[发明专利]一种高延性水泥基复合材料

说明书

一种高延性水泥基复合材料，涉及水泥基复合材料技术领域，包括以下组分：硅酸盐水泥、粉煤灰、石英砂、聚乙烯醇纤维、水、聚羧酸型减水剂、高吸水树脂和轻烧氧化镁，所述的硅酸盐水泥和粉煤灰构成胶凝材料；各组分的配合比设计为：按质量比：硅酸盐水泥1.00，粉煤灰3.00，减水剂0.02，高吸水树脂0.016，轻烧氧化镁0.24，水胶比0.30，石英砂的砂胶比0.36；按体积比：聚乙烯醇纤维占高延性水泥基复合材料总体积的0.02。本发明提供了一种高延性水泥基复合材料，该高延性水泥基复合材料在自然环境中可以快速实现自我修复，具有寻找速度更快，效果更优的自愈合方式。

技术领域

本发明涉及水泥基复合材料技术领域，具体涉及一种高延性水泥基复合材料。

背景技术

混凝土材料因其抗压强度高、材料来源广、价格低廉、易于施工等特点而被广泛应用于建筑、桥梁、道路等基础设施的建设中，但其易开裂与脆性破坏的特点也直接导致了大量基础设施的劣化和破坏。为有效解决这一问题，最常用的提高延性抑制开裂的手段之一就是纤维增强，即在混凝土材料中添加纤维，通过纤维的桥连作用吸收能量来有效抑制主裂缝的扩展。高延性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites)是一种特殊的高性能纤维增强水泥基材料，其超高的延性克服了水泥混凝土材料脆性易裂的固有缺点，具有延性高、裂缝控制能力强、渗透性低和耐久性好等优点。

将高延性水泥基材料用作钢桥面铺装材料，能够极大地提高铺装结构刚度、增强其抗开裂抗疲劳能力，有望解决钢桥面铺装易损的难题。当前水泥基铺装材料与钢桥面板的界面处理方式大致有两种：一种为在钢桥面上焊接密布栓钉作为抗剪连接件，抵抗混凝土板与钢桥面板界面上的纵向剪力，使二者不能自由滑移，同时抵抗混凝土板与钢桥面板之间的剥离力，抗剪键的连接形式通常需要焊接密布栓钉作为抗剪连接件，且桥面结构中内部密集配筋，一般采用整体现浇施工，施工要求较高，现场施工差错难以完全杜绝，带来诸多力学和工作性能方面的缺陷。此外，桥面投入运营后的车辆超载等特殊情况也可能造成铺装层的局部损坏。在这些情况下，需要对铺装层进行局部修补。局部修补工艺复杂，作业时间长，且接缝的性能难以保证。另一种界面连接方式即采用胶粘剂将铺装层与钢桥面板粘结在一起形成整体共同工作。胶粘剂粘结技术按照工艺方法又可分为湿法粘结技术和干法粘结技术两种。干法粘结技术主要用于既有混凝土与结构之间的粘结，目前在混凝土结构加固、预制拼装方面应用较多，不适用于现浇混凝土。湿法粘结技术则是用于实现现浇混凝土与结构可靠粘结而提出并发展起来的一种粘结技术，具有承载面积大、应力分布均匀、可极大地简化施工过程及养护维修简便等优点。将变形能力优异的高延性水泥基材料采用湿法粘结技术用于钢桥面铺装，不仅可以避免因采用剪切键等机械连接方式所带来的力学性能及养护维修方面的缺陷，同时又具有造价经济和施工方便等优点。

钢桥面铺装结构在交通和环境条件作用下，铺装材料高延性水泥基复合材料本身会由于疲劳等原因产生裂缝。且高延性水泥基复合材料与胶层之间不可避免地存在裂纹孔洞等微缺陷，不仅削弱界面强度，当水分进入时还会引起水损病害。因此，还需进一步对常规高延性水泥基复合材料本身及其与钢桥面板之间的界面进行增强设计。

水泥基材料的自愈合特性已得到大量相关研究的证实，自愈一般通过胶凝材料的继续水化及碳酸钙晶体的生成来实现。裂缝的愈合存在众多影响因素，主要包括胶凝材料的组成、复合材料的内部结构及龄期、外部环境介质及温湿度条件、裂缝宽度等。相比普通水泥基材料，高延性水泥基复合材料虽具有较高的自愈潜能，但仍然受到材料组成及外部环境因素等的制约，自愈过程缓慢且效果不佳。对于高延性水泥基复合材料实体工程而言，无疑是暴露于自然环境中，自然环境下温湿状况难以保证，实现高延性水泥基复合材料完全自我修复难度很大。在自然环境中快速实现自我修复的高延性水泥基复合材料不仅可以降低基础设施的维护成本，并可通过延长使用寿命和减少维修所需的资源和能源消耗来实现更加可持续的发展。因此寻找速度更快，效果更优的自愈合方式很有必要。

发明内容