一种可喷射超高韧性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可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法，该复合材料主要由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥908‑956份、粉煤灰52‑98份、石英砂446‑452份、减水剂6‑10份、纤维16‑20份、增稠剂1‑2份、水382‑402份。本发明专利技术制备方法及工艺简单易行，采用水泥胶砂行星式搅拌机即可制备出易喷射、高韧性等性能优异的可喷射超高韧性水泥基复合材料。其次，本发明专利技术在各种外加剂的协同作用下，能够实现在喷射和施工过程中对于可喷射超高韧性水泥基复合材料不同流变性要求。此外，有机纤维的引入大大提高了材料的韧性，增强了其抗裂性，有效控制了后期开裂风险。本发明专利技术具有制备工艺简单、施工工艺高效、工作与力学性能优异等优点，在工程实际中有广泛应用前景。

A Jettable Ultra-high Toughness Cement-based Composite and Its Preparation Method

The invention discloses an ejectable ultra-high toughness cement-based composite material and a preparation method thereof. The composite material is mainly made of raw materials of the following weight proportion: ordinary Portland cement 908 956 phr, fly ash 52 98 phr, quartz sand 446 452 phr, water reducing agent 6 10 phr, fiber 16 20 phr, thickener 1 2 phr, water Twin phr. The preparation method and process of the invention are simple and feasible, and the ejectable ultra-high toughness cement-based composite material with excellent properties such as easy ejection and high toughness can be prepared by using the planetary mixer of cement mortar. Secondly, under the synergistic action of various additives, the invention can realize the different rheological requirements of the ejectable ultra-high toughness cement-based composites in the spraying and construction process. In addition, the introduction of organic fibers greatly improves the toughness of the material, enhances its crack resistance, and effectively controls the risk of late cracking. The invention has the advantages of simple preparation process, high construction efficiency, excellent work and mechanical properties, and has wide application prospects in engineering practice.

