[发明专利]高强度聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及建筑材料技术领域，具体来说是高强度聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用，由如下重量份数的原料制成：超细硅酸盐水泥100‑130份；活性矿物掺合料325‑350份；无机掺合料215‑230份；消泡剂1‑2份；减水剂2‑2.3份；水45‑60份；聚乙烯醇纤维3‑5份。本发明将PVA‑ECC材料应用于超高性能混凝土中制得复合材料，并将此复合材料应用于制备抗震结构、大变型结构和复合结构中。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体来说是高强度聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

在过去的几百年来，混凝土材料由于具有取材容易、搅拌工艺简单、造价较低、承载力高和抗压性能较好等优点，为现代化建设作出了巨大的贡献，随着建筑规模的逐渐扩大，对混凝土材料性能的要求也越来越高，对于要求材料拥有更好的韧性、耐久性、抗冲击性和抗拉性能的一些特殊结构和构建，普通混凝土已经无法满足。

ECC是一种具有较强韧性的乱向分布短纤维增强水泥基复合材料，ECC通常是以水泥、矿物掺合料以及平均粒径不大于0.15mm的石英砂做为基体，用纤维做为增强材料的复合材料，不同于普通纤维增强混凝土，ECC是一种经微观力学设计的先进材料，具有应变-硬化及多缝稳态开裂的特点，其极限拉伸应变能达到3％以上，应变能力范围3-6％，最高可达8％，在安全性、耐久性、适应性等方面有着优异的性能，能够很好的解决传统混凝土由于易脆性、弱拉伸性而导致的缺陷。由于聚乙烯醇材料与水泥具有较好的亲和力，通常采用聚乙烯醇纤维制备ECC材料，聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)是在水泥砂浆中掺入一定量的聚乙烯醇纤维从而制成的复合材料，其组成材料包括聚乙烯醇纤维、水泥、砂、水、矿物掺合料和减水剂等，PVA-ECC材料能够有效地提高混凝土结构的延性、耗能能力、抗侵蚀性和抗冲击性等，因此PVA-ECC材料能够被应用于抗震结构、大变型结构和复合结构中。

超高性能混凝土具有超高的强度、优异的耐久性能以及良好的工作性能，其广泛的应用将颠覆目前土木工程结构的设计、施工等各领；活性粉末混凝土是超高性能混凝土的典型代表之一，是法国布伊格(Bouygues)公司Richard等人于1993年率先提出了的一种具有高强、高韧性、高耐久性和体积稳定性良好的水泥基复合材料，对于在抗震结构、大变型结构和复合结构中应用的复合材料来说，若能够将PVA-ECC材料应用于超高性能混凝土中，则有效提升复合材料的综合性能，而现有技术还未有将PVA-ECC材料应用于超高性能混凝土中的技术。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供了高强度聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料及其制备方法和应用，本发明将PVA-ECC材料应用于超高性能混凝土中制得复合材料，并将此复合材料应用于制备抗震结构、大变型结构和复合结构中。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高强度聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料，由如下重量份数的原料制成：超细硅酸盐水泥100-130份；活性矿物掺合料325-350份；无机掺合料215-230份；消泡剂1-2份；减水剂2-2.3份；水45-60份；聚乙烯醇纤维3-5份。

优选的，所述超细硅酸盐水泥比表面积为600-800m²/kg。

优选的，所述无机掺合料包括石英砂和硅藻土，石英砂和硅藻土的质量比为4-6:1，石英砂的粒径为0.075-0.15mm，硅藻土为超细硅藻土粉体，所述超细硅藻土粉体的粒径为600-1000目。

优选的，所述活性矿物掺合料包括粉煤灰、硅灰和粒化高炉矿渣，粉煤灰、硅灰和粒化高炉矿渣的质量比为1-1.5:0.5:1。

优选的，所述粉煤灰为磨细后的粉煤灰，其比表面积为500-700m²/kg；所述硅灰为920U硅灰，其体积密度为272kg/m³；所述粒化高炉矿渣为S95级粒化矿渣。