高强高延性水泥基复合材料及其制备方法、纳米纤维素在其中的应用技术

本发明专利技术提供了一种高强高延性水泥基复合材料及其制备方法、纳米纤维素在高强高延性水泥基复合材料中的应用。该高强高延性水泥基复合材料包括水泥、粉煤灰、矿渣微粉、硅灰、细骨料、微米纤维和纳米纤维素；其中，水泥、粉煤灰、矿渣微粉、硅灰、细骨料、微米纤维和纳米纤维素的质量比为1：(0.2

【技术实现步骤摘要】
高强高延性水泥基复合材料及其制备方法、纳米纤维素在其中的应用


[0001]本专利技术涉及水泥基复合材料
，具体地，涉及纳米纤维素在高强高延性水泥基复合材料中的应用以及一种高强高延性水泥基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]水泥基材料脆性大、易开裂，已经成为工程病害的主要原因之一。为了解决这一致命的缺陷，高强高延性水泥基复合材料(ECC)得以发展和完善。
[0003]ECC是一种纤维增强水泥基复合材料。但是，传统的ECC材料却存在如下问题：1)在纤维材料不变的情况下，水泥基体强度提高，延伸率会降低；2)胶凝材料用量大，碳排放问题突出；3)需要添加增稠剂。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术将纳米纤维素应用中ECC中。
[0005]本专利技术的第一目的是提供一种高强高延性水泥基复合材料，其包括：水泥、粉煤灰、矿渣微粉、硅灰、细骨料、微米纤维和纳米纤维素；
[0006]其中，所述水泥、所述粉煤灰、所述矿渣微粉、所述硅灰、所述细骨料、所述微米纤维和所述纳米纤维素的质量比为1：(0.2
‑
0.5)：(0.3
‑
1.0)：(0
‑
0.1)：(0.5
‑
1.0)：(0.01
‑
0.025)：(0.0009
‑
0.010)。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述纳米纤维素的直径为10
‑
30nm，长径比≥300，结晶度≥65％；所述纳米纤维素为羧基化纳米纤维素。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述微米纤维为PE纤维，长度为16
‑
22mm，直径为20
‑
26μm，密度为950
‑
1000kg/m3，抗张强度≥2900MPa，弹性模量≥100Gpa。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述水泥的强度等级为42.5或52.5。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述粉煤灰的活性指数≥85％，烧失量≤10％；所述矿渣微粉的活性指数≥85％；所述硅粉中SiO2含量≥95％，活性指数≥110％；所述细骨料的粒度为70
‑
120目。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述水泥基复合材料的28d抗压强度为60
‑
105MPa，28d抗拉强度为8
‑
12MPa，28d抗弯强度为18
‑
27MPa，28d拉伸延伸率为8％
‑
14％，28d拉伸应变能为550
‑
820kJ/m3。
[0012]本专利技术的第二目的是提供一种制备上述高强高延性水泥基复合材料的方法，其包括：将水泥、硅灰、矿渣粉、粉煤灰和细骨料干混均匀，获得混合粉料；
[0013]往所述混合粉料中加入水、减水剂和纳米纤维素，搅拌均匀后获得混合浆体；
[0014]将微米纤维分2
‑
5次加入所述混合浆体中，搅拌均匀后获得待成型浆体；
[0015]将所述待成型浆体装入模具中振捣密实成型。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述减水剂为聚羧酸类减水剂，减水率为23％
‑
27％。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述待成型浆体的浆体塑性黏度为2.0
‑
6.0Pa
·
s。
[0018]本专利技术的第三目的是提供纳米纤维素在高强高延性水泥基复合材料中的应用，其中，所述水泥基复合材料还包括水泥和微米纤维；
[0019]所述水泥、所述微米纤维和所述纳米纤维素的质量比为1：(0.01
‑
0.025)：(0.0009
‑
0.010)。
[0020]传统ECC中的微米纤维可以抑制宏观裂纹的发展，向周围基体传递应力，但无法阻止纳米尺度的微裂纹扩展，本专利技术将纳米纤维素应用在ECC中，其能通过调节基体流变性能，提高合成纤维在水泥基材料中的分散性能；同时，合成纤维也起到了反向促进纳米纤维素在水泥基材料中的分散作用。
