CN108409251A - 一种高韧性水泥基材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性水泥基材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液10‑20份、硅酸盐水泥30‑50份、粉煤灰15‑25份、复合增强纤维7‑15份、硅灰6‑14份、云母粉4‑10份、分散剂1‑5份、减水剂2‑5份、增稠剂0.5‑3.5份和水12‑18份。本发明通过丁苯乳液、复合增强纤维的复合掺入，同时增加混凝土基体柔性以及混凝土开裂后复合增强纤维与混凝土的粘结强度，从而达到增强混凝土韧性的目的，丁苯乳液能在混凝土中脱水硬化成三维的连续膜状结构，使得混凝土表现出高张力、良好的可塑性、高的冲击韧性，并且丁苯乳液能使复合增强纤维与水泥粘结紧密，提高了该材料的抗裂性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高韧性水泥基材料及其制备方法。
背景技术
建筑材料是建筑工程的基础，而混凝土是应用最广泛的建筑材料，其主要成分包括水泥、掺合物和骨料，加水搅拌后硬化而成，具有工艺简单、防火性能等优点。但混凝土具有抗拉强度低、韧性差和开裂后裂缝宽度难以控制等缺点，因此，在传统的钢筋混凝土结构中，由于裂缝导致钢筋锈蚀而出现的工程事故经常发生。混凝土结构裂缝直接影响着结构的耐久性和工程的使用寿命，最终导致混凝土结构过早地劣化甚至完全丧失使用功能。为克服混凝土这些缺点，碳纤维混凝土和复合增强纤维混凝土等应运而生，这类混凝土的纤维掺量通常小于2%，这样做虽然一定程度上起到了减轻混凝土早期开裂，提高材料抗弯韧度等作用，但在直接拉伸荷载作用下仍发生应***化破坏，开裂后裂缝马上进入局部化扩展阶段。
基于此，有必要提供一种高韧性水泥基材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
鉴于上述对现有技术的分析，本发明提供一种高韧性水泥基材料及其制备方法，制得水泥基材料具有较好的柔韧性、抗裂性和弯曲变形能力，解决了传统混凝土抗拉强度低、韧性差和开裂后裂缝宽度难以控制等缺点。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种高韧性水泥基材料，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液10-20份、硅酸盐水泥30-50份、粉煤灰15-25份、复合增强纤维7-15份、硅灰6-14份、云母粉4-10份、分散剂1-5份、减水剂2-5份、增稠剂0.5-3.5份和水12-18份。
作为优选，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液15份、硅酸盐水泥40份、粉煤灰20份、复合增强纤维11份、硅灰10份、云母粉7份、分散剂3份、减水剂3.5份、增稠剂2份和水15份。
作为优选，所述复合增强纤维为重量比为2-4:1的碳纤维与聚酰亚胺纤维的组合物。
作为优选，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
作为优选，所述分散剂为硬脂酸铜。
作为优选，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为40%，减水率25%。
作为优选，所述增稠剂为纤维素醚。
本发明还提供了上述高韧性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数，首先将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、云母粉混合搅拌10-20min，然后加水和减水剂搅拌3-5min，再加入丁苯乳液、增稠剂搅拌3-5min，得到混合浆体；
（2）将上述混合浆体加热至60-70度并保温20-30min，然后降温至室温后加入复合增强纤维和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（3）将步骤（2）所得混合浆体倒入模具中成型，静置4-6h后脱模，放入温度为25度、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得高韧性水泥基材料。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
（1）本发明通过丁苯乳液、复合增强纤维的复合掺入，同时增加混凝土基体柔性以及混凝土开裂后复合增强纤维与混凝土的粘结强度，从而达到增强混凝土韧性的目的，其中，丁苯乳液弄够改善水泥基体自身韧性，并且聚合物在混凝土中脱水硬化成三维的连续膜状结构，交织穿插在混凝土内，使得混凝土表现出高张力、良好的可塑性、高的冲击韧性，并且丁苯乳液能在浆体与复合增强纤维界面处大量聚集，改善该处浆体结构，复合增强纤维与水泥粘结紧密，提高了该材料的抗裂性能。
（2）本发明提高了材料的韧性以及阻裂作用，所述复合增强纤维通过分散剂均匀分布，并且改变了力学性能，显著提高了材料的抵抗变形的能力，混凝土的发生开裂和断裂的概率降低。
（3）本发明添加的云母粉分散到水泥混凝土中，可有效提高混凝土的力学性能和热稳定性。
（4）本发明的高韧性水泥基材料的制备方法简单，易于实现，容易实现，可广泛用于工业与民用建筑的墙体、屋面、地坪及道路、桥梁、隧道、边坡加固。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种高韧性水泥基材料，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液10份、硅酸盐水泥30份、粉煤灰15份、复合增强纤维7份、硅灰6份、云母粉4份、分散剂1份、减水剂2份、增稠剂0.5份和水12份。
