抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料及其制备方法，属于混凝土技术领域。所述抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料的原料包括如下含量的组分：石灰石粉859～944kg/m3，煅烧高岭土236～684kg/m3，水泥215～708kg/m3，水502～577kg/m3，减水剂为11～24kg/m3，聚乙烯醇纤维6.5～39kg/m3。本发明专利技术具有抗开裂，抗侵蚀，低碳环保，高延性，抗压强度高，后期强度稳定的特点。本发明专利技术原料中采用高掺量石灰石完全替代常规的纤维增强水泥基复合材料中的石英砂、石英粉或细砂这类惰性填充料等特点，其内的纤维能够高效阻碍复合材料细痕裂缝扩展，抗硫酸盐侵蚀性能优异，大大促进了水泥基复合材料的可持续发展，且制备方法简单快捷，方便易行。方便易行。方便易行。

【技术实现步骤摘要】
抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及混凝土
，尤其涉及抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]工程复合材料，即纤维增强水泥基复合材料(ECC，Engineered Cementitious Composites)是一种高延性纤维增强型水泥基复合材料，它较好地解决了混凝土与水泥制品本身固有脆性，其在弯曲、拉伸等作用下产生大量细密裂缝，并且可控制最大裂缝宽度在100μm以内，具有高延性、高韧性和高能量吸收能力，但是制备传统ECC材料所需的水泥胶材用量多、碳排放量大、能耗高，严重限制着ECC材料的推广应用。
[0003]天然砂石骨料作为难以再生的资源存在日益枯竭的问题，难以满足工程建设中混凝土骨料的需要，越来越多的建设工程开始使用人工机制砂石骨料。而在人工碎石系统生产机制砂的过程中，各类天然石灰石岩在机械破碎时不可避免地产生大量废弃石灰石粉末颗粒，这类大宗固体废弃物，对生态环境造成了严重破坏。
[0004]因此，研究一种抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料具有非常广阔的市场前景。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，在本专利技术的第一方面，提供了一种具有高延性、低碳环保，固化后具有抗裂抗侵蚀及较高抗压强度的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料，该复合材料的原料包括如下含量的组分：石灰石粉859～944kg/m3，煅烧高岭土236～684kg/m3，水泥215～708kg/m3，水502～577kg/m3，减水剂11～24kg/m3，聚乙烯醇纤维6.5～39kg/m3。
[0006]本专利技术将高掺量的石灰石粉应用于水泥基复合材料中，能够产生很好的经济效益和环境效益。石灰石粉在水泥基材料中具有一定的化学活性，其主要成分为碳酸钙(CaCO3)，其作用可归结为加速效应、活性效应和颗粒形貌效应。在水化早期，适当掺量的石灰石粉充当了水化硅酸钙凝胶(C
‑
S
‑
H gel)的成核基体，降低了成核位垒，加速了水泥的水化。在水化后期，石灰石粉和水泥/矿物掺合料中的铝相反应生成具有一定胶凝能力的碳铝酸盐复合物，这些复合物与其他水化产物相互搭接，使水泥石结构更加密实，从而提高了水泥石的力学性能和耐久性。
[0007]煅烧高岭土是由高岭土为原材料在适当温度下脱去水和羟基而形成的产物，主要成分为无水硅酸铝(Al2O3·
2SiO2，记为AS2)。煅烧高岭土，呈现为热力学介稳状态，具有填充效应和火山灰反应，其铝相物质(记为A)在水泥基材料中可以促进水泥熟料的水化反应，即加速水泥的水化产物氢氧化钙(记为CH)参与反应，从而提高混凝土的强度，改善其微观结构，提高其耐久性能。同时，煅烧高岭土这类铝相辅助性胶凝材料，可以很好地激发石灰石粉，即碳酸钙(记为)的化学活性，充分发挥二者的“协同效应”，二者反应生成具有一
定胶凝能力的半碳铝酸盐(记为)、单碳铝酸盐(记为)，并且二者的稳定性高于单硫型水化硫铝酸钙(记为AFm)，在硫酸盐侵蚀过程中能够一定程度上发挥抑制AFm向钙矾石(记为AFt)转换，从而一定程度上抑制硫酸盐侵蚀进程。煅烧高岭土、石灰石粉、水泥水化产物的反应表达式如下：
[0008][0009][0010]优选的，所述石灰石粉为石灰岩经磨细加工、烘干、过筛制成的粉体，其主要成分为碳酸钙。
[0011]进一步优选的，所述石灰石粉的中值粒径为5～20μm。
[0012]优选的，所述煅烧高岭土采用如下方法制备而成：将高岭土在600～900℃煅烧，使其脱水形成无水硅酸铝，随后经研磨、过筛，得到中值粒径为4～5μm煅烧高岭土。
[0013]优选的，所述水泥为Ⅰ型硅酸盐水泥(P
·Ⅰ)、Ⅱ型硅酸盐水泥(P
·Ⅱ)、普通硅酸盐水泥(P
·
O)中的至少一种。
[0014]进一步优选的，所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5、42.5R、52.5、52.5R中的任意一种。
[0015]优选的，所述减水剂的减水效率为30％～40％。
