本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，尤其涉及一種超高韌性工程材料混合料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、超高韌性工程材料是纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的一種，也是超高性能混凝土的一種，其相比于常規(guī)混凝土具有更高的承載性、韌性和耐久性，且超高韌性工程材料變形行為與鋼筋更為接近，因此被認(rèn)為是未來高性能長壽命結(jié)構(gòu)和重大基礎(chǔ)設(shè)施中最有前途的工程材料。超高韌性工程材料的設(shè)計(jì)是基于顆粒最緊密堆積原理和纖維增強(qiáng)機(jī)理，顆粒之間和堆積空隙被膠凝材料漿體粘結(jié)和填充，纖維起到復(fù)合增強(qiáng)、應(yīng)力傳遞和橋聯(lián)作用。

2、傳統(tǒng)超高韌性工程材料的制備方法，主要是采用精細(xì)化配制的連續(xù)級(jí)配石英砂、石英粉為支撐骨架相，高摻量水泥、高細(xì)度粉煤灰和硅灰為膠凝相和填充相，鋼纖維為增強(qiáng)相，高性能減水劑和低用量拌合水為分散相，通過高效攪拌拌合制成漿體，再澆筑、養(yǎng)護(hù)制成現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)或預(yù)制部品。隨著現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施工程結(jié)構(gòu)向交通不便的偏遠(yuǎn)和環(huán)境惡劣地區(qū)發(fā)展，對(duì)超高韌性工程材料的需求也越來越多。盡管如此，在傳統(tǒng)拌合站拌合超高韌性工程材料漿體、再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑和施工，或?qū)⒊唔g性工程材料制成大型預(yù)制部品等方式對(duì)交通運(yùn)輸要求較高，而偏遠(yuǎn)和環(huán)境惡劣地區(qū)的漿體攪拌車或大型預(yù)制部品很難運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)?；诖?，行業(yè)從業(yè)者開始重點(diǎn)發(fā)展超高韌性工程材料混合料，混合料在工廠進(jìn)行干法預(yù)混合，再袋裝運(yùn)至工程現(xiàn)場(chǎng)，再現(xiàn)場(chǎng)與水和減水劑拌合后使用。

3、理想的超高韌性工程材料混合料要求各組分原料顆粒粒形近球形、粒徑小且級(jí)配好，纖維超均勻分散，但是工廠干法預(yù)混合法因要求原料質(zhì)量好、原料倉多、配料復(fù)雜、物料計(jì)量和混合難度大，以致所制備的超高韌性工程材料混合料普遍存在無法引入粗骨料、各組分物料分散不好、分布不均問題，導(dǎo)致混合料質(zhì)量性能波動(dòng)較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決目前工廠干法預(yù)混合法所制備的超高韌性工程材料混合料普遍存在無法引入粗骨料、各組分物料分散不好、分布不均等導(dǎo)致的混合料使用時(shí)質(zhì)量難于控制、波動(dòng)較大問題，提出一種超高韌性工程材料混合料及其制備方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

3、一種超高韌性工程材料混合料，包括以下按物料干基質(zhì)量百分比計(jì)的組分原料：40％～50％的高鈦重礦渣碎石，25％～35％的高鈦重礦渣砂，15％～20％的硅酸鹽水泥熟料粉，3％～4％的鋰渣粉，3.5％～4.0％的硅灰和1.5％～2.0％的短切纖維。

4、進(jìn)一步的，所述超高韌性工程材料混合料顆粒全部在10mm以下，其中5mm～10mm顆粒占比20％～25％、小于0.045mm顆粒占比30％～40％，剩下顆粒大于0.045mm小于5mm，且混合料均勻度大于90％。

5、進(jìn)一步的，所述超高韌性工程材料混合料與占混合料質(zhì)量百分比6％～8％的水拌合后，形成的漿體坍落度250～280mm、擴(kuò)展度大于600～650mm，養(yǎng)護(hù)28天的硬化體抗壓強(qiáng)度120～140mpa、抗折強(qiáng)度15～20mpa。

