一种使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料，所述高强高韧水泥基复合材料由以下重量份的原材料制备而成：水泥：789~888份、粉煤灰：395~444份、硅灰：132~148份、粗河沙：533~724份、水：211~237份、聚羧酸高效减水剂：22~25份、聚乙烯纤维19份。本发明专利技术直接采用4.75mm的方孔筛筛分得到的普通河沙作为细骨料，骨料粒径提高近20倍，成本降低了近10%，有效地解决了传统ECC中超细石英砂带了的收缩变形大、成本高等问题。

A High Strength and High Toughness Cement-based Composite Material with Saturated Multi-slit Cracking Using Coarse River Sand as Fine Aggregate

【技术实现步骤摘要】
一种使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料
本专利技术属于土木工程材料
，涉及一种水泥基复合材料，尤其涉及一种使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料。
技术介绍
混凝土是世界上应用最广泛的建筑材料，从房屋建设到道路桥梁，从地下管廊到输气输油管道，从水力发电的大坝到风力发电的基础，都离不开这种用量最大的建筑材料混凝土。尤其我们国家尚处于发展阶段，许多建好的基础设施面临加固维修，大量的基础设施还在建设，许多基础设施还要建设，这些基础设施建设都离不开混凝土。我们国家乃至全世界提倡可持续发展、绿色发展，这就对混凝土提出了新要求，如何提高混凝土的耐久性以及使用寿命，直接关系国家基础设施建设，进而影响人民生活福祉。混凝土天生很脆，导致易裂，一旦开裂，耐久性受到很大的威胁。因此改善混凝土的脆性，从而提高它的耐久性，已经成为混凝土研究的一个非常重要的课题，国内外学者在这方面也做了大量工作。其中，纤维增强是一种重要的方式。特别，短的乱向分布纤维增强应变硬化水泥基复合材料（ECC）又称为可弯曲混凝土。在单轴拉伸作用下，此材料具有应变硬化和多条细密开裂的现象，裂缝宽度小于100µm，同时应变达到3~5%，是普通混凝土的300~500倍。超细的石英砂被作为ECC的骨料，它的极小的掺量（砂胶比0.36）和粒径（最大粒径225µm左右）带来了严重的收缩问题，造成初裂强度减少，弹性模量下降，而且这种砂子取材不便，费用很高，这些都导致了ECC的应用受限。此外，传统ECC强度一般在60MPa左右，这种强度很难达到一些结构要求的高强水平，也不能保证结构安全的富余，这让ECC在高强中的应用受限。另外，提高传统ECC骨料的掺量或者增加强度，ECC的抗拉应变的鲁棒性遭到极大的挑战，变得非常的弱。公开号CN105948660A的专利公开了一种高强高延性混凝土，该混凝土包括水泥400~800份、硅灰100~250份、矿渣粉200~500份、粉煤灰200~500份、石英粉200~500份、石英砂800~1000份、减水剂20~40份、水180~250份、聚乙烯纤维15~25份，其抗压强度达到120~150MPa，抗拉强度达到15~22MPa，抗拉延伸率达到4~8%。但是，该混凝土仍然使用的是昂贵的石英砂，使得材料的收缩变形较大，使用成本较高。
技术实现思路
本专利技术针对传统ECC细骨料粒径小、骨料价格昂贵以及使用原有细骨料带来的技术缺陷，提供了一种使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料。本专利技术直接采用4.75mm的方孔筛筛分得到的普通河沙作为细骨料，骨料粒径提高近20倍，成本降低了近10%，有效地解决了传统ECC中超细石英砂带了的收缩变形大、成本高等问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料，由以下重量份的原材料制备而成：水泥：789~888份、粉煤灰：395~444份、硅灰：132~148份、粗河沙：533~724份、水：211~237份、聚羧酸高效减水剂：22~25份、聚乙烯纤维19份。本专利技术中，所述水泥为P.O42.5的普通硅酸盐水泥。本专利技术中，所述聚乙烯纤维的长度为18mm，直径为19μm，抗拉强度为3000MPa，弹性模量为150GPa，极限延伸率为2~5%。本专利技术中，所述粗河沙直接由4.75mm的方孔筛筛分得到，砂胶比不超过0.6。本专利技术中，所述硅灰为高活性硅灰，其SiO2含量大于90%。本专利技术中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。本专利技术中，所述高强高韧水泥基复合材料采取90℃的高温蒸汽养护3天。