CN102285780B - 一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于银行金融设备制造技术领域，一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于该复合材料的重量比例为：水泥1、硅灰0.15～0.25、超细矿粉0.40～0.80、精制石英骨料1.6～2.4、高效减水剂0.010～0.015、钢纤维0.30～0.50、水0.34～0.42。本发明用于银行金融设备技术领域，属国内首创。本发明有如下优点：采用高强且具有较高耐火性能的精制石英骨料，使复合材料的强度和防火性能得到大幅提高。

Description

一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于银行金融设备制造技术领域，具体说是一种具有超高强度、超高韧性和极好防火性能的新型水泥基复合材料。
背景技术
自上世纪90年代初，超高性能水泥基复合材料（Ultra High Performance Cementitious Composites, 文中均简称为UHPCC）以其超高强度、超高韧性、超高抵抗变形和开裂能力、以及超高耐久性和超长服役寿命等特点，成为国际复合材料行业的高端研究热点，其应用领域也在逐步扩大。传统的银行金融设备都以特种钢材或金属作为主要原料。金属材料的缺点是防火焰切割性能差，且成本昂贵，因此国际上开始陆续使用UHPCC以“三明治”的构造方式来提高银行金融设备的综合性能。
目前，国外用于银行金融设备领域的UHPCC已经产业化，但其核心技术保密，国内尚无应用先例。国内开发的UHPCC多用于建筑材料技术领域，且其防火焰切割性能较差，并不适用于银行金融设备制造领域。另外，自上世纪80年代出现了两种超高性能水泥基材料，即DSP材料（高致密水泥基均匀体系）和MDF材料（无宏观缺陷水泥），在此基础上科学家又研制了RPC材料（活性粉末混凝土）。丹麦Aalborg波特兰水泥混凝土试验室的Bache采用70%～80%的水泥和20%～30%硅灰，加入1%～4%的超塑化剂制备出抗压强度高达120～260MPa的DSP材料。在DSP材料中，活性矿物掺合料品种单一，仅为成本较高的硅灰，且掺量高达30%。RPC材料抗压强度可高达200～800MPa，但其制备过程复杂，需加压成型、高温蒸汽养护或高温干热养护等，不适合规模应用。
因此研制出成本较低，工艺操作简单，且包括防火性能在内综合性能较好的超高性能水泥基复合材料，对我国银行金融设备制造技术的提升，打破国际垄断具有重要的现实意义和实际应用价值。
发明内容
发明目的
本发明的目的在于针对现有超高性能水泥基复合材料用于银行金融设备领域存在的性能上的缺点和不足，提供了一种超高强度、超高韧性并具有极好防火性能的新型水泥基复合材料。
技术方案：本发明超高性能水泥基复合材料各组分相对水泥的重量比例如下所示：
组分 重量比例
水泥 1
硅灰 0.15～0.25
超细矿粉 0.40～0.80
精制石英骨料 1.6～2.4
高效减水剂 0.010～0.015
钢纤维 0.30～0.50
水 0.34～0.42
水泥：硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥标号不应低于52.5级；
硅灰：比表面积不小于20000 m2/Kg；
超细矿粉：矿粉是炼铁工业副产品，超细矿粉比表面积约为750m2/Kg；
精制石英骨料：精制石英骨料有较高的耐火性能，在本发明中其对综合性能的提高，特别是防火性能的提高显著。要求精制石英骨料中二氧化硅含量不低于99%；
精制石英骨料：精制石英骨料的粒径为0～1mm，连续级配；
高效减水剂：减水率大于35%的聚羧酸系减水剂，粉剂；
钢纤维：平直型钢纤维或端钩型钢纤维，要求长径比不小于40；
水：普通饮用水；
本发明提出的银行金融设备用超高性能水泥基复合材料的制备方法如下：（A）按照配合比例称量水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料和高效减水剂，干拌2～3分钟，使其混合均匀；（B）按照配合比例称量水，开动搅拌机，并将水缓缓加入到已混合均匀的拌合料中，直至其成为浆体；（C）按照配合比例称量钢纤维，并将其均匀分布于浆体中，待钢纤维全部投入，再继续搅拌2分钟后停止搅拌；（D）将拌合物装入标准水泥胶砂三联试模，并震动成型，成型试模尺寸为40mm×40mm×160mm；（E）静置24小时后拆模，对试件进行标准养护，28天后进行抗压强度测试。
