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低脆性水泥基胶凝材料及其制备方法

阅读：476发布：2020-05-11

专利汇可以提供低脆性水泥基胶凝材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种低脆性水泥基胶凝材料，包括如下原料：铝酸钙水泥、砂和占铝酸钙水泥干粉质量 0.1～10％的高效减水剂，经加水搅拌、成型后于温度为50～100℃、相对湿度为70～100％的条件下蒸汽养护或热水养护而成，养护时间不超过48h。利用该非常规方法得到的低脆性水泥基胶凝材料试件，其抗折强度大于20MPa、抗压强度大于60MPa，折压比大于0.2，相较于传统的铝酸钙水泥基胶凝材料而言，其不需要通过纤维增强材料等进行增强，而得到了较好的韧性，应用范围更为广泛。，下面是低脆性水泥基胶凝材料及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，包括如下原料：铝酸钙水泥、砂和占铝酸钙水泥干粉质量0.1～10％的高效减水剂，经加水搅拌、成型后于温度为50～100℃、相对湿度为70～100％的条件下蒸汽养护或热水养护而成，养护时间不超过48h。
2.根据权利要求2所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述水泥基胶凝材料的水胶比小于0.25。
3.根据权利要求1所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述铝酸钙水泥中Al2O3的含量大于或等于60％。
4.根据权利要求1所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂。
5.根据权利要求4所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述高效减水剂占铝酸钙水泥干粉质量4～6％。
6.根据权利要求1所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述原料还包括占铝酸钙水泥干粉质量0～60％的矿物掺合料。
7.根据权利要求6所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述矿物掺合料包括石英粉、磨细矿渣、硅粉、高钙类或低钙类粉煤灰、火山灰、偏高岭土、硫酸钙中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述矿物掺合料的颗粒粒径范围为0.001μm～30μm。
9.根据权利要求8所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述砂为占铝酸钙水泥干粉质量100～300％的细砂。
10.根据权利要求9所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述水泥基胶凝材料包括如下重量分的原料：铝酸钙水泥100份、细砂120份、高效减水剂4.5份、水22份。
11.根据权利要求9所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述水泥基胶凝材料包括如下重量分的原料：铝酸钙水泥80份、碳酸钙粉20份、细砂120份、高效减水剂4.5份、水
22份。
12.根据权利要求9所述的低脆性水泥基胶凝材料，其特征在于，所述水泥基胶凝材料包括如下重量分的原料：铝酸钙水泥70份、碳酸钙粉20份、粉煤灰10份、细砂120份、高效减水剂4.5份、水22份。
13.根据权利要求1～12任一所述的低脆性水泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于:
配置所述水泥基胶凝材料所需的原料；
将配置好的原料搅拌均匀后浇注到模具中；
带模或拆模后进行蒸汽养护,或拆模后进行热水养护即得到所述低脆性水泥基胶凝材料。
14.根据权利要求13所述的低脆性水泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述蒸汽养护或热水养护的条件为：温度为60～100℃，相对湿度为80～100％，养护时间不超过48h。

说明书全文

低脆性水泥基胶凝材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无机材料技术领域，具体涉及一种高韧性的水泥基胶凝材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 水泥分为硅酸盐水泥、铝酸钙水泥(又称高铝水泥)和硫铝酸盐三大系列，而水泥基胶凝材料是指以水泥作为基础胶凝材料的工程材料，如掺有粉煤灰的硅酸盐水泥系水泥等为常见水泥基胶凝材料。普通水泥基胶凝材料作为一种胶凝材料存在脆性大而韧性不足的缺点，从而大大限制了其应用范围，目前，我国的高等级道路、桥梁交通流量大，对水泥基胶凝材料的质量要求提高，其不仅要求水泥基胶凝材料具有较高的抗压性能及耐久性能，同时还必须具备较高的抗折强度，普通水泥基胶凝材料的折压比一般在1/10～1/20间，目前的普通水泥基混凝土路面的使用情况表明，其难以满足重载交通的需要。现有的水泥基胶凝材料中如硅泥酸盐系水泥基胶凝材料的抗压强度在不断提高,然而抗折强度性能并不理想，其中较为突出的如超高性能混凝土(UHPC)其抗压强度已超过150MPa，但抗折强度小于15MPa，折压比小于0.1，而通过增加纤维材料增强韧性后,其抗折强度也未超过30MPa,其折压比仍然小于0.2，抗折效果并不理想。

