一种纤维增强水泥基材料及其制备方法技术

技术编号:19187743 阅读:30 留言:0更新日期:2018-10-17 02:35
本发明专利技术公开了一种纤维增强水泥基材料及其制备方法。该纤维增强水泥基材料按照重量百分比包括如下组分:水泥30‑32%、粉煤灰10‑13%、粗砂10‑16%、细砂25‑33%、硅灰4‑6%、水8‑9%、减水剂1‑1.5%,上述组分之和为100%;所述纤维增强水泥基材料还包括钢纤维与玄武岩纤维,所述钢纤维的体积掺量为1%‑2%,所述玄武岩纤维的体积掺量为0‑1%。本发明专利技术在保持了超高性能纤维增强水泥基材料良好的力学性能的同时,大幅提升了其电阻率,降低了其在复杂环境下发生电化学腐蚀的风险。

Fiber reinforced cement based material and preparation method thereof

The invention discloses a fiber reinforced cement based material and a preparation method thereof. According to the weight percentage, the fiber reinforced cement-based material comprises the following components: cement 30.32%, fly ash 10.13%, coarse sand 10.16%, fine sand 25.33%, silica fume 4.6%, water 8.9%, water reducing agent 1.5%, the sum of the above components is 100%; the fiber reinforced cement-based material also includes steel fiber and basalt. The volume fraction of the steel fiber is 1%2%, and the volume fraction of the basalt fiber is 0_1%. The invention not only maintains the good mechanical properties of ultra-high performance fiber reinforced cement-based materials, but also greatly improves their resistivity and reduces the risk of electrochemical corrosion in complex environment.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强水泥基材料及其制备方法
本专利技术涉及建筑材料领域,具体涉及到一种高电阻率超高性能纤维增强水泥基材料及其制备方法。
技术介绍
超高性能纤维增强水泥基材料(UHPFRC)是一种力学性能、耐久性均十分优异的水泥基材料,目前在建筑特殊结构、桥梁等方面均有应用。超高性能纤维增强水泥基材料良好的力学性能不仅能有效减小结构的体积和自重并满足一些特殊结构的要求。为达到良好的力学性能,其设计上普遍使用纤维增强的方式,因为纤维的掺入会限制混凝土产生破坏时裂纹的扩展,在基体开裂后,分摊部分载荷,增强效果取决于纤维与基体之间结合的强度。在UHPRFC的制备使用的各种不同材质的纤维当中,应用最普遍的是镀铜短钢纤维,这种纤维与基体结合紧密,增强效果最好。但是在一些特殊环境下,尤其是高离子浓度的海洋环境,超高性能纤维增强水泥基材料的适用程度还未可知。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题提供一种纤维增强水泥基材料及其制备方法。