一种改性塑形镀铜钢纤维、其制备方法及应用与流程

本发明属于矿用无机材料领域，具体涉及一种改性塑形镀铜钢纤维、其制备方法及应用。

背景技术：

1、uhpc(ultra-high performance concrete)是一种新型的高性能混凝土，具有高强度、高耐久性和高抗裂性等优点。uhpc在工业建筑、桥梁、隧道和海洋工程等领域得到了广泛应用。尽管uhpc在抗压性能上表现出色，但其抗拉性能相对较低。而在uhpc中添加适量的钢纤维则可以显著提高uhpc的抗拉强度和韧性，从而增加结构的承载能力和抗震性能。钢纤维在uhpc中能有效抵抗开裂的发展，降低裂缝宽度和数量，提高材料的整体性能和耐久性。这对于需要长期使用且承受荷载变化的结构来说尤为重要。钢纤维的添加可以有效减少uhpc中的微裂缝，提高材料的抗渗性和耐久性，减少水分和气体的渗透，延长结构的使用寿命。

2、钢纤维是一种截面为圆形的细钢丝，钢纤维在混凝土中有用传送与分配应力，因为钢纤维本身具有很高的抗拉强度，加入混凝土中有助于钢纤维与混凝土的锚固，有效地加强混凝土的粘合力，使得混凝土强度更加强大、坚韧，不容易被压裂。然而，在实际应用中，钢纤维与混凝土之间的握骨力不足，容易导致脱落，使得uhpc的性能得不到充分发挥。

3、目前，已经有一些针对uhpc钢纤维握骨力提高的方法被提出，例如表面处理、化学处理、粗糙化处理、粘结剂处理以及优化混凝土配方等。表面处理是通过对钢纤维进行表面处理来增强其与混凝土之间的粘结能力，常见的表面处理方法包括酸洗、碱洗、磷化等，这些处理可以清除钢纤维表面的氧化物和污染物，提高其表面粗糙度和活性，从而增加与混凝土的粘结能力。化学处理是利用化学改性剂来提高uhpc钢纤维的粘结能力，例如，可以使用有机胶黏剂或聚合物改性剂来涂覆钢纤维表面，形成一层具有粘结增强效果的薄膜，这种薄膜可以增加钢纤维与混凝土之间的摩擦力和粘附力，提高握骨力。粗糙化处理是通过在钢纤维表面增加微观凹凸结构，增加其表面粗糙度，从而增强与混凝土的粘结力，常见的粗糙化处理方法包括喷砂、切割和拉伸等，这些处理方法可以增加钢纤维与混凝土之间的机械锚固作用，提高握骨力。粘结剂处理是在uhpc中添加一定比例的粘结剂，如高性能胶黏剂或水泥基胶凝材料，以增强钢纤维与混凝土之间的粘结能力，这些粘结剂可以填充钢纤维和混凝土之间的微观空隙，形成更紧密的粘结界面，提高握骨力。优化混凝土配方是通过调整uhpc的配方，包括粉煤灰、二氧化硅等掺合料的使用，以及水灰比、胶凝材料种类和比例的选择，来增强混凝土与钢纤维的粘结能力，通过优化配方可以改善混凝土的孔隙结构和微观力学性能，提高握骨力。

4、上述方法在提高uhpc钢纤维握骨力方面依旧存在一些问题，具体包括：(1)握骨力不稳定；现有方法在提高握骨力时往往无法保证一致性和稳定性，导致钢纤维与混凝土之间的粘结性能存在差异，难以满足工程需要。(2)处理过程复杂；现有方法中涉及的表面处理、化学处理或热处理等过程繁琐、耗时，并且需要额外的设备和材料支持，增加了工程的成本和周期。(3)成本较高；现有方法中使用的材料和设备成本较高，对于大规模工程应用来说，经济性不够，限制了其推广和应用范围。因此，需要提出一种更为简单、经济、有效的方法来提高uhpc钢纤维的握骨力。

技术实现思路

1、本发明提供了一种改性塑形镀铜钢纤维的制备方法，步骤如下：

2、对钢纤维进行镀铜；然后将镀铜钢纤维进行结构塑形，使其中间部分呈波浪型，两端呈分叉状；然后将塑形镀铜钢纤维置于磷酸溶液中浸泡，待浸泡结束后，烘干，获得改性塑形镀铜钢纤维。