[0003] 铝酸钙水泥基胶凝材料，其具有快硬、早期强度高、耐高温、耐酸腐蚀的特性,可以应用在普通硅酸盐水泥混凝土所不宜应用的领域，如有高温、耐火或耐酸腐蚀要求的工程中，或对常温、低温甚至于负温环境下的早期强度有高要求的工程。在现有一些对抗折强度要求较高、且对耐高温或耐腐蚀有较高要求的工程中，为了达到设计要求，不得不增大水泥的用量，或者通过增加钢纤维等纤维聚合物材料或添加聚合物胶粉及乳液等来提高其抗折强度，但这大大提高了材料成本，且聚合物具有引气效果，掺入后导致水泥基胶凝材料抗压性能降低、耐久性能变差，现有技术中还有通过添加具有颗粒分散效果的抗折剂来提高水泥基胶凝材料抗折强度，但实际应用表明其改善效果极为有限。

[0004] 此外，铝酸钙水泥的水化产物在其水化过程中会随外部温度的升高而变化，铝酸钙水泥水化的过程中，当温度低于20℃时，主要水化产物CaO·Al2O3·10H2O，温度在20～30℃时，主要水化产物为2CaO·Al2O3·8H2O，当温度大于30℃时主要水化产物为3CaO·Al2O3·6H2O和Al(OH)3，水解产物的强度随着温度的升高而降低，3CaO·Al2O3·6H2O是铝酸钙水泥的最终稳定的水化产物，随着温度的升高,这些水化产物会朝3CaO·Al2O3·6H2O发生转化；而且,3CaO·Al2O3·6H2O的体积比其它水化产物的体积都小,导致在水化产物发生转化时也伴随着孔隙的产生,从而使水泥硬化体的强度下降。研究表明:几年后铝酸钙水泥的这种水化产物的转化还在进行中。因此,在铝酸盐水泥混凝土的结构设计中,其设计强度取值为其初始强度的1/2。

[0005] 铝酸钙水泥这种随着温度的升高而强度降低的特点，它被建议不宜在高于30℃的温度条件下养护，传统的铝酸钙水泥基胶凝材料也不采用蒸汽养护。

发明内容

[0006] 本发明所解决的技术问题在于提供一种以高铝水泥为基料的低脆性水泥基胶凝材料，以解决传统水泥基胶凝材料脆性大、成本高的问题，得到一种高韧性、高强度、低成本的水泥基胶凝材料。

[0007] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

[0008] 一种低脆性水泥基胶凝材料，包括如下原料：铝酸钙水泥、砂和占铝酸钙水泥干粉质量0.1～10％的高效减水剂，经加水搅拌、成型后于温度为50～100℃、相对湿度为70～100％的条件下蒸汽养护或热水养护而成，养护时间不超过48h。