该纤维增强水泥基材料相比于传统的纤维增强混凝土有着较大的电阻率,降低在复杂环境中,混凝土发生电化学腐蚀的风险。为解决上述技术问题,本专利技术的技术方案为:一种纤维增强水泥基材料,所述纤维增强水泥基材料按照重量百分比包括如下组分:水泥30-32%、粉煤灰10-13%、粗砂10-16%、细砂25-33%、硅灰4-6%、水8-9%、减水剂1-1.5%,上述组分之和为100%;所述纤维增强水泥基材料还包括钢纤维与玄武岩纤维,所述钢纤维的体积掺量为1%-2%,所述玄武岩纤维的体积掺量为0-1%。上述方案中,钢纤维直径为0.05-0.2mm、长度为5-20mm。上述方案中,所述玄武岩纤维直径为5-50μm,长度为5-15mm。上述方案中,所述钢纤维与玄武岩纤维的体积比为1:1。上述方案中,所述砂为筛分的市售河砂,粗砂粒径在0.6-1.25mm,细砂粒径在0-0.6mm。上述方案中,水泥为硅酸盐52.5水泥。上述方案中,粉煤灰为一级粉煤灰。上述方案中,减水剂为聚羧酸高效减水剂,固含量为20%。所述的纤维增强水泥基材料的制备方法,按质量比称取原料,先将水泥、粉煤灰、硅灰混合搅拌30-60s;然后将粗砂和细砂倒入到混合好的粉料中,搅拌30-60s;再将减水剂和80%的水混合倒入材料中,搅拌10-20s后加入剩下的水,搅拌至粉料成浆;然后按标准砂浆搅拌程序,搅拌;最后缓慢均匀地先倒入钢纤维后倒入玄武岩纤维,慢搅使纤维和浆体混合均匀,并倒入模具成型。本专利技术的原理是:采用不导电的玄武岩纤维部分取代钢纤维,降低钢纤维的体积分数,从而降低导电组分的含量;通过投料有序、快慢交替工艺过程,充分分散了两种纤维,并使部分玄武岩纤维侵入相邻钢纤维之间,阻隔了钢纤维的直接接触,从而降低了钢纤维形成连续导电网络的可能性。以上两方面的内在机制,是制备高电阻率UHPRFC的基本原理。实现这一原理的途径是:原料的质量比例,是通过根据颗粒级配所设计,使得粉料的堆积密实,同时通过高活性细粉(硅灰)填充微孔并加速水化以获得良好的基体性能。搅拌工艺上,搅拌时间相比于常规水泥基材料的搅拌时间要长,保证让减水剂能充分发挥作用;缓慢加入纤维可以避免纤维团聚导致产品不均匀;在加入纤维及后续的搅拌过程中采用慢速率的搅拌是为了避免钢纤维在快速搅拌中被搅拌转子打弯产生导纤维的团聚,从而造成超高性能纤维增强混凝土的力学性能下降和由于纤维过多缠绕造成的电阻率降低。采用玄武岩纤维部分取代钢纤维,在发挥钢纤维良好的增强效果的同时,降低了钢纤维的体积含量,减少了钢纤维的互相接触,表现为提高了体积电阻率,从而可以降低钢纤维发生电化学腐蚀的风险。本专利技术的有益效果为:该高电阻率超高性能纤维增强水泥基材料相比于传统的钢纤维超高性能纤维增强混凝土有着较大的电阻率,降低在复杂环境中,混凝土发生电化学腐蚀的风险。附图说明图1为本专利技术实施例和对比例的1d,7d和28d的抗压强度。图2为本专利技术实施例和对比例的28d抗折强度。图3为对比例3的交流阻抗谱图。图4为实施例2的交流阻抗谱图。图5为实施例1的交流阻抗谱图。具体实施方式本专利技术中的提升电阻率效果主要通过交流阻抗谱测试的方式进行,混凝土不是欧姆元件,不能简单通过R=U/I来计算体积电阻,这一测试方法可以将样品的电阻和电容效应分离,并减小电极接触的误差。本专利技术中力学性能通过抗压强度、抗折强度测试来进行说明。本专利技术提供一种纤维增强水泥基材料,该纤维增强水泥基材料按照重量百分比包括如下组分:水泥30-32%、粉煤灰10-13%、粗砂10-16%、细砂25-33%、硅灰4-6%、水8-9%、减水剂1-1.5%,上述组分之和为100%;纤维增强水泥基材料还包括钢纤维与玄武岩纤维,钢纤维的体积掺量为1%-2%,玄武岩纤维的体积掺量为0-1%。钢纤维直径为0.05-0.2mm、长度为5-20mm。玄武岩纤维直径为5-50μm,长度为5-15mm。钢纤维与玄武岩纤维的体积比为1-3:1-3,优先为1:1。砂为筛分的市售河砂,粗砂粒径在0.6-1.25mm,细砂粒径在0-0.6mm。