[0016]进一步优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，聚羧酸减水剂的减水效率为32％～38％，其固含量为28％～32％。
[0017]优选的，所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为10～14mm，纤维直径为5～100μm，抗拉强度≥1600MPa，抗拉弹性模量＞40GPa，纤维密度为1.2～1.4g/cm3。
[0018]在本专利技术的第二方面，提供了一种简单快捷，方便易行的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)根据抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料的配方比例准备各组分原料，称取对应比例的石灰石粉、煅烧高岭土、水泥、水、减水剂及聚乙烯醇纤维；
[0020](2)将石灰石粉、煅烧高岭土、水泥混合均匀，得到第一混合料；将水与减水剂混合均匀，得到减水剂溶液；
[0021](3)将所述减水剂溶液加至所述第一混合料中，混合均匀得到第二混合料；
[0022](4)将聚乙烯醇纤维加至所述第二混合料中，混合均匀得到抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0024]本专利技术的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料，采用的是石灰石粉这类大宗固体废弃物，可以高效地解决了石灰石岩开采、人工机制砂加工产业中工业固体废弃物堆放等问题，解决了石灰石粉的回收利用问题和矿物掺合料的短缺问题，节约矿产资源，保护生态环境，变废为宝。本专利技术采用高掺量石灰石粉，完全替代常规的纤维增强水泥基复合材料中的石英砂、石英粉或细砂这类惰性填充骨料，降低了水泥的用量，具有低能耗、低碳排放等优点，促进了高延性水泥基复合材料的绿色发展。此外，组分中的煅烧高岭土可以很好地激发石灰石粉的化学活性，充分发挥二者的“协同效应”，二者反应生成具有一定胶凝能力的半碳铝酸盐、单碳铝酸盐，抗硫酸盐侵蚀性能优异，耐久性能好，促进了高延性水泥
基复合材料的长期可持续发展。减水剂与石灰石粉
‑
煅烧高岭土
‑
水泥复合材料体系发挥出较好的适配性、优异的工作性能及良好的流动性。最后，固化后的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料抗裂抗侵蚀，其内的纤维能够高效阻碍复合材料细痕裂缝扩展，裂缝宽度小；宏观力学性能方面，其抗拉性能优异，具有高延性高韧性，抗压强度高，后期强度稳定。
[0025]本专利技术提供了抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料的制备方法，工艺流程简单方便，生产成本低，降低了该复合材料的工程造价并提高了经济效益。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1～6采用的石灰石粉的XRD图谱；
[0027]图2是本专利技术实施例1～6采用的煅烧高岭土的XRD图谱；
[0028]图3是本专利技术实施例1～6采用的P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料，其特征在于，其原料包括如下含量的组分：石灰石粉859～944kg/m3，煅烧高岭土236～684kg/m3，水泥215～708kg/m3，水502～577kg/m3，减水剂11～24kg/m3，聚乙烯醇纤维6.5～39kg/m3。2.根据权利要求1所述的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述石灰石粉为石灰岩经磨细加工、烘干、过筛制成的粉体，其主要成分为碳酸钙。3.根据权利要求1或2所述的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述石灰石粉的中值粒径为5～20μm。4.根据权利要求1所述的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述煅烧高岭土采用如下方法制备而成：将高岭土在600～900℃煅烧，使其脱水形成无水硅酸铝，随后经研磨、过筛，得到中值粒径为4～5μm煅烧高岭土。5.根据权利要求1所述的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述水泥为Ⅰ型硅酸盐水泥、Ⅱ型硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥中的至少一种。6.根据权利要求5所述的抗侵蚀高石灰石掺量高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5、42.5R、52.5、52.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡新华，王维康，周伟，何真，何吉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：