一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土及其制备方法，包括以下组分及重量份含量：硫铝酸盐水泥400‑800份，硅灰50‑150份，粉煤灰150‑450份，减水剂2.2‑4.4份，缓凝剂0.2‑0.8份，水300‑370份，聚乙烯纤维10‑20份，制备时，将硫铝酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、加入搅拌机中，干粉搅拌混合均匀，再将减水剂、缓凝剂、水加入搅拌机中，浆体搅拌，然后加入聚乙烯纤维搅拌；最后转移至模具中，振捣成型，进行养护、脱模，即制得产品。与现有技术相比，本混凝土快干快硬的同时保持足够的流动性，早期抗拉强度、抗拉延伸率、抗压强度均大大超过现有的硫铝酸盐基混凝土，且无后期性能倒缩，具有良好的微裂缝分布性能和耗能性能，利用工业废渣为原材料，环保绿色，经济性好，应用前景好。

A thio aluminate cement based super high ductility concrete and its preparation method

The invention relates to a super high ductility based sulphoaluminate cement concrete and its preparation method, which comprises the following components: content and weight of sulphoaluminate cement 400 800 copies, 150 copies of wollastonite 50, fly ash 150 superplasticizer 2.2 450 copies, 4.4 copies, 0.8 copies of the 0.2 retarder, water 300 370 copies, 20 copies of 10 polyethylene fiber, preparation, the sulphoaluminate cement, fly ash, silica fume, adding mixer, dry powder mixing, then water reducer, retarder, water is added to the mixer, slurry mixing, then adding polyethylene fiber mixing; the most after the transfer to the mold. Vibration molding, curing, demoulding, making products. Compared with the existing technology, to maintain sufficient liquidity to the concrete quick hard at the same time, the early tensile strength, elongation, tensile compressive strength are much higher than the existing sulphoaluminate cement concrete, and the later performance with good retraction, the distribution of micro crack performance and energy consumption performance, the use of industrial waste as raw materials green, environmental protection, good economy, good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土及其制备方法
本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土及其制备方法。
技术介绍
