一种高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺，包括以下步骤：1）模具的设计、制作、安装；2）脱模剂的喷涂；3）原材料粉体的混合分散；4）浆体的制备；5）增韧纤维的添加；6）真空搅拌分散；7）螺旋定向挤压浇筑；8）成型及养护。所述工艺能有效解决以UHPC为代表的高强高耐久水泥基材料广泛存在的浆体粘稠、浇筑成型过程中气孔过多、纤维难以均匀定向分散等工艺难题。可广泛应用于高强水泥基板材、型材等构件的制备。采用前述工艺制备的材料力学性能和耐久性能明显提升。性能和耐久性能明显提升。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺


[0001]本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺。

技术介绍

[0002]以超高性能混凝土（简称UHPC）为代表的低水胶比水泥基材料，具有优异的力学性能和耐久性能，是目前建筑行业研究和应用的热点。UHPC的抗压强度能达到130～200MPa，其抗弯拉强度能达到10MPa以上，与传统混凝土相比，提高3～5倍；由于通过紧密堆积设计，使其原材料级配达到最佳，内部贯通气孔很少，具有很好的抗外部侵蚀和渗透等耐久性能。因其优异的性能，已在公路、桥梁、高层/超高层建筑等诸多土木建筑工程领域得到大量应用。
[0003]由于UHPC在原材料的选用、配合比设计、施工等环节要求较为苛刻，因此应用场景多集中于预制构件领域。同时其在应用过程中面临诸多问题，具体包括：（1）原材料配合比设计通常采用了原材料干燥状态下的颗粒级配进行紧密堆积计算，未考虑浆体状态下的颗粒团聚特征，导致浆体难以达到理论上的紧密堆积状态，影响浆体工作性能和致密程度。
[0004]（2）由于拌合水用量太低，浆体粘稠致密，导致搅拌带入的内部气泡难以通过常规振捣等形式排出，影响产品力学和耐久性能。
[0005]（3）混凝土材料抗压性能优异，在使用过程中，其抗弯拉的受力性能最为重要。作为一种纤维增韧材料，纤维分布均匀性和垂直于受力面的取向性对整体构件的性能尤为重要，但粘稠致密的浆体，常规搅拌中很难做到纤维有效均匀且定向分布。
[0006]（4）由于浆体密度大，浇筑过程难以顺畅进行。同时容易出现跑模、与模板粘连等工艺问题，影响产品的表观质量和工作效率。

