[发明专利]超高强水泥材料组成及其制造方法

说明书

本发明涉及水硬性水泥组成及其制造方法，特别是具有很高抗弯曲强度和抗冲击强度的水硬性水泥材料的组成和制造方法。

水泥材料的一个最大弱点是低的抗弯曲强度，通常不超过5～10MPa，因此，其应用范围受到很大限制。在受弯、受压的情况下，必须用其它辅助材料来增强。例如，钢筋混凝土就是最常见的一种，类似的辅助材料还有石棉纤维、玻璃纤维、有机和植物纤维等各种纤维类物质。但是，卽使加了辅助材料，其抗弯曲强度提高的幅度还是不大，一般只能提高到15～20MPa，最大也不超过40MPa。

传统水泥材料强度低，尤其是抗弯曲强度低，其主要原因就是水泥制品中存在着大量尺寸较大的孔隙。这些大的孔隙一般是由水泥中多余的自由水形成的。水硬性水泥的理论需用水量约30%左右。但由于施工或制造上的要求，用水量往往加大到40～50%，甚至更大。为了解决这一问题，近年来在水硬性水泥中使用了水泥减水剂。但减水作用还是不够理想，在保持施工所需的流动度的情况下，用水量可减少到35%左右，这并不能从本质上解决水泥材料的弱点。

以水泥材料为主，加入部分有机聚合物，降低水灰比，不掺入任何纤维增强材料，而又能大幅度提高材料抗弯强度的新型水泥材料，是英国帝国化学公司Birchall.J.D.等人首先发明的。据欧洲专利（European    Patent    Application    No.80301909.0    No.80301907.4.No.81301228.3）介绍，这种材料选用的有机聚合物是：甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺，水泥以硅酸盐水泥为主。这类方法所制得的水泥材料，其抗弯曲强度可达40～60MPa。但该技术方法对水泥的颗粒级配要求较高，因此筛选水泥的工艺复杂，个别发明甚至提出要加入＜0.04μm的硅粉、铝粉等，这在经济上是不合算的，在工业上也是不容易实现的。

欧洲专利（European    Patent    Application    No.81305530.6）介绍了一种抗弯曲强度达100～150MPa的水泥材料。其基本组成是，选用高铝水泥，掺入占水泥重量1～15%的部分醇解聚醋酸乙烯酯，加入一定份量的水（水泥重量的25%以下）。在选择水泥和有机聚合物外加剂配比时，他们自制了一种称之为小管流速计（Capillary    rheometer）的检验仪器。把一定配比的水泥、醇解聚醋酸乙烯酯和水混合后，搅拌成均匀的物料，物料经过挤压通过小管流速计，当变化剪切比十倍时，观察其剪切应力是否增加，剪切应力至少增加50%才能被选用，要制造抗弯曲强度达到100MPa以上的水泥材料，物料配方检验时，其剪切应力必须增加90%以上，要达到这一条件，在部分醇解聚醋酸乙烯酯的选择上，就必须满足聚醋酸乙烯酯的醇解度＜85%，遗憾的是，醇解度低于85%的醇解聚醋酸乙烯酯不容易生产，因而价格昂贵，国内市场供货极缺，从而限制了该技术方法的应用。

本发明的目的在于利用市场货源充足，价格便宜的醇解度为85%以上的聚醋酸乙烯酯，来制备超高强度水泥材料。

本发明选用醇解度高达88%以上，尤其是91%～98%的醇解聚醋酸乙烯酯，加入一定的水和辅助剂，与水泥混合，通过高剪切搅拌，再热压成所需形状的水泥制品，然后在一定条件下养护，获得了抗弯曲强度达150MPa以上，杨氏弹性模量为5.21×10⁵kg/cm²、泊松比为0.14，密度为2.4克/cm³，表面硬度为91.5（巴氏度）、热膨胀系数为8.11×10^-6（1/℃）、导热系数为1.6822×10^-3卡/cm.s.℃，体积电阻率为1.32～7.01×10¹²Ω.cm的水泥材料。

本发明的配方如下：

①    至少一种水硬性水泥;

②    水的用量为组成中水硬性水泥重量的10～30%;

③    至少一种水溶性有机聚合物，其用量为组成中水硬性水泥重量的1～15%;

④    至少一种辅助剂，其用量为组成中水硬性水泥重量的0.5～10%。

水硬性水泥一般是硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等，最好是铝酸钙水泥，例如，高铝水泥或矾土水泥。水溶性有机聚合物是：甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺、部分醇解聚醋酸乙烯酯等，这些水溶性有机聚合物中，部分醇解聚醋酸乙烯酯的效果为最好，例如PVA17-88，PVA17-92。辅助剂采用分子量小的醇类或醛类，例如，甘油。