3、上述制备方法中，可通过机械或液压加工方式，使镀铜钢纤维的中间部分呈现出波浪形状；可采用焊接、冷锻或热锻方式，在波浪形镀铜钢纤维两端形成分叉结构。

4、上述制备方法中，磷酸溶液的浓度选自10～85％；优选为65％。

5、上述制备方法中，浸泡时间以充分实现磷酸与镀铜钢纤维表面的反应为准，也可具体选自1～3个月；优选为2个月。

6、本发明提供了上述方法制备的改性塑形镀铜钢纤维。

7、本发明提供了上述改性塑形镀铜钢纤维在制备高握骨力uhpc混凝土中的应用。

8、本发明提供了一种uhpc混凝土，由如下成分按质量份数组成：

9、水泥40～80份、改性塑形镀铜钢纤维2～8份、高岭土2～7份、硅灰2～10份、石英砂30～50份、聚羧酸减水剂0.1～0.4份、消泡剂0.1～0.6份。

10、在一个具体实施方案中，所述uhpc混凝土，由如下成分按质量份数组成：

11、水泥60份、改性塑形镀铜钢纤维5份、高岭土5份、硅灰4份、石英砂42份、聚羧酸减水剂0.2份、消泡剂0.2份。

12、上述uhpc混凝土组成成分中，所述水泥选自p.o52.5硅酸盐水泥；所述镀铜钢纤维(塑形前)的长度选自10～25mm，优选为12～15mm；所述高岭土的粒径选自300～500目，优选为325目；所述硅灰选自纳米级硅灰；所述石英砂由如下三种粒径的石英砂组成：10～20目石英砂10份、20～40目石英砂16份、40～70目石英砂16份；所述聚羧酸减水剂选自羧酸型聚羧酸减水剂、硫酸盐型聚羧酸减水剂、羟基磷酸酯型聚羧酸减水剂中的一种或几种，优选为羧酸型聚羧酸减水剂；所述消泡剂选自有机硅类消泡剂、非离子表面活性剂消泡剂、阴离子表面活性剂消泡剂中的一种或几种，优选为有机硅类消泡剂。

13、本发明的有益效果为：

14、本发明首先对钢纤维进行镀铜，然后对镀铜钢纤维进行结构塑形，使镀铜钢纤维中间呈波浪型，两头为分叉状，从而增加镀铜钢纤维与混凝土的粘结力和抗拉强度。然后，本发明又采用磷酸溶液浸泡镀铜钢纤维，对镀铜钢纤维进行表面处理，优化镀铜钢纤维表面形态，改善钢纤维与uhpc混凝土之间接触的粘结性能，提高钢纤维与混凝土的握裹能力，并且有利于钢纤维在混凝土中的分散，提高钢纤维的经济性和实用性。经上述改性后，钢纤维与uhpc混凝土之间的粘结性能得到改善，从而提高了握骨力的一致性和稳定性。同时，本发明的处理方法简单易于操作，节省时间和成本，提高生产效率。

技术特征：

1.一种改性塑形镀铜钢纤维的制备方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过机械或液压加工方式，使镀铜钢纤维的中间部分呈现出波浪形状；采用焊接、冷锻或热锻方式，在波浪形镀铜钢纤维两端形成分叉结构。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，磷酸溶液的浓度选自10～85％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，浸泡时间选自1～3个月。

5.权利要求1～4任一项所述方法制备的改性塑形镀铜钢纤维。

6.权利要求5所述改性塑形镀铜钢纤维在制备高握骨力uhpc混凝土中的应用。

7.一种uhpc混凝土，其特征在于，由如下成分按质量份数组成：

8.根据权利要求7所述的uhpc混凝土，其特征在于，所述uhpc混凝土由如下成分按质量份数组成：

9.权利要求7或8所述的uhpc混凝土，其特征在于，所述水泥选自p.o52.5硅酸盐水泥；所述镀铜钢纤维的长度选自10～25mm；所述高岭土的粒径选自300～500目；所述硅灰选自纳米级硅灰；所述石英砂由如下三种粒径的石英砂组成：10～20目石英砂10份、20～40目石英砂16份、40～70目石英砂16份；所述聚羧酸减水剂选自羧酸型聚羧酸减水剂、硫酸盐型聚羧酸减水剂、羟基磷酸酯型聚羧酸减水剂中的一种或几种；所述消泡剂选自有机硅类消泡剂、非离子表面活性剂消泡剂、阴离子表面活性剂消泡剂中的一种或几种。

技术总结本发明公开了一种改性塑形镀铜钢纤维、其制备方法及应用，属于矿用无机材料领域。本发明的改性塑形镀铜钢纤维，由如下方法制备而成：对钢纤维进行镀铜；然后将镀铜钢纤维进行结构塑形，使其中间部分呈波浪型，两端呈分叉状；然后将塑形镀铜钢纤维置于磷酸溶液中浸泡，待浸泡结束后，烘干，获得改性塑形镀铜钢纤维。经镀铜、结构塑形和磷酸表面改性处理后，钢纤维与UHPC混凝土之间的粘结性能得到显著改善，从而提高了钢纤维握骨力的一致性和稳定性。同时，本发明的处理方法简单易于操作，节省时间和成本，提高生产效率。技术研发人员：刘向东,曹海涛,石建国,吕宏伟,刘乐,穆文芳受保护的技术使用者：陕西同人应用材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/8