一种磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料领域，特别涉及一种涉及磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料及其制备方法，可用于建筑结构、路桥水利等工程的水泥快速修补材料。所述的复合材料是由以下原料按重量百分比配比组成：砂子40%‑60%，氧化镁20%‑40%，磷酸二氢铵5%‑15%，磷酸二氢钾3%‑5%，偏高岭土5%‑8%，空心聚丙烯纤维0.5%‑1%，粉煤灰2%‑10%，缓凝剂0.5%‑2%，减水剂0.05%‑0.5%，三聚磷酸钠0.02%‑0.2%，水8%‑12%。该低温复合材料材料是一种成本低，便于加工、储运，具有超韧性、快凝、强度高、抗裂性能好、抗热应力、耐低温、修补1小时即可快速通车的水泥修补材料。

Phosphate cement based super tough fiber low temperature composite material and preparation method thereof

The invention belongs to the field of composite materials, in particular relates to phosphate cement based super low temperature fiber composite material and a preparation method thereof, and can be used for rapid repair material construction, Luqiao water conservancy engineering cement. The composite material is composed of the following raw materials by weight ratio: 40% sand 60%, Magnesium Oxide 20% 40%, two hydrogen ammonium phosphate 5% 15%, KH2PO4 3% 5% metakaolin 5% 8%, 0.5% 1% hollow polypropylene fiber and fly ash 2% 10%, 0.5% 2% retarder. 0.05% water reducing agent 0.5%, sodium tripolyphosphate 0.02% 0.2% water, 8% 12%. The low temperature composite material is a kind of low cost, easy processing, storage and transportation, with super toughness, fast solidification, high strength, good crack resistance, thermal stress, low temperature resistance, 1 hours to repair cement repair material fast traffic.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，特别涉及一种涉及磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料及其制备方法，可用于建筑结构、路桥水利等工程的水泥快速修补材料。
技术介绍
水泥混凝土地面是一种刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好的地面结构，在世界上各工业发达国家，水泥混凝土地面与环氧树脂地面两种结构一直同步发展，都各有所长。许多国家对水泥混凝土地面的修筑技术一直在进行研究和总结，取得了很多成果，并得到了广泛的应用，特别是在大型厂房、地下冷库的重大建筑结构中，水泥混凝土地面得到更广泛的应用。但是，水泥混凝土路面的病害是一个普遍存在的问题，由于搬运活荷载的反复作用及各种环境因素的不断影响，加之设计、施工和养护等诸多因素，在使用过程中不可避免的会产生病害，如各种裂缝、接缝破碎、坑洞、麻面等。水泥混凝土地面出现病害后，需及时修复。由于水泥混凝土地面的大面积修补存在一定难度，特别是地面处于低温环境下，混凝土地面的大面积修补难度更大，而且修补完的材料需要很长时间才能实现通车使用。其他磷酸盐水泥基复合材料虽然在已有的基础上得到了改善，但是在低温环境中无法实现1小时快速通车的需求，他们在低温环境中的水化反应将会变得非常滞缓，磷酸盐水泥基材料是一种愈反应愈剧烈的材料，但是如果达不到反应所需的温度，强度将达不到要求。本专利技术材料成分里面含有氧化镁、磷酸二氢铵和偏高岭土，可以实现二次放热高峰，从而保证磷酸盐水泥基达到正常的强度要求。；到目前为止，还没有一套经济快速、适应性强而成熟的修补方法来处理低温环境下混凝土地面的修补，其根本原因是在于没有一种性能理想，工艺合理的修补材料来应对混凝土地面的各种病害问题。综上所述，研制开发一种综合性能优越，并且可在低温环境下达到混凝土地面修补目的的材料，显得尤为重要。
技术实现思路
针对上述混凝土地面存在的技术问题，并结合国家对于新型建筑材料的需求，本专利技术的目的在于提供一种磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料及其制备方法，该低温复合材料材料是一种成本低，便于加工、储运，具有超韧性、快凝、强度高、抗裂性能好、抗热应力、耐低温、修补1小时即可快速通车的水泥修补材料。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料，是由以下原料按重量百分比配比组成：砂子40%-60%，氧化镁20%-40%，磷酸二氢铵5%-15%，磷酸二氢钾3%-5%，偏高岭土5%-8%，空心聚丙烯纤维0.5%-1%，粉煤灰2%-10%，缓凝剂0.5%-2%，减水剂0.05%-0.5%，三聚磷酸钠0.02%-0.2%，水8%-12%。所述的砂子采用中砂，其细度模数为2.5，含泥量为0.8%，无泥块，表观密度为2700kg/m3。所述的粉煤灰为高钙粉煤灰。所述的缓凝剂为硼砂。所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。