一種pva纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分組成：水泥11.8?26.8份，粉煤灰32.2?47.2份，河砂20.8?21.5份，減水劑0.53?0.54份，消泡劑0.03份，增稠劑0.03份，纖維1.24?1.25份，水17.7?17.9份。本發(fā)明通過(guò)大摻量粉煤灰替代PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中的水泥，不僅變廢為寶，降低了成本，減少CO2排放，節(jié)約大量自然資源和能源，而且降低PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的裂縫寬度和自由干縮，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性，同時(shí)減弱裂縫尖端應(yīng)力集中程度，使纖維阻裂機(jī)理得到更充分發(fā)揮，增強(qiáng)纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料抗彎韌性。
【專利說(shuō)明】
-種PVA纖維増強(qiáng)水泥基復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種PVA纖維增強(qiáng)水泥 基復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚乙締醇(PVA)纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料也稱為工程水泥基復(fù)合材料，其縮寫為 ECCXEngineered Cementitious Composites),由美國(guó)密歇根大學(xué) Victor C 丄i 教授于 1992 年提出。ECC通常是水泥或者水泥加填料，再加小粒徑細(xì)骨料作為基體，用纖維作為增強(qiáng)材 料混合而成，ECC復(fù)合材料具有超高初性、高抗拉強(qiáng)度、高抗裂能力，在變形過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)穩(wěn) 態(tài)開裂，形成多裂縫破壞形態(tài)，具備應(yīng)變硬化特性，其極限拉伸應(yīng)變率可達(dá)3 %-5 %，是普通 混凝±的300-500倍，在抗沖擊、抗拉、抗剪、抗疲勞性能及耐久性等方面比普通混凝±有較 大的優(yōu)勢(shì)，用于混凝±構(gòu)件將極大改善結(jié)構(gòu)的抗震與抗倒塌性能。
[0003] 雖然聚乙締醇纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中粉煤灰滲量較大，但是由于其未使用粗 骨料，導(dǎo)致該種材料的單方水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到25.4%-30.2%，與普通混凝±相比，在同強(qiáng) 度前提下，聚乙締醇纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的水泥用量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通混凝±水泥用 量，尤其在中低強(qiáng)度等級(jí)下表現(xiàn)更為突出；而研究表明水泥生產(chǎn)不僅需要消耗大量的石灰 石原料、粘±原料等自然資源W及煤炭和電力等能源，水泥生產(chǎn)也是工業(yè)部口中排放C〇2的 大戶，在生產(chǎn)It普通娃酸鹽水泥大約排放ltC〇2。同時(shí)作為工業(yè)廢渣的粉煤灰全世界每年產(chǎn) 出超過(guò)6億t，但80% W上被棄置于推填區(qū)，沒有得到有效利用，而合理使用It粉煤灰，可取 代0.6-0.8t水泥，節(jié)約0.12-0.20t標(biāo)準(zhǔn)煤。
[0004] 可見，如果用粉煤灰大量代替聚乙締醇纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中的水泥，不僅 能降低纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的成本，而且能顯著地減少C〇2的排放，節(jié)約大量自然資源 和能源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在保持其具備應(yīng)有的物理與力學(xué)性質(zhì)前提下，用粉 煤灰大量代替PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中的水泥降低成本，提高材料綠色性能的問(wèn)題。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種PVA纖維增強(qiáng)水泥 基復(fù)合材料，由W下重量份數(shù)的組分組成：
[0007] 水泥:11.8-26.8份；
[000引粉煤灰：32.2-47.2份；
[0009] 河砂:20.8-21.5份；
[0010] 減水劑:0.53-0.54份；
[00川消泡劑:0.03份；
[0012] 增稠劑：0.03份；
[001 引纖維：1.24-1.25份；
[0014] 水：17.7-17.9 份。
[0015] 在上述方案中，由W下重量份數(shù)的組分組成：
[0016] 水泥：11.8份；