技术实现思路

[0007]为解决上述应用问题，本专利技术的目的在于提出一种高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺，该工艺采用浆体状态下湿法紧密堆积设计和真空搅拌等方法，有效降低了浆体中的气孔含量；通过改进增韧纤维的加入方式和螺旋定向挤出成型方法，有效提升了纤维分布的均匀性和取向性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案如下：一种高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺，具体包括以下步骤：1) 模具设计、制作及安装，根据预制构件尺寸要求进行模具设计和制作；2) 组装前对模具的内表面进行清理，需要保证内表面平坦、干净和干燥，并均匀的喷涂脱模剂；3) 进行原材料配合比设计，原材料的配合比设计应根据原材料的颗粒级配和湿法状态下的聚集状态来确定，通过含量和级配调整，使其满足浆体紧密堆积模型； 称取胶
凝材料、骨料、掺合料等粉体材料，同时加入适量润湿水分，放入搅拌装置搅拌；4) 将减水外加组分溶于剩余拌合水，在粉体搅拌的同时加入搅拌装置继续搅拌；5) 将称量好的增韧纤维均匀筛入搅拌仓中；6) 待增韧纤维全部筛入并分散均匀后，关闭搅拌仓密封门并开启真空泵，进行真空搅拌；7) 将搅拌后的浆体导入螺旋定向挤出喷头，进行构件的成型；8) 对构件的成型表面进行抹面及压光，采用蒸汽养护至龄期后拆模。
[0009]进一步的，所述步骤1）中，为防止出现跑模、模具变形等问题，模具材质应选用钢模板；同时模具的底模、侧模、内模之间采用定位机械加固件连接，且定位机械加固件纵向间隔小于1m，所述定位机械加固件可采用卡扣或螺栓。
[0010]本专利技术的模具设计方法可解决低水胶比水泥基材料在浇筑过程中，由于浆体粘稠致密带来的跑模、偏模工艺问题，有效提高构件尺寸精度。
[0011]进一步的，所述步骤2）中，脱模剂采用水性蜡质脱模剂，其目的为了克服传统油脂类脱模剂涂刷难以均匀、脱模困难，以及带来的构件成品表观质量缺陷。
[0012]进一步的，所述步骤3）中，原材料包括的组分及相应的重量份数为：胶凝材料25～30份、骨料50～60份、掺合料15～20份，拌合水3～6份，减水外加组分1～2份。各原材料的具体配比份额需根据其各自颗粒级配和浆体紧密堆积理论进行设计。
[0013]UHPC等低水胶比水泥基材料配合比设计基础是最紧密堆积理论，由于原材料在多组分浆体状态下吸附、团聚等变化，导致传统仅考虑固体颗粒紧密堆积进行的配合比设计存在局限性。采用浆体最紧密堆积设计的原材料配合比体系，避免了粉体颗粒在浆体状态下发生的团聚、吸附、化学反应等变化造成的浆体气孔含量多，密实度不够等缺陷。由于水泥基材料的孔隙率和其力学性能成反比，因此从理论上可有效提高本专利技术材料的力学性能和耐久性能。
[0014]进一步的，所述步骤3）中，胶凝材料选用52.5标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；掺合料选用球形度较好的Ⅰ级粉煤灰、高强玻化微珠、硅灰；骨料选用石英砂、辉绿岩、其他高强骨料中的至少一种。
[0015]本专利技术原材料组分中，水泥提供胶凝特性，通过水化硬化反应将其他材料粘接在一起；硅灰是一种纳米级的高活性硅质材料，可有效填充水泥微米级颗粒的中间空隙，提高密实度。同时与水泥水化产物发生二次水化反应，提高硬化产物的匀质性。球形度较好的Ⅰ级粉煤灰、高强玻化微珠作为掺合料，不但有助于改善粉体颗粒堆积的紧密程度，同时颗粒的球形特征可有效改善浆体的工作性能。骨料选用的石英砂、辉绿岩或其他高强骨料，骨料本身的抗压强度基本能达到150MPa以上，为本专利技术材料达到高强度的效果提供支撑。
[0016]进一步的，所述步骤3）中，粉体材料搅拌时，加入的润湿水分不高于拌合水总量的30%；步骤4）中，在粉体材料搅拌均匀的同时，将其余拌合水与减水外加组分混合均匀后加入搅拌装置继续搅拌。
[0017]在干粉搅拌分散过程中，由于颗粒的表面能变化、静电吸附等作用，细粉体颗粒之间容易吸附团聚。加入部分润湿水分，细颗粒粉体容易吸附于骨料颗粒，可有效提高硅灰、水泥等细颗粒对骨料的包裹性，便于粉体均匀分散。
[0018]进一步的，所述步骤6）中的增韧纤维，选用镀铜钢纤维或耐碱玻纤，也可两者混
杂。纤维用量为构件体积的2～3%；纤维长度为12～20mm，根据构件型式确定；纤维通过搅拌仓的进料口处布置的振动筛均匀筛入，振动筛的筛孔直径为3～5mm；纤维筛入过程与浆体搅拌同步进行，控制在3分钟以内。
[0019]纤维材料可以提高水泥基材料的抗拉拔、抗折性能。但是纤维在浆体中存在难以分散问题。本专利技术采用的镀铜钢纤维或耐碱玻纤，其不但本身抗拉强度高，能达到2000MPa以上。同时化学性质稳定，与水泥水化产物的握裹力较好。采用震动筛入的方式，与浆体搅拌同步进行，可有效提高纤维在浆体中分散性。为了避免搅拌时间过长带来的浆体流动性损失，浆体搅拌时间应控制在3min以内。
[0020]进一步的，所述步骤6）中的真空搅拌过程，需在纤维加入完成后封闭搅拌仓，同时开启真空泵进行真空搅拌。搅拌过程中真空度应控制在30～50KPa，搅拌时间控制在3分钟。
[0021]尽管本专利技术材料采用了浆体紧密堆积设计，但是原材料质量和现实操方法与理论假设状态会存在部分偏差，加之常规的搅拌过程带入的气体，导致制备的材料难以实现紧密堆积。本专利技术在浆体和纤维材料初步搅拌分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：1）根据预制构件尺寸要求进行模具设计和制作；2）对模具的内表面进行清理，并均匀的喷涂脱模剂；3）进行原材料配合比设计，称取对应的胶凝材料、骨料、掺合料等粉体材料，同时加入适量润湿水分，放入搅拌装置搅拌；4）将减水外加组分溶于剩余拌合水，加入搅拌装置继续搅拌；5）将称量好的增韧纤维均匀筛入搅拌仓；6）待增韧纤维全部筛入并分散均匀后，关闭搅拌仓密封门并开启真空泵，进行真空搅拌；7）将搅拌后的浆体导入螺旋定向挤出喷头，进行构件的成型；8）对构件的成型表面进行抹面及压光，采用蒸汽养护至龄期后拆模。2.根据权利要求1所述的高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺，其特征在于：步骤1）中，模具材质选用钢模板；模具的底模、侧模、内模之间采用定位机械加固件进行连接，且定位机械加固件纵向间隔小于1m。3.根据权利要求1所述的高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺，其特征在于：步骤2）中，脱模剂采用水性蜡质脱模剂。4.根据权利要求1所述的高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺，其特征在于：步骤3）中，原材料的配合比设计根据原材料的颗粒级配和湿法状态下的聚集状态来确定，按重量份计，其中胶凝材料25～30份、骨料50～60份、掺合料15～20份、拌合水3～6份、减水外加组分1～2份；所述胶凝材料选用52.5标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；所述掺合料选用硅灰、球形度较好的Ⅰ级粉煤灰和高强玻化微珠；所述骨料选用石英砂、辉绿岩、其他高强骨料中的至少一种。5.根据权利要求1所述的高强度高耐久水泥基材料制备及其成型工艺，其特征在于：步骤3）中，粉体材料搅拌时，加入的润湿水分不高...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭炎飞，郅真真，张华，王玉江，王家乐，焦亚新，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：