高膨胀水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高膨胀水泥基复合材料及其制备方法，旨在改善传统的水泥基材料易开裂、抗拉强度低且破坏具有明显的脆性的问题。所述的高膨胀水泥基复合材料由自应力硫铝酸盐水泥、中砂、细石、水、短切聚乙烯醇(PVA)纤维、丁苯乳液和Sika第三代聚羧酸系超塑化剂组成；其质量比依次为1:1.2:0.8:0.36:(0.15％～0.225％):(5.3％～6.8％):0.13％。制备方法包括制成干拌物、短切聚乙烯醇(PVA)纤维分散在干拌物中、制备混合液、制高膨胀水泥基复合材料拌和物、将水泥基复合材料拌和物倒入试模中振动30s成型并养护24小时后脱模取出和将脱模取出的试件置于20℃～30℃的水中养护28天。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种属于土木工程材料领域的材料，更确切地说，本专利技术涉及高膨胀水泥基复合材料。
技术介绍
水泥基复合材料具有明显的脆性，传统的纤维增强普通混凝土能够使水泥基复合材料的韧性得到增强，同时能够有效限制非结构裂缝的产生，然而并不能有效限制材料受力时产生的裂缝。为了解决裂缝问题，同时避免使用预应力结构施工的复杂性以及高造价，工程上常使用掺加膨胀剂制成的补偿收缩混凝土或使用自应力水泥制成的自应力混凝土。对于掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土，其膨胀率过小，在约束条件下难以建立有效的自压应力，同时随着龄期的增长，补偿收缩混凝土的膨胀率不断减少，其膨胀效果较差。对于自应力混凝土，虽然能够建立起2?6腿^的自压应力，但是其膨胀效果仍不强，2?6腿^的自压应力对于建立部分预应力效果不明显，而且其膨胀并不稳定，在限制条件下容易出现10%?20%的自应力损失，不利于结构的长期受力，另外自应力混凝土在约束条件下，在约束的远端常常发生膨胀裂缝，不利于结构受力和抗裂。 本专利技术针对普通混凝土抗裂性能差、补偿收缩混凝土膨胀效果差且膨胀不稳定和自应力混凝土自应力值较小、不稳定及约束远端自应力混凝土易膨胀开裂等问题，将丁苯乳液、短切聚乙烯醇$#)纤维与特殊拌制的自应力硫铝酸盐水泥混凝土结合在一起，利用各种增强材料在不同尺度空间上的耦合增强作用改善水泥基复合材料的抗裂和韧性性能。首先，自应力硫铝酸盐水泥的使用，为高膨胀水泥基复合材料提供足够的膨胀组分；其次，利用丁苯乳液从微观层面促进自应力水泥水化产生的钙矾石相的生成以及其在水泥浆体中的稳定性，最大限度地提升基体的膨胀性能，并且使化学预应力值稳定持久，保证高膨胀水泥基复合材料的膨胀稳定性能；最后短切聚乙烯醇$#)纤维的掺入可以很好地改善水泥基复合材料基体的微观结构，同时限制约束远端水泥基复合材料的膨胀变形，避免约束远端水泥基复合材料的膨胀开裂。另外短切聚乙烯醇设确纤维的掺入有利于高膨胀水泥基复合材料基体与使用时的其他增强材料(如钢筋、钢纤维等)之间的握裹作用，同时在细观上改善了增强材料与基体界面以及集料与基体的界面性能，提高基体与各种约束界面之间的粘结强度，更进一步的提升高膨胀水泥基复合材料的韧性性能。各种组分从不同尺度空间上作用并利用各组分之间的耦合增强作用能够使复合材料在限制条件下的化学自应力值达到10即3以上，并且减小自应力损失，拓展了水泥基复合材料的应用领域，具有广阔的开发前景。本专利技术就是在这样的背景下展开的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是改善了传统的水泥基材料(混凝土等)易开裂、抗拉强度低且破坏具有明显的脆性的问题，提供了一种。 为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的:所述的高膨胀水泥基复合材料由自应力硫铝酸盐水泥、中砂、细石、水、短切聚乙烯醇纤维、丁苯乳液和31匕第三代聚羧酸系超塑化剂组成。 所述的自应力硫铝酸盐水泥与中砂、细石、水、短切聚乙烯醇纤维、丁苯乳液和31匕第三代聚羧酸系超塑化剂的质量比为1:1.2:0.8:0.36: (0.15 %?0.225% ): (5.3%?6.8% ):0.13%。 一种制造高膨胀水泥基复合材料的方法，步骤如下: 1)按质量比1:1.2:0.8将自应力硫铝酸盐水泥、中砂、细石混合在混凝土搅拌机中，均匀搅拌608成干拌物； 2)将短切聚乙烯醇纤维1000?15008/?3加入步骤1)中已搅拌均匀的干拌物中，搅拌1208使短切聚乙烯醇纤维均匀分散在干拌物中； 3)按质量比0.36: (5.3%?6.8^):0.13%将水、31匕第三代聚羧酸系超塑化剂与丁苯乳液混合搅拌308，使其成为分散均勻的混合液； 4)将步骤3)中搅拌均匀形成的混合液加入步骤2)中混合均匀的干拌物中，在混凝土搅拌机中搅拌1808成高膨胀水泥基复合材料拌和物； 5)将高膨胀水泥基复合材料拌和物均匀倒入标准试模中，在振动台上或使用振捣棒振动308成型，在标准试模中养护24小时后脱模取出； 6)将脱模取出的试件置于201?301的水中养护28天。 