一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料及制備方法，所述超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料按重量份數(shù)計(jì)算，由554份膠凝材料、167份砂子、141份水玻璃、31份NaOH、108份水、14份PVA纖維組成，其中膠凝材料由高鈣粉煤灰：低鈣粉煤灰：水泥按質(zhì)量比為4:1:0?2.1的比例混合均勻而成。其制備方法即將NaOH與水混合并攪拌溶解，加入水玻璃，得到激發(fā)劑溶液；將凝膠材料和砂子混勻后加入激發(fā)劑溶液，再加入PVA纖維繼續(xù)攪拌直至PVA纖維分散均勻，即得超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料。其利用了大量的粉煤灰，從而降低能耗、減少環(huán)境污染并提高工業(yè)廢渣的利用率。

Super high toughness large quantity fly ash cement base composite material and preparation method thereof

The invention discloses an ultra high toughness of fly ash cement based composite material and preparation method of cement fly ash composite materials the ultra high toughness is calculated according to the weight, consisting of 554 copies of cementitious materials, 167 sand, 141 water glass, 31 NaOH 108 water, 14 PVA fiber, the cementitious materials by high calcium fly ash: low calcium fly ash cement according to the mass ratio of 4:1:0 2.1 mixed together. The preparation method of NaOH is mixed with water and stir to dissolve, adding water glass, get the activator solution; the gel materials and sand mixing after adding activator solution, continue stirring until evenly dispersed into PVA fiber PVA fiber, the cement fly ash composite ultra high toughness. The utility model utilizes a large amount of fly ash, thereby reducing energy consumption, reducing environmental pollution and improving the utilization rate of industrial waste residue.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料及其制備方法
本專利技術(shù)屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種超高韌性粉煤灰水泥基復(fù)合材料，具體來(lái)說(shuō)一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
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(wèn)題。中國(guó)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(guò)去的一個(gè)半世紀(jì)，混凝土作為重要的土木工程材料，憑借取材簡(jiǎn)便、工藝簡(jiǎn)便、造價(jià)低、適應(yīng)性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用量越來(lái)越大，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。但是，由于混凝土自身的抗拉強(qiáng)度低、自重大、脆性大等固有弱點(diǎn)，加上混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)和使用過(guò)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(yán)重等問(wèn)題，制約著混凝土這種建筑材料的應(yīng)用。美國(guó)密西根大學(xué)VictorLi教授和麻省理工大學(xué)ChristopherLeung教授于1992年在美國(guó)ASCEJournalofEngineeringMechanics發(fā)表的論文建立了纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(EngineeredCementitiousComposites，ECC)的微觀力學(xué)基礎(chǔ)及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，其后世界各地研究學(xué)者對(duì)ECC材料及其應(yīng)用展開(kāi)了深入的研究。這給人們一個(gè)新的啟示，可以在膠凝材料中添加纖維增強(qiáng)其韌性。由于粉煤灰作為工業(yè)廢渣，近年來(lái)國(guó)際上對(duì)粉煤灰作為復(fù)合材料、修補(bǔ)材料、建筑材料等方面展開(kāi)了大量的研究。但是，水泥基材料中粉煤灰用量的提高導(dǎo)致其強(qiáng)度的降低，這嚴(yán)重限制了其在需要一定承載能力、要求可靠性高的高技術(shù)材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。鑒于此，受ECC理論啟發(fā)，本專利技術(shù)欲制備一種纖維增強(qiáng)型超高韌性大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，這種復(fù)合材料不僅環(huán)保，而且具有良好韌性等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工程上具有廣泛的應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的之一是為了解決上述大摻量粉煤灰水泥基材料強(qiáng)度低、脆性大、裂縫控制能力差等技術(shù)問(wèn)題而提供了一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，該超高韌性大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料具有強(qiáng)度大、韌性高等特點(diǎn)。本專利技術(shù)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(fù)合材料的制備方法，該制備方法具有工藝流程簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量好等特點(diǎn)。本專利技術(shù)的技術(shù)方案一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)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(jì)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(jí)低鈣粉煤灰，中位徑D50為4.73μm；高鈣粉煤灰為I級(jí)高鈣粉煤灰，中位徑D50為19.45μm；水泥為P·II52.5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(guò)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(zhǎng)度為12mm，直徑為39μm，抗拉強(qiáng)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(fù)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(jī)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(jìn)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(jī)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(fù)合材料。本專利技術(shù)的技術(shù)效果本專利技術(shù)的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)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(fù)合物的碳排放，使得超高韌性大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料更加綠色化。進(jìn)一步，本專利技術(shù)的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，經(jīng)檢測(cè)，其在7d時(shí)的平均應(yīng)力可達(dá)到2.07-2.37MPa，平均應(yīng)變可達(dá)到3.51-4.57％，因此超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料具有強(qiáng)度大、韌性高等特點(diǎn)。進(jìn)一步，本專利技術(shù)的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料的制備方法，由于整個(gè)制備過(guò)程僅需將原料混合攪拌，且攪拌過(guò)程用時(shí)僅為10～17min，即普通的混凝土攪拌設(shè)備即可滿足制備的需要，且所得材料的應(yīng)變均高于3.5％，因此該制備方法具有流程簡(jiǎn)單、最終所得的產(chǎn)品質(zhì)量好等特點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1、實(shí)施例1-3所得的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變示意圖。具體實(shí)施方式下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步闡述，但并不限制本專利技術(shù)。本專利技術(shù)所用到的設(shè)備及原材料信息詳見(jiàn)表1：表1所用到的設(shè)備及原材料實(shí)施例1一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)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(jìn)行混合均勻而成，按質(zhì)量比計(jì)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(jí)低鈣粉煤灰，中位徑D50為4.73μm；高鈣粉煤灰為一級(jí)高鈣粉煤灰，中位徑D50為19.45μm；水泥為P·II52.5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(guò)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(zhǎng)度為12mm，直徑為39μm，抗拉強(qiáng)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(fù)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(jī)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(jìn)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(jī)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(fù)合材料。實(shí)施例2一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)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(jìn)行混合均勻而成，按質(zhì)量比計(jì)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(jí)低鈣粉煤灰，中位徑D50為4.73μm；高鈣粉煤灰為I級(jí)高鈣粉煤灰，中位徑D50為19.45μm；水泥為P·II52.5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(guò)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(zhǎng)度為12mm，直徑為39μm，抗拉強(qiáng)度為16本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述的超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料按重量份數(shù)計(jì)算，其原料組成及含量如下：膠凝材料????????????????????554份砂子????????????????????????167份水玻璃??????????????????????141份NaOH????????????????????????31份水??????????????????????????108份PVA纖維?????????????????????14份；所述的膠凝材料，由高鈣粉煤灰、低鈣粉煤灰和水泥進(jìn)行混合均勻而成，按質(zhì)量比計(jì)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

