一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料及其制备方法技术

一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料及其制备方法，属于水泥材料学领域。由水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、水、减水剂、增稠剂、PVA纤维组成。其制备方法，将水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、增稠剂混合倒入搅拌机中，干拌2分钟；将减水剂倒入水中，充分混合均匀后倒入搅拌机中搅拌；然后将PVA纤维加入搅拌锅中，在60‑70转/分钟的速度下搅拌3分钟，再在170‑180转/分钟的速度下搅拌1分钟。本发明专利技术原料取材方便，制备方法简单，具有良好的拉压力学性能。同时，采用大掺量粉煤灰代替胶材中的水泥，有利于减少碳排放，消耗了工业废渣。

A High Performance Fiber Cement-based Composite Material with High Fly Ash Content and Its Preparation Method

The invention relates to a fiber cement-based composite material with high performance and high fly ash content and a preparation method thereof, belonging to the field of cement materials science. It consists of cement, fly ash, silica fume, quartz sand, water, water reducing agent, thickener and PVA fiber. The preparation method includes mixing cement, fly ash, silica fume, quartz sand and thickener into mixer for 2 minutes, mixing water reducer in water, mixing well and evenly, then mixing PVA fiber into mixer, mixing for 3 minutes at the speed of 60 70 / minute, then mixing for 1 minute at the speed of 170 / minute. The raw material of the invention is convenient to obtain, the preparation method is simple, and has good tensile and compressive properties. At the same time, using large amount of fly ash instead of cement in rubber is conducive to reducing carbon emissions and consuming industrial waste residue.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料及其制备方法
本专利技术专利属于水泥材料学领域，涉及一种水泥基复合材料，具体来说是一种掺加PVA纤维的大掺量粉煤灰高韧性水泥基复合材料及其制备方法。技术背景由于混凝土类材料在建筑工程领域具有举足轻重的作用，对混凝土类材料的需求仍将持续增长。然而普通混凝土材料本身存在拉伸性能差、脆性易开裂、开裂后裂缝宽度难以控制等缺陷，使得其耐久性大打折扣。为了克服这些缺点，提升混凝土材料结构的使用寿命，几十年来工程学界展开了广泛和深入的研究。美国密歇根大学VictorLi教授基于细观力学及断裂力学原理设计出一种具有高延展性的新型纤维增强水泥基复合材料(即EngineeredCementitiousComposite,ECC)，它是一种经特别筛选的短纤维(通常是合成纤维)随机分布于基体中的水泥基复合材料，其拉伸性能是普通混凝土的数百倍。粉煤灰作为一种工业废渣，全世界年产出超过6亿吨，且大部分产出的粉煤灰并未得到有效利用即被弃置于堆填区。用粉煤灰取代部分基材中的水泥不仅能提高粉煤灰的资源再利用，同时也可减少因水泥生产而产生的大量二氧化碳，有利于发展绿色节能、环境友好型建筑材料；高掺量粉煤灰也能降低亲水型纤维与基体的界面粘结强度，有利于材料发展拉伸性能。然而实际制备的大掺量粉煤灰纤维水泥基复合材料的性能会受到粉煤灰自身物理化学性能的影响，而不同的出厂批次也会对粉煤灰的性能产生差异。
技术实现思路
本专利技术的主要目的即针对上述问题，提供一种力学性能较好、加工工艺简单的高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料的较优配合比范围及其制备方法。本专利技术所采用的技术方案：按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及质量含量如下：水泥：500-760份粉煤灰：833-1085份硅灰：83-84份石英砂：600-601份水：416-455份减水剂：15-18份增稠剂：1份PVA纤维：38-40份方案中，所述水泥为强度等级42.5型普通硅酸盐水泥。方案中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。方案中，所述硅灰为硅含量94wt％硅灰。方案中，所述石英砂为80-120目石英砂。方案中，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂。方案中，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素粉末。方案中，所述纤维为日本Kuraray公司生产的PVA纤维，纤维长度12mm，直径39μm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa。本专利技术还提供了上述高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：(1)按比例称取原料；(2)将水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、增稠剂混合倒入搅拌机中，在60-70转/分钟的速度下干拌2分钟；(3)将减水剂倒入水中，充分混合均匀后倒入搅拌机中，在60-70转/分钟的速度下搅拌2分钟，再在170-180转/分钟的速度下搅拌2分钟；(4)将PVA纤维加入搅拌机中，在60-70转/分钟的速度下搅拌3分钟，再在170-180转/分钟的速度下搅拌1分钟；得到高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料。