6、進(jìn)一步的，所述高鈦重礦渣碎石顆粒尺寸大小10mm～20mm，其化學(xué)組成中tio2質(zhì)量百分含量≥20％。

7、進(jìn)一步的，所述高鈦重礦渣砂顆粒尺寸小于5mm，其中小于0.045mm顆粒質(zhì)量占比不低于10％；其化學(xué)組成中tio2質(zhì)量百分含量≥20％。

8、進(jìn)一步的，所述硅酸鹽水泥熟料粉0.045mm以下顆粒質(zhì)量百分含量大于80％。

9、進(jìn)一步的，所述鋰渣粉化學(xué)組成中so3含量不低于15％，礦物組成中二水石膏含量不低于30％。

10、進(jìn)一步的，所述硅灰為sf90硅灰。

11、進(jìn)一步的，所述短切纖維為短切玄武巖纖維、短切碳纖維、短切聚丙烯纖維、短切聚乙二醇纖維中的任意一種或兩種及以上的混合物。

12、本發(fā)明還提供一種超高韌性工程材料混合料的制備方法，將高鈦重礦渣碎石、高鈦重礦渣砂、硅酸鹽水泥熟料粉、鋰渣粉、硅灰、短切纖維按一定比例混合后置于無粉磨介質(zhì)的磨機(jī)中自破碎和自粉磨，并噴入分散劑后得到超高韌性工程材料混合料。

13、進(jìn)一步的，所述分散劑占進(jìn)磨原料質(zhì)量6‰

14、進(jìn)一步的，所述分散劑為高性能聚羧酸減水劑、三乙醇胺、二乙醇單異丙醇胺、三異丙醇胺、氧化石墨烯分散液的混合物，其中高性能聚羧酸減水劑質(zhì)量百分含量不小于90％。

15、本發(fā)明具有如下有益效果：

16、1、本發(fā)明改變以往超高韌性工程材料混合料制造過程僅僅依靠干式混合機(jī)的混合作用，則既能引入粗骨料，還可在混合料制造過程中進(jìn)行粗顆粒的破碎和研磨，使得不同尺寸的各物料顆粒同步整形、顆粒細(xì)化和級(jí)配優(yōu)化，從而解決了各組分物料分散不好、分布不均，導(dǎo)致混合料質(zhì)量性能波動(dòng)較大的問題。

17、2、本發(fā)明提供的超高韌性工程材料混合料，除硅酸鹽水泥熟料粉和短切纖維外的其他原料全部為固體廢棄物，固廢含量最高可達(dá)88％，因此具有綠色低碳環(huán)保屬性。

18、3、本發(fā)明提供的超高韌性工程材料混合料的制備方法，使用了無粉磨介質(zhì)的磨機(jī)，使得制備過程中除混合過程外，還引入了自破碎和自粉磨過程，對(duì)混合料的各原料顆粒粒徑、級(jí)配要求大幅降低，配料和加工過程大幅簡化，且所制備的混合料物料顆粒分散性、顆粒分布以及各原料顆粒分布均勻性均得到大幅提升。

19、4、本發(fā)明提供的超高韌性工程材料混合料的制備方法，制備過程中磨機(jī)中未使用任何粉磨介質(zhì)，高鈦重礦渣碎石和高鈦重礦渣砂被作為自破碎和自粉磨介質(zhì)：一是，顆粒直接相互摩擦，使得顆粒粒形更為圓潤，顆粒球形度和圓形度更好；二是，自破碎和粉磨過程中，混合料顆粒級(jí)配得到進(jìn)一步優(yōu)化；三是，各種物料分散性和分布均勻度大幅提升。

20、5、本發(fā)明提供的超高韌性工程材料混合料，可直接袋裝運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)使用，使用過程中只需要按物料質(zhì)量百分比加入拌合水，運(yùn)輸方便，使用簡單。

21、6、本發(fā)明提供的超高韌性工程材料混合料，還含有鋰渣，鋰渣中含有較多的二水石膏，可以激發(fā)水泥熟料水化，同時(shí)鋰渣參與水化能夠形成膨脹性的水化產(chǎn)物，從而有效降低超高韌性工程材料的自收縮。