技术方案中所述的细石的直径不超过10臟，即细石的直径彡10111111。 技术方案中所述的短切聚乙烯醇纤维的直径为10 4 111?25 4 111，短切聚乙烯醇纤维的长度为5111111?15111111。 技术方案中所述的丁苯乳液的固含量质量分数51%，邱=7.8?10，黏度35?150111？& # 8。 与现有技术相比本专利技术的有益效果是: 1.本专利技术所述的高膨胀水泥基复合材料的膨胀性能得到极大提高，膨胀性能是传统自应力混凝土的1.85倍，传统补偿收缩混凝土的9.5倍。这是因为丁苯乳液从微观层面促进自应力水泥水化产生的钙矾石相的生成以及其在水泥浆体中的稳定性，最大限度地提升基体的膨胀性能，并且使化学自应力值稳定持久，保证高膨胀水泥基复合材料的膨胀稳定性能； 2.本专利技术所述的高膨胀水泥基复合材料极大地提高水泥基体材料的开裂强度和抗拉强度，抗裂性能是普通混凝土的2.3倍。这是因为高膨胀水泥基复合材料在自由状态下，会发生体积膨胀，如果在制备初期对其进行约束(如使用钢筋、新老混凝土结合面等)，使其不能膨胀，则会在高膨胀水泥基复合材料产生10腿^左右的自压应力，能够极大地提高水泥基体材料的开裂强度和抗拉强度； 3.本专利技术所述的高膨胀水泥基复合材料能有效抑制基体的恶性膨胀，防止出现传统自应力混凝土约束远端发生膨胀开裂的现象。这是因为高膨胀水泥基复合材料在自由状态下膨胀变形很大，掺入的短切聚乙烯醇$#)纤维能够有效限制基体的膨胀变形，同时在细观上改善增强材料与基体界面以及集料与基体的界面性能，避免高膨胀水泥基复合材料在约束远端产生膨胀裂缝； 4.本专利技术所述的高膨胀水泥基复合材料在约束条件下，可以产生10腿^以上的自应力，用在结构中可以产生部分预应力的效果，能够参与结构受力。这是因为传统的自应力混凝土仅能建立起2?6腿^的自压应力，而且其膨胀并不稳定，容易出现10%?20%的自应力损失，不利于结构的长期受力。而高膨胀水泥基复合材料能产生10腿^左右的自压应力，由于丁苯乳液、短切聚乙烯醇繊纤维对材料微观、细观层面性能的改善，使其几乎没有自应力损失，完全可以作为一种抗力参与到结构受力计算中。 【附图说明】 下面结合附图对本专利技术作进一步的说明: 图1是本专利技术所述的3种高膨胀水泥基复合材料、自应力混凝土和短切纤维增强普通混凝土及素普通混凝土梁式试件在同样配筋约束下的弯曲荷载一挠度曲线图； 图2是本专利技术所述的高膨胀水泥基复合材料、普通混凝土、自应力混凝土及掺加20%混凝土膨胀剂的补偿收缩混凝土的膨胀率随龄期变化曲线图； 图3是制备本专利技术所述的高膨胀水泥基复合材料的流程框图。； 图中:1.1号高膨胀水泥基复合材料，2.3号高膨胀水泥基复合材料，3.2号高膨胀水泥基复合材料，4.自应力混凝土；5.短切纤维增强普通混凝土，6.普通混凝土，3.1/4号高膨胀水泥基复合材料，匕3/6号高膨胀水泥基复合材料义2/5号高膨胀水泥基复合材料；(1.自应力混凝土，6.掺加20%膨胀剂的补偿收缩混凝土，？.普通混凝土。 【具体实施方式】 下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高膨胀水泥基复合材料，其特征在于，所述的高膨胀水泥基复合材料由自应力硫铝酸盐水泥、中砂、细石、水、短切聚乙烯醇纤维、丁苯乳液和Sika第三代聚羧酸系超塑化剂组成；所述的自应力硫铝酸盐水泥与中砂、细石、水、短切聚乙烯醇纤维、丁苯乳液和Sika第三代聚羧酸系超塑化剂的质量比为1:1.2:0.8:0.36:(0.15％～0.225％):(5.3％～6.8％):0.13％。

【技术特征摘要】
1.一种高膨胀水泥基复合材料，其特征在于，所述的高膨胀水泥基复合材料由自应力硫铝酸盐水泥、中砂、细石、水、短切聚乙烯醇纤维、丁苯乳液和Sika第三代聚羧酸系超塑化剂组成； 所述的自应力硫铝酸盐水泥与中砂、细石、水、短切聚乙烯醇纤维、丁苯乳液和Sika第三代聚羧酸系超塑化剂的质量比为1:1.2:0.8:0.36: (0.15%?0.225% ): (5.3 % ~6.8% ):0.13%。2.一种制造高膨胀水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述的制造高膨胀水泥基复合材料的方法的步骤如下: 1)按质量比1:1.2:0.8将自应力硫招酸盐水泥、中砂、细石混合在混凝土揽祥机中，均勻搅拌60s成干拌物； 2)将短切聚乙烯醇纤维1000?1500g/m3加入步骤I)中已搅拌均匀的干拌物中，搅拌120s使短切聚乙烯醇纤维均匀分散在干拌物中； 3)按质量比0.36: (5.3%?6.8% ):0.13%将水、Sika第三代聚羧酸系超...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伯昕，满腾，金贺楠，周林聪，邱建慧，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22