其中水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料、高效减水剂、钢纤维的生产厂家分别为南京江南小野田水泥有限公司、上海埃肯国际贸易有限公司、昆山德固新型建材科技有限公司、安徽凤阳石英砂厂、弗克科技（苏州）有限公司、鞍山市昌宏钢纤维厂。
有益效果
本发明用于银行金融设备技术领域，属国内首创。本发明有如下优点：（1）采用高强且具有较高耐火性能的精制石英骨料，使复合材料的强度和防火性能得到大幅提高。（2）采用不同粒级的矿物掺合料（硅灰和超细矿粉），不仅使硬化浆体的致密度增加，减少了气孔率和裂纹的产生，而且矿物掺合料多为工业副产品，有利于环保。（3）本发明的超高性能水泥基复合材料采用自然养护，无需高温蒸汽或高温干热养护，操作简单，节省能源成本，适宜于大规模生产。（4）本发明在填补我国银行金融设备用复合材料制备方面，提升我国在该领域的技术地位有重要意义。
具体实施方式
实施例1：
复合材料各组分相对水泥的重量比例如下：
组分 重量比例
水泥 1
硅灰 0.25
超细矿粉 0.80
精制石英骨料 2.4
高效减水剂 0.015
钢纤维 0.50
水 0.42
经测试，该超高性能水泥基复合材料28天抗压强度为164.6MPa。
本发明的制备方法是：（A）按照配合比例称量水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料和高效减水剂，干拌2～3分钟，使其混合均匀；（B）按照配合比例称量水，开动搅拌机，并将水缓缓加入到已混合均匀的拌合料中，直至其成为浆体；（C）按照配合比例称量钢纤维，并将其均匀分布于浆体中，待钢纤维全部投入，再继续搅拌2分钟后停止搅拌；（D）将拌合物装入标准水泥胶砂三联试模，并震动成型，成型试模尺寸为40mm×40mm×160mm；（E）静置24小时后拆模，对试件进行标准养护，28天后进行抗压强度测试。
实施例2：
复合材料各组分相对水泥的重量比例如下：
组分 重量比例
水泥 1
硅灰 0.25
超细矿粉 0.80
精制石英骨料 2.0
高效减水剂 0.015
钢纤维 0.50
水 0.42
经测试，该超高性能水泥基复合材料28天抗压强度为152.3MPa。
本发明的制备方法是：（A）按照配合比例称量水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料和高效减水剂，干拌2～3分钟，使其混合均匀；（B）按照配合比例称量水，开动搅拌机，并将水缓缓加入到已混合均匀的拌合料中，直至其成为浆体；（C）按照配合比例称量钢纤维，并将其均匀分布于浆体中，待钢纤维全部投入，再继续搅拌2分钟后停止搅拌；（D）将拌合物装入标准水泥胶砂三联试模，并震动成型，成型试模尺寸为40mm×40mm×160mm；（E）静置24小时后拆模，对试件进行标准养护，28天后进行抗压强度测试。
实施例3：
复合材料各组分相对水泥的重量比例如下：
组分 重量比例
水泥 1
硅灰 0.25
超细矿粉 0.80
精制石英骨料 2.0
高效减水剂 0.015
钢纤维 0.50
水 0.34
经测试，该超高性能水泥基复合材料28天抗压强度为171.9MPa。
本发明的制备方法是：（A）按照配合比例称量水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料和高效减水剂，干拌2～3分钟，使其混合均匀；（B）按照配合比例称量水，开动搅拌机，并将水缓缓加入到已混合均匀的拌合料中，直至其成为浆体；（C）按照配合比例称量钢纤维，并将其均匀分布于浆体中，待钢纤维全部投入，再继续搅拌2分钟后停止搅拌；（D）将拌合物装入标准水泥胶砂三联试模，并震动成型，成型试模尺寸为40mm×40mm×160mm；（E）静置24小时后拆模，对试件进行标准养护，28天后进行抗压强度测试。
实施例4：
复合材料各组分相对水泥的重量比例如下：
组分 重量比例
水泥 1
硅灰 0.15
超细矿粉 0.40
精制石英骨料 1.6
高效减水剂 0.010
钢纤维 0.30
水 0.34
经测试，该超高性能水泥基复合材料28天抗压强度为162.3MPa。
本发明的制备方法是：（A）按照配合比例称量水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料和高效减水剂，干拌2～3分钟，使其混合均匀；（B）按照配合比例称量水，开动搅拌机，并将水缓缓加入到已混合均匀的拌合料中，直至其成为浆体；（C）按照配合比例称量钢纤维，并将其均匀分布于浆体中，待钢纤维全部投入，再继续搅拌2分钟后停止搅拌；（D）将拌合物装入标准水泥胶砂三联试模，并震动成型，成型试模尺寸为40mm×40mm×160mm；（E）静置24小时后拆模，对试件进行标准养护，28天后进行抗压强度测试。
实施例5：
复合材料各组分相对水泥的重量比例如下：
组分 重量比例
水泥 1
硅灰 0.15
