一种混杂纤维增强应变硬化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混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料及其制备方法，复合材料的原料组成为：硅酸盐水泥、减水剂、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维、碳酸钙晶须和水，上述原料的质量份配比为：硅酸盐水泥300±5Kg/m

A Hybrid Fiber Reinforced Strain Hardening Cement-based Composite and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及建筑材料
，尤其是涉及一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料及其制备方法。
技术介绍
工业与民用建筑结构中的钢筋混凝土梁、柱、板，或隧道工程中的初期支护喷射混凝土，或桥梁工程中的承台、墩柱、盖梁、承重梁等在役结构，应设计、施工、使用等原因，出现欠强、承载能力不足、过载作用下发生开裂甚至破损等是一种常态，当这些现象不太严重时，一般采用结构加固进行补强，常用的方法有粘钢法、粘碳纤维布法和加大截面法。结构补强采用加大截面法一般用钢筋混凝土作为补强材料，对混凝土的物理力学性能要求较高。此外，房建工程中的梁柱节点受力复杂，对该处的混凝土既要有足够的强度又要具良好的变形能力。目前常见的途径是较老结构的混凝土提高一个强度等级，或是采用喷射混凝土、化学压浆等方法。它们的共同特点是：制备较简单、材料来源较广、仅注重抗压强度而忽略抗拉、抗弯和变形性能、有机高分子材料较易氧化而发脆开裂、性价比较低等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料及其制备方法。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其原料组成为：硅酸盐水泥、减水剂、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维、碳酸钙晶须和水，上述原料的质量份配比为：硅酸盐水泥300±5Kg/m3，减水剂6±1Kg/m3，粉煤灰1200±50Kg/m3，砂540±20Kg/m3，PVA纤维18±4Kg/m3，钢纤维45±25Kg/m3，碳酸钙晶须110±40Kg/m3，水510±5Kg/m3。进一步地，所述的硅酸盐水泥为P·O42.5R型，强度等级不低于42.5MPa，其余技术指标符合现行国家标准对普通硅酸盐水泥的要求。进一步地，所述的减水剂为聚羧酸盐高性能减水剂，减水率不低于25%。进一步地，所述的粉煤灰为I级粉煤灰。进一步地，所述的砂为精制石英砂，细度模数为2.1-2.3。进一步地，所述PVA纤维的密度为1.30g/mm3、长径比为340、弹性模量42GPa。进一步地，所述钢纤维为端部带弯钩的短切钢纤维，长径比为60-80，弹性模量200-210Gpa。进一步地，所述碳酸钙晶须长径比为30-50、弹性模量为400-700GPa。一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将硅酸盐水泥、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维和碳酸钙晶须置于强制搅拌机中进行预拌合至均匀状态，得到匀混料一；（2）将减水剂、水在高速搅拌机中搅拌均匀，得到匀混料二；（3）将匀混料二加入至匀混料一中搅拌均匀即得混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料。本专利技术通过在水泥基复合材料中大量掺入粉煤灰，可改善并优化水泥基复合材料的硬化后基体的微观结构、降低水化热、降低基体产生原始缺陷的概率；通过在混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料中加入高性能聚羧酸盐减水剂，可减少材料单位体积的拌合用水量并改善材料在凝结硬化后的微观结构，提高流动性，提高早期强度和后期强度；通过在混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料中加入石英砂，可提高粘结强化材料在流动状态和凝结硬化等状态的体积稳定性，减少收缩。通过在水泥基复合材料中加入钢纤维、PVA纤维、碳酸钙晶须，在不同尺度、不同状态下实现对水泥基复合材料在不同物理条件、荷载水平下缺陷、微裂纹、初始裂缝的发生、发展的控制或限制，其中碳酸钙晶须基本在微观层面、PVA纤维在亚观层面、钢纤维在细观层面实现对缺陷、裂纹、裂缝的限制或控制，从而提高混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的抵抗拉应力、抵抗弯曲应力的能力，并增强在拉、弯荷载作用下的变形能力。与现有技术相比，本专利技术具备的有益效果为：本专利技术提供的一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料取材广、制备工艺简单、性能稳定、性价比较高。获得的复合材料具有优异的拉伸变形能力、极强的弯曲变形能力、在单轴拉伸和弯曲荷载作用下多缝开裂特征明显、高水平的压缩能量吸收能力、性价比高、成本较低，原材料易得，制备工艺较简单等特点，尤其是当荷载复杂或混凝土达到极限强度后，可产生较大的变形和增强硬化，提高预警时间，可解决传统材料存在的不足和缺陷。