[发明专利]流动性好、强度高的水泥基材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及超高性能水泥基材料及其制备方法，主要用于建筑工程、道路、桥梁等土木工程领域。

背景技术

目前，国际上公开报道强度等级150-200MPa的超高性能水泥基材料是由20世纪90年代以法国科学家Pierre Richard为首的研究小组研制开发的RPC材料(Reactive Powder Concrete)，其制备原理主要包括：(1)去除粗集料，使用磨细石英砂且将砂的细度控制在600μm以内；(2)加入超塑化剂降低水灰比，通过优化颗粒级配及在凝固前和凝固过程中对水泥基复合材料施加压力增加密实度；(3)硬化后通过热处理(90℃热水养护或180℃～200℃以上的压蒸养护)来改善混凝土的微结构；(4)加入微细钢纤维提高混凝土的延性和韧性。通过上述四种方式可使RPC硬化体的抗压强度达到200MPa或以上，但RPC材料在工程应用过程中面临以下几个主要问题：

(1)制备RPC使用磨细石英砂取代普通粗细集料，最大粒径控制在有600μm以下，实际这种混凝土并不是混凝土，而是细粒砂浆，且石英砂粉磨过程的能耗非常大，成本很高；(2)活性矿物掺合料品种较为单一，大都仅使用价格昂贵的硅灰，且掺量高达25％以上(取代水泥用量)；(3)超细金属纤维用量大、价格高且需进口；(4)为保证强度充分发展需在水泥凝固过程中施加压力并采用90℃热水或200℃以上的压蒸养护，工艺复杂、养护能耗高，适用于在制品厂中进行生产，不便于现场浇注；(5)RPC不使用粗集料，从而使得粉状胶结材料(水泥+硅灰+石英粉)高达1200kg/m³以上，造价高达1000美元以上。以上缺点严重限制了RPC材料在实际工程中大规模推广应用。

因此，研制并生产出低成本、高性能并适于规模化生产的超高性能水泥基材料，具有重要的现实意义和实际应用价值。

发明内容：

技术问题：本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种流动性好、强度高的水泥基材料及其制备方法，该材料具有良好的流动性能，轻微振捣即可密实模具，适于密集配筋、形状复杂的结构。

技术方案：本发明的流动性好、强度高的水泥基材料，是由六大组分组成，其比例为：

水泥          10.8～18.9％

复合工业废渣  8.1～16.2％

高效外加剂    0.6～0.65％

细集料        32.3～34.1％

高强粗集料    32.3～34.1％

短细钢纤维    2.7～7.8％

1、水泥：水泥是强度等级42.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

2、复合工业废渣：由超细粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰的两种或三种组成的混合物。其中，超细粉煤灰是火力发电厂工业副产品，要求需水量比≤95％，烧失量≤5％，比表面积≥600m²/kg；磨细矿渣粉是炼铁厂工业副产品，要求比表面积≥600m²/kg；硅灰是硅合金厂工业副产品，要求SiO₂含量≥88％，比表面积≥15000m²/kg。

3、高效外加剂：减水率≥40％的聚羧酸盐外加剂，固含量≥35％。

4、细集料：如河砂、黄砂，要求所用材料的细度≤5mm。

5、高强粗集料：如玄武岩、铁矿石、刚玉、铸石或铁块等，要求所用材料连续级配、颗粒粒径5-20mm。

6、短细钢纤维：国产平直型或端勾型短细纤维，要求直径d≤0.3mm、长度l≤25mm。

7、本发明提出的超高性能水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：(1)按配方比例称取所需的水泥、复合工业废渣、细集料、高强粗集料，干搅1分钟，使它们均匀地混合在一起；(2)按配方比例称取高效外加剂和水，将其在容器中混合均匀；(3)将配制好的水剂缓慢加入到混合均匀的干料中，在搅拌机中搅拌成大流动性的浆体；(4)将钢纤维缓慢而均匀地分散到浆体中，并高速搅拌3分钟；(5)将加有纤维的浆体浇入钢模，进行振动成型或模压成型；(6)24小时后拆模，对试件进行标准养护(温度为20℃、相对湿度为95％)或自然养护。