[发明专利]高强度纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种高强度纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用。该复合材料通过干料和水混合而成，应用于钢桥面铺装中，其中，按质量百分比计，所述干料为85％～92％，水为8％～15％，其中，所述干料包括水泥、粉煤灰、硅粉、矿渣、减水剂、细砂以及纤维。本发明材料具有凝结速度快、高强度、高延性、低收缩、耐高温的性能特点，同时与钢材的协同工作性良好。

技术领域

本发明建筑材料技术领域，特别涉及一种高强度纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

混凝土是一种准脆性材料，自重大、抗拉强度低、易开裂且脆性大，当材料受拉应力过大时，应变逐渐软化，构件或结构中通常只能形成数量少且间距大的裂缝，变形在开裂处产生集中，裂缝宽度可达1.0mm以上，在路面板、桥面板等构件中尤为明显，特别是在荷载和环境因素复合作用情况下。

为改善混凝土的脆性，Victor Li教授采用细观力学对混凝土材料进行设计，研发了一种纤维增强水泥基复合材料，即ECC(Engineered Cementitious Composites)。ECC材料通过添加100m左右粒径的细砂，取代混凝土中的粗骨料，再掺入细短的聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol Fiber，PVA)，材料受拉时极限拉应变能够达到3万到5万个微应变，应变硬化特征非常明显。由于纤维的桥接作用，ECC受拉开裂后拉应力随着应变增大逐渐提高，同时形成多条宽度小于100m的微细裂纹，极限拉应变可增大到混凝土的百倍以上。ECC优异的抗拉力学性能和裂纹宽度控制能力使其在土木工程领域越来越受到关注，开始用于坝面和桥面修复以及抗震消能构件等方面。然而，随着ECC不断推广应用，材料收缩大，耐高温性能差的缺点逐渐凸显，甚至在结构承受荷载作用前就产生开裂。尽管开裂后裂纹宽度得到了控制，桥面体系的开裂风险增加，且与其它材料的协同工作性明显变差。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种高强度纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用。本发明所述材料具有凝结速度快、低收缩、高强度、高延性、耐高温的性能特点，同时与钢材的协同工作性良好。

上述目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，本发明提供的一种高强度纤维增强水泥基复合材料，该材料由干料和水混合而成，其中，所述干料包括水泥、粉煤灰、硅粉、矿渣、减水剂、细砂和纤维，所述干料所占的总质量百分比为85％～92％，所述水占总质量百分比为8％～15％。

所述干料，按照质量百分比计，包括：

其中，所述水泥为42.5级硫铝酸盐水泥。所述水泥初凝时间为20～40min。

所述纤维为有机纤维和金属纤维。优选地，所述纤维为聚乙烯醇纤维和钢纤维。所述聚乙烯醇纤维购买于Kuraray公司，所述钢纤维为鞍山钢铁厂生产。

所述聚乙烯醇纤维的体积掺量为1.5％～2.5％，所述钢纤维的体积掺量为0.5％～1.0％。

所述聚乙烯醇纤维长度为10～14mm，直径为37～41μm，抗拉强度1500～1650MPa，弹性模量40～44GPa。优选地，所述聚乙烯醇纤维抗拉强度1620MPa，弹性模量42.8GPa。所述聚乙烯醇纤维长度为12mm，直径为39μm所述钢纤维长度为11～15mm，直径为0.1～0.3mm，抗拉强度2500～2800MPa，弹性模量195～225GPa。优选地，所述钢纤维抗拉强度2750MPa，弹性模量210GPa。所述钢纤维长度为13mm，直径为0.2mm。

所述细砂为100～200目石英砂。

所述高强度纤维增强水泥基复合材料，28天100mm的立方体的抗压强度大于80MPa。