【技术实现步骤摘要】
一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法，属于土木工程材料领域。
技术介绍
近几十年，港口水利工程、地下工程、大跨度结构工程等建筑工程不断出现且发展趋势日渐强劲，但是由于混凝土材料具有脆性大、韧性差、易开裂、耐久性差、传统施工方法的局限等诸多缺点，进而直接影响着工程结构的安全性、适用性、耐久性以及经济性等。可喷射超高韧性水泥基复合材料概念来源于喷射混凝土和纤维混凝土，可喷射超高韧性水泥基复合材料结合了两者的优点，具有高效施工和超高韧性的特点。目前，喷射混凝土和纤维混凝土已经广泛应用于各种工程，但是对于可喷射超高韧性水泥基复合材料的应用依然缺乏深入的研究。可喷射水泥基复合材料为了满足高效施工的特点，对于材料流变性能有十分苛刻的要求。制备过程中需要满足喷射和施工双阶段的不同流变性能要求，在喷射阶段需要具有良好的流变性能，施工阶段需要具有优异的粘结性能。但是为了提高材料韧性增强其抗裂性，通常会在基体中加入纤维，而引入的纤维会大量吸附浆体中的自由水，降低材料的流变性能，影响材料的可泵性能，导致堵塞管道等情况，给施工带来意外风险。因此，制备一种具有双阶段流变性能的可喷射超高韧性水泥基复合材料势在必行。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可喷射超高韧性水泥基复合材料及其制备方法。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，其主要由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥908-956份、粉煤灰52-98份、石英砂446-452份、减水剂6-10份、纤维16-20份、增稠剂1-2份、水382-402份。所述的普通硅酸盐水泥为P.O·52.5级普通硅酸盐水泥，与聚羧酸减水剂相容性较好。所述的粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，连续粒径分布，其中位粒径为18-20um，其中SiO2含量为47-49％，Al2O3含量为28-29％，CaO含量为7-8％，Fe2O3含量为7.0-7.5％。所述的石英砂为普通石英砂，其目数为100目，粒径为125-150um，密度为1.4-1.5g/cm3。所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈浅黄色，密度为1.10-1.15g/ml，固含量大于等于50％(质量含量)，PH值为4±2，减水率大于等于33.9％。所述的纤维为聚乙烯醇纤维，长度为12mm，抗拉强度1400-1600MPa，干断裂伸度14-20％。所述的增稠剂为羟甲基纤维素醚，外观呈白色或微黄色絮状纤维粉末，可溶于水，形成胶黏状液。所述水为自来水或饮用水，复合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、石英砂，混合干拌搅拌均匀得到混合原料；(2)将增稠剂加入上述混合原料中，干拌搅拌均匀得到混合料；(3)向上述混合料中加入水和减水剂的混合溶液，得到均匀浆体。(4)调节搅拌速度，向上述浆体中缓慢且均匀地加入聚乙烯醇纤维，搅拌后，即得。步骤(1)中混合原料加入水泥胶砂行星式搅拌机中，慢速搅拌，搅拌时间为60-90S；步骤(2)中增稠剂加入过程中，先暂停搅拌，将增稠剂加入至混合原料内部，然后慢搅30S。步骤(3)中减水剂与水按质量比1:10混合，搅拌得到混合溶液加入原料中，剩余水缓慢加入上述原料中，上述过程在30S内完成；水与减水剂加完后，慢速搅拌90-120S，再快速搅拌30-40S；步骤(4)中，调节搅拌速度为慢搅，均匀加入聚乙烯醇纤维，加入过程在30S内完成，聚乙烯醇纤维加入后，慢速搅拌30-60S。技术效果：相对于现有技术，本专利技术制备方法及工艺简单易行，采用水泥胶砂行星式搅拌机即可制备出易喷射、高韧性等性能优异的可喷射超高韧性水泥基复合材料。其次，本专利技术在各种外加剂的协同作用下，能够实现在喷射和施工过程中对于可喷射超高韧性水泥基复合材料不同流变性要求。此外，有机纤维的引入大大提高了材料的韧性，增强了其抗裂性，有效控制了后期开裂风险。本专利技术具有制备工艺简单、施工工艺高效、工作与力学性能优异等优点，在工程实际中有广泛应用前景。具体实施方式下面结合具体实例，进一步阐明本专利技术。以下实施例中所用原料均为以下要求：普通硅酸盐水泥为P.O·52.5级普通硅酸盐水泥，与聚羧酸减水剂相容性较好。粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，连续粒径分布，其中位粒径为18-20um，其中SiO2含量为47-49％，Al2O3含量为28-29％，CaO含量为7-8％，Fe2O3含量为7.0-7.5％。石英砂为普通石英砂，其目数为100目，粒径为125-150um，密度为1.4-1.5g/cm3。减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈浅黄色，密度为1.10-1.15g/ml，固含量大于等于50％(质量含量)，PH值为4±2，减水率大于等于33.9％。纤维为聚乙烯醇纤维，长度为12mm，抗拉强度1400-1600MPa，干断裂伸度14-20％。增稠剂为羟甲基纤维素醚，外观呈白色或微黄色絮状纤维粉末，可溶于水，形成胶黏状液。水为自来水或饮用水，复合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。使用的搅拌机为标准水泥胶砂行星搅拌机。实施例1一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，按重量份数计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥910份、粉煤灰90份、石英砂450份、减水剂8份、纤维16份、增稠剂1份、水384份。制备方法：(1)准确称取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、石英砂，润湿搅拌机设备以及其他相关工具，在水泥胶砂行星式搅拌机混合干拌上述材料直至搅拌均匀得到混合原料，搅拌挡位为慢速挡位，搅拌时间为80S；(2)暂停搅拌，在(1)中混合原料中部挖一凹槽，将增稠剂加入上述混合原料凹槽中，在增稠剂上覆盖混合料，慢速搅拌30S得到混合料；(3)准确称取减水剂以及水，减水剂与水按质量比1:10混合，搅拌得到混合溶液加入原料中，剩余水缓慢加入上述原料中，上述过程在30S内完成；水与减水剂加完后，慢速搅拌100S，再快速搅拌35S，得到均匀浆体。(4)调节搅拌机搅拌速度为慢搅，向上述浆体中缓慢且均匀地加入聚乙烯醇纤维，加入过程在30S内完成，聚乙烯醇纤维加入后，慢速搅拌40S，搅拌完成后加入至喷射装备中，即可得到所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料。实施例2一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，按重量份数计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥910份、粉煤灰90份、石英砂450份、减水剂8份、纤维20份、增稠剂1份、水384份。制备方法：(1)准确称取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、石英砂，润湿搅拌机设备以及其他相关工具，在水泥胶砂行星式搅拌机混合干拌上述材料直至搅拌均匀得到混合原料，搅拌挡位为慢速挡位，搅拌时间为80S；(2)暂停搅拌，在(1)中混合原料中部挖一凹槽，将增稠剂加入上述混合原料凹槽中，在增稠剂上覆盖混合料，慢速搅拌30S得到混合料；(3)准确称取减水剂以及水，减水剂与水按质量比1:10混合，搅拌得到混合溶液加入原料中，剩余水缓慢加入上述原料中，上述过程在30S内完成；水与减水剂加完后，慢速搅拌100S，再快速搅拌35S，得到均匀浆体。(4)调节搅拌机搅拌速度为慢搅，向上述浆体中缓慢且均匀地加入聚乙烯醇纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，其主要由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥908‑956份、粉煤灰52‑98份、石英砂446‑452份、减水剂6‑10份、纤维16‑20份、增稠剂1‑2份、水382‑402份。

【技术特征摘要】
1.一种可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，其主要由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥908-956份、粉煤灰52-98份、石英砂446-452份、减水剂6-10份、纤维16-20份、增稠剂1-2份、水382-402份。2.根据权利要求1所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述的普通硅酸盐水泥为P.O·52.5级普通硅酸盐水泥；所述的粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，连续粒径分布，其中位粒径为18-20um，其中SiO2含量为47-49％，Al2O3含量为28-29％，CaO含量为7-8％，Fe2O3含量为7.0-7.5％。3.根据权利要求1所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述的石英砂为普通石英砂，其目数为100目，粒径为125-150um，密度为1.4-1.5g/cm3。4.根据权利要求1所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈浅黄色，密度为1.10-1.15g/ml，固含量大于等于50％(质量含量)，PH值为4±2，减水率大于等于33.9％。5.根据权利要求1所述的可喷射超高韧性水泥基复合材料，其特征在于，所述的纤维为聚乙烯醇纤维，长度为12mm，抗拉强度1400-1600MPa，干断裂伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋金洋，胡浩，孙伟，王凤娟，周文静，刘瑶，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32