混凝土材料自问世以来，被广泛应用于道路、桥梁、工业及民用建筑以及水利港口建筑之中，对人类现代文明做出了巨大的贡献。然而，目前大量使用的硅酸盐水泥基混凝土存在耐久性差、可持续性差等诸多问题。硫铝酸盐水泥(SulphateAluminiumCement，简称SAC)是我国特有的水泥品种，相比于普通硅酸盐水泥，硫铝酸盐水泥具有快硬、早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀和低碱性等优良性能。除了具有良好的耐久性之外，硫铝酸盐水泥在环保和经济方面都具有很大的优势。水泥熟料生产过程中的CO2排放约有65％来自石灰石的碳酸盐分解，35％来自燃料的燃烧排放；而硫铝酸盐水泥其组成中CaO含量低，煅烧温度低，具有低CO2和节能排放的特点；同时，在所有的快硬水泥中，其成本是最低的，而效益却是最高的，被认为是21世纪最有发展潜力的材料之一。硫铝酸盐水泥作为世界水泥发展史上新出现的品种，已显现出乐观的前景，在海洋建筑工程、修补工程、防渗工程、喷射混凝土和锚杆、矿井高水基材料充填工程和GRC制品等方面有较好的应用。但目前的硫铝酸盐水泥基混凝土存在拉伸性能差、脆性大、易开裂、后期强度倒缩和内部钢筋易锈蚀的问题。相关研究中对于如何提高硫铝酸盐水泥基混凝土的裂缝控制能力、拉伸性能涉及较少。公开号CN106365477A的专利公开了一种制备高强度硫铝酸盐水泥联产硫酸的方法，以磷石膏完全代替石灰石和天然石膏，经同铝矾土、钢渣、硅石和无烟煤粉磨均化后，在1250-1300℃下，锻烧制备硫铝酸盐水泥，但该专利配方的抗折强度较低，龄期为28d时抗折强度仅为7MPa，且未测量其材料的拉伸力学性能；该配方中未添加纤维或者聚合物，无法提高混凝土的裂缝控制能力和拉伸性能。公开号CN103951365A的专利公开了一种硅酸盐水泥一硫铝酸盐水泥一石膏一聚合物复合防水砂浆及其制备方法，以质量份数计，该方法将硅酸盐水泥35～50份、硫铝酸盐水泥12～21份和石膏5～12份、可再分散聚合物胶粉7～18份、填料13.5～19份和外加剂1～3份称量之后，搅拌至粉料充分混合均匀，即制备得到防水浆的粉料；施工时，将粉料倒入搅拌器中，边搅拌边加水，控制粉料与水的质量比1:0.4～0.6，搅拌，直到生成无结块的均匀胶浆，得防水砂浆。该专利采用聚合物和石膏配制了一种粘结强度好，收缩率低的砂浆，其28d抗折强度8.4MPa，抗压强度38.9MPa。但该专利配方的凝结时间较长，抗折强度仍显不足，而且技术方案并未记载有单向拉伸试验。现已有研究表明，传统无纤维混凝土，单向拉伸的延性均未能超过0.2％，使得该类材料在受拉区的使用受到较大限制。公开号CN105601213A的专利公开了一种抗裂硫铝酸盐水泥植物纤维制品及其制备方法，按照重量份数比包含以下组分原料：硫铝酸盐水泥、木屑、硅灰、粉煤灰、玻璃纤维、水、缓凝剂、保水剂、增稠剂和抗裂剂，其制品的制备方法为按重量份数比称取所需的各组分原料；将硫铝酸盐水泥、木屑、硅灰、粉煤灰、玻璃纤维加入水中搅拌，加入保水剂、增稠剂和抗裂剂搅拌，静置加入缓凝剂，搅拌。该专利采用玻璃纤维和活性蒙脱土抗裂剂来提升裂缝控制能力，但技术方案并未记载相关的力学试验结果，且已有研究表明，相比于聚乙烯纤维(PE)和聚乙烯醇纤维(PVA)，玻璃纤维对于混凝土的拉伸力学性能和抗裂性能的提升有限。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土及其制备方法，具有快硬快干、早强高强、并能保持超高抗拉强度和延性的特点，具备良好的裂缝控制能力、耗能能力及耐久性，旨在解决现有硫铝酸盐水泥基材料脆性大、裂缝控制能力差和后期强度倒缩的技术问题。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土，包括以下组分及重量份含量：硫铝酸盐水泥400-800份，硅灰50-150份，粉煤灰150-450份，减水剂2.2-4.4份，缓凝剂0.2-0.8份，水300-370份，聚乙烯纤维10-20份。所述的硫铝酸盐水泥为快硬快干硫铝酸盐水泥熟料，其28天抗压强度≥52.5MPa，28天抗折强度≥7.0MPa，比表面积≥300m2/kg，强度等级为52.5。所述的硅灰中SiO2的质量百分含量为90-98％，并且硅灰的平均粒径为0.1-0.3pm。所述的粉煤灰为一级粉煤灰，其比表面积≥700m2/kg，密度为2.6g/cm3。所述的聚乙烯纤维的直径为30-45μm，长度为8-12mm，长径比＞200，断裂延伸率为2-3％，抗拉强度为3000MPa。所述的减水剂为通用型聚羧酸减水剂，其固体含量为40-50％，减水率≥40％。所述的缓凝剂为98.0％分析纯的葡萄糖酸钠。