份；
[0103] 纤维：1.24 份；
[0104] 水:17.7 份。
[0105] 采用本实施例所得试验构件各项性能的试验结果如表4,试验构件采用标准养护， 养护龄期及试验龄期为28d。
[0106] 表4:采用实施例4所得试验构件各项性能的试验结果表。
[0107]
[0108] 本发明提供一种PVA纤维增强水泥基复合材料，粉煤灰替代水泥率最高达到80%， 大幅度降低该复合材料的水泥用量，不仅促进粉煤灰的综合利用，变废为宝，降低材料成 本，而且显著减少C〇2的排放，节约大量自然资源和能源，提高材料的绿色性质。W2011年为 例，2011年我国水泥产量达到20.85亿吨，如果按其10%用于配制普通聚乙締醇纤维增强水 泥基复合材料，则年耗水泥20850万吨，若实施本发明，粉煤灰渗量为80 %，则一年可节约水 泥16680万吨，相应的，减少生产水泥所消耗的大量石灰质原料、粘±原料等自然资源W及 煤炭和电力等能源，W生产每吨水泥耗标准煤约178kg为准，则每年可节约标准煤2969.04 万吨，每年可减少C〇2排放16680万吨；如果水泥单价为500元/吨，粉煤灰单价为300元/吨， 一年节约水泥16680万吨，则一年成本节约333.6亿元，可见采用本发明对环境、能源、经济 效益等方面都有显著优势。
[0109] 更为重要的是，粉煤灰替代水泥有利于加强纤维与基体界面处的粘结，提高界面 粘结强度，有助于纤维的分散，弱化裂缝尖端应力集中程度，从而提高纤维增强水泥基复合 材料的力学性能;并且能够从材料本身降低裂缝宽度和自由干缩，能够填充对结构不利的 孔桐，从而提高纤维增强水泥基复合材料的密实性，有益于结构的长期耐久性。
[0110] 显然，本领域的技术人员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。运样，倘若本发明的运些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含运些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，由以下重量份数的组分组成： 水泥：11.8-26.8 份； 粉煤灰:32.2-47.2份； 河砂:20.8-21.5份； 减水剂:0.53-0.54份； 消泡剂:0.03份； 增稠剂:0.03份； 纤维：1.24-1.25份； 水:17.7-17.9份。2. 如权利要求1所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，由以下重量份数的 组分组成： 水泥：11.8份； 粉煤灰:47.2份； 河砂:21.25份； 减水剂:0.54份； 消泡剂:0.03份； 增稠剂:0.03份； 纤维：1.25份； 水:17.9份。3. 如权利要求1所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，由以下重量份数的 组分组成： 水泥:26.8份； 粉煤灰:32.2份； 河砂:21.5份； 减水剂:0.53份； 消泡剂:0.03份； 增稠剂:0.03份； 纤维：1.25份； 水:17.7份。4. 如权利要求1至3任意一项所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，所述水 泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R。5. 如权利要求1至3任意一项所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，所述粉 煤灰为低钙类一级粉煤灰。6. 如权利要求1至3任意一项所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，所述河 砂为特细砂。7. 如权利要求1至3任意一项所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，所述减 水剂为聚羧酸高效减水剂，浓度为40 %以上，减水率为38 %以上。8. 如权利要求1至3任意一项所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，所述消 泡剂为DZ-1670K，含固量为38%。9. 如权利要求1至3任意一项所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，所述增 稠剂为羟丙基甲基纤维素。10. 如权利要求1至3任意一项所述的PVA纤维增强水泥基复合材料，其特征在于，所述 纤维为聚乙烯醇纤维，纤维长度为12mm，纤维直径为40μπι，纤维抗拉强度为1560MPa，纤维弹 性模量为4.10 X IO4MPa，断裂伸长率为6.5 %。
【文档编号】C04B24/38GK105906261SQ201610237176
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】何淅淅, 丁鲁波, 张博
【申请人】北京建筑大学