一种防裂特种纤维混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及纤维混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种防裂特种纤维混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。
3.相关技术中，申请号为201710639517.9的中国申请文件公开了一种高延性聚乙烯醇纤维混凝土，原料由水泥、粉煤灰、石英砂、外加剂、水及高强高模聚乙烯醇纤维组成，水泥由硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥混合而成。制备方法包括以下步骤，(1)、备料；(2)、将水泥、粉煤灰、石英砂、外加剂混合后加入搅拌机中搅拌均匀；(3)、干拌均匀后，将水加入搅拌机，搅拌3～5min后，将高强高模聚乙烯醇纤维分次加入搅拌机中搅拌，搅拌7～12min，直至搅拌均匀；步骤(3)中的高强高模聚乙烯醇纤维分n次加入，将高强高模聚乙烯醇纤维按加入次数分成均匀的n份；n取值范围为3～5；(4)、搅拌结束后，装模，振捣成型，养护，脱模，制得高延性聚乙烯醇纤维混凝土。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为传统聚乙烯醇纤维添加在混凝土中，存在有长时间风吹日晒后，聚乙烯醇纤维混凝土的抗裂性降低的缺陷。


技术实现要素：

5.为了提高混凝土的抗裂性，本技术提供一种防裂特种纤维混凝土及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供的一种防裂特种纤维混凝土及其制备方法，采用如下的技术方案：一种防裂特种纤维混凝土，由以下重量份的原料制得：防裂特种纤维5～10份，碎石35～45份，砂50～70份，水泥40～60份，胶凝材料15～35份，外加剂1.0～1.5份，吸水树脂0.2～0.5份，水50～70份；所述防裂特种纤维由2～4份pva纤维、2.8～5.5份碳纤维与0.2～0.5份偶联剂制备得到；上述重量份均以防裂特种纤维为基准。
7.通过采用上述技术方案，由于pva纤维与混凝土的相容性极好，但是拉伸强度与持久性却远远不如碳纤维，而碳纤维的拉伸强度高，耐久性好，但与混凝土的相容性较差，因此，本技术将pva纤维与碳纤维通过偶联剂连接在一起，形成网状结构的防裂特种纤维，防裂特种纤维与碎石、砂、水泥、胶凝材料、外加剂、吸水树脂、水混合，形成防裂特种纤维混凝土，增强混凝土的高抗裂性能与持久抗裂性能。
8.可选的，所述碳纤维是耐磨用碳纤维或受力结构用碳纤维中的一种或多种。
9.通过采用上述技术方案，耐磨用碳纤维或受力结构用碳纤维拉伸强度高、韧性高、耐磨性好，因此，应用耐磨用碳纤维或受力结构用碳纤维中的一种或多种与pva纤维连接，
制得拉伸强度高的防裂特种纤维。
10.可选的，所述pva纤维为水溶性pva纤维。
11.通过采用上述技术方案，水溶性pva纤维由于其外表面连接有羟基，因此，能够与混凝土中的水泥发生化学连接，使得pva纤维能够与混凝土紧密的连接在一起，增强混凝土的抗裂性，则由水溶性pva纤维制得的防裂特种纤维也能够进一步增强混凝土的抗裂性能。
12.可选的，所述偶联剂是硅烷偶联剂醇溶液或钛酸酯偶联剂醇溶液。
13.通过采用上述技术方案，由于硅烷欧偶联剂与钛酸酯偶联剂均能很好的溶解于乙醇中，形成硅烷偶联剂醇溶液或钛酸酯偶联剂醇溶液，使得偶联剂与pva纤维混合后，为pva纤维提供了合适的反应环境，不会溶解pva纤维，满足后续的工艺条件。
14.可选的，所述防裂特种纤维的制备步骤如下：步骤a1：将pva纤维与偶联剂醇溶液混合超声，得到偶联剂改性的pva纤维混合液；步骤a2：将碳纤维在水中超声分散，并取出，迅速与步骤a1得到的偶联剂改性的pva纤维混合液进一步混合，超声反应，取出后得到初步防裂特种纤维，将初步防裂特种纤维干燥后得到防裂特种纤维。
15.通过采用上述技术方案，步骤a1的目的在于，将pva纤维与偶联剂醇溶液混合后，制备得到偶联剂改性的pva纤维；步骤a2的目的在于，将碳纤维表面覆盖一层水膜，使得碳纤维表面出现羟基，再与偶联剂改性的pva纤维混合液进一步混合，使得偶联剂能够紧密的连接包覆水膜的碳纤维，最终pva纤维与碳纤维交联成网状结构，形成防裂特种纤维。
16.可选的，所述步骤a2的碳纤维在与水混合之前，先在35～45℃下的酸溶液中超声处理0.5～2h后，形成刻蚀碳纤维，再将刻蚀碳纤维在水中超声分散。
