[发明专利]轻质高强水泥基复合材料

说明书

技术领域

本发明属混凝土技术领域，涉及轻质高强水泥基复合材料。

背景技术

现代混凝土作为人造建筑材料已有170多年的历史。在生产实践过程中，随着技术水平的提高，为了解决普通混凝土质量大的缺点，人们逐渐开发出了混凝土的新品种一一轻质混凝土。由于轻质混凝土是一种比强度高，保温耐火，抗震性能好等新型混凝土，可广泛应用在各种工业与民用建筑等构筑物上，具有很好的技术经济价值，所以自上世纪60年代以来在世界各国获得了长足的发展和应用，成为建筑材料工业中发展最快的轻质高强的新型建筑材料之一。在轻质混凝土的发展初期，由于其强度较低且人们对其力学性质研究较少，使其应用的范围有所局限。随着研究的深入、高强轻集料即高强陶粒的问世。人们利用高强陶粒配制出了密度等级为1600～1900，强度等级在C20以上的，广泛用于结构的高强轻集料混凝土。这种轻质混凝土的出现对于解决大跨度桥梁、海工构筑物和高层建筑等降低自重提高经济性具有重要意义。我国在轻质高强水泥基复合材料的研究起步较晚，由于受到轻骨料自身强度的约束、低用水量下材料的工作性差以及成本高等原因推广受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种轻质高强水泥基复合材料，通过对多元胶凝材料的颗粒级配和骨料的颗粒级配进行优化，并通过减水剂等化学外加剂的使用，使材料能够在取得等于或低于1650kg/m³容重的同时达到20MPa或更高的强度，同时具有合适的流动性确保材料正常施工。

本发明的轻质高强水泥基复合材料，包含胶凝材料、骨料、外加剂和水，其特征是：所述胶凝材料为水泥和矿物掺合料，所述水泥为强度等级为42.5及以上的P·I、P·II或P·O代号水泥，所述矿物掺合料为硅灰、粉煤灰或矿粉的两种或三种材料组合；所述骨料包括表观密度小于1800kg/m³的轻质骨料或者表观密度为1800～2800kg/m³普通骨料和轻质骨料的组合；所述外加剂剂为减水剂、消泡剂、增稠剂、早强剂、缓凝剂或减缩剂的一种或者几种的组合；

其中，水泥用量占轻质高强水泥基复合材料体积的5～40％，所述矿物掺合料占轻质高强水泥基复合材料体积的5～40％；所述骨料占轻质高强水泥基复合材料体积的30～80％；

所述胶凝材料各组分的配比分数通过理想堆积曲线和胶凝材料各组分的粒径累计分布曲线进行数值分析计算；

1)所述理想堆积曲线公式为：

P_sd＝A+(100-A)·(d/D_max)^π/2e；

其中，P_sd为颗粒通过筛孔的百分比，A为经验常数，d为筛孔直径，D_max为颗粒的最大粒径；

经验常数A的取值根据轻质高强水泥基复合材料的设计坍落度或设计扩展度要求通过公式确定：

当H≤220mm时，A＝5·H/H₀，

当H＞220mm时，A＝5·(L-H)/H₀，

L为扩展度设计值，H为坍落度设计值，H₀为坍落度桶的高度300mm；

2)胶凝材料各组分的粒径累计分布曲线：

对胶凝材料中所需的组分水泥、硅灰、粉煤灰和矿粉经测试的得到各自累计分布曲线f_c(d)、f_sf(d)、f_fa(d)和f_bs(d)；

3)数值分析计算如下：

设水泥占胶凝材料总量的体积分数为X_c、硅灰占胶凝材料总量的体积分数为X_sf、粉煤灰占胶凝材料总量的体积分数为X_fa和矿粉占胶凝材料总量的体积分数为X_bs，且满足X_c∈[0.111,0.889]、(X_sf+X_fa+X_bs)∈[0.111,0.889]、X_c+X_sf+X_fa+X_bs＝1；

设定混合后胶凝材料的粒径累计分布曲线为：