[发明专利]一种超高性能的钢-SMA纤维水泥基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超高性能的钢‑SMA纤维水泥基复合材料及其制备方法，含有水泥、超细石英粉、超细活性粉料硅灰、水、减水剂、SMA纤维和钢纤维，其中水与水泥的质量比为0.15~0.25；减水剂与水泥的质量比为0.025~0.035；超细石英粉与水泥的质量比为0.3~0.4；超细活性粉料硅灰与水泥的质量比为0.2~0.3；SMA纤维和钢纤维占水泥基复合材料总体积4%~7%。此水泥基复合材料具有极高的强度、韧性和具有很强的抗侵彻抗爆能力，应用在国防安全等防护领域。

技术领域

本发明属于超高性能混凝土技术领域，涉及一种在混凝土中通过添加SMA纤维和钢纤维来提高混凝土性能及其制备方法。

背景技术

混凝土是目前使用最广泛的建筑材料，超高性能混凝土是一种重要的工程材料，在国防工程中广泛应用。随着毁伤技术的发展，常规武器侵彻能力越来越强，混凝土防护材料常受到极端条件的破坏，进一步提高混凝上材料硬度、韧性、强度，形成新型抗侵彻复合材料满足在极端条件下服役是国防安全、防护武器发展迫切需要解决的关键技术。

现代混凝土技术的主要发展趋势就是混凝土的高性能化。最早在上个世纪70年代，开始对这种高性能化的新型水泥基复合材料开展了研究。Yudenfreund通过以超细水泥作为混凝土原材料，并且采用真空搅拌技术进行搅拌成型，成功制造出了孔隙率低，抗压强度高达240MPa的混凝土。

Birchall则将一定比例的某种水溶性聚合物加入到水泥材料中，并采用较低的水胶比，然后通过高效剪切搅拌，从而得到了一种塑性混合物，之后采用加压成型或其他技术，然后通过有效的养护，制备得到了一种性能优异、内部宏观缺陷少的水泥材料，他将其定义为无宏观缺陷水泥材料(Macro Defect Free,MDF)。

高性能混凝土能够大幅度提高混凝土的强度、耐腐蚀性、耐久性和工作性等各项性能，但是一味提高混凝土强度，混凝土的脆性也不断增加，大型结构与建筑物反而更容易受到破坏，大大地影响和限制了高性能混凝土的推广和使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高性能的钢-SMA纤维(形状记忆合金)水泥基复合材料及其制备方法，此水泥基复合材料具有极高的硬度、韧性、强度可用于抗爆、抗侵彻等国防和防护领域。

本发明技术方案如下：

一种超高性能的钢-SMA纤维水泥基复合材料，含有水泥、超细石英粉、超细活性粉料硅灰、水、减水剂、SMA纤维和钢纤维，其中，水与水泥的质量比为0.15～0.25，减水剂与水泥的质量比为0.025～0.035，超细石英粉与水泥的质量比为0.3～0.4，超细活性粉料硅灰与水泥的质量比为0.2～0.3，SMA纤维和钢纤维占钢-SMA纤维水泥基复合材料总体积的4％～7％。

较佳的，所述水泥为市场生产的标号52.5普通硅酸盐水泥。

较佳的，减水剂为聚羧酸型高效减水剂。

较佳的，所述SMA纤维为NiTi合金纤维，极限抗拉强度≥700MPa，母相的弹性模量≥50GPa，SMA纤维的温度回复力≥300MPa。

较佳的，SMA纤维和钢纤维的体积比为1～3:4～6。

上述超高性能的钢-SMA纤维水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤

步骤(1)，将水泥和超细活性粉料硅灰加入到水泥搅拌机中干拌2分钟；

步骤(2)，将一半量的水与聚羧酸减水剂混合后加入到水泥搅拌机中，在将另一半水加入到水泥搅拌机中搅拌至流体状态后在搅拌3分钟；

步骤(3)，将超细石英粉分量连续多次加入到水泥搅拌机中后搅拌2分钟；

步骤(4)，将所需SMA纤维和钢纤维先在容器中进行混合，在缓慢将SMA纤维和钢纤维加入到水泥搅拌机中搅拌3分钟，直至纤维均匀分散；