一种改性化学纤维增强混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土，具体涉及一种改性化学纤维增强混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、混凝土通常呈现脆性破坏，而纤维可提高混凝土得裂后延性，改善混凝土的力学性能。纤维混凝土是近年来迅速发展的新型复合材料，其中尤以聚丙烯纤维混凝土发展最快，它以优良的抗渗、抗冻、抗冲磨、抗冲击等性能而广泛用于公路、机场、桥梁、水工、建筑等领域。

2、预制混凝土构件早期抗裂性能是装配式建筑重要的性能指标。根据目前国内外研究成果和应用实践，采用低掺量的化学纤维混凝土即可解决上述问题。但是，由于化学纤维每公斤数量高达数千根，使用其制备混凝土时，化学纤维与混凝土基体之间的界面粘结强度偏低，且容易产生空隙，从而影响混凝土的工作性能。因此，需通过进一步研发，克服化学纤维的不利影响，在提高构件性价比的前提下保持较低的生产成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改性化学纤维增强混凝土及其制备方法，解决了化学纤维与混凝土基体之间的界面粘结强度偏低的问题，在较小的改性化学纤维掺量下，即可使改性化学纤维增强混凝土抗裂性能好，且强度高，同时混凝土生产成本低。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种改性化学纤维增强混凝土，包括以下原料：混凝土基料、改性化学纤维；所述改性化学纤维为水滑石包覆化学纤维。

4、优选的，所述改性化学纤维的加入量为混凝土基料质量的0.8-1.5％。

5、优选的，所述水滑石包覆化学纤维的制备方法包括以下步骤：向反应釜中加入水和化学纤维，搅拌分散并升温至50-55℃，然后边搅拌边同时向反应釜中滴加混合盐溶液和碱液，滴加过程中，控制ph在9-9.5之间，滴加完毕后，密闭反应釜，升温至80-85℃继续搅拌9-11h，再进行离心分离、水洗、干燥，获得水滑石包覆化学纤维；

6、所述混合盐溶液为含有mg2+、al3+的混合盐溶液，所述mg2+、al3+的摩尔比为2.5-3.1：1。

7、优选的，所述al3+在混合盐溶液中的摩尔浓度为0.1-0.3mol/l；

8、所述碱液中包含氢氧化钠和碳酸钠，氢氧化钠的摩尔浓度为0.2-0.3mol/l，碳酸钠的摩尔浓度为0.1-0.2mol/l；

9、所述化学纤维与水、混合盐溶液的质量体积比为1kg：90-130l：300-550l；

10、所述滴加的时间为50-80min；所述搅拌的转速为200-300r/min。

11、优选的，所述边搅拌边同时向反应釜中滴加混合盐溶液和碱液时，还进行超声处理，超声功率为300-500w。

12、优选的，所述混合盐溶液中还含有zn2+、ca2+、fe3+，所述zn2+、ca2+、fe3+与al3+的摩尔比为1-1.3：0.5-0.8：0.5-0.7：1。

13、优选的，所述化学纤维为、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或聚乙烯醇纤维；所述化学纤维的直径为15-25μm，长度为8-13mm。

14、优选的，所述改性化学纤维增强混凝土还包括以下原料：硅灰、石灰石粉、明矾石粉；

15、所述硅灰、石灰石粉、明矾石粉的质量比为10：3-7：0.2-0.8；

16、所述硅灰、石灰石粉、明矾石粉的粒度均≤300目；

17、所述硅灰、石灰石粉、明矾石粉的总加入量为混凝土基料质量的1.2-1.7％。

18、优选的，所述混凝土基料由水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、减水剂、水按质量比100：25-40：200-240：180-210：0.5-0.9：45-54混合制成；

19、所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰；所述粗骨料为5-10mm连续级配碎石；所述细骨料为河砂；所述减水剂为聚羧酸减水剂。

20、作为一个总的发明构思，本发明提供了一种改性化学纤维增强混凝土的制备方法，包括以下步骤：将水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料混合均匀后，加入水和减水剂搅拌均匀，得到混凝土基料；然后向混凝土基料中加入包含改性化学纤维的其它原料，搅拌均匀，即得所述改性化学纤维增强混凝土。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明在制备纤维增强混凝土时，对化学纤维采用水滑石包覆改性，包覆在化学纤维表面的水滑石与水泥反应生成钙镁硅酸盐凝胶材料等，提升了化学纤维与混凝土基体之间的界面粘结强度，使化学纤维能够与混凝土基体牢固连接，且水滑石与水泥反应后，可有效填充混凝土中的微裂缝和孔隙，可使化学纤维与混凝土基体之间的空隙减少，因此采用水滑石包覆改性化学纤维，可有效发挥化学纤维的桥架作用，抑制混凝土塑性收缩，从而提高混凝土抗裂性能，并能对混凝土补强。另外，采用水滑石包覆改性化学纤维还可增强化学纤维的分散性。