[0017] 粉煤灰:47.2份；
[001引河砂：21.25份；
[0019] 減水劑：0.54份；
[0020] 消泡劑:0.03份；
[0021] 增稠劑:0.03份；
[0022]纖維：1.25 份；
[0023] 水:17.9 份。
[0024] 在上述方案中，由W下重量份數(shù)的組分組成：
[0025] 水泥:26.8份；
[0026] 粉煤灰：32.2份；
[0027] 河砂:21.46 份；
[002引減水劑:0.54份；
[0029] 消泡劑:0.03份；
[0030] 增稠劑:0.03份；
[003。纖維：1.24 份；
[0032] 水：17.7 份。
[0033] 在上述方案中，所述水泥為普通娃酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5R。
[0034] 在上述方案中，所述粉煤灰為低巧類一級(jí)粉煤灰。
[0035] 在上述方案中，所述河砂為特細(xì)砂。
[0036] 在上述方案中，所述減水劑為聚簇酸高效減水劑，濃度為40% W上，減水率為38% 社。
[0037] 在上述方案中，所述消泡劑為DZ-1670K，含固量為38%。
[0038] 在上述方案中，所述增稠劑為徑丙基甲基纖維素。
[0039] 在上述方案中，所述纖維為聚乙締醇纖維，纖維長(zhǎng)度為12mm，纖維直徑為40μπι，纖 維抗拉強(qiáng)度為1560MPa，纖維彈性模量為4.10Χ 104MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為6.5%。
[0040] 本發(fā)明通過(guò)大滲量粉煤灰替代水泥，粉煤灰替代率達(dá)到80%，大幅度降低PVA纖維 增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的水泥用量，不僅降低了該復(fù)合材料成本，而且具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0041] (1)有效解決工業(yè)廢渣粉煤灰的利用率低的問(wèn)題，變廢為寶，同時(shí)顯著減少C〇2排 放，節(jié)約大量自然資源(例如生產(chǎn)水泥所消耗的大量石灰質(zhì)原料、粘±原料等)和能源(例如 生產(chǎn)水泥消耗的煤炭和電力等），提高該復(fù)合材料的綠色性質(zhì)；
[0042] (2)有利于加強(qiáng)纖維與基體界面處的粘結(jié)，提高界面粘結(jié)強(qiáng)度，有助于纖維的分 散，弱化裂縫尖端應(yīng)力集中程度，從而提高纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能，使纖維阻 裂機(jī)理得到更充分發(fā)揮；
[0043] (3)降低PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的裂縫寬度和自由干縮，能夠填充對(duì)結(jié)構(gòu)不 利的孔桐，從而提高纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的密實(shí)性，有益于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 本發(fā)明提供的一種PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，通過(guò)粉煤灰替代PVA纖維增強(qiáng)水 泥基復(fù)合材料中的大部分水泥，不僅有效利用粉煤灰，變廢為寶，降低PVA纖維增強(qiáng)水泥基 復(fù)合材料的成本，減少C0油巧義，節(jié)約大量自然資源和能源;而且粉煤灰的大量滲入，有利于 加強(qiáng)纖維與基體界面處的粘結(jié)，有助于纖維的分散，弱化裂縫尖端應(yīng)力集中程度，提高纖維 增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能，同時(shí)從材料本身降低裂縫寬度和自由干縮，能夠填充對(duì) 結(jié)構(gòu)不利的孔桐，提高纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的密實(shí)性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性。該P(yáng)VA 纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料由W下重量份數(shù)的組分組成：
[0045] 水泥:11.8-26.8份；
[0046] 粉煤灰：32.2-47.2份；
[0047] 河砂:20.8-21.5份；
[004引減水劑:0.53-0.54份；
[0049] 消泡劑:0.03份；
[0050] 增稠劑:0.03份；
[0化 1]纖維：1.24-1.25份；
[0052] 水：17.7-17.9 份。
[0053] 在本發(fā)明中，水泥為強(qiáng)度等級(jí)42.5R的普通娃酸鹽水泥;粉煤灰為低巧類一級(jí)粉煤 灰;河砂為特細(xì)砂;減水劑為聚簇酸高效減水劑，濃度40 % W上，減水率為38 % W上;消泡劑 為DZ-1670K，含固量為38%;增稠劑為徑丙基甲基纖維素;纖維為聚乙締醇纖維，纖維長(zhǎng)度 為12mm，纖維直徑為40皿，纖維抗拉強(qiáng)度為1560MPa，纖維彈性模量為4.10 X 104MPa，斷裂伸 長(zhǎng)率為6.5%。
