高抗裂性能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高抗裂性能水泥基复合材料及其制备方法，改善了传统的水泥基材料抗裂性能差、抗拉强度低且韧性性能不足的问题，该材料包括胶凝材料组分和碳纤维编织网；胶凝材料组分包括自应力硫铝酸盐水泥、中砂、细石、水、短切聚乙烯醇PVA纤维、丁苯乳液与Sika第三代聚羧酸系超塑化剂；自应力硫铝酸盐水泥与中砂、细石、水、短切聚乙烯醇PVA纤维、丁苯乳液与Sika第三代聚羧酸系超塑化剂的质量比为1:1.2:0.8:0.36:(0.15％～0.225％):(5.3％～6.8％):0.13％；碳纤维编织网选用1600TEX含量碳纤维编织成20mm

【技术实现步骤摘要】
高抗裂性能水泥基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种属于土木工程材料领域的材料，更确切地说，本专利技术涉及一种高抗裂性能水泥基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]混凝土作为当代应用最广泛的建筑材料种类繁多，具有相当的先进性和实用性。但是普通的混凝土材料具有抗拉强度低、延性差等多种问题，一旦出现裂缝与其协同工作的钢筋暴露在空气中氧化锈蚀，导致构件使用寿命缩短。由此原因，多种水泥基复合材料以及工艺应运而生，比如掺入耐腐蚀纤维的水泥基复合材料以及施加预应力的水泥基复合材料等。虽然相较于普通混凝土来说提高了抗裂性能，但是加入了短切纤维的复合材料纤维方向混乱，无法定向产生自应力且延性不足，严重限制了使用范围，而施加预应力确实可以有效提高构件的抗裂性能，但是施工工艺复杂，造价昂贵。工程上通常采用掺加膨胀剂制成的补偿收缩混凝土或使用自应力水泥制成的自应力混凝土来解决以上问题，但是掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土存在膨胀率不稳定问题，膨胀程度不够理想。而关于自应力混凝土产生的2～6MPa的自压应力，在限制条件下也会产生自应力损失，不利于抗裂性能的提升。
[0003]本专利技术目标在于解决普通混凝土抗裂性能差、韧性不足的缺点，该专利技术材料配合过程中，在添加了丁苯乳液配合物以及短切聚乙烯醇(PVA)纤维的特殊拌制自应力硫铝酸盐混凝土中铺入碳纤维编织网，在宏观和微观两个方面使该水泥基复合材料耦合协调，增强该水泥基复合材料的抗裂性能及韧性。该水泥基复合材料选用自硫铝酸盐自应力水泥，保证基底有足够的膨胀性能，为材料的自应力产生提供保障。同理，丁苯乳液加入的目的也是为了提升复合材料的膨胀性能，其作用原理为丁苯乳液帮助自应力水泥水化过程中生成更多钙矾石，进一步提高材料的膨胀性能，为复合材料提供长期稳定的化学与应力保证。掺入短切聚乙烯醇(PVA)纤维的目的是在微观且全面的角度上改善材料的内部结构，可以对远离约束端的材料提供抗裂保证，协调裹挟碳纤维编织网共同工作，加强碳纤维编织网于水泥基材料的整体性，提高基体与碳纤维编织网约束界面之间的粘结强度，进一步改善该复合材料的韧性性能、膨胀性能。而关于碳纤维编织网的铺入则可以在宏观上抑制混凝土早期收缩和长期荷载影响下的形变，在限制混凝土的膨胀变形、提高复合材料的自应力水平的同时提高试件韧性。经过各种材料的相互耦合，增强复合材料的自应力水平有显著提升，复合材料在规定下的自应力水平达到10MPa以上，自应力损失也得到了有效控制，有效提高了水泥基复合材料的抗裂性能和韧性性能，具有一定的开发意义。本专利技术就是在这样的背景下展开的。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是改善了传统的水泥基材料(混凝土等)抗裂性能差、抗拉强度低且韧性性能不足的问题，提供了一种高抗裂性能水泥基复合材料及其制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的：所述的高抗裂性能水泥基复合材料包括胶凝材料组分和碳纤维编织网；
[0006]所述的胶凝材料组分包括自应力硫铝酸盐水泥、中砂、细石、水、短切聚乙烯醇纤维PVA、丁苯乳液与Sika第三代聚羧酸系超塑化剂；
[0007]所述的自应力硫铝酸盐水泥和细集料即中砂、粗集料即细石、水、短切聚乙烯醇纤维PVA、丁苯乳液与Sika第三代聚羧酸系超塑化剂的质量比为1:1.2:0.8:0.36:(0.15％～0.225％):(5.3％～6.8％):0.13％；
[0008]所述的碳纤维编织网选用1600TEX含量碳纤维编织成20mm
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20mm尺寸的网格布。
[0009]技术方案中所述的细石的直径不超过10mm；短切聚乙烯醇纤维PVA的直径为10～25μm，长度为5～15mm；丁苯乳液的固体物含量质量分数51％，pH＝7.8～10，黏度35～150mPa