23、本发明在采用双滴法进行制备水滑石包覆化学纤维，并各阶段控制适宜的温度、时间、ph值、各金属元素摩尔比等参数，可使化学纤维表面较好的包覆水滑石。另外，在制备水滑石包覆化学纤维时，在滴加混合盐溶液和碱液时，还进行超声处理，使制备得到的水滑石包覆化学纤维表面粗糙度有所提升，增强了与混凝土基体的粘结力，使制备得到的纤维增强混凝土具有更高的抗裂性能以及强度。

24、本发明通过研究发现，制备的锌钙铁铝镁水滑石包覆化学纤维相对于铝镁水滑石包覆化学纤维，其可更有效的提升混凝土的抗裂性能以及强度。

25、本发明纤维增强混凝土在加入水滑石包覆化学纤维的基础上，还加入适宜质量比的硅灰、石灰石粉、明矾石粉，可增加凝胶物质的产生，使纤维与混凝土之间的粘结力更强，且进一步填充混凝土基体中以及纤维与混凝基体之间的微细空隙，使混凝土整体结构更加稳定，使纤维增强升混凝土具有更佳的强度以及抗裂性能等。

26、本发明解决了化学纤维与混凝土基体之间的界面粘结强度偏低的问题，在较小的改性化学纤维掺量下，即可使改性化学纤维增强混凝土抗裂性能好，且强度高，同时混凝土生产成本低。

技术特征：

1.一种改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，包括以下原料：混凝土基料、改性化学纤维；所述改性化学纤维为水滑石包覆化学纤维。

2.根据权利要求1所述的改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，所述改性化学纤维的加入量为混凝土基料质量的0.8-1.5％。

3.根据权利要求1所述的改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，所述水滑石包覆化学纤维的制备方法包括以下步骤：向反应釜中加入水和化学纤维，搅拌分散并升温至50-55℃，然后边搅拌边同时向反应釜中滴加混合盐溶液和碱液，滴加过程中，控制ph在9-9.5之间，滴加完毕后，密闭反应釜，升温至80-85℃继续搅拌9-11h，再进行离心分离、水洗、干燥，获得水滑石包覆化学纤维；

4.根据权利要求3所述的改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，所述al3+在混合盐溶液中的摩尔浓度为0.1-0.3mol/l；

5.根据权利要求3所述的改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，所述边搅拌边同时向反应釜中滴加混合盐溶液和碱液时，还进行超声处理，超声功率为300-500w。

6.根据权利要求3所述的改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，所述混合盐溶液中还含有zn2+、ca2+、fe3+，所述zn2+、ca2+、fe3+与al3+的摩尔比为1-1.3：0.5-0.8：0.5-0.7：1。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，所述化学纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或聚乙烯醇纤维；所述化学纤维的直径为15-25μm，长度为8-13mm。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，所述改性化学纤维增强混凝土还包括以下原料：硅灰、石灰石粉、明矾石粉；

9.根据权利要求1-6中任一项所述的改性化学纤维增强混凝土，其特征在于，所述混凝土基料由水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、减水剂、水按质量比100：25-40：200-240：180-210：0.5-0.9：45-54混合制成；

10.一种如权利要求9所述的改性化学纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料混合均匀后，加入水和减水剂搅拌均匀，得到混凝土基料；然后向混凝土基料中加入包含改性化学纤维的其它原料，搅拌均匀，即得所述改性化学纤维增强混凝土。

技术总结本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种改性化学纤维增强混凝土及其制备方法，改性化学纤维增强混凝土包括以下原料：混凝土基料、改性化学纤维；改性化学纤维为水滑石包覆化学纤维，水滑石包覆化学纤维的制备方法包括以下步骤：向反应釜中加入水和化学纤维，搅拌分散升温，然后边搅拌边同时向反应釜中滴加混合盐溶液和碱液，滴加完毕后，密闭反应釜，升温继续搅拌，再进行离心分离、水洗、干燥；本发明解决了化学纤维与混凝土基体之间的界面粘结强度偏低的问题，在较小的改性化学纤维掺量下，即可使改性化学纤维增强混凝土抗裂性能好，且强度高，同时混凝土生产成本低。技术研发人员：张凯,陈望能,陈宝珍,濮利荣受保护的技术使用者：江苏金海宁新型建材科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5