[发明专利]一种高延性水泥基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高延性水泥基复合材料及其制备方法，其由一定配比的水泥、粉煤灰、洁净细河砂、橡胶粉、纤维、减水剂、乳胶粉、速凝剂和水组成。本发明的高延性水泥基复合材料，因具有较高的断裂能和极限拉应变，出色的抗裂能力，可调整的四点弯曲韧性指数，合理的抗压强度，可用于煤矿深井巷道支护结构体系中的喷射混凝土材料，可用于铁路工程、公路工程山岭隧道特别是大变形隧道和严重偏压隧道初期支护的喷射混凝土材料。

技术领域

本发明涉及土木工程材料及制备技术领域，特别是涉及一种高延性水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

我国的煤矿深井巷道普遍采用锚网喷支护、锚网喷＋锚索支护、锚网喷＋梁＋锚索支护等联合支护方式。这些支护方式中所采用的喷射混凝土由水泥、粗细骨料、水、速凝剂组成，常用的喷射有干喷、潮喷和湿喷等三中形式。这种传统的喷射混凝土的主要缺点是抗拉强度低、延性小、韧性差等，在对具有非线性大变形特征的深井巷道围岩的支护过程中，喷射混凝土层和围岩在刚度、变形上出现不耦合，不能使围岩充分卸压，导致局部喷层出现应力集中，诱发喷层过早发生开裂、脱落等现象，弱化乃至丧失了对围岩的封闭及表面支护作用，由于开裂或脱落，使得支护结构的整体性丧失，无法形成联合支护的效果。铁路工程、公路工程等的山岭隧道，特别是围岩软弱、破碎、节理发育的隧道和严重偏压隧道，开挖后具有非线性大变形特征，传统喷射混凝土因与岩面的变形协调性严重不足，常导致初期支护层开裂、错层甚至整体脱落，使初期支护的封闭和支护功能不能实现。因此，急需为深井巷道支护和大变形隧道研制一种满足强度且延性高、韧性好的材料代替普通混凝土喷层用作支护结构，提高支护结构的可靠性，增强安全性。

发明内容

本发明目的在于针对喷射混凝土材料的缺陷，提供一种断裂能和极限拉应变高，抗裂能力强，四点弯曲韧性指数可调整，抗压强度满足初期支护要求，与岩面变形协调优良的高延性水泥基复合材料及制备方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种高延性水泥基复合材料，其由水泥、粉煤灰、洁净细河砂、橡胶粉、纤维、减水剂、乳胶粉、速凝剂和水组成；所述水泥单位体积用量为420~630Kg/m³，所述粉煤灰单位体积用量为420~630Kg/m³，所述洁净细河砂单位体积用量为517~700Kg/m³，所述橡胶粉单位体积用量为34~66Kg/m³，所述纤维单位体积用量为31~44.2Kg/m³，所述乳胶粉单位体积用量为6.3~8.4Kg/m³，所述减水剂单位体积用量为2.1~10.5Kg/m³，所述速凝剂为单位体积用量为63~84Kg/m³，水胶比为0.36，当纤维为PVA时胶砂比为0.49，当纤维为PP时胶砂比为0.70；橡胶粉作为部分洁净河砂的取代物掺入到水泥基复合材料中。

进一步地，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5MPa；粉煤灰为I级粉煤灰；洁净细河砂为最大粒径不超过1.18mm、细度模数1.0、经水洗净的普通河砂；橡胶粉为40目~80目未经表面处理的橡胶粉；乳胶粉为可分散乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)；减水剂为聚羧酸盐减水剂，固含量为20%，减水率为20%～30%；速凝剂为无碱液体速凝剂；水为洁净的饮用水或自来水。

进一步地，所述的纤维为聚乙烯醇（PVA）纤维或聚丙烯（PP）纤维，所述聚乙烯醇（PVA）纤维抗拉强度1200~1500MPa，当量直径39μm，密度1.3g/cm³，单位体积用量为18.3~26.0Kg/m³；所述聚丙烯（PP）纤维，抗拉强度400~650MPa，当量直径48μm，密度0.91g/cm³，单位体积用量为12.7~18.2Kg/m³。