[发明专利]一种高延性水泥基复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑用复合材料，具体涉及一种高延性水泥基复合材料。

背景技术

水泥混凝土一直是最主要的建筑材料，具有原料来源广泛、工艺简便、防火、适应性强和应用方便等优点，但与此同时，混凝土材料也存在抗拉强度低、韧性差、可靠性低和开裂后裂缝宽度难以控制等缺点。这些缺点严重的影响混凝土结构的耐久性和服役寿命，使其成为当今土木工程领域所面临的一个世界性重大工程技术问题。因此，寻找制备裂缝宽度可控的高韧性，具有较好应变硬化能力的高性能水泥基复合材料显得尤为重要。

20世纪90年代早期美国密歇根大学的Victor.Li主持研究设计了工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)。该材料在纤维体积掺量2份左右的情况下，载荷——挠度曲线呈现明显的应变硬化特征，挠度可达10~40mm，承载力强，表现出较高的应变硬化能力和多缝开裂开展特性，饱和状态的多缝开裂裂缝宽度小于0.1ｍｍ，呈现极好的延性行为。此后，不含粗骨料的各种高延性水泥基复合材料已成为水泥混凝土之外的一个新的重要分支。通过以各种细集料和粉料作为原材料，采用相应的技术加工工艺，各种延性较好、应变能力强，并具有优异的多缝开裂行为的高性能水泥基复合材料不断涌现。但是，目前研制的各类建筑用复合材料均是使用传统通用硅酸盐水泥作为基体，其巨大的能量消耗和环境污染较大地限制了该类材料在环境友好等绿色工程中的应用；此外，现有大量工业废渣包括磷渣、矿渣、粉煤灰等以及大量工业废石膏如脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等，利用率极低，占用土地，浪费资源，且对周边环境造成严重的污染，制约着我国自然资源、环境保护的可持续发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高延性水泥基复合材料，该高延性水泥基复合材料在减少环境污染、明显降低CO₂排放量的基础上，具有优异的延性和明显的无害化多缝开裂行为。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是采用一种高延性水泥基复合材料，所述高延性水泥基复合材料包括以下组分：特种水泥、特细砂、水、减水剂及纤维，所述的高延性水泥基复合材料组成比例为：按重量计，特种水泥50~80份，特细砂18~55份，水10~30份，减水剂0.25~1.2份，纤维0.8~1.8份；所述的特种水泥是一种由70~85份的活性混合材料，10~20份硫酸盐及1~5份的碱性成分组成；所述的活性混合材料至少一种选自矿渣、粉煤灰、磷渣、钢渣。

优选的，所述的特细砂细度为20~140目。

优选的，所述的特细砂为机制砂、尾矿砂、石英砂、天然砂中的任意一种。

优选的，所述硫酸盐至少一种选自硬石膏、二水石膏、磷石膏、脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、氯石膏、盐石膏、味梢石膏、铜石膏或钛石膏。

优选的，所述减水剂为减水率30%以上，固含量大于30%的聚羧酸减水剂。

优选的，所述纤维为长度6～12mm，直径30~40μm，抗拉强度为1500～1700MPa，弹性模量为35~45GPa的聚乙烯醇纤维。

与现有技术相比，本发明所述高延性水泥基复合材料的原理如下：

本发明所述高延性水泥基复合材料包含有以下组分，各组分按重量份计：特种水泥50~80份，特细砂18~55份，水10~30份，减水剂0.25~1.2份，纤维0.8~1.8份。

本发明所述高延性水泥基复合材料采用将特种水泥代替现有作为基体的通用硅酸盐水泥，特种水泥的水化机理如下式（1）：

AlO₂^-+OH^-+SO₄^2-→3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O    (1)

该特种水泥无需经过煅烧处理，将各材料按比例磨细至相应的比表面积，可以达到与现有硅酸盐水泥相同的强度要求。

将特种水泥与特细砂、水、减水剂以及纤维按上述比例混合制备所得的高延性水泥基复合材料能够有效消除使用通用硅酸盐产生的大量能量消耗及CO₂污染。

本发明所述高延性水泥基复合材料，可以达到现有利用通用硅酸盐水泥作为基体的高延性水泥基复合材料的延性和承载力。