技術(shù)特征：

1.一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，包括以下按物料干基質(zhì)量百分比計(jì)的組分原料：40％～50％的高鈦重礦渣碎石，25％～35％的高鈦重礦渣砂，15％～20％的硅酸鹽水泥熟料粉，3％～4％的鋰渣粉，3.5％～4.0％的硅灰和1.5％～2.0％的短切纖維。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，所述超高韌性工程材料混合料顆粒全部在10mm以下，其中5mm～10mm顆粒占比20％～25％、小于0.045mm顆粒占比30％～40％，剩下顆粒大于0.045mm小于5mm，且混合料均勻度大于90％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，所述超高韌性工程材料混合料與占混合料質(zhì)量百分比6％～8％的水拌合后，形成的漿體坍落度250～280mm、擴(kuò)展度大于600～650mm，養(yǎng)護(hù)28天的硬化體抗壓強(qiáng)度120～140mpa、抗折強(qiáng)度15～20mpa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，所述高鈦重礦渣碎石顆粒尺寸大小10mm～20mm，其化學(xué)組成中tio2質(zhì)量百分含量≥20％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，所述高鈦重礦渣砂顆粒尺寸小于5mm，其中小于0.045mm顆粒質(zhì)量占比不低于10％；其化學(xué)組成中tio2質(zhì)量百分含量≥20％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，所述硅酸鹽水泥熟料粉0.045mm以下顆粒質(zhì)量百分含量大于80％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，所述鋰渣粉化學(xué)組成中so3含量不低于15％，礦物組成中二水石膏含量不低于30％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，所述硅灰為sf90硅灰。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超高韌性工程材料混合料，其特征在于，所述短切纖維為短切玄武巖纖維、短切碳纖維、短切聚丙烯纖維、短切聚乙二醇纖維中的任意一種或兩種及以上的混合物。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述一種超高韌性工程材料混合料的制備方法，其特征在于，將高鈦重礦渣碎石、高鈦重礦渣砂、硅酸鹽水泥熟料粉、鋰渣粉、硅灰、短切纖維按一定比例混合后置于無粉磨介質(zhì)的磨機(jī)中自破碎和自粉磨，并噴入分散劑后得到超高韌性工程材料混合料。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種超高韌性工程材料混合料的制備方法，其特征在于，所述分散劑占進(jìn)磨原料質(zhì)量6‰。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種超高韌性工程材料混合料的制備方法，其特征在于，所述分散劑為高性能聚羧酸減水劑、三乙醇胺、二乙醇單異丙醇胺、三異丙醇胺、氧化石墨烯分散液的混合物，其中高性能聚羧酸減水劑質(zhì)量百分含量不小于90％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超高韌性工程材料混合料及其制備方法，包括以下按物料干基質(zhì)量百分比計(jì)的組分原料：40％～50％的高鈦重礦渣碎石，25％～35％的高鈦重礦渣砂，15％～20％的硅酸鹽水泥熟料粉，3％～4％的鋰渣粉，3.5％～4.0％的硅灰和1.5％～2.0％的短切纖維。本發(fā)明超高韌性工程材料混合料顆粒全部在10mm以下，其中5mm～10mm顆粒占比20％～25％，小于0.045mm顆粒占比30％～40％，剩下顆粒大于0.045mm小于5mm，且混合料均勻度大于90％。本發(fā)明制備的超高韌性工程材料混合料與混合料質(zhì)量百分比6％～8％的水拌合后，形成的漿體坍落度250～280mm、擴(kuò)展度大于600～650mm，養(yǎng)護(hù)28天的硬化體抗壓強(qiáng)度120～140MPa、抗折強(qiáng)度15～20MPa。

技術(shù)研發(fā)人員：田向明,侯莉,蔡遠(yuǎn)鵬,李軍,謝小強(qiáng),李旭東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川綿陽富臨建筑材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14