[0009] 进一步的，所述水泥基胶凝材料的水胶比小于0.25。

[0010] 进一步的，所述铝酸钙水泥中Al2O3的含量大于或等于60％。

[0011] 进一步的，所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂。

[0012] 进一步的，所述高效减水剂占铝酸钙水泥干粉质量4～6％。

[0013] 进一步的，所述原料还包括占铝酸钙水泥干粉质量0～60％的矿物掺合料。

[0014] 进一步的，所述矿物掺合料包括石英粉、磨细矿渣、硅粉、高钙类或低钙类粉煤灰、火山灰、偏高岭土、硫酸钙中的一种或几种。

[0015] 进一步的，所述矿物掺合料的颗粒粒径范围为0.001μm～30μm。

[0016] 进一步的，所述砂为占铝酸钙水泥干粉质量100～300％的细砂。

[0017] 进一步的，所述水泥基胶凝材料包括如下重量分的原料：铝酸钙水泥100份、细砂120份、高效减水剂4.5份、水22份。

[0018] 进一步的，所述水泥基胶凝材料包括如下重量分的原料：铝酸钙水泥80份、碳酸钙粉20份、细砂120份、高效减水剂4.5份、水22份。

[0019] 进一步的，所述水泥基胶凝材料包括如下重量分的原料：铝酸钙水泥70份、碳酸钙粉20份、粉煤灰10份、细砂120份、高效减水剂4.5份、水22份。

[0020] 该低脆性水泥基胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

[0021] 配置所述水泥基胶凝材料所需的原料；

[0022] 将配置好的原料搅拌均匀后浇注到模具中；

[0023] 带模或拆模后进行蒸汽养护,或拆模后进行热水养护即得到所述低脆性水泥基胶凝材料。

[0024] 进一步优选的，所述蒸汽养护或热水养护的条件为：温度为60～100℃，相对湿度为80～100％，养护时间不超过48h。

[0025] 上述低脆性水泥基胶凝材料可应用于需要高抗折强度的构件中。

[0026] 具体的，上述低脆性水泥基胶凝材料可应用于地面砖、幕墙板、柜板、充电桩外壳和手机壳等。

[0027] 上述低脆性水泥基胶凝材料还可应用于需要耐高温、耐火或耐酸腐蚀要求的地方。

[0028] 具体的，所述的低脆性水泥基胶凝材料可应用于高温冶炼炉的耐火保温隔热,石油钻井管的隔热,海洋建筑物的耐海水腐蚀,工业含酸污水管道的内壁等需要有耐酸腐蚀的地方。

[0029] 本发明的原理为：

[0030] 本发明利用3CaO·Al2O3·6H2O是铝酸钙水泥的最终稳定的水化产物且其伴生的水化产物Al(OH)3胶凝和纳米晶体能增加材料韧性的这一特点,将铝酸钙水泥直接置于高温高湿下养护,不经过由低温至高温慢慢转化的过程，直接以更快的速度更好地生成3CaO·Al2O3·6H2O和Al(OH)3胶凝及纳米晶体,减少水泥石中由于水化产物的转换而产生的孔隙对水泥基胶凝材料强度的削减。同时，优化水胶比和组成材料的颗粒级配，以减少铝酸钙水泥石中的孔隙,从而获得很好的强度和抗折效果。

[0031] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

[0032] 1)可得到一种抗折强度大于20MPa、抗压强度大于60MPa，折压比大于0.2的低脆性水泥基胶凝材料，相较于传统的水泥基胶凝材料，其折压比大大增加，具有更好的抗折效果；

[0033] 2)该低脆性水泥基胶凝材料不需要通过纤维、聚合物以及其它材料增强，能有效节省原料、降低造价；

[0034] 3)该低脆性水泥基胶凝材料相较于传统的水泥基胶凝材料其应用范围更广；

[0035] 4)该低脆性水泥基胶凝材料采用高铝水泥，并采用高温蒸汽养护，与传统方式反其道而行之，得到的产品韧性增强，具有意想不到的效果。

具体实施方式

[0036] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

[0037] 实施例

[0038] 低脆性水泥基胶凝材料，按表一准备水胶比试验所需的原料，分别将配置好的原料采用GB/T17671水泥胶砂强度检验方法(ISO法)中的搅拌机搅拌后,浇注入水泥胶砂试模(40x40x160mm三联模)，蒸汽后热水养护后检测其抗折强度和抗压强度，并计算折压比。

[0039] 表一水胶比对低脆性水泥基胶凝材料的影响

[0040]

[0041] 由表一试验结果可知，基于本发明配方的低脆性水泥基胶凝材料在水胶比小于0.25后具有较佳的抗折强度、抗压强度以及折压比。

[0042] 按表二配置实施例1～4所需的原料；分别将配置好的原料搅拌均匀后浇注入水泥胶砂试模(40x40x160mm三联模)，拆模后进行蒸汽养护或热水养护即得到所述低脆性水泥基胶凝材料试件，对照例为3个，对照例1为钢纤维增强UHPC试件、对照例2为耐碱玻璃纤维增强UHPC试件、对照例3为玄武岩纤维增强UHPC试件，实施例1～4以及对照例1～3均采用GB/T17671水泥胶砂强度检验方法检测抗折强度和抗压强度，然后计算折压比。

[0043] 表二低脆性水泥基胶凝材料和对照例的原料配比及性能检测表

[0044]

[0045] 由表二结果可知，基于本发明配方的低脆性水泥基胶凝材料其抗压强度和抗折强度较传统铝酸盐水泥基材料有了很大提升，基于本发明配方的不通过纤维增强的低脆性水泥基胶凝材料其抗压强度低于三种纤维增强UHPC，然而折压比远远高于三种纤维增强UHPC，且基于本发明配方的进而通过纤维增强的低脆性水泥基胶凝材料其抗压强度、抗折强度以及折压比表现更好。

[0046] 按照表三，按照表中实施例配比配置成所需的水泥基胶凝材料，成型后在不同温度条件下进行热水养护，养护时间设定在36小时。测定其抗折强度和抗压强度，并计算折压比，可以看到，在不同的温度养护下，水泥基胶凝材料具有较高的折压比，性能优异。

[0047] 表三不同养护温度下的低脆性水泥基胶凝材料性能检测表

[0048]

[0049] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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