水泥为硅酸盐52.5水泥。粉煤灰为一级粉煤灰。减水剂为聚羧酸高效减水剂,固含量为20%。本实施例还提供该纤维增强水泥基材料的制备方法,按质量比称取原料,先将水泥、粉煤灰、硅灰混合搅拌30-60s;然后将粗砂和细砂倒入到混合好的粉料中,搅拌30-60s;再将减水剂和80%的水混合倒入材料中,搅拌10-20s后加入剩下的水,搅拌至粉料成浆;然后按标准砂浆搅拌程序,搅拌;最后缓慢均匀地先倒入钢纤维后倒入玄武岩纤维,慢搅使纤维和浆体混合均匀,并倒入模具成型。下面以几个具体实施例来说明。实施例1本实施例的原料配比如表1所示。在本实施例中,钢纤维SF和纯玄武岩纤维BF的体积比为3:1。钢纤维SF的体积掺量为1.5%,玄武岩纤维的体积掺量为0.5%。其中,根据钢的密度7.8g/cm3和玄武岩的密度2.7g/cm3,可以计算出各配比中每立方米中纤维的质量,即表1中给出的是钢纤维和纯玄武岩纤维的质量。实施例2本实施例的原料配比如表1所示。在本实施例中,钢纤维SF和纯玄武岩纤维BF的体积比为1:1。钢纤维SF的体积掺量为1%,纯玄武岩纤维的体积掺量为1%。实施例3本实施例的原料配比如表1所示。在本实施例中,钢纤维SF和纯玄武岩纤维BF的体积比为1:3。钢纤维SF的体积掺量为0.5%,纯玄武岩纤维的体积掺量为1.5%。对比例1至对比例4对比例1至对比例4的原料配比如表1所示,分别列出了不含任何纤维、仅含有钢纤维以及仅含有玄武岩纤维进行对比。表1单位(Kg/m3)根据表1所述配比,按
技术实现思路
中详述的工艺流程进行超高性能纤维增强水泥基材料的制备,使用40mm×40mm×160mm三联模具进行成型,产物按GB/T17671-1999进行养护28d。在试块两侧使用石墨导电胶粘贴电极片,使用电化学工作站采用两电极法进行交流阻抗谱的试验,扫描频率设置为1Mhz-1hz,实验结果绘制成Nyquist图后,使用软件进行拟合分析试样的电阻率变化,用力学试验机测试抗折强度和抗压强度。试验结果证明,本专利技术的材料力学性能稳定。与纯钢纤维超高性能纤维增强水泥基材料相比,本专利技术所制备的高电阻UHPRFC在力学性能满足的情况下,还本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种纤维增强水泥基材料,其特征在于,所述纤维增强水泥基材料按照重量百分比包括如下组分:水泥30‑32%、粉煤灰10‑13%、粗砂10‑16%、细砂25‑33%、硅灰4‑6%、水8‑9%、减水剂1‑1.5%,上述组分之和为100%;所述纤维增强水泥基材料还包括钢纤维与玄武岩纤维,所述钢纤维的体积掺量为1%‑2%,所述玄武岩纤维的体积掺量为0‑1%。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强水泥基材料,其特征在于,所述纤维增强水泥基材料按照重量百分比包括如下组分:水泥30-32%、粉煤灰10-13%、粗砂10-16%、细砂25-33%、硅灰4-6%、水8-9%、减水剂1-1.5%,上述组分之和为100%;所述纤维增强水泥基材料还包括钢纤维与玄武岩纤维,所述钢纤维的体积掺量为1%-2%,所述玄武岩纤维的体积掺量为0-1%。2.如权利要求1所述的纤维增强水泥基材料,其特征在于,钢纤维直径为0.05-0.2mm、长度为5-20mm。3.如权利要求1所述的纤维增强水泥基材料,其特征在于,所述玄武岩纤维直径为5-50μm,长度为5-15mm。4.如权利要求1所述的纤维增强水泥基材料,其特征在于,所述钢纤维与玄武岩纤维的体积比为1:1。5.如权利要求1所述的纤维增强水泥基材料,其特征在于,...

【专利技术属性】
技术研发人员:水中和饶苏端余睿宋秋磊
申请(专利权)人:武汉理工大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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