轻质高强水泥基复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属混凝±技术领域，设及轻质高强水泥基复合材料。
【背景技术】
[0002] 现代混凝±作为人造建筑材料已有170多年的历史。在生产实践过程中，随着 技术水平的提高，为了解决普通混凝±质量大的缺点，人们逐渐开发出了混凝±的新品种 一一轻质混凝±。由于轻质混凝±是一种比强度高，保溫耐火，抗震性能好等新型混凝±， 可广泛应用在各种工业与民用建筑等构筑物上，具有很好的技术经济价值，所W自上世纪 60年代W来在世界各国获得了长足的发展和应用，成为建筑材料工业中发展最快的轻质高 强的新型建筑材料之一。在轻质混凝±的发展初期，由于其强度较低且人们对其力学性质 研究较少，使其应用的范围有所局限。随着研究的深入、高强轻集料即高强陶粒的问世。人 们利用高强陶粒配制出了密度等级为1600~1900,强度等级在C20W上的，广泛用于结构 的高强轻集料混凝±。运种轻质混凝±的出现对于解决大跨度桥梁、海工构筑物和高层建 筑等降低自重提高经济性具有重要意义。我国在轻质高强水泥基复合材料的研究起步较 晚，由于受到轻骨料自身强度的约束、低用水量下材料的工作性差W及成本高等原因推广 受到限制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种轻质高强水泥基复合材料，通过对多元胶凝材料的颗粒 级配和骨料的颗粒级配进行优化，并通过减水剂等化学外加剂的使用，使材料能够在取得 等于或低于1650kg/m3容重的同时达到20MPa或更高的强度，同时具有合适的流动性确保 材料正常施工。
[0004] 本发明的轻质高强水泥基复合材料，包含胶凝材料、骨料、外加剂和水，其特征是： 所述胶凝材料为水泥和矿物渗合料，所述水泥为强度等级为42. 5及W上的P?I、P?II或 P?〇代号水泥，所述矿物渗合料为娃灰、粉煤灰或矿粉的两种或=种材料组合；所述骨料包 括表观密度小于1800kg/m3的轻质骨料或者表观密度为1800~2800kg/m3普通骨料和轻质 骨料的组合；所述外加剂剂为减水剂、消泡剂、增稠剂、早强剂、缓凝剂或减缩剂的一种或者 几种的组合；
[0005] 其中，水泥用量占轻质高强水泥基复合材料体积的5~40%，所述矿物渗合料占 轻质高强水泥基复合材料体积的5~40% ;所述骨料占轻质高强水泥基复合材料体积的 30 ~80% ;
[0006] 所述胶凝材料各组分的配比分数通过理想堆积曲线和胶凝材料各组分的粒径累 计分布曲线进行数值分析计算；
[0007] 1)所述理想堆积曲线公式为：
[000引 Psd=A+(IOO-A) ? (d/Dmax)。/26;
[0009] 其中，Pgd为颗粒通过筛孔的百分比，A为经验常数，d为筛孔直径，Dm。、为颗粒的最 大粒径；
[0010] 经验常数A的取值根据轻质高强水泥基复合材料的设计巧落度或设计扩展度要 求通过公式确定：
[0011]当220mm时，A= 5 ?H/H〇，
[0012] 当H> 220mm时，A= 5 ?化-H) /Ho,
[0013]L为扩展度设计值，H为巧落度设计值，H。为巧落度桶的高度300mm;
[0014] 2)胶凝材料各组分的粒径累计分布曲线：
[0015] 对胶凝材料中所需的组分水泥、娃灰、粉煤灰和矿粉经测试的得到各自累计分布 曲线f。(d)、fSf(d)、ffa(d)和fbs(d);
[0016] 3)数值分析计算如下：
[0017]设水泥占胶凝材料总量的体积分数为X。、娃灰占胶凝材料总量的体积分数为Xgf、 粉煤灰占胶凝材料总量的体积分数为Xf。和矿粉占胶凝材料总量的体积分数为Xb.，且满足 XcG[0. 111,0. 889]、狂Sf巧fa巧bs)E[0. 111,0. 889]、Xc巧Sf巧fa巧bs= 1 ;
[0018] 设定混合后胶凝材料的粒径累计分布曲线为：
[0019] P=Xcf。(d)+XsffSf(d)+Xfaffa(d)+Xbsfbs(d)，
[0020] 对各组分的体积分数Xc、Xsf、Xfa和XbsW0.OOl~0.Ol为步长，在各自的取值范 围内穷举计算P，比较曲线P和Psd,计算相同纵坐标所对应的横坐标粒径d的标准差，取标 准差最小的X。、Xgf、Xf。和XJt作为胶凝材料的各组分配比分数；实际计算时舍去相应不采 用的胶凝材料的相关分数和分布曲线；
[0021] 水的用量与胶凝材料的质量比W/B为0. 1~0.5,其中W表示水的用量，B表示胶 凝材料质量；
[0022] 按计算所得配比配制的轻质高强水泥基复合材料拌和后，流动性性能如下：
[0023]巧落度GB/T50080: ^IOmm；
[0024]或扩展度GB/T50080: > 450mm;
