一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方及制备技术组成比例

本发明专利技术公开一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方及制备技术，所述配方以重量份数计，包括水泥560‑670份，粉煤灰450‑560份，细砂450‑550份，聚丙烯纤维13‑17份，高效减水剂6‑8份，水290‑315份，制备技术包括如下步骤：首先将水泥和粉煤灰混合后慢速搅拌30s，加入部分水使水胶比约为0.25后，快速搅拌2min可使净浆充分粘稠，其次将纤维分三次加入慢速搅拌中的净浆里，加入部分减水剂来提高混合物的瞬时流动性，再快速搅拌5min使纤维充分分散，最后将砂、剩余的水和减水剂依次加入混合物中，快速搅拌5min即可准备浇筑成型。本发明专利技术可制备出具备多缝开裂和变形硬化典型特征的大变形水泥基材料，提供改进的制备方法，解决超高韧性合成纤维增强混凝土搅拌难、搅拌时间长的问题。

Formulation and preparation technology of a domestic polypropylene fiber cement-based material

【技术实现步骤摘要】
一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方及制备技术
本专利技术涉及一种采用国产聚丙烯纤维制备的具有变形硬化和多缝开裂特征的大变形水泥基复合材料的关键技术，具体来说，涉及一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方及制备技术。
技术介绍
水泥基类材料的“功能化”和“复合化”已经是现代混凝土研究的一个重要方向，超高韧性合成纤维增强水泥基材料就是其中一种新兴的功能型混凝土材料，在道路桥梁建筑材料领域具有极大的应用潜力。相对于传统混凝土材料，这种纤维增强水泥基材料的优势之一在于其优异的裂缝控制能力。通常水泥基材料在出现初始裂缝后便难以限制其扩展，结构在荷载持续作用下会迅速失去承载能力，而超高韧性合成纤维增强水泥基材料则充分发挥了合成纤维的增强增韧作用，能极大地限制初始裂缝的继续扩展。当材料需要追随更大的结构变形时，能通过在主裂缝附近产生多条无害的浅裂缝来限制初始裂缝的扩展。利用这种多缝开裂特征，超高韧性合成纤维增强水泥基材料可以作为一种新型混凝土桥梁保护层材料，在环境和荷载作用下仍能有效控制裂缝宽度，从而阻止环境中的有害介质渗透及其对内部钢筋的侵蚀。该材料还可作为一种理想的混凝土路面修补材料，可以有效抑制基层反射裂缝的产生和扩展，纤维的约束作用将裂缝宽度控制在无害范围，从而大大提高了道路结构板体性、抗渗性和耐久性。超高韧性合成纤维增强水泥基材料的优势之二在于其特有的大变形能力，该材料在受弯或受拉荷载下追随明显的结构变形的同时，可以保持甚至增加承载能力，即具有变形硬化特征。该材料的大变形能力与钢材具有很高的契合度，一方面其具有接近钢材的变形延展性，另一方面其裂缝宽度控制特性使之可作为钢材的保护结构，因此该材料在钢-混组合桥梁的建设上极具应用潜力。此外，超高韧性合成纤维增强水泥基材料在轻质高层建筑、抗震混凝土、桥面板连接板等领域也具有广阔的应用前景。因此研发和应用超高韧性合成纤维增强水泥基材料可以为我国新一代混凝土设施的修筑或加固提供重要的功能型新材料，对提高我国混凝土结构安全性和耐久性具有深远意义。当前国内对超高韧性合成纤维增强水泥基材料的研究还处于初步阶段，其实际工程应用的案例更是极少。其原因之一在于国外文献中鲜有对该材料的配合比设计及制备工艺细节的指导，而国内还没有被普遍认可的技术规范来指导该材料的制备，因此学者对这种新型混凝土复合材料的研发进展相对缓慢。其原因之二在于国外对聚乙烯醇纤维表面处治技术的封锁垄断，而当前国内外学者制备超高韧性合成纤维增强水泥基材料主要依赖这种特制的聚乙烯醇纤维，这导致该材料在我国的工程应用推广难以实现。聚丙烯纤维的伸长率能达到聚乙烯醇纤维的4倍以上，在我国混凝土工程中应用广泛、生产厂家众多、加工技术成熟，生产成本低且无污染产物，比聚乙烯醇纤维更符合工程推广的实际。然而，聚丙烯纤维的强度低于聚乙烯醇纤维，与水泥基体的粘结也较弱，用来制备超高韧性合成纤维增强混凝土材料时不容易使材料达到变形硬化的特性，因此当前采用聚丙烯纤维来制备超高韧性合成纤维增强混凝土材料时需要对原配方进行调整，并通过性能测试来验证新配方的可行性。此外，超高韧性合成纤维增强混凝土材料的配合比本身存在纤维掺量较高和水胶比较低的特点，如此一来则面临着搅拌困难的问题。同时为了保证纤维在混合物中充分均匀分散，人们不得不极大地延长搅拌时间，这便降低了生产效率。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方及制备技术，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方及制备技术，以重量份数计，包括以下各原材料：水泥560-670份，粉煤灰450-560份，细砂450-550份，聚丙烯纤维13-17份，高效减水剂6-8份，水290-315份。