[0021]而且仅需较低的掺量，即可显著提高ECC的抗压强度、抗拉强度和延伸性能，在制备相同强度等级时，可节约水泥15％及以上。
[0022]此外，本专利技术中的纳米纤维素除了能提高力学性能及延伸性能外，还可调节浆体的流变性能，因此在制备时，不需要传统ECC材料中的增稠剂。
[0023]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0024]图1为28d拉伸应变能g
se
的计算方法示意图。
[0025]图2为本专利技术一实施例提供的制备ECC的工艺流程图。
[0026]图3为本专利技术实施例和对比例制备的ECC的28d拉伸性能。
[0027]图4为本专利技术实施例和对比例制备的ECC的裂缝形态。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本专利技术的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本专利技术的限制。
[0029]特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本专利技术。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。
[0030]本专利技术提供的高强高延性水泥基复合材料，包括水泥、粉煤灰、矿渣微粉、硅灰、细骨料、微米纤维和纳米纤维素。
[0031]其中，水泥、粉煤灰、矿渣微粉、硅灰、细骨料、微米纤维和纳米纤维素的质量比为1：(0.2
‑
0.5)：(0.3
‑
1.0)：(0
‑
0.1)：(0.5
‑
1.0)：(0.01
‑
0.025)：(0.0009
‑
0.010)。
[0032]本专利技术将纳米纤维素应用至ECC中，其能通过调节基体流变性能，提高合成纤维在水泥基材料中的分散性能；同时，合成纤维也起到了反向促进纳米纤维素在水泥基材料中的分散作用。而且仅需较低的掺量，即可显著提高ECC的抗压强度、抗拉强度和延伸性能，在制备相同强度等级时，可节约水泥15％及以上。
[0033]而且，纳米纤维素取自于来源丰富、低成本、可再生的植物纤维，是一种真正的绿
色材料，符合社会可持续发展的理念。
[0034]本专利技术将纳米纤维素与微米纤维复合，纳米纤维素可以抑制纳米尺度的微裂纹扩展，微米纤维可以抑制宏观裂纹的发展，向周围基体传递应力，可实现纳米尺度和微米尺度的多尺度耦合作用。
[0035]可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高延性水泥基复合材料，其特征在于，包括水泥、粉煤灰、矿渣微粉、硅灰、细骨料、微米纤维和纳米纤维素；其中，所述水泥、所述粉煤灰、所述矿渣微粉、所述硅灰、所述细骨料、所述微米纤维和所述纳米纤维素的质量比为1：(0.2
‑
0.5)：(0.3
‑
1.0)：(0
‑
0.1)：(0.5
‑
1.0)：(0.01
‑
0.025)：(0.0009
‑
0.010)。2.根据权利要求1所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述纳米纤维素的直径为10
‑
30nm，长径比≥300，结晶度≥65％；所述纳米纤维素为羧基化纳米纤维素。3.根据权利要求1所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述微米纤维为PE纤维，长度为16
‑
22mm，直径为20
‑
26μm，密度为950
‑
1000kg/m3，抗张强度≥2900MPa，弹性模量≥100Gpa。4.根据权利要求1所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥的强度等级为42.5或52.5。5.根据权利要求1所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述粉煤灰的活性指数≥85％，烧失量≤10％；所述矿渣微粉的活性指数≥85％；所述硅粉中SiO2含量≥95％，活性指数≥110％；所述细骨料的粒度为70
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘巧玲，张金柱，范德超，梁龙，董琦，李虎，
申请(专利权)人：济南圣泉集团股份有限公司山东建筑大学工程鉴定加固研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：