[00巧]扩展度的值只有在高流动度即巧落度> 220mm时才测试，此时混凝±流动性W扩 展度为准；
[0026] 材料硬化后性能如下：
[0027] 抗压强度，标准养护28d: ^ 20MPa；
[0028]容重：《1650kg/m3。
[0029] 本发明的轻质高强水泥基复合材料，包含胶凝材料、细骨料、外加剂和水，其特征 是：所述胶凝材料为水泥和矿物渗合料，所述水泥为强度等级为42. 5及W上的P?I、P?II 或P? 0代号水泥；本发明不排除在特殊情况下，使用其他类型的水泥依照本发明所述的方 法进行制备高性能水泥基抗冲磨材料；所述矿物渗合料为娃灰、粉煤灰或矿粉的两种或= 种材料组合；
[0030] 作为优选的技术方案：
[0031] 如上所述的轻质高强水泥基复合材料，所述纵坐标依最大值100%等分选取，至少 取5个值。
[0032] 如上所述的轻质高强水泥基复合材料，所述的W/B为0. 12至0. 28。
[0033] 如上所述的轻质高强水泥基复合材料，所述水泥符合国标《通用娃酸盐水泥》 GB175;所述娃灰符合《砂浆和混凝±用娃灰》GB/T27690;所述粉煤灰符合《用于水泥和混 凝±的粉煤灰》GB/T1596;所述矿粉符合《用于水泥和混凝±中的粒化高炉矿渣粉》GB/T 18046;水符合《混凝±用水标准》JGJ63。
[0034] 如上所述的轻质高强水泥基复合材料中的轻质骨料为玻化微珠、膨胀珍珠岩、膨 胀矿渣、膨胀黏±、浮石、赔石、轻质陶粒、聚苯颗粒的一种或几种组合，所述普通骨料为天 然砂、人工砂的一种或几种组合；所述骨料与所述胶凝材料的体积比为0. 5~4. 0。
[0035] 对于使用两种或两种W上骨料时，骨料的比例通过理想堆积曲线和各种骨料的累 计分布曲线进行数值分析计算；
[0036] 1)所述堆积曲线公式为：
[0037] PsdA= B+(IOO-B) ? (CUzKJ "/26;
[0038] 其中，为骨料颗粒通过筛孔的百分比，B为骨料经验常数，CU为骨料筛孔直径， Da"。、为骨料颗粒的最大粒径；
[0039] 经验常数B的取值根据轻质高强水泥基复合材料的巧落度或扩展度要求通过公 式确定：
[0040]当220mm时，B= 5 ?H/H〇，
[0041] 当H> 220mm时，B= 5 ?化-H) /Ho,
[0042]L为扩展度设计值，H为巧落度设计值，H。为巧落度桶的高度300mm;
[0043] 2)各种骨料的颗粒累计分布曲线：
[0044] 对各种骨料筛分测试得到各自的累计分布曲线fA"(d);
[004引fAn(d)为n# 骨料，n= 1 ~10 ;
[0046] 3)数值分析计算如下：
[0047] 设n#骨料占骨料总量的体积分数为Xa。，且满足EXa。= 1;
[0048] 设定混合后骨料的粒径累计分布曲线为：
[0049] Pa=EXAnfAn (d);
[0050] 对各组分的体积分数Xa。W0.OOl~0. 05为步长，在各自的取值范围内穷举计算 Pa,比较曲线Pa和P 计算相同纵坐标所对应的横坐标粒径dA的标准差，取标准差最小的 Xa。值作为骨料的各组分配比分数。
[0051] 如上所述的轻质高强水泥基复合材料，所述纵坐标依最大值100%等分选取，至少 取5个值。
[0052] 如上所述的轻质高强水泥基复合材料，所述轻质高强水泥基复合材料中所述外加 剂为减水剂、消泡剂、增稠剂、早强剂、缓凝剂和减缩剂一种或者几种的组合，减水剂选用减 水率25%W上的减水剂，渗量为所述胶凝材料质量的0. 5%~5%，消泡剂渗量为胶凝材料 质量的0. 08%~2%，增稠剂渗量为胶凝材料质量的0. 005%~0. 5%，早强剂渗量为胶凝 材料质量的0.Ol~5%，缓凝剂渗量为水泥材料质量0. 005%~1. 5%，减缩剂渗量为胶凝 材料质量的0. 1 %~5%。
[0053] 减水剂主要包括聚簇酸混凝±超塑化剂，也不排除其他能够促进胶凝材料分散的 超塑化剂。所述减水剂可包含溶液形式和固体形式。
[0054] 消泡剂主要包括聚酸类、高碳醇类、有机娃类、聚酸改性娃等类型的消泡剂。所述 消泡剂可包含溶液形式、固体形式或优选树脂形式、油状形式或乳液形式。
[00巧]增稠剂主要包括纤维素衍生物，如甲基纤维素、径甲基纤维素、乙基纤维素、径乙 基纤维素；天然高分子及其衍生物，如淀粉、明胶、海藻酸钢、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉 伯树胶、黄原胶；无机增稠剂，如钢基膨润±、娃藻±;合成高分子，如聚丙稀锐胺、改性石 蜡树脂、聚丙締酸。可使用W上试剂的混合物。
[0056] 早强剂主要包括：钢盐、巧盐W及有机物，如S乙醇胺、尿素。
[0057] 缓凝剂主要包括：多径基化合物、径基簇酸盐及其