一种低碳型工程水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低碳型工程水泥基复合材料及其制备方法，包括由以下重量份比例的组分配制而成；水泥

【技术实现步骤摘要】
一种低碳型工程水泥基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水泥基材及其料制备
，具体涉及一种低碳型工程水泥基复合材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]针对传统水泥基材料抗拉强度低
、
脆性大
、
容易开裂等固有特点，近年来以
ECC
为代表的高延性水泥基复合材料因其拉伸变形大
、
延性好，得到了快速发展
。
与传统水泥基材料不同，高延性水泥基材料掺入短的柔性纤维作为增强材料，使其具备高延性与高韧性，在受弯或受拉时可以呈现应变硬化行为以及多缝开裂的特征，可提升结构的抗震能力，已被应用于桥面修补
、
隧道修复等实际工程中，大大提高了结构的安全性
。
[0003]现有的高延性水泥基复合材料通常由硅酸盐水泥
、
粉煤灰
、
水
、
石英砂以及增强纤维制备而成
。
虽然粉煤灰是一种工业废弃物且产量巨大，掺入水泥基复合材料中会降低其碳排放，但是可用于水泥基材料的粉煤灰仅占总排放量的
30%
左右
。
并且，在可预见的未来，大量火电厂的关闭，会导致可用粉煤灰的量急剧减少
。
[0004]近年来，煅烧粘土和石灰石粉（
LC2
）作为一种新型的低碳胶凝材料，逐渐被人们熟知，它是通过采用煅烧粘土和石灰石粉替代部分水泥熟料，可以获得与普通硅酸盐水泥相媲美的性能
。<br/>采用煅烧粘土和石灰石可以高比例替代水泥熟料，能够有效降低碳排放，实现可持续发展的要求
。
[0005]与传统的混凝土等水泥基材料相比，由于高延性水泥基材料之中不含粗骨料，且胶凝材料用量大，所以其存在着干燥收缩过大的问题，收缩应变可达
1500
με
以上
。
尽管高延性水泥基复合材料可以有效限制裂缝宽度，但干燥收缩过大会导致它与其它材料协同工作的性能降低，影响其推广与应用
。
利用膨胀组分在水化过程中所产生的体积膨胀来补偿水泥基材料的收缩，是经济又有效的手段之一
。
[0006]氧化镁（
MgO
）是一种性能优异的膨胀剂，已广泛应用于大坝混凝土和普通混凝土中
。
氧化镁膨胀剂具有较高的反应活性，可以在较低的煅烧温度下获得，在早期产生快速的膨胀，但高煅烧温度会导致氧化镁晶粒的精细结晶并降低其反应性，从而在后期产生高膨胀，因此，氧化镁可以通过调节煅烧温度来步长混凝土在所有龄期的收缩
。
[0007]白云石是碳酸盐的天然矿物，主要成分为
MgCO3•
CaCO3，理论碳酸钙和碳酸镁的比例大致1：1，我国白云石资源分布广泛，产地遍布各个省区，各地都有大型的白云石矿床
。
[0008]如上式，在
750~850℃
下对白云石进行煅烧，可以获得
MgO
和
CaCO3，可以作为新型的复合
MgO
膨胀剂
。
在普通硅酸盐水泥中掺入轻烧白云石，可以补偿收缩，但就强度而言，由于轻烧白云石中
CaCO3的反应性低，所以其替代量有限，并且会对强度产生负面影响
。
由于
LC2
中石灰石粉的主要成分为
CaCO3，将轻烧白云石用来替代
LC2
中的石灰石粉，作为
CaCO3的来源，刚好可以弥补这一点，且引入的
MgO
也能对收缩起到补偿作用
。

