一种含有改性聚丙烯纤维的抗裂混凝土

本发明涉及混凝土，具体涉及一种抗裂混凝土，更具体涉及含有改性聚丙烯纤维的混凝土。

背景技术：

1、开裂是混凝土最常见的问题，因为新制备的混凝土的凝固过程是一个由塑性转变为刚性的过程，由于表层的凝固快，水分蒸发迅速，凝固产生的热量可以迅速被带走，使得表面温度变化较小，而内部水分蒸发较慢，热量难以及时散发，后续过程由于热胀冷缩的作用，内部收缩受到表层混凝土的限制，所以就到导致裂缝的形成。裂缝形成原因可总结为温度裂缝和收缩裂缝，温度裂缝由温差导致的热胀冷缩导致，收缩裂缝由混凝土凝固、水分蒸发带来的体积变化导致。开裂一方面会使混凝土的结构强度下降，尤其是用作桥梁、水坝等用途时候将产生极大的安全隐患；此外，裂缝的存在会降低混凝土抵抗外界条件侵蚀的能力，例如水或者容有化学物质的液体进入裂缝，会加剧混凝土的冻融破坏，造成多的裂缝或孔洞，混凝土的耐久性就会随之下降。

2、在解决此类问题的时候，古人已经采用了很多行之有效的方法，例如在泥浆中添加稻草、毛发等 纤维物质以解决土墙开裂和强度不高的问题；如今，工程人员借鉴了古人的智慧，为了解决混凝土的开裂问题，在其中加入纤维的技术已经被研究了二十多年。例如聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维等，相应地人们研究出了如尼龙纤维混凝土、聚乙烯增强混凝土、高弹性模量聚乙烯醇纤维（pva）混凝土、聚丙烯纤维混凝土等产品。从近年来的研究资料可知，聚丙烯纤维增强混凝土是目前研究最多应用最广泛的纤维增强混凝土材料。聚丙烯纤维（pp纤维）是由丙烯聚合合成的一种具有规整结构的聚合材料，与其他纤维相比，聚丙烯纤维具有化学性质稳定，不易与大多数化学物质反应、健康安全、成本合理的优点，而且在环境中也不会造成污染。但是其用于混凝土中也存在一些缺陷，例如聚丙烯表面极其光滑而且疏水，这导致聚丙烯纤维在混凝土中的分散性较差，搅拌困难，纤维容易团聚，其与水性体系和亲水体系的相容性较差，界面之间附着力小，纤维在受力时候容易拔出，造成强度低等缺陷。专利202111402532.4在使用聚丙烯纤维和钢纤维时候，“环氧树脂胶粘接剂喷涂在钢纤维表面，再将聚丙烯纤维按照比例粘接在钢纤维表面”以解决聚丙烯分散差的缺陷。纤维在混凝土中不能充分均匀分布, 不仅不能起到预期的有益作用,反而形成局部缺陷。这也是目前聚丙烯纤维亟待解决的问题。

3、专利202311474088.6使用烯丙基三乙氧基硅烷对聚丙烯纤维进行改性，通过将烯丙基三乙氧基硅烷分散在5～20% 乙醇水溶液中，加入聚丙烯纤维，然后加入过氧化二异丙苯作为引发剂，加热至90～95℃反应30～60 min，然后取出纤维，用蒸馏水洗涤3～6次，丙酮萃取4～8 h，烘干得到改性聚丙烯纤维。专利公开“将聚丙烯纤维通过硅烷浸泡处理和接枝硅烷处理，能够有效改善纤维在混凝土中的分散性能，增强纤维与基体间的粘结性能”。这种接枝处理的效率以及成本都显然存在弊端，尤其是进行大量操作的时候，这种浸泡、接枝、洗涤、萃取等复杂操作很难进行，聚丙烯纤维的尺寸极小，绒毛状，洗涤、过滤、烘干实际操作都存在极大难度，复杂的接枝过程会造成严重的原料浪费，所用到大量的试剂和废水也会间接增加生产成本，有毒废水的处理也给环境带来极大的危害，更何况接枝效果也难以保证。

4、专利202110246347.4采用丙烯酸和木质素磺酸盐改性聚丙烯，同样通过接枝手段，专利公开如下步骤“将聚丙烯纤维加入过氧化二苯甲酰的二甲苯溶液中，在氮气气氛保护下，在50～60℃的条件下恒温搅拌30～60min，然后蒸馏分离去除二甲苯和残余溶液，然后加入丙烯酸溶液，并升温至70～90℃，恒温反应60～90min，然后取出固体反应物，水洗，再用丙酮浸泡、过滤，45～60℃下烘干至恒重，得到丙烯酸共聚改性聚丙烯纤维”；然后通过类似操作再进行木质素磺酸盐的接枝。这种操作过程同样复杂，而且接枝操作重复两次进行。专利201710534076.6通过丙烯酸、5-羧基苯并噻唑进行类似的接枝改性。

