一种高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于混凝土材料技术领域，具体公开了一种高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料及其制备方法。本发明专利技术由以下原料先混合制成浆体：胶凝材料、钢纤维、引气型减水剂和水，待浆体预水化1天后，采用早期碳化养护，得到所述高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料；所述胶凝材料由普通硅酸盐水泥、硅粉和粉煤灰微珠组成；按重量份计，钢纤维占胶凝材料重量的7.5%

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及混凝土材料
，具体涉及一种高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]混凝土抗爆性能是评价建(构)筑物在军用/民用防护工程中应用最为关键的技术指标之一，而普通混凝土的抗拉、抗折强度相对较低，韧性差，无法满足防护工程中对抗爆性能的特殊要求。提升建筑结构吸能抗冲击性能，发展高韧性混凝土材料是未来混凝土材料与建筑结构发展的重要方向之一。
[0003]纤维是混凝土增韧的重要技术手段，它能有效提升混凝土抗拉、减缓开裂。不同种类、尺寸、形状的纤维对混凝土韧性改善效果存在较为明显的差异性。通过研究了PVA纤维的体积掺量(0.05％、0.10％、0.15％)和长度(8mm、12mm)对混凝土相对动弹性模量、质量损失率和力学性能的影响，发现长度为8mm的PVA纤维对混凝土抗冻性能的提升效果最好。
[0004]专利申请202110653451.5公开了一种抗高温爆裂超高性能混凝土及其制备方法，通过调整水胶比、掺入硅灰和减水剂、限制骨料粒径使超高性能混凝土达到优化的集配和较高的密实度，从而保证了其力学性能和耐久性，并通过在超高性能混凝土基体中掺入聚丙烯纤维和钢纤维的混合纤维，不仅提高了其强度，而且协同提高了其在高温下的渗透性，使其在经历高温或火灾后无爆裂现象发生。
[0005]然而，在现有的抗爆纤维混凝土材料研究中仍存在以下缺点：(1)以中高应变率下混凝土抗冲击特性提升为核心目标的混凝土制备方法尚严重缺乏；(2)针对传统混凝土工业高碳排放问题而开展的低碳混凝土材料制备方法依然不足。因此，基于可持续发展理念下的高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料及其制备方法急需拓展。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料及其制备方法。本专利技术采用早期碳化养护方式养护成型后的水泥基复合材料，可以同时具备提升水泥基复合材料早期和后期的力学性能和吸附CO2的优点，尤其是提升混凝土抗冲击抗爆性能，为实现低碳高性能混凝土材料制备及其在防护工程中的应用提供了技术支撑。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0008]一种高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料，由以下原料先混合制成浆体：胶凝材料、钢纤维、引气型减水剂和水；浆体预水化1天后，采用早期碳化养护，得到所述高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料。
[0009]进一步，所述早期碳化养护所用CO2浓度为≥99.99％，碳化养护压力值为0.3MPa
±
0.05MPa，养护温度为25℃
±
2℃。
[0010]所述胶凝材料由普通硅酸盐水泥、硅粉和粉煤灰微珠组成；按重量份计，钢纤维占
胶凝材料重量的7.5％
‑
8.5％，引气型减水剂占胶凝材料重量的1.5％
‑
2％；体系中水胶比为0.18
‑
0.20。
[0011]胶凝材料中，可以用硅粉和/或粉煤灰微珠来替代部分普通硅酸盐水泥，其中：硅粉占胶凝材料重量的0
‑
15％，粉煤灰微珠占胶凝材料重量的0
‑
20％，普通硅酸盐水泥占胶凝材料重量的65
‑
100％。
[0012]优选的，胶凝材料中，硅粉占胶凝材料重量的15％，粉煤灰微珠占胶凝材料重量的20％，普通硅酸盐水泥占胶凝材料重量的65％。
[0013]需要说明的是：若所用引气型减水剂含水率较高，体系中所加入的水重量份数需扣除减水剂体系中水含量；水胶比是指整个体系中的水分重量与胶凝材料的重量之比。
[0014]进一步，所述普通硅酸盐水泥为P.II 52.5，中值粒径(D50)为11
‑
12μm。
[0015]进一步，所述硅粉：SiO2含量≥95％，中值粒径(D50)为0.1
‑
0.2μm。
[0016]进一步，所述粉煤灰微珠：SiO2含量≥54.0％，Al2O3含量≥18.0％，CaO含量≥7.5％，中值粒径(D50)为1