其中，所述复合增强纤维为重量比为2:1的碳纤维与聚酰亚胺纤维的组合物。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为40%，减水率25%。
其中，所述增稠剂为纤维素醚。
本发明还提供了上述高韧性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数，首先将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、云母粉混合搅拌10min，然后加水和减水剂搅拌3min，再加入丁苯乳液、增稠剂搅拌3min，得到混合浆体；
（2）将上述混合浆体加热至60度并保温20min，然后降温至室温后加入复合增强纤维和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（3）将步骤（2）所得混合浆体倒入模具中成型，静置4h后脱模，放入温度为25度、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得高韧性水泥基材料。
实施例2
一种高韧性水泥基材料，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液20份、硅酸盐水泥50份、粉煤灰25份、复合增强纤维15份、硅灰14份、云母粉10份、分散剂5份、减水剂5份、增稠剂3.5份和水18份。
其中，所述复合增强纤维为重量比为4:1的碳纤维与聚酰亚胺纤维的组合物。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为40%，减水率25%。
其中，所述增稠剂为纤维素醚。
本发明还提供了上述高韧性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数，首先将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、云母粉混合搅拌20min，然后加水和减水剂搅拌5min，再加入丁苯乳液、增稠剂搅拌5min，得到混合浆体；
（2）将上述混合浆体加热至70度并保温30min，然后降温至室温后加入复合增强纤维和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（3）将步骤（2）所得混合浆体倒入模具中成型，静置6h后脱模，放入温度为25度、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得高韧性水泥基材料。
实施例3
一种高韧性水泥基材料，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液15份、硅酸盐水泥40份、粉煤灰20份、复合增强纤维11份、硅灰10份、云母粉7份、分散剂3份、减水剂3.5份、增稠剂2份和水15份。
其中，所述复合增强纤维为重量比为3:1的碳纤维与聚酰亚胺纤维的组合物。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为40%，减水率25%。
其中，所述增稠剂为纤维素醚。
本发明还提供了上述高韧性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数，首先将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、云母粉混合搅拌15min，然后加水和减水剂搅拌4min，再加入丁苯乳液、增稠剂搅拌4min，得到混合浆体；
（2）将上述混合浆体加热至65度并保温25min，然后降温至室温后加入复合增强纤维和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（3）将步骤（2）所得混合浆体倒入模具中成型，静置5h后脱模，放入温度为25度、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得高韧性水泥基材料。
实施例4
一种高韧性水泥基材料，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液10份、硅酸盐水泥50份、粉煤灰15份、复合增强纤维15份、硅灰8份、云母粉6份、分散剂5份、减水剂2份、增稠剂1份和水12份。
其中，所述复合增强纤维为重量比为2.5:1的碳纤维与聚酰亚胺纤维的组合物。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为40%，减水率25%。
其中，所述增稠剂为纤维素醚。
本发明还提供了上述高韧性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数，首先将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、云母粉混合搅拌12min，然后加水和减水剂搅拌3.5min，再加入丁苯乳液、增稠剂搅拌4.5min，得到混合浆体；
（2）将上述混合浆体加热至60度并保温20min，然后降温至室温后加入复合增强纤维和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（3）将步骤（2）所得混合浆体倒入模具中成型，静置4h后脱模，放入温度为25度、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得高韧性水泥基材料。
实施例5
一种高韧性水泥基材料，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液20份、硅酸盐水泥30份、粉煤灰25份、复合增强纤维7份、硅灰10份、云母粉10份、分散剂3份、减水剂3.5份、增稠剂1.5份和水18份。