进一步的，水泥为普通42.5级硅酸盐水泥。进一步的，粉煤灰为国标一级或二级粉煤灰。进一步的，细砂为最大粒径不超过0.6mm的河砂或硅砂。进一步的，聚丙烯纤维为直径30μm左右，长度12mm的聚丙烯单丝纤维，进一步，为提高纤维与基体粘结效果，可委托厂家对聚丙烯纤维作Y型截面和表面压痕处理。进一步的，减水剂为聚羧酸或萘系高效减水剂。一种聚丙烯纤维水泥基材料的制备技术，包括如下步骤：将按计量比称量的水泥和粉煤灰混合后慢速搅拌30s，加入部分水使水胶比为0.25后，快速搅拌2min使净浆充分粘稠；将按计量比称量的纤维分三次加入慢速搅拌中的净浆里，此过程中加入部分减水剂来提高混合物的瞬时流动性，再快速搅拌5min使纤维充分分散；将按计量比称量的砂、剩余的水和减水剂依次加入混合物中，快速搅拌5min即可准备浇筑成型。进一步的，先加入部分水与胶凝材料混合使净浆处于粘稠状态，有利于促进纤维在搅拌时充分散开从而减少搅拌时间。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供了一种聚丙烯纤维水泥基材料的配方，合理优化了配合比，控制了砂粒和纤维的尺寸参数，可以最大化发挥聚丙烯纤维在混合物中的增韧作用，实现了采用国产原材料生产超高韧性合成纤维增强混凝土的目的，相比采用进口聚乙烯醇纤维，本专利技术采用国产聚丙烯纤维制备大变形水泥基材料，大大降低了成本，并拓宽了原材料来源，更具备推广应用的潜力。(2)本专利技术提供一种聚丙烯纤维水泥基材料的搅拌工艺，首次提出将拌和水分成两个阶段添加的思路，先加入部分水与胶凝材料混合使净浆处于粘稠状态，有利于促进纤维在搅拌时充分散开，因此无需过度延长搅拌时间，将加砂搅拌安排在最后一步，避免了先加砂再加纤维时拌和物流动性急剧下降的情况出现，也能有效预防纤维局部成团的问题，解决了超高韧性合成纤维增强混凝土材料搅拌难的问题，使纤维在净浆中充分分散后还留有部分水和减水剂在最后一步添加，从而在加砂搅拌时可以在混合物中释放出更多的自由水，保证整个搅拌过程中混合物都具备良好的工作性。附图说明图1是本专利技术实施例一的加载过程中的荷载-挠度曲线。图2是本专利技术实施例二的加载过程中的荷载-挠度曲线。具体实施方式以下是对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。在下列段落中以举例方式更具体地描述本专利技术，根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。实施例1取670g水泥与450g粉煤灰干拌30s，加入280g水快速搅拌2min。将搅拌机调为慢速，将13g纤维分成三次加入净浆里，紧接着加入4g减水剂，快速搅拌5min。将搅拌机调为慢速，将500g细砂加入拌和物，紧接着加入4g减水剂和20g水，快速搅拌5min。将拌好的混合物浇筑进15mm×100mm×400mm试模中成型，24h后脱模并放入标准养护室养生。水泥：采用长春某厂产的42.5级普通硅酸盐水泥。粉煤灰：采用河南某厂产的一级粉煤灰。砂粒：采用最大粒径为0.3mm的特细河砂。纤维：采用湖北某本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方，其特征在于，以重量份数计，包括以下各原材料：水泥560-670份，粉煤灰450-560份，细砂450-550份，聚丙烯纤维13-17份，高效减水剂6-8份，水290-315份。/n

【技术特征摘要】
1.一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方，其特征在于，以重量份数计，包括以下各原材料：水泥560-670份，粉煤灰450-560份，细砂450-550份，聚丙烯纤维13-17份，高效减水剂6-8份，水290-315份。


2.根据权利要求1所述的一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方，其特征在于，所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥。


3.根据权利要求1所述的一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方，其特征在于，所述粉煤灰为国标一级或二级粉煤灰。


4.根据权利要求1所述的一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方，其特征在于，所述细砂为最大粒径不超过0.6mm的河砂或硅砂。


5.根据权利要求1所述的一种国产聚丙烯纤维水泥基材料的配方，其特征在于，所述聚丙烯纤维为直径30μm左右，长度12mm的聚丙烯单丝纤维，进一步，为提高纤维与基体粘结效果，可...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭国金，朱志清，吴春利，宫亚峰，马桂荣，毕海鹏，周培蕾，孔庆雯，姜霖，欧吉，杨正，赵宇，朱德祺，王英涵，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22