本發(fā)明屬于材料學領域，涉及一種超高韌性粉煤灰水泥基復合材料，具體來說一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料及其制備方法。
背景技術：
1998年吳中偉院士提出了“綠色混凝土”的概念。其指出，可持續(xù)發(fā)展是人類最迫切的問題。中國必須走綠色混凝土道路，綠色混凝土是節(jié)約資源及環(huán)境友好型的可持續(xù)發(fā)展的建筑材料，其精髓在于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。
在過去的一個半世紀，混凝土作為重要的土木工程材料，憑借取材簡便、工藝簡便、造價低、適應性強、抗壓強度高等諸多優(yōu)點，應用量越來越大，應用范圍也越來越廣泛。但是，由于混凝土自身的抗拉強度低、自重大、脆性大等固有弱點，加上混凝土結構在建設和使用過程中易出現(xiàn)不同程度和不同形式的裂縫，且混凝土能耗較大，環(huán)境污染嚴重等問題，制約著混凝土這種建筑材料的應用。美國密西根大學Victor Li教授和麻省理工大學Christopher Leung教授于1992年在美國ASCE Journal of Engineering Mechanics發(fā)表的論文建立了纖維增強水泥基復合材料(Engineered Cementitious Composites，ECC)的微觀力學基礎及設計準則，其后世界各地研究學者對ECC材料及其應用展開了深入的研究。這給人們一個新的啟示，可以在膠凝材料中添加纖維增強其韌性。
由于粉煤灰作為工業(yè)廢渣，近年來國際上對粉煤灰作為復合材料、修補材料、建筑材料等方面展開了大量的研究。但是，水泥基材料中粉煤灰用量的提高導致其強度的降低，這嚴重限制了其在需要一定承載能力、要求可靠性高的高技術材料領域的廣泛應用。
鑒于此，受ECC理論啟發(fā)，本發(fā)明欲制備一種纖維增強型超高韌性大摻量粉煤灰水泥基復合材料，這種復合材料不僅環(huán)保，而且具有良好韌性等諸多優(yōu)點，在工程上具有廣泛的應用前景。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一是為了解決上述大摻量粉煤灰水泥基材料強度低、脆性大、裂縫控制能力差等技術問題而提供了一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料，該超高韌性大摻量粉煤灰水泥基復合材料具有強度大、韌性高等特點。
本發(fā)明的目的之二是提供上述一種超高韌性大摻量粉煤灰水泥基復合材料的制備方法，該制備方法具有工藝流程簡單、產(chǎn)品質(zhì)量好等特點。
本發(fā)明的技術方案
一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料，按重量份數(shù)計算，其原料組成及含量下：
所述的膠凝材料，由高鈣粉煤灰、低鈣粉煤灰、水泥混合而成，按質(zhì)量比計算，高鈣粉煤灰：低鈣粉煤灰：水泥為4:1:0-2.1；
其中：低鈣粉煤灰為I級低鈣粉煤灰，中位徑D50為4.73μm；
高鈣粉煤灰為I級高鈣粉煤灰，中位徑D50為19.45μm；
水泥為P·II 52.5型硅酸鹽水泥；
所述的砂為30-100目的石英砂，最大粒徑不超過0.6mm；
所述的水玻璃，模數(shù)為3.3，波美度為40；
所述的NaOH為含量為99％粒堿型NaOH；
所述的PVA纖維，其長度為12mm，直徑為39μm，抗拉強度為1600Mpa，彈性模量42.8Gpa。
上述的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)、將NaOH晶體與水混合并攪拌溶解，得到NaOH溶液，然后加入水玻璃，得到激發(fā)劑溶液；
(2)、將凝膠材料和砂子倒入水泥膠砂攪拌機中在公轉(zhuǎn)57-67r/min，自轉(zhuǎn)135-145r/min的條件下干攪2～4min至混合均勻；
所述的膠凝材料是由低鈣粉煤灰、高鈣粉煤灰和水泥進行混合均勻而成；
然后將步驟(1)所得的激發(fā)劑溶液加入到水泥膠砂攪拌機中，在公轉(zhuǎn)115-135r/min，自轉(zhuǎn)275-295r/min的條件下攪拌3～5min；
然后加入PVA纖維，在公轉(zhuǎn)115-135r/min，自轉(zhuǎn)275-295r/min的條件下繼續(xù)攪拌5～8min，直至PVA纖維分散均勻，即得超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料。
本發(fā)明的技術效果
本發(fā)明的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料，由于利用了大量的粉煤灰作為原材料，消耗了現(xiàn)有的有害于環(huán)境的工業(yè)廢渣、減少了水泥及其復合物的碳排放，使得超高韌性大摻量粉煤灰水泥基復合材料更加綠色化。
進一步，本發(fā)明的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料，經(jīng)檢測，其在7d時的平均應力可達到2.07-2.37MPa，平均應變可達到3.51-4.57％，因此超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料具有強度大、韌性高等特點。
進一步，本發(fā)明的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料的制備方法，由于整個制備過程僅需將原料混合攪拌，且攪拌過程用時僅為10～17min，即普通的混凝土攪拌設備即可滿足制備的需要，且所得材料的應變均高于3.5％，因此該制備方法具有流程簡單、最終所得的產(chǎn)品質(zhì)量好等特點。