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述的超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料按重量份數(shù)計(jì)算，其原料組成及含量如下：膠凝材料554份砂子167份水玻璃141份NaOH31份水108份PVA纖維14份；所述的膠凝材料，由高鈣粉煤灰、低鈣粉煤灰和水泥進(jìn)行混合均勻而成，按質(zhì)量比計(jì)算，高鈣粉煤灰：低鈣粉煤灰：水泥為4:1:0-2.1；其中：低鈣粉煤灰為級(jí)低鈣粉煤灰，中位徑D50為4.73μm；高鈣粉煤灰為級(jí)高鈣粉煤灰，中位徑D50為19.45μm；水泥為P·II52.5型硅酸鹽水泥；所述的砂子為30-100目的石英砂，最大粒徑不超過(guò)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(zhǎng)度為12mm，直徑為39μm，抗拉強(qiáng)度為1600Mpa，彈性模量42.8Gpa。2.如權(quán)利要求1所述的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述的膠凝材料，由高鈣粉煤灰、低鈣粉煤灰和水泥進(jìn)行混合均勻而成，按質(zhì)量比計(jì)算，高鈣粉煤灰：低鈣粉煤灰：水泥為4:1:0-0.9。3.如權(quán)利要求2所述的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述的膠凝材料，由高鈣粉煤灰、低鈣粉煤灰和水泥進(jìn)行混合均勻而成，按質(zhì)量比計(jì)算，高鈣粉煤灰：低鈣粉煤灰：水泥為4:1:0.9。4.如權(quán)利要求2所述的一種超高韌性的大摻量粉煤灰水泥基復(fù)合材料，其特征在于所述的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：闞黎黎，徐超，朱瑨，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海,31