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：在高强混凝土中大粒径的砂子成为了一种缺陷，而ECC的饱和的稳定的多缝开裂即拉应变的鲁棒性与基体中预先存在的缺陷紧密相关，因此本专利技术巧妙的、开创性的结合粗砂在高强混凝土的缺陷效应和ECC的设计理论，制备出的水泥基复合材料具有高的抗压强度、超大的变形，具备稳定的饱和的多缝开裂即良好的拉应变鲁棒性，同时，由于大的砂子粒径以及低廉的价格，有效地解决了传统ECC中超细砂带来的收缩大、弹模低、成本高等问题。此外，本专利技术利用直接由4.75方孔筛筛分得到的普通河沙作为细骨料，得到了具有最高强度为130MPa、直接拉伸强度接近13MPa、单轴拉伸应变接近11%、可以实现饱和的多缝开裂的水泥基复合材料。附图说明图1为本专利技术水泥基复合材料的单轴拉伸应力应变曲线图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1本实施例中，高强高韧水泥基复合材料由以下重量份的原材料制备而成：P.O42.5的普通硅酸盐水泥：888份，粉煤灰：444份，硅灰：148份，粗河沙：533份，水：237份，减水剂：25份，超过分子量聚乙烯纤维：19份。具体制备步骤如下：首先，把所有的胶凝材料和砂子加入到一个3L的搅拌锅内，慢速搅拌（公转62±5r/min，自转140±5r/min）2分钟至混合均匀。同时，把所有的减水剂加入到水中搅拌均匀。等到上述胶凝材料和砂子混合均匀后，缓慢加入水和减水剂的混合物，慢搅直到混合物出现流动态，快速搅拌（公转125±5r/min，自转285±5r/min）2分钟直到流动态均匀。此时，开始慢速搅拌，并且缓慢的加入纤维。直到纤维加入完全，快速搅拌5分钟直到纤维分散良好，然后入模，24小时后脱模，放入相对湿度为98%、温度为90℃的蒸养箱中，养护3天。实施例2本实施例中，高强高韧水泥基复合材料由以下重量份的原材料制备而成：P.O42.5的普通硅酸盐水泥：839份，粉煤灰：419份，硅灰：140份，粗河沙：629份，水：224份，减水剂：25份，超过分子量聚乙烯纤维：19份。具体制备步骤如下：首先，把所有的胶凝材料和砂子加入到一个3L的搅拌锅内，慢速搅拌（公转62±5r/min，自转140±5r/min）2分钟至混合均匀。同时，把所有的减水剂加入到水中搅拌均匀。等到上述胶凝材料和砂子混合均匀后，缓慢加入水和减水剂的混合物，慢搅直到混合物出现流动态，快速搅拌（公转125±5r/min，自转285±5r/min）2分钟直到流动态均匀。此时，开始慢速搅拌，并且缓慢的加入纤维。直到纤维加入完全，快速搅拌5分钟直到纤维分散良好，然后入模，24小时后脱模，放入相对湿度为98%、温度为90℃的蒸养箱中，养护3天。实施例3本实施例中，高强高韧水泥基复合材料由以下重量份的原材料制备而成：P.O42.5的普通硅酸盐水泥：789份，粉煤灰：395份，硅灰：132份，粗河沙：729份，水：211份，减水剂：25份，超过分子量聚乙烯纤维：19份。具体制备步骤如下：首先，把所有的胶凝材料和砂子加入到一个3L的搅拌锅内，慢速搅拌（公转62±5r/min，自转140±5r/min）2分钟至混合均匀。同时，把所有的减水剂加入到水中搅拌均匀。等到上述胶凝材料和砂子混合均匀后，缓慢加入水和减水剂的混合物，慢搅直到混合物出现流动态，快速搅拌（公转125±5r/min，自转285±5r/min）2分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料，其特征在于所述高强高韧水泥基复合材料由以下重量份的原材料制备而成：水泥：789~888份、粉煤灰：395~444份、硅灰：132~148份、粗河沙：533~724份、水：211~237份、聚羧酸高效减水剂：22~25份、聚乙烯纤维19份。

【技术特征摘要】
1.一种使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料，其特征在于所述高强高韧水泥基复合材料由以下重量份的原材料制备而成：水泥：789~888份、粉煤灰：395~444份、硅灰：132~148份、粗河沙：533~724份、水：211~237份、聚羧酸高效减水剂：22~25份、聚乙烯纤维19份。2.根据权利要求1所述的使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料，其特征在于所述水泥为P.O42.5的普通硅酸盐水泥。3.根据权利要求1所述的使用粗河沙作为细骨料的具有饱和多缝开裂的高强高韧水泥基复合材料，其特征在于所述聚乙烯纤维的长度为18mm，直径为19...

【专利技术属性】
技术研发人员：关新春，李亚钊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23