为了实现上述目的，本专利技术还提供该低温复合材料的制备方法，具体为按原料所需配比依次称取氧化镁、磷酸二氢铵、缓凝剂、磷酸二氢钾、粉煤灰、减水剂、三聚磷酸钠、偏高岭土和砂子，置于搅拌机的搅拌筒内，以45r/min匀速搅拌5-10分钟，直至这些材料搅拌均匀为止；将所需重量的水缓慢加入到搅拌筒内，然后持续搅拌1-2分钟，直到形成均匀的流动性较好的糊状浆体为止；然后加入所需重量的空心聚丙烯纤维，持续搅拌30s，即得磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料。本专利技术的有益效果是。本专利技术所选用的各原料的特性要求及分析如下：氧化镁是在2000℃高温下锻造而成的，呈粉末状，颜色显棕黄色，比表面积为2700cm2/g，本专利技术所采用的氧化镁是特意定制的，煅烧时间、煅烧温度、包括煅烧炉内氧化镁的位置都决定了氧化镁性能的差异，它作为磷酸盐水泥基的核心材料，对本专利技术能否应用于低温环境中起着决定性的作用，主要起增强材料的密实度、抗热应力和抗冻能力；磷酸二氢铵为普通市售的磷酸二氢铵，它是磷酸盐水泥基的另一个核心材料，磷酸盐水泥之所以能够短时间内凝结变硬，主要是氧化镁和磷酸二氢铵的水化反应；磷酸二氢钾为白色结晶或无定形白色粉末，易溶于水，水溶液呈微碱性，它在本专利技术中和磷酸二氢铵作用类似，能够与氧化镁反应生成鸟粪石，适当的加入有利于提升磷酸盐混凝土强度；偏高岭土是以高岭土为原料，在适当温度下（600-900℃）经脱水形成的无水硅酸铝，呈土黄色粉状体，它是一种高活性矿物掺合料，是超细高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性，主要用于改善磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料的耐腐蚀、耐酸碱、耐低温性能，它在改善混凝土性能的同时能够形成第二次放热高峰，它能够提高磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料的水化热，使其反应过程中水化热达到70℃，而一般的混凝土化热只能达到30℃，所以它可以应付各种低温恶劣环境；空心聚丙烯纤维外观为白色絮状物、无味、无毒、轻质、半透明、手感柔和，空心率为50%，空心聚丙烯纤维表面经过特殊处理类似毛发，本专利技术所选用的空心聚丙烯纤维基数指标必须满足表2，它的作用是储存水，其表面是经过特殊处理的，具有憎水性，可以减缓水泥基材料的水化反应速度，而内部具有很好的吸水性，水进入纤维内部后，能够增强材料的韧性，然后这部分纤维内的水在缓慢释放出来，其他普通纤维根本无法用于低温环境中，尤其在冷库和寒冷地区的路面；粉煤灰采用高钙粉煤灰，它来源于褐煤、次烟煤作为燃料而排放出的一种氧化钙成分较高的粉煤灰，是一种既含有一定数量水硬性晶体矿物又含有潜在活性物质的材料，与普通粉煤灰相比，高钙粉煤灰粒径更小，用作水泥混合材或混凝土掺合料具有减水效果好、早期强度发展快，粉煤灰质量符合GBJ146-90中规定；缓凝剂主要调节水泥的凝结时间，本专利技术采用聚羧酸高性能减水剂，它是以聚羧酸盐为主体的多种高分子有机化合物，经接枝共聚生成的，具有极强的减水性能，与磷酸水泥的相容性好，使得配制而成的磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料在低温环境下能保持高强度，且掺量低，减水率高，收缩小；三聚磷酸钠为白色粉末状结晶，其水溶液呈弱碱性，它在4.3-14范围的水中形成悬浊液的作用，即分散作用，可以提升磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料的流动性，否则在制备的时候将出现不宜搅拌均匀的情况；本专利技术所选用的水为无杂质的自来水。本专利技术的复合材料性能优越，氧化镁与磷酸二氢铵结合发生水化放热反应形成第一次放热高峰，可以提高复合材料的密实度和抗冻能力，偏高岭土能够改善磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料的耐腐蚀、耐酸碱、耐低温性能，它在改善混凝土性能的同时能够提高磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料的水化热，能够形成第二次放热高峰，使其反应过程中水化热达到70℃，而一般的混凝土水化热只能达到30℃，所以它可以应付各种低温恶劣环境；加入磷酸二氢钾与氧化镁反应有利于提高复合材料的强度，由于氧化镁与磷酸二氢铵的水化反应速度太快，不能满足施工要求，加入缓凝剂可调节复合材料凝结时间并且复合施工要求；减水剂具有极强的减水性能，与磷酸水泥的相容性好，使得配制而成的磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料在低温环境下能保持高强度，且减水率高，收缩小；为防止磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料在制备的时候出现不宜搅拌均匀的情况，加入三聚磷酸钠可以提升复合材料的流动性；由于上述原材料所占的比例不同，按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料，其特征在于，是由以下原料配比包括：砂子40%‑60%，氧化镁20%‑40%，磷酸二氢铵5%‑15%，磷酸二氢钾3%‑5%，偏高岭土5%‑8%，空心聚丙烯纤维0.5%‑1%，粉煤灰2%‑10%，缓凝剂0.5%‑2%，减水剂0.05%‑0.5%，三聚磷酸钠0.02%‑0.2%，水8%‑12%。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸盐水泥基超韧纤维低温复合材料，其特征在于，是由以下原料配比包括：砂子40%-60%，氧化镁20%-40%，磷酸二氢铵5%-15%，磷酸二氢钾3%-5%，偏高岭土5%-8%，空心聚丙烯纤维0.5%-1%，粉煤灰2%-10%，缓凝剂0.5%-2%，减水剂0.05%-0.5%，三聚磷酸钠0.02%-0.2%，水8%-12%。2.如权利要求1所述的低温复合材料，其特征在于，所述的砂子采用中砂，其细度模数为2.5，含泥量为0.8%，无泥块，表观密度为2700kg/m3。3.如权利要求1所述的低温复合材料，其特征在于，所述的粉煤灰为高钙粉煤灰；所述的缓凝剂为硼砂；所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。4.如权利要求1所述的低温复合材料，其特征在于，是由以下原料按重量百分比配比组成：氧化镁20%、磷酸二氢铵10%、缓凝剂1%、磷酸二氢钾3%、粉煤灰2%、减水剂0.4%、三聚磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞家欢，陈小琳，罗光友，闫林伟，杨千葶，金子辉，
申请(专利权)人：俞家欢，
类型：发明
国别省市：辽宁,21