所述的硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土的制备方法，包括以下步骤：(1)按配方备料，将硫铝酸盐水泥、硅灰、粉煤灰加入搅拌机中，干粉搅拌2-3min，充分混合均匀；(2)将减水剂、缓凝剂、水加入搅拌机中，浆体搅拌1-2min，充分搅拌均匀；(3)加入聚乙烯纤维，充分搅拌2-3min；(4)搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，养护、脱模，即制得该产品。步骤(4)所述的养护为常温标准养护，控制温度为20-25℃，湿度为85-95％，养护至预定龄期。ECC(EngineeredCementitiousComposites)是一种基于断裂力学和微观力学原理设计的高性能水泥基复合材料，这种材料的纤维体积掺量通常为2％，但具有约3％的拉伸应变能力，为普通混凝土100～300倍、钢筋的5～10倍，同时仍然保持十分微小的裂缝宽度(约60微米)，无论是在拉伸还是弯曲荷载作用下都具有显著的应变硬化特性，具有优异的裂缝控制能力，通过产生稳定的多条细密裂缝将裂缝宽度控制在很细的范围内。本专利技术将ECC应变强化设计方法应用于硫铝酸盐水泥基材料中，很好地解决其拉伸性能差、脆性大、易开裂、后期强度倒缩和内部钢筋易锈蚀的问题。研究表明，随着粉煤灰含量增加，ECC基体强度降低，但出现了更多的拉伸裂缝，极限应变增大，延性得到进一步的提高，同时，粉煤灰对硫铝酸盐体系有一定缓凝作用；且粉煤灰主要影响水泥早期强度，对后期强度影响不大；而硅灰是一种碱激发材料，能够很好地提升混凝土的强度。因为，为了提高材料的抗拉强度和延性，并解决硫铝酸盐水泥基混凝土材料初凝过快可能造成施工时间不足的问题，本专利技术采用粉煤灰混掺硅灰作为活性矿物掺合料。本专利技术中纤维的工作机理主要是与微裂缝的相互作用。纤维和微裂缝之间的相互作用很复杂，尤其是当纤维与裂缝存在倾斜角地穿过的情况，而由于纤维在砂浆基体中随机排列，这种情况是普遍的。然而，最重要最基本的支持应力-开裂响应的相互作用源自每个个体纤维在开裂时的脱开和滑动。如果纤维没有任何滑动，他们会断开，不会连系裂缝两边。但是如果滑动过大，与复合材料之间失去连系，微裂缝就失去了平面裂缝形状转而成为宏观裂缝。在ECC中，滑移并不只是单纯的摩擦过程，还包括了滑动硬化响应，意味着在滑动过程中，纤维和周围砂浆之间界面的滑动抵抗力会增加。这种纤维-基体界面的滑动硬化响应在单一纤维程度上决定了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土，其特征在于，包括以下组分及重量份含量：硫铝酸盐水泥400‑800份，硅灰50‑150份，粉煤灰150‑450份，减水剂2.2‑4.4份，缓凝剂0.2‑0.8份，水300‑370份，聚乙烯纤维10‑20份。

【技术特征摘要】
1.一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土，其特征在于，包括以下组分及重量份含量：硫铝酸盐水泥400-800份，硅灰50-150份，粉煤灰150-450份，减水剂2.2-4.4份，缓凝剂0.2-0.8份，水300-370份，聚乙烯纤维10-20份。2.根据权利要求1所述的一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土，其特征在于，所述的硫铝酸盐水泥为快硬快干硫铝酸盐水泥熟料，其28天抗压强度≥52.5MPa，28天抗折强度≥7.0MPa，比表面积≥300m2/kg，强度等级为52.5。3.根据权利要求1所述的一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土，其特征在于，所述的硅灰中SiO2的质量百分含量为90-98％，并且硅灰的平均粒径为0.1-0.3pm。4.根据权利要求1所述的一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为一级粉煤灰，其比表面积≥700m2/kg，密度为2.6g/cm3。5.根据权利要求1所述的一种硫铝酸盐水泥基超高延性混凝土，其特征在于，所述的聚乙烯纤维的直径为30-45μm，长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐可，余江滔，俞可权，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31