附圖說明
圖1、實施例1-3所得的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料的應力-應變示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例并結合附圖對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
本發(fā)明所用到的設備及原材料信息詳見表1：
表1所用到的設備及原材料
實施例1
一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料，按重量份數(shù)計算，其原料組成及含量下：
所述的膠凝材料，由高鈣粉煤灰、低鈣粉煤灰和水泥進行混合均勻而成，按質(zhì)量比計算，高鈣粉煤灰：低鈣粉煤灰：水泥為4:1:2.1；
其中：低鈣粉煤灰為一級低鈣粉煤灰，中位徑D50為4.73μm；
高鈣粉煤灰為一級高鈣粉煤灰，中位徑D50為19.45μm；
水泥為P·II 52.5型硅酸鹽水泥；
所述的砂為30-100目的石英砂，最大粒徑不超過0.6mm；
所述的水玻璃，模數(shù)為3.3，波美度為40；
所述的NaOH為含量為99％粒堿型NaOH；
所述的PVA纖維，其長度為12mm，直徑為39μm，抗拉強度為1600Mpa，彈性模量42.8Gpa。
上述的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)、將NaOH與水混合并攪拌溶解，得到NaOH溶液，然后加入水玻璃，得到激發(fā)劑溶液；
(2)、將凝膠材料和砂子倒入水泥膠砂攪拌機中在公轉(zhuǎn)57-67r/min，自轉(zhuǎn)135-145r/min的條件下干攪2～4min至混合均勻；
所述的膠凝材料是由低鈣粉煤灰、高鈣粉煤灰和水泥進行混合均勻而成；
然后將步驟(1)所得的激發(fā)劑溶液加入到水泥膠砂攪拌機中，在公轉(zhuǎn)115-135r/min，自轉(zhuǎn)275-295r/min的條件下攪拌3～5min；
然后加入PVA纖維，在公轉(zhuǎn)115-135r/min，自轉(zhuǎn)275-295r/min的條件下繼續(xù)攪拌5～8min，直至PVA纖維分散均勻，即得超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料。
實施例2
一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料，按重量份數(shù)計算，其原料組成及含量下：
所述的膠凝材料，由高鈣粉煤灰、低鈣粉煤灰和水泥進行混合均勻而成，按質(zhì)量比計算，高鈣粉煤灰：低鈣粉煤灰：水泥為4:1:0.9；
其中：低鈣粉煤灰為I級低鈣粉煤灰，中位徑D50為4.73μm；
高鈣粉煤灰為I級高鈣粉煤灰，中位徑D50為19.45μm；
水泥為P·II 52.5型硅酸鹽水泥；
所述的砂為30-100目的石英砂，最大粒徑不超過0.6mm；
所述的水玻璃，模數(shù)為3.3，波美度為40；
所述的NaOH為含量為99％粒堿型NaOH；
所述的PVA纖維，其長度為12mm，直徑為39μm，抗拉強度為1600Mpa，彈性模量42.8Gpa。
上述的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料的制備方法，具體步驟同實施例1。
實施例3
一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料，按重量份數(shù)計算，其原料組成及含量下：
所述的膠凝材料，由高鈣粉煤灰、低鈣粉煤灰和水泥進行混合均勻而成，按質(zhì)量比計算，高鈣粉煤灰：低鈣粉煤灰：水泥為4:1:0；
其中：低鈣粉煤灰為I級低鈣粉煤灰，中位徑D50為4.73μm；
高鈣粉煤灰為I級高鈣粉煤灰，中位徑D50為19.45μm；
水泥為P·II 52.5型硅酸鹽水泥；
所述的砂為30-100目的石英砂，最大粒徑不超過0.6mm；
所述的水玻璃，模數(shù)為3.3，波美度為40；
所述的NaOH為含量為99％粒堿型NaOH；
所述的PVA纖維，其長度為12mm，直徑為39μm，抗拉強度為1600Mpa，彈性模量42.8Gpa。
上述的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料的制備方法，具體步驟同實施例1。
將上述實施例1-3所得的超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料在露天養(yǎng)護7d后，在電子拉力試驗機上進行抗拉試驗，同時對實驗數(shù)據(jù)進行實時采集，并繪制出應力-應變關系曲線，實驗過程中可以看出，隨著超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料中水泥的減少，試件的應力有稍許減少，但是應變有一定的提高。所得的應力-應變關系曲線結果見圖1所示，從圖1中可以看出，實施例1試件在7d時的平均應力可達到2.37MPa，平均應變可達到3.51％。實施例2試件在7d時的平均應力可達到2.19MPa，平均應變可達到3.95％。實施例3試件在7d時的平均應力可達到2.07MPa，平均應變可達到4.57％。
綜上所述，本發(fā)明提供的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復合材料具有強度大、韌性高等特點，該制備方法具有流程簡單、產(chǎn)品質(zhì)量好等特點。
以上所述僅是本發(fā)明的實施方式的舉例，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。