[发明专利]一种高韧性低干缩纤维增强水泥基复合材料

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种高韧性低干缩纤维增强水泥基复合材料。

背景技术

混凝土是一种典型的脆性材料，其在受荷达到峰值荷载以后承载力急剧下降，且变形集中发生在初裂裂纹处。因此普通混凝土结构物在应力超过混凝土的抗拉强度以后即出现裂纹。为平衡机械、环境荷载所需的变形，裂纹宽度将扩展至宏观可见水平。开裂不仅降低结构物的承载力，而且使水分和有害化学物质穿透保护层直接接触钢筋，最终导致结构物耐久性的降低。

解决混凝土的长期耐久问题，在提高混凝土材料非开裂状态下的抗渗透性能的同时，还要控制结构在复杂环境下开裂后的裂缝宽度。1993年第10卷第2期的Journal of JSCE中公开了一篇由Victor C.Li发表的名为“From micromechanics to structural engineering-the design of cementitious composites for civil engineering application”的学术论文，其阐释了一种经过细观力学设计的高韧性纤维增强水泥基复合材料。该材料宏观极限抗拉应变可达3%～5%，其机理为在材料受拉过程中形成多条微裂纹（单个裂纹宽度为80μm左右，裂纹间距10mm左右）。宏观抗拉应力-应变关系的特点为随拉应变的增大抗拉应力不降低，即通常讲的应变硬化现象。拉伸过程中多条微细裂纹的形成使材料的宏观拉应变增大百余倍。由于裂纹间纤维的桥接作用，材料整体的传力性能并没有因细微裂纹的形成而被削弱。由于优良的应力-应变性能及裂缝宽度控制功能，该材料未来在土木工程中的应用已引起国内外学者的广泛关注。

高延性纤维增强水泥基复合材料存在较大缺陷，即其基材干燥收缩过大（28天干缩达1500～2000微应变）。尽管开裂后裂纹宽度得到了控制，但由于材料干缩过大，其开裂风险增加，且与其它材料的协同工作性明显变差（普通混凝土28天干缩应变通常在400～800微应变）。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种高韧性低干缩纤维增强水泥基复合材料。

一种高韧性低干缩纤维增强水泥基复合材料，该复合材料由水泥、粉煤灰、硅粉、石膏、膨胀剂、减水剂、减缩剂、消泡剂、增稠剂、细砂、纤维和水混合而成，其中水泥、粉煤灰、硅粉、石膏、膨胀剂、减水剂、减缩剂、消泡剂、增稠剂、细砂和纤维所占的总质量百分比为77%～85%，水占质量百分比为15%～23%。

所述水泥、粉煤灰、硅粉、石膏、膨胀剂、减水剂、减缩剂、消泡剂、增稠剂、细砂和纤维的具体质量百分比如下：

水泥    20%～26%；

粉煤灰  6.6%～8.7%；

硅粉    1.7%～2.2%；

石膏    1.7%～2.2%；

膨胀剂  3.3%～4.3%；

减水剂  0.3%～0.7%；

减缩剂  0.7%～0.9%；

消泡剂  0.06%～0.08%；

增稠剂  0.010%～0.014%；

细砂    33%～48%；

纤维    0.8%～1.0%。

所述水泥为强度等级为42.5级的硫铝酸盐水泥。

所述粉煤灰为一级低钙粉煤灰。

所述硅粉的无定型SiO₂含量大于90%。

所述石膏为高强建筑石膏粉。

所述膨胀剂为市售硫铝酸盐类混凝土膨胀剂；所述减缩剂为市售混凝土减缩剂；所述消泡剂为市售混凝土消泡剂；所述增稠剂为市售混凝土保水增稠剂。

所述增稠剂为甲基纤维素醚或羟丙基甲基纤维素醚。

所述减水剂为聚羧酸类减水剂或萘系-氨基磺酸盐复合减水剂。

所述细砂为100～200目石英砂。

所述纤维为聚乙烯醇纤维，所述纤维长度为12mm，纤维直径为39μm。

本发明的有益效果为：

本发明纤维增强水泥基复合材料具有干缩低、韧性高、裂纹宽度小、快凝早强的性能特点，同时也具有较高的抗压强度、与其他材料的良好协同工作性，具体为：

1.低干缩性

为达到高韧性纤维增强水泥基材料的低干缩性，在原料中加入膨胀剂。其机理为：在水泥的早期硬化过程时，加入的膨胀剂与水泥的水化产物反应生成具有微膨胀效能的钙钒石，使高韧性材料的基材（砂浆）适度膨胀，补偿各类收缩变形。