[0054] 在施工現(xiàn)場(chǎng)將上述各組份按相應(yīng)重量份數(shù)混合，并用攬拌機(jī)拌和成均質(zhì)漿料，即 可使用，在用于混凝±構(gòu)件時(shí)，使用方法與普通PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料一致，沒有特 殊要求，構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)齡期一般為28天。
[0055] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說(shuō)明。
[0化6] 實(shí)施例1。
[0057] -種PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，由W下重量份數(shù)的組分組成：
[0化引水泥：11.8份；
[0059] 粉煤灰：47.2份；
[0060] 河砂：21.25 份；
[0061] 減水劑:0.54份；
[0062] 消泡劑:0.03份；
[0063] 增稠劑:0.03份；
[0064] 纖維：1.25 份；
[00化]水：17.9 份。
[0066]采用本實(shí)施例所得試驗(yàn)構(gòu)件各項(xiàng)性能的試驗(yàn)結(jié)果如表1，試驗(yàn)構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)， 養(yǎng)護(hù)齡期及試驗(yàn)齡期為28d，其中，feu為立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;ff為抗折強(qiáng)度;fts為劈裂抗 拉強(qiáng)度;etu為應(yīng)變率。
[0067] 表1:采用實(shí)施例1所得試驗(yàn)構(gòu)件各項(xiàng)性能的試驗(yàn)結(jié)果表。
[0068] _
[0069] 實(shí)施例2。
[0070] -種PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，由W下重量份數(shù)的組分組成：
[007。水泥：19.17 份；
[007^ 粉煤灰:39.7份；
[0073] 河砂:21.5份；
[0074] 減水劑:0.53份；
[0075] 消泡劑:0.03份；
[0076] 增稠劑:0.03份；
[0077] 纖維：1.24份；
[007引水：17.8 份。
[0079] 采用本實(shí)施例所得試驗(yàn)構(gòu)件各項(xiàng)性能的試驗(yàn)結(jié)果如表2,試驗(yàn)構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)， 養(yǎng)護(hù)齡期及試驗(yàn)齡期為28d。
[0080] 表2:采用實(shí)施例2所得試驗(yàn)構(gòu)件各項(xiàng)性能的試驗(yàn)結(jié)果表。
[0081]
[0082] 實(shí)施例3。
[0083] 一種PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，由W下重量份數(shù)的組分組成：
[0084] 水泥：19.6份；
[0085] 粉煤灰:39.9份；
[0086] 河砂:20.8份；
[0087] 減水劑:0.54份；
[008引消泡劑:0.03份；
[0089] 增稠劑:0.03份；
[0090] 纖維：1.25 份；
[0091] 水:17.85 份。
[0092] 采用本實(shí)施例所得試驗(yàn)構(gòu)件各項(xiàng)性能的試驗(yàn)結(jié)果如表3,試驗(yàn)構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)， 養(yǎng)護(hù)齡期及試驗(yàn)齡期為28d。
[0093] 表3:采用實(shí)施例3所得試驗(yàn)構(gòu)件各項(xiàng)性能的試驗(yàn)結(jié)果表。
[0094] _
[0095] ~實(shí)施例4。
[0096] -種PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，由W下重量份數(shù)的組分組成：
[0097]水泥：26.8份；
[009引粉煤灰：32.2份；
[0099] 河砂:21.46 份；
[0100] 減水劑:0.54份；
[0101] 消泡劑:0.03份；
[0102] 增稠劑:0.03份；
[0103] 纖維：1.24 份；
[0104] 水:17.7 份。
[0105] 采用本實(shí)施例所得試驗(yàn)構(gòu)件各項(xiàng)性能的試驗(yàn)結(jié)果如表4,試驗(yàn)構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)， 養(yǎng)護(hù)齡期及試驗(yàn)齡期為28d。
[0106] 表4:采用實(shí)施例4所得試驗(yàn)構(gòu)件各項(xiàng)性能的試驗(yàn)結(jié)果表。
[0107]