技术实现思路

[0009]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低碳型工程水泥基复合材料及其制备方法，与传统的高延性水泥基复合材料相比，具有显著的力学性能提升，极大地降低了收缩，并具有明显的应变硬化及多缝开裂特征
。
本专利技术摒弃粉煤灰，采用大掺量的煅烧粘土和轻烧白云石粉替代硅酸盐水泥，显著减少了硅酸盐水泥在水泥基复合材料中的使用，环保效益显著，且在煅烧粘土的存在下，采用轻烧白云石来替代石灰石粉，并不会显著地降低强度，且极大地降低了收缩
。
该制备方法简单，原料来源广泛，经济成本低，适用于大规模工业建筑应用，环保绿色
。
[0010]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种低碳型工程水泥基复合材料，包括由以下重量份比例的组分配制而成；水泥 240
～
370
份，煅烧粘土
550
～
650
份，轻烧白云石粉
140
～
330
份，石英砂
340
～
370
份，
PVA
纤维
26
份，水
425
份，高效减水剂3～
4.5
份
。
[0011]进一步的，所述水泥为不含矿物掺合料的
PⅠ型硅酸盐水泥
。
[0012]进一步的，所述煅烧粘土选矿尾矿
、
低品位或高品位的高岭土，其矿物组成按重量百分比计，高岭石类矿物
≥35%
，目数大于
1250
目
。
[0013]进一步的，所述石英砂为细砂，最大粒径不超过
0.2mm
，平均粒径为
150
μ
m。
[0014]进一步的，所述
PVA
纤维长度为
10
～
15mm
，直径为
35
～
45mm
，抗拉强度
≥1500MPa
，弹性模量
≥40GPa。
[0015]进一步的，所述
PVA
纤维为表面经过涂油处理的高弹性模量纤维
。
[0016]进一步的，所述高效减水剂为粉体的聚羧酸减水剂
。
[0017]进一步的，轻烧白云石粉的制备方法，包括如下步骤；步骤一，白云石粉预处理对白云石原料粉磨得到白云石粉，随后对白云石粉进行筛分，获得
800
目及以上白云石粉；然后对白云石粉进行预烘干去除内部水分；步骤二，获得轻烧白云石粉对白云石粉进行灼烧，灼烧温度为
800℃
，灼烧时间为
30min
，随后将灼烧后的白云石粉自然冷却至室温，即得到轻烧白云石粉
。
[0018]一种低碳型工程水泥基复合材料的制备方法，包括如下步骤；步骤一，混合搅拌将水泥 240
～
370
份，煅烧粘土
550
～
650
份，轻烧白云石粉
140
～
330
份，石英砂
340
～
370
份，高效减水剂3～
4.5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低碳型工程水泥基复合材料，其特征在于，包括由以下重量份比例的组分配制而成；水泥 240
～
370
份，煅烧粘土
550
～
650
份，轻烧白云石粉
140
～
330
份，石英砂
340
～
370
份，
PVA
纤维
26
份，水
425
份，高效减水剂3～
4.5
份
。2.
根据权利要求1所述的低碳型工程水泥基复合材料，其特征在于：所述水泥为不含矿物掺合料的
PⅠ型硅酸盐水泥
。3.
根据权利要求1所述的低碳型工程水泥基复合材料，其特征在于：所述煅烧粘土选矿尾矿
、
低品位或高品位的高岭土，其矿物组成按重量百分比计，高岭石类矿物
≥35%
，目数大于
1250
目
。4.
根据权利要求1所述的低碳型工程水泥基复合材料，其特征在于：所述石英砂为细砂，最大粒径不超过
0.2mm
，平均粒径为
150
μ
m。5.
根据权利要求1所述的低碳型工程水泥基复合材料，其特征在于：所述
PVA
纤维长度为
10
～
15mm
，直径为
35
～
45mm
，抗拉强度
≥1500MPa
，弹性模量
≥40GPa。6.
根据权利要求5所述的低碳型工程水泥基复合材料，其特征在于：所述
PVA
纤维为表面经过涂油处理的高弹性模量纤维
。7.
根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晟钊，陈璐，朱海堂，卢海陆，陈静，陈巍戈，曾凤娟，孟庆鑫，
申请(专利权)人：河南工程学院郑州大学，
类型：发明
国别省市：