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s。
[0010]一种高抗裂性能水泥基复合材料制备方法的步骤如下：
[0011]1)将TEX含量为800～1600的碳纤维粗纱编织成20mm
×
20mm碳纤维编织网；
[0012]2)按质量比1:1.2:0.8将自应力硫铝酸盐水泥、中砂、直径不超过10mm的细石混合在混凝土搅拌机中，均匀搅拌60s成干拌物；
[0013]3)将短切聚乙烯醇纤维PVA 1000～1500g/m3加入步骤2中已搅拌均匀的干拌物中，搅拌120s使短切聚乙烯醇纤维均匀分散在干拌物中；
[0014]4)按质量比0.36:(5.3％～6.8％):0.13％将水、丁苯乳液与Sika第三代聚羧酸系超塑化剂混合搅拌30s，使其成为分散均匀的混合液，其中：丁苯乳液的固体物含量质量分数51％，pH＝7.8～10，黏度35～150mPa
·
s；
[0015]5)将步骤4中搅拌均匀形成的混合液加入步骤3中含有短切聚乙烯醇纤维PVA的混合均匀的干拌物中，在混凝土搅拌机中搅拌180s成高抗裂性能水泥基复合材料拌和物；
[0016]6)制作试模，可在距底面20mm高处位置拆分为上下层的要求；
[0017]7)拆开试模，将高抗裂性能水泥基复合材料拌和物均匀倒入下层试模底层，然后将碳纤维编织网铺在拌合物上并预留部分纤维，安装上层试模从而固定碳纤维编织网，继续加入高抗裂性能水泥基复合材料拌和物，在振动台上或使用振捣棒振动30s成型，在试模中养护24小时后脱模取出；
[0018]8)将脱模取出的试件置于20℃～30℃的水中养护28天。
[0019]与现有技术相比本专利技术的有益效果是：
[0020]1.本专利技术所述的高抗裂性能水泥基复合材料相较于普通水泥基材料抗裂性能得到了极大提高，自应力水平也同时获得了相当程度的提升；水泥基底选用自应力水泥，拌制过程中加入丁苯乳液和聚乙烯醇(PVA)纤维，浇筑前铺设定向碳纤维编织网，在微观角度上帮助自应力水泥水化产生钙矾石相，并保证其在水泥中的长期稳定存在，PVA纤维多角度改善材料内部结构，充分裹握碳纤维编织网,自应力水泥和丁苯乳液协调工作，充分发挥材料膨胀性能；在宏观角度上碳纤维编织网和PVA纤维联合作用，对基底膨胀充分限制，避免材料产生约束远端开裂，使得该高抗裂性能水泥基复合材料的抗裂性能大幅度提升。
[0021]2.本专利技术所述的高抗裂性能水泥基复合材料极大地提高水泥基体材料的韧性性能，相较于自由膨胀条件下的水泥基材料，该高抗裂性能水泥基复合材料因为加入短切纤维和碳纤维编织网，内部结构经过改善，基体整体性也大幅提高，并且内部产生了相当可观
的自应力，在宏观和微观两个角度上极大提高了水泥基复合材料的韧性性能。
[0022]3.本专利技术所述的高抗裂性能水泥基复合材料通过碳纤维编织网的自我约束，在自由条件下即可产生10MPa以上的自应力，该效果已经达到部分预应力效应，能够有效地参与结构受力；相对于传统的自应力混凝土建立起2～6MPa的自压应力而言已经获得了较大提升，而且传统自应力混凝土膨胀并不稳定，通常会出现10％～20％的自应力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高抗裂性能水泥基复合材料，其特征在于，所述的高抗裂性能水泥基复合材料包括胶凝材料组分和碳纤维编织网；所述的胶凝材料组分包括自应力硫铝酸盐水泥、中砂、细石、水、短切聚乙烯醇纤维PVA、丁苯乳液与Sika第三代聚羧酸系超塑化剂；所述的自应力硫铝酸盐水泥和细集料即中砂、粗集料即细石、水、短切聚乙烯醇纤维PVA、丁苯乳液与Sika第三代聚羧酸系超塑化剂的质量比为1:1.2:0.8:0.36:(0.15％～0.225％):(5.3％～6.8％):0.13％；所述的碳纤维编织网选用1600TEX含量碳纤维编织成20mm
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20mm尺寸的网格布。2.按照权利要求1所述的高抗裂性能水泥基复合材料，其特征在于，所述的细石的直径不超过10mm；短切聚乙烯醇纤维PVA的直径为10～25μm，长度为5～15mm；丁苯乳液的固体物含量质量分数51％，pH＝7.8～10，黏度35～150mPa
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s。3.一种高抗裂性能水泥基复合材料制备方法，其特征在于，所述的高抗裂性能水泥基复合材料制备方法的步骤如下：1)将TEX含量为800～1600的碳纤维粗纱编织成20mm
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20mm碳纤维编织网；2)按...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伯昕，路欣雨，满腾，赵建宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：