其中，所述复合增强纤维为重量比为3.5:1的碳纤维与聚酰亚胺纤维的组合物。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为40%，减水率25%。
其中，所述增稠剂为纤维素醚。
本发明还提供了上述高韧性水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数，首先将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、云母粉混合搅拌18min，然后加水和减水剂搅拌3min，再加入丁苯乳液、增稠剂搅拌4min，得到混合浆体；
（2）将上述混合浆体加热至65度并保温25min，然后降温至室温后加入复合增强纤维和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（3）将步骤（2）所得混合浆体倒入模具中成型，静置6h后脱模，放入温度为25度、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得高韧性水泥基材料。
对比例1
本对比例1省去了丁苯乳液，其它的与实施例3相同。
对比例2
本对比例2将复合增强纤维换成了聚乙烯醇纤维，其它的与实施例3相同。
实验例1
将实施例1-5制得的高韧性水泥基材料与对比例1、对比例2制得的高韧性水泥基材料的力学性能进行测试，结果见表1。
表1
| 样品 | 抗压强度（MPa） | 抗折强度（Mpa） | 弯曲韧性指数I20 |
| 实施例1 | 55.8 | 22.2 | 21.9 |
| 实施例2 | 57.5 | 22.4 | 21.2 |
| 实施例3 | 59.8 | 22.5 | 20.4 |
| 实施例4 | 56.7 | 22.3 | 20.7 |
| 实施例5 | 56.3 | 22.6 | 21.4 |
| 对比例1 | 53.2 | 17.8 | 22.5 |
| 对比例2 | 43.6 | 18.1 | 22.8 |
表1说明：与对比例1、对比例2相比，本发明制备的高韧性水泥基材料具有良好的力学性能，说明丁苯乳液和复合增强纤维对增强材料的力学性能具有促进作用。
实验例2
将实施例1-5制得的高韧性水泥基材料与对比例1、对比例2制得的高韧性水泥基材料的稳定性能、耐久性能进行测试，结果见表2
表2
| 样品 | 抗渗性（MPa） | 60d收缩率（10-6） | 耐磨性（kg/m3) |
| 实施例1 | P18 | 185 | 2.022 |
| 实施例2 | P18 | 178 | 2.076 |
| 实施例3 | P18 | 164 | 1.987 |
| 实施例4 | P18 | 178 | 2.042 |
| 实施例5 | P18 | 169 | 2.035 |
| 对比例1 | P16 | 214 | 2.234 |
| 对比例2 | P16 | 235 | 2.221 |
表2说明：与对比例1、对比2相比，本发明制备的高韧性水泥基材料具有良好耐久性能，干缩变形小。
综上所述，本发明制得水泥基材料具有较好的柔韧性、抗裂性和弯曲变形能力，解决了传统混凝土抗拉强度低、韧性差和开裂后裂缝宽度难以控制等缺点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高韧性水泥基材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液10-20份、硅酸盐水泥30-50份、粉煤灰15-25份、复合增强纤维7-15份、硅灰6-14份、云母粉4-10份、分散剂1-5份、减水剂2-5份、增稠剂0.5-3.5份和水12-18份。
2.根据权利要求1所述的高韧性水泥基材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料组成：丁苯乳液15份、硅酸盐水泥40份、粉煤灰20份、复合增强纤维11份、硅灰10份、云母粉7份、分散剂3份、减水剂3.5份、增稠剂2份和水15份。
3.根据权利要求1所述的高韧性水泥基材料，其特征在于，所述复合增强纤维为重量比为2-4:1的碳纤维与聚酰亚胺纤维的组合物。
4.根据权利要求1所述的高韧性水泥基材料，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
5.根据权利要求1所述的高韧性水泥基材料，其特征在于，所述分散剂为硬脂酸铜。
6.根据权利要求1所述的高韧性水泥基材料，其特征在于，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为40%，减水率25%。
7.根据权利要求1所述的高韧性水泥基材料，其特征在于，所述增稠剂为纤维素醚。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量份数，首先将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、云母粉混合搅拌10-20min，然后加水和减水剂搅拌3-5min，再加入丁苯乳液、增稠剂搅拌3-5min，得到混合浆体；
（2）将上述混合浆体加热至60-70度并保温20-30min，然后降温至室温后加入复合增强纤维和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（3）将步骤（2）所得混合浆体倒入模具中成型，静置4-6h后脱模，放入温度为25度、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得高韧性水泥基材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180817 |