[0108] 本發(fā)明提供一種PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，粉煤灰替代水泥率最高達(dá)到80%， 大幅度降低該復(fù)合材料的水泥用量，不僅促進(jìn)粉煤灰的綜合利用，變廢為寶，降低材料成 本，而且顯著減少C〇2的排放，節(jié)約大量自然資源和能源，提高材料的綠色性質(zhì)。W2011年為 例，2011年我國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)到20.85億噸，如果按其10%用于配制普通聚乙締醇纖維增強(qiáng)水 泥基復(fù)合材料，則年耗水泥20850萬(wàn)噸，若實(shí)施本發(fā)明，粉煤灰滲量為80 %，則一年可節(jié)約水 泥16680萬(wàn)噸，相應(yīng)的，減少生產(chǎn)水泥所消耗的大量石灰質(zhì)原料、粘±原料等自然資源W及 煤炭和電力等能源，W生產(chǎn)每噸水泥耗標(biāo)準(zhǔn)煤約178kg為準(zhǔn)，則每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2969.04 萬(wàn)噸，每年可減少C〇2排放16680萬(wàn)噸；如果水泥單價(jià)為500元/噸，粉煤灰單價(jià)為300元/噸， 一年節(jié)約水泥16680萬(wàn)噸，則一年成本節(jié)約333.6億元，可見采用本發(fā)明對(duì)環(huán)境、能源、經(jīng)濟(jì) 效益等方面都有顯著優(yōu)勢(shì)。
[0109] 更為重要的是，粉煤灰替代水泥有利于加強(qiáng)纖維與基體界面處的粘結(jié)，提高界面 粘結(jié)強(qiáng)度，有助于纖維的分散，弱化裂縫尖端應(yīng)力集中程度，從而提高纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合 材料的力學(xué)性能;并且能夠從材料本身降低裂縫寬度和自由干縮，能夠填充對(duì)結(jié)構(gòu)不利的 孔桐，從而提高纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的密實(shí)性，有益于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性。
[0110] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。運(yùn)樣，倘若本發(fā)明的運(yùn)些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含運(yùn)些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)的組分組成： 水泥：11.8-26.8 份； 粉煤灰:32.2-47.2份； 河砂:20.8-21.5份； 減水劑:0.53-0.54份； 消泡劑:0.03份； 增稠劑:0.03份； 纖維：1.24-1.25份； 水:17.7-17.9份。2. 如權(quán)利要求1所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)的 組分組成： 水泥：11.8份； 粉煤灰:47.2份； 河砂:21.25份； 減水劑:0.54份； 消泡劑:0.03份； 增稠劑:0.03份； 纖維：1.25份； 水:17.9份。3. 如權(quán)利要求1所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)的 組分組成： 水泥:26.8份； 粉煤灰:32.2份； 河砂:21.5份； 減水劑:0.53份； 消泡劑:0.03份； 增稠劑:0.03份； 纖維：1.25份； 水:17.7份。4. 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，所述水 泥為普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5R。5. 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，所述粉 煤灰為低鈣類一級(jí)粉煤灰。6. 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，所述河 砂為特細(xì)砂。7. 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，所述減 水劑為聚羧酸高效減水劑，濃度為40 %以上，減水率為38 %以上。8. 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，所述消 泡劑為DZ-1670K，含固量為38%。9. 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，所述增 稠劑為羥丙基甲基纖維素。10. 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征在于，所述 纖維為聚乙烯醇纖維，纖維長(zhǎng)度為12mm，纖維直徑為40μπι，纖維抗拉強(qiáng)度為1560MPa，纖維彈 性模量為4.10 X IO4MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為6.5 %。
【文檔編號(hào)】C04B24/38GK105906261SQ201610237176
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】何淅淅, 丁魯波, 張博
【申請(qǐng)人】北京建筑大學(xué)