超细矿粉 0.40
精制石英骨料 1.6
高效减水剂 0.010
钢纤维 0.50
水 0.34
经测试，该超高性能水泥基复合材料28天抗压强度为178.7MPa。
本发明的制备方法是：（A）按照配合比例称量水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料和高效减水剂，干拌2～3分钟，使其混合均匀；（B）按照配合比例称量水，开动搅拌机，并将水缓缓加入到已混合均匀的拌合料中，直至其成为浆体；（C）按照配合比例称量钢纤维，并将其均匀分布于浆体中，待钢纤维全部投入，再继续搅拌2分钟后停止搅拌；（D）将拌合物装入标准水泥胶砂三联试模，并震动成型，成型试模尺寸为40mm×40mm×160mm；（E）静置24小时后拆模，对试件进行标准养护，28天后进行抗压强度测试。
实施例6：
复合材料各组分相对水泥的重量比例如下：
组分 重量比例
水泥 1
硅灰 0.15
超细矿粉 0.80
精制石英骨料 2.0
高效减水剂 0.015
钢纤维 0.50
水 0.34
经测试，该超高性能水泥基复合材料28天抗压强度为173.1MPa。
本发明的制备方法是：（A）按照配合比例称量水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料和高效减水剂，干拌2～3分钟，使其混合均匀；（B）按照配合比例称量水，开动搅拌机，并将水缓缓加入到已混合均匀的拌合料中，直至其成为浆体；（C）按照配合比例称量钢纤维，并将其均匀分布于浆体中，待钢纤维全部投入，再继续搅拌2分钟后停止搅拌；（D）将拌合物装入标准水泥胶砂三联试模，并震动成型，成型试模尺寸为40mm×40mm×160mm；（E）静置24小时后拆模，对试件进行标准养护，28天后进行抗压强度测试。

Claims (10)

1.一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于该复合材料的重量比例为：
组分 重量比例 水泥 1 硅灰 0.15～0.25 超细矿粉 0.40～0.80 精制石英骨料 1.6～2.4 高效减水剂 0.010～0.015 钢纤维 0.30～0.50 水 0.34～0.42
。
2.根据权利要求1所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥是硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥标号应不低于52.5级。
3.根据权利要求1所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述硅灰的比表面积不应低于20000 m2/Kg。
4.根据权利要求1所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述超细矿粉的比表面积为750m2/Kg。
5.根据权利要求1所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述精制石英骨料中二氧化硅含量不低于99%。
6.根据权利要求5所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述精制石英骨料的粒径在0～1mm。
7.根据权利要求1所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述高效减水剂为减水率大于35%的聚羧酸系减水剂，粉剂。
8.根据权利要求1所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述钢纤维是平直型钢纤维或端钩型钢纤维，要求长径比不小于40。
9.根据权利要求1所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料，其特征在于，所述水为普通饮用水。
10.根据权利要求1所述的一种银行金融设备用超高性能水泥基复合材料的制备方法，其特征在于：
（A）按照配合比例称量水泥、硅灰、超细矿粉、精制石英骨料和高效减水剂，干拌2～3分钟，使其混合均匀；
（B）按照配合比例称量水，开动搅拌机，并将水缓缓加入到已混合均匀的拌合料中，直至其成为浆体；
（C）按照配合比例称量钢纤维，并将其均匀分布于浆体中，待钢纤维全部投入，再继续搅拌2分钟后停止搅拌；
（D）将拌合物装入标准水泥胶砂三联试模，并震动成型，成型试模尺寸为40mm×40mm×160mm；
（E）静置24小时后拆模，对试件进行标准养护，28天后进行抗压强度测试。
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