5、因此，如何更为绿色、环保、低成本地解决聚丙烯纤维的疏水性从而解决聚丙烯纤维在混凝土中的分散性较差，搅拌困难，纤维容易团聚，其与水性体系和亲水体系的相容性较差，界面之间附着力小，纤维在受力时候容易拔出，造成强度低的问题是亟待解决的技术问题。虽然现有技术提供了改性的方案，但是可以看出，其仍然存在诸多缺陷。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种改性聚丙烯纤维混凝土，其特征在于，包括如下按重量份数计的组分：

2、粗骨料950-1150份；

3、细骨料800-950份；

4、水泥210-350份；

5、粉煤灰75-95份；

6、异形钢纤维40-70份；

7、丙烯酸共聚改性聚丙烯纤维3-10份；

8、聚羧酸减水剂1-3份；

9、uea膨胀剂0.1-1份；

10、水200-300份；

11、其中，丙烯酸共聚改性聚丙烯纤维是摩尔比丙烯:丙烯酸=m:n的二者的共聚物，具有如下结构：；其中m:n=5～10:1。

12、其中，细骨料为粒径0.25-0.5mm石英砂，粗骨料为粒径5-10mm石子；其中上述选择仅是一种优选，可以根据实际需要进行选择不同规格的细骨料、粗骨料。

13、其中，异形钢纤维可以是常见的异形，如波形钢纤维、弯钩形钢纤维、大头形钢纤维等；优选异形钢纤维是波形钢纤维，直径0.3mm，长度25mm。

14、其中，水泥可以是市面上已知的各种水泥，优选硫铝酸盐水泥或硅酸盐水泥。

15、其中，粉煤灰可以是一级粉煤灰或二级粉煤灰，优选一级粉煤灰。

16、其中，丙烯酸共聚改性聚丙烯纤维直径0.036mm，长度12mm；而且丙烯酸共聚改性聚丙烯纤维是通过将特定比例的丙烯与丙烯酸作为聚合原料共聚而制备得到；所述比例为摩尔比丙烯:丙烯酸=m:n=5～10:1，优选6～8:1。丙烯酸共聚改性聚丙烯纤维通过向聚丙烯生产工厂定制得到不同比例的共聚纤维，为了研究不同配比对于纤维性能的影响，定制了丙烯:丙烯酸=5:1、6:1、8:1、10:1的不同批次丙烯酸共聚改性聚丙烯纤维，由于聚丙烯纤维的直径和长度已经被现有技术所研究，即直径小、长度长对于混凝土是有利的，因此，统一直径0.036mm，长度12mm。丙烯酸改性聚丙烯具有如下的示意性结构，其中m、n即代表了丙烯与丙烯酸的比例，聚合领域的公知常识可以知道，上述结构并非聚丙烯的绝对结构，其仅代表了特定比例二组分的共聚产品。

17、本发明至少具有以下有益效果：

18、（1）通过共聚的方式对聚丙烯进行改性，避免了现有技术接枝改性方式的繁琐步骤，以及其大量有毒有害试剂对于环境的压力；而且避免了接枝法所采用的大量试剂和后续洗涤等操作造成的污染和原材料的浪费，直接和间接地降低造价和减轻了污染；

19、（2）共聚法生产的改性聚丙烯纤维产品性质均匀、稳定。接枝法依赖于整个步骤的精细操作，产品性质难以稳定，共聚法避免了接枝法的改性效果不确定性，可以保证产品性质的稳定性；共聚法是在聚丙烯生产同时进行，可以大规模生产，而接枝法是以聚丙烯纤维为原料，将其溶解、加入引发剂接枝反应，难以大规模生产；

20、（3）共聚法获得的丙烯酸共聚改性聚丙烯纤维中丙烯酸的分布比较均匀，而接枝法由于依赖于溶解、引发、反应、洗涤等操作，容易导致接枝的不均匀，这种不均匀改性在应用于混凝土的时候容易在局部位置造成缺陷，很容易导致整体结构的不稳定。而共聚改性则避免了这种情况；

21、（4）改性后的聚丙烯纤维表面具有亲水性，在混凝土中的分散性好，不团聚；羧基与钢纤维表面又相互作用，有利于整体的稳定性和混凝土的强度。