本专利技术采用大量粉煤灰代替水泥，大幅降低了该水泥基复合材料中的水泥用量，减少了由于生产水泥及其复合物而产生的碳排放；同时大量粉煤灰作为原料使用，消耗了从燃煤电厂排放出的工业废渣，使得高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料更加绿色环保。进一步，本专利技术中的高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，经单轴拉伸试验检测，28d标准养护下的平均抗拉强度可达3.17-4.12MPa，平均拉伸应变可达2.29-3.20％。因此该高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料力学性能较好，韧性高。进一步，在本专利技术中，减水剂和增稠剂的适配避免了拌和过程中的纤维结团，使PVA纤维在高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料中获得了良好的分散性和相容性，充分发挥了纤维的阻裂机理，硅灰的加入也改善了纤维与基体的界面性能，同时细化孔隙，提高了高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料的拉压力学性能。进一步，本专利技术中的高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料的原料取材方便，采用的制备方法流程较为简单，对制备的操作环境及场地要求较低。以上这些优点使该高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料得以应用于已有混凝土结构的维修加固，延长结构耐久性。附图说明以下附图仅旨在对于本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中，图1是本专利技术实施例中的高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料的单轴拉伸试验尺寸示意图。左侧为正视图，右侧为侧视图。图2是本专利技术中实施例1至实施例3所得的的高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料的单轴拉伸应力-应变曲线示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。以下实施例单轴拉伸试验尺寸示意图见图1。实施例1本专利技术中的一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及含量如下：水泥：500.1份粉煤灰：1083.5份硅灰：83.3份石英砂：600.1份水：450.1份减水剂：15.2份增稠剂：1份PVA纤维：39.3份实施例中所述水泥为强度等级42.5型普通硅酸盐水泥。实施例中所述粉煤灰为一级粉煤灰。实施例中所述硅灰为硅含量94wt％硅灰。实施例中所述石英砂为80-120目石英砂。实施例中所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂。实施例中所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素粉末。实施例中所述纤维为日本Kuraray公司生产的PVA纤维，纤维长度12mm，直径39μm，抗拉强度为1620MPa，弹性模量为42.8GPa。本实施例中上述高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：将水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、增稠剂混合倒入搅拌机中，在60-70转/分钟的速度下干拌2分钟；将减水剂倒入水中，充分混合均匀后倒入搅拌机中，在60-70转/分钟的速度下搅拌2分钟，再在170-180转/分钟的速度下搅拌2分钟；将PVA纤维加入搅拌锅中，在60-70转/分钟的速度下搅拌3分钟，再在170-180转/分钟的速度下搅拌1分钟；得到高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料。采用本实施例所得试件的力学试验结果如表1，试件采用标准养护，养护龄期28d。表1：采用实施例1所得试件的力学性能试验结果实施例2本专利技术中的一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及含量如下：水泥：666.8份粉煤灰：916.8份硅灰：83.3份石英砂：600.1份水：433.4份减水剂：17.1份增稠剂：1份PVA纤维：38.9份其他实施内容及步骤同实施例1。采用本实施例所得试件的力学试验结果如表2，试件采用标准养护，养护龄期28d。表2：采用实施例2所得试件的力学性能试验结果实施例3本专利技术中的一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，按质量份数计算，该复合材料中的原料组成及含量如下：水泥：750.1份粉煤灰：833.4份硅灰：83.3份石英砂：600.1份水：416.8份减水剂：18份增稠剂：1份PVA纤维：38.4份其他实施内容及步骤同实施例1。采用本实施例所得试件的力学试验结果如表3，试件采用标准养护，养护龄期28d。表3：采用实施例3所得试件的力学性能试验结果以上所述实施例是本专利技术的实施方案举例，表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，其特征在于，该复合材料中的原料组成及质量含量如下：水泥：500‑760份粉煤灰：833‑1085份硅灰：83‑84份石英砂：600‑601份水：416‑455份减水剂：15‑18份增稠剂：1份PVA纤维：38‑40份。

【技术特征摘要】
1.一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，其特征在于，该复合材料中的原料组成及质量含量如下：水泥：500-760份粉煤灰：833-1085份硅灰：83-84份石英砂：600-601份水：416-455份减水剂：15-18份增稠剂：1份PVA纤维：38-40份。2.按照权利要求1所述的一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5型普通硅酸盐水泥。3.按照权利要求1所述的一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。4.按照权利要求1所述的一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述硅灰为硅含量94wt％硅灰。5.按照权利要求1所述的一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述石英砂为80-120目石英砂。6.按照权利要求1所述的一种高性能高粉煤灰掺量的纤维水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂。7.按照权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秋生，罗昊，易勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11