附图说明图1为本专利技术混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料单轴抗拉试件尺寸图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术并不限于以下具体实施例。实施例1：一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其原料组成为：硅酸盐水泥、减水剂、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维、碳酸钙晶须和水，上述原料的质量份配比为：硅酸盐水泥300Kg/m3，减水剂6Kg/m3，粉煤灰1200Kg/m3，砂540Kg/m3，PVA纤维18Kg/m3，钢纤维45Kg/m3，碳酸钙晶须110Kg/m3，水510Kg/m3。实施例2：一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其原料组成为：硅酸盐水泥、减水剂、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维、碳酸钙晶须和水，上述原料的质量份配比为：硅酸盐水泥305Kg/m3，减水剂5Kg/m3，粉煤灰1250Kg/m3，砂520Kg/m3，PVA纤维22Kg/m3，钢纤维20Kg/m3，碳酸钙晶须150Kg/m3，水505Kg/m3。实施例3：一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其原料组成为：硅酸盐水泥、减水剂、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维、碳酸钙晶须和水，上述原料的质量份配比为：硅酸盐水泥295Kg/m3，减水剂7Kg/m3，粉煤灰1150Kg/m3，砂560Kg/m3，PVA纤维14Kg/m3，钢纤维70Kg/m3，碳酸钙晶须70Kg/m3，水515Kg/m3。实施例4：一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其原料组成为：硅酸盐水泥、减水剂、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维、碳酸钙晶须和水，上述原料的质量份配比为：硅酸盐水泥302Kg/m3，减水剂6Kg/m3，粉煤灰1180Kg/m3，砂545Kg/m3，PVA纤维16Kg/m3，钢纤维55Kg/m3，碳酸钙晶须100Kg/m3，水512Kg/m3。进一步地，上述实施例中所述的水泥为P·O42.5R型，强度等级不低于42.5MPa，其余技术指标符合现行国家标准对普通硅酸盐水泥的要求；高性能减水剂为聚羧酸盐减水剂，减水率不低于25%；粉煤灰为I级粉煤灰，主要化学成分为SiO2(60%左右)、Al2O3(21%左右)、Fe2O3(7.0%左右)、CaO+MgO(3.5%左右)；砂为精制石英砂，细度模数为(2.1-2.3)；PVA纤维的密度为1.30g/mm3、长径比约为340、弹性模量42GPa；钢纤维为端部带弯钩的短切钢纤维，长径比为60-80，弹性模量(200-210)GPa；碳酸钙晶须长径比为30-50、弹性模量为(400-700)GPa；水为自来水或洁净的应用水。一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将硅酸盐水泥、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维和碳酸钙晶须置于强制搅拌机中进行预拌合至均匀状态，使碳酸钙晶须与水泥和粉煤灰充分混合同时使钢纤维和PVA纤维充分分散，得到匀混料一；（2）将减水剂、水在高速搅拌机中搅拌均匀，得到匀混料二；（3）将匀混料二加入至匀混料一中搅拌均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其特征在于，复合材料的原料组成为：硅酸盐水泥、减水剂、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维、碳酸钙晶须和水，上述原料的质量份配比为：硅酸盐水泥300±5Kg/m

【技术特征摘要】
1.一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其特征在于，复合材料的原料组成为：硅酸盐水泥、减水剂、粉煤灰、砂、PVA纤维、钢纤维、碳酸钙晶须和水，上述原料的质量份配比为：硅酸盐水泥300±5Kg/m3，减水剂6±1Kg/m3，粉煤灰1200±50Kg/m3，砂540±20Kg/m3，PVA纤维18±4Kg/m3，钢纤维45±25Kg/m3，碳酸钙晶须110±40Kg/m3，水510±5Kg/m3。2.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其特征在于：所述的硅酸盐水泥为P·O42.5R型，强度等级不低于42.5MPa。3.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸盐高性能减水剂，减水率不低于25%。4.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其特征在于：所述的粉煤灰为I级粉煤灰。5.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：华渊，连俊英，张聪，刘文化，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32