‑
2μm。
[0017]进一步，所述钢纤维为端勾状钢纤维，长度为8
‑
14mm，长径比为50
‑
100，抗拉强度≥2000Mpa；优选的，所述钢纤维：长度为14mm，长径比为50
‑
100，抗拉强度≥2000MPa。
[0018]进一步，所述引气型减水剂：减水率超过30％。
[0019]上述高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020](1)取普通硅酸盐水泥、粉煤灰微珠和硅粉放入搅拌机中，低速搅拌半分钟，使干粉料混合均匀；
[0021](2)将引气型减水剂加入称好的水中，搅拌均匀；
[0022](3)将步骤(2)搅拌均匀的减水剂水溶液加入步骤(1)的搅拌锅中，先低速搅拌1分钟，再中速搅拌2.5分钟直至出现流动性能良好的浆体；
[0023](4)将钢纤维均匀的加入并开始低速搅拌半分钟，随即中速搅拌3分钟；
[0024](5)将步骤(4)搅拌好的浆体装入钢模中，放到振动台振动20秒；
[0025](6)试块带模养护1天后，拆模并放入早期碳化养护箱内养护24小时；
[0026](7)早期碳化养护结束后，继续养护至相应龄期。
[0027]专利技术原理：本专利技术中将加入钢纤维的水泥基复合材料预水化1天后拆模放入碳化养护箱内进行早期碳化养护，碳化箱中的高浓度CO2与未水化的水泥熟料、水化产物氢氧化钙、水化硅酸钙等发生化学反应生成碳酸钙晶体。一方面，碳酸钙晶体颗粒会填充硬化浆体的孔隙，氢氧化钙也会部分消耗，从而提升了微结构密实度，促进力学性能提升，达到抗爆性能的提升；另一方面，通过上述化学反应可将CO2固定在水泥基复合材料中，从而达到低碳、环保的目的。
[0028]本专利技术的技术难点在于：低水胶比下，用于早期碳化养护的试块多用压缩成型的方法制备，而较低水胶比下采用浇筑成型的方式会使得制备出的试块的工作性能差且固碳性能易受影响。而本专利技术采用引气型减水剂，既能保证流动性，也能通过前期引气造孔，为预水化1天后的浆体中CO2在内部的传输提供更多通道，实现固碳和抗爆性能提升双重目标，且采用浇筑成型的方式也利于该制备方法在实际防护工程中推广和应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有的优点及有益效果为：
[0030](1)本专利技术中采用早期碳化养护方式制备出高韧性水泥基复合材料，显著提升了
水泥基复合材料抗爆性能。
[0031](2)本专利技术中通过引入粉煤灰微珠和硅粉两种矿物掺合料，并进行材料体系设计也提升了水泥基复合材料力学性能。
[0032](3)采用早期碳化养护的制备方式有效增加了CO2封存量，是一种低碳的水泥基复合材料制备方法，为发展可持续混凝土材料奠定基础。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料，其特征在于，由以下原料先混合制成浆体：胶凝材料、钢纤维、引气型减水剂和水；待浆体预水化1天后，采用早期碳化养护，得到所述高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料；所述早期碳化养护所用CO2浓度为≥99.99%，碳化养护压力值为0.3MPa
±
0.05MPa，养护温度为25℃
±
2℃；所述胶凝材料由普通硅酸盐水泥、硅粉和粉煤灰微珠组成；按重量份计，钢纤维占胶凝材料重量的7.5%
‑
8.5%，引气型减水剂占胶凝材料重量的1.5%
‑
2%；体系中水胶比为0.18
‑
0.20；水胶比是指整个体系中的水分重量与胶凝材料的重量之比。2.根据权利要求1所述的高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料，其特征在于，硅粉占胶凝材料重量的0
‑
15%，粉煤灰微珠占胶凝材料重量的0
‑
20%，普通硅酸盐水泥占胶凝材料重量的65
‑
100%。3.根据权利要求1所述的高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料，其特征在于，硅粉占胶凝材料重量的15%，粉煤灰微珠占胶凝材料重量的20%，普通硅酸盐水泥占胶凝材料重量的65%。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的高韧性低碳型抗爆水泥基复合材料，其特征在于，所述钢纤维为端勾状钢纤维，长度为8
‑
14 mm，长径比为50
‑
100，抗拉强度≥2000Mpa。5.根据权利要求4任一所述的高韧性低碳型抗爆水泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡玲玲，贾永胜，孙金山，姚颖康，何国毅，袁方，杨坤，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：