17.通过采用上述技术方案，将碳纤维在酸溶液中处理的目的在于，使得酸溶液对碳纤维表面进行刻蚀，则碳纤维表面形成沟壑，碳纤维的比表面积增加，从而碳纤维表面的水膜面积增加，进一步使得碳纤维表面的偶联剂连接量增多，则碳纤维与pva纤维形成的网状结构的防裂特种纤维拉伸强度更高，与混凝土的相容性更好，制得的混凝土抗裂性更好。
18.可选的，所述酸溶液为15-25wt％的磷酸水溶液或15-25wt％的盐酸水溶液。
19.通过采用上述技术方案，适当浓度的磷酸水溶液与盐酸水溶液的设置，使得酸溶液对碳纤维的刻蚀程度恰好，不会损伤碳纤维，在保证碳纤维连接更多偶联剂的同时，不会影响碳纤维的拉伸强度。
20.第二方面，本技术提供一种防裂特种纤维混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种防裂特种纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤:步骤1：将防裂特种纤维破碎成直径为5～20mm的纤维网；步骤2：将步骤1得到的纤维网、碎石、砂、水泥、胶凝材料、外加剂、吸水树脂与水拌合，得到防裂特种纤维混凝土。
21.通过采用上述技术方案，纤维网相比纤维来说，能够将多个方向上的混凝土更牢固的连接，在多个方向上实现混凝土的抗裂，因此，将防裂特种纤维破碎成直径为5～20mm的纤维网，制得的混凝土抗裂性能更好。
22.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术中，将pva纤维与碳纤维通过偶联剂连接在一起，形成网状结构的防裂特种纤维，网状结构的防裂特种纤维与碎石、砂、水泥、胶凝材料、外加剂、吸水树脂、水混合，
形成防裂特种纤维混凝土，增强混凝土的高抗裂性能与持久抗裂性能；2、本技术中，在酸溶液中处理碳纤维，使得酸溶液刻蚀碳纤维表面，增加碳纤维的比表面积，从而增加碳纤维表面的水膜面积，进一步增多碳纤维表面的偶联剂连接量，则碳纤维与pva纤维形成的网状结构的防裂特种纤维拉伸强度更高，与混凝土的相容性更好，制得的混凝土抗裂性更好；3、纤维网相比单根纤维来说，纤维网能够将多个方向上的混凝土更牢固的连接，使得混凝土实现局部的多方向抗裂，因此，将防裂特种纤维破碎成直径为5～20mm的纤维网，制得的混凝土抗裂性能更好。
具体实施方式
23.以下结合实施例与对比例对本技术作进一步详细说明。
24.提供以下实施例和对比例的原料来源：实施例与对比例的原料均可市售购得，非水溶性pva纤维为改性高弹模聚乙烯醇纤维，型号pva-6，泰安浩松纤维有限公司；受力结构用碳纤维，耐磨用碳纤维，购自江西硕邦新材料科技有限公司；钛酸酯偶联剂选用tmc-105；醇溶液选用98％的乙醇溶液；水泥选用p.o 42.5硅酸盐水泥；吸水树脂为funa-1高分子吸水树脂，购自复纳新材料科技(上海)有限公司；硅烷偶联剂可使用kh系列，本技术实施例与对比例选用kh550；胶凝材料包括粉煤灰60wt％、硅灰30wt％、石灰石粉10wt％；外加剂包括引气剂60wt％、抗离析剂10wt％、增黏剂20wt％，本技术的实施例与对比例中，上述胶凝材料原料与外加剂原料均购自天津科恩建筑技术有限公司。
25.防裂特种纤维的制备例硅烷偶联剂醇溶液配置：称量将kh550硅烷偶联剂10g，称量乙醇溶液1l，在500rpm的速度下密封混合搅拌20min，得到质量百分比约1wt％的硅烷偶联剂醇溶液。
26.钛酸酯偶联剂醇溶液配置：称量将tmc-105钛酸酯偶联剂10g，称量乙醇溶液1l，在500rpm的速度下密封混合搅拌20min，得到质量百分比约1wt％的钛酸酯偶联剂醇溶液。
27.制备例1一种防裂特种纤维的制备步骤如下：步骤a1：将2g水溶性pva纤维与20ml硅烷偶联剂醇溶液混合，在超声功率240w、超声温度30～35℃的条件下超声30min，得到偶联剂改性的pva纤维混合液；步骤a2：将5.5g受力结构用碳纤维先在38～43℃条件下的20wt％磷酸水溶液中超声处理1.5h，形成刻蚀碳纤维，磷酸水溶液用量为恰好淹没受力结构用碳纤维；再将刻蚀碳纤维在水中常温超声分散10min，超声功率240w；在水中超声分散后，取出并迅速与步骤a1得到的偶联剂改性的pva纤维混合液进一步混合，在超声功率240w、超声温度30～35℃的条件下超声反应30min，取出后得到初步防裂特种纤维，将初步防裂特种纤维在鼓风干燥箱中干燥，得到防裂特种纤维。
28.制备例2一种防裂特种纤维的制备步骤如下：步骤a1：将4g水溶性pva纤维与50ml硅烷偶联剂醇溶液混合，在超声功率240w、超声温度30～35℃的条件下超声30min，得到偶联剂改性的pva纤维混合液；步骤a2：将2.8g受力结构用碳纤维先在38～43℃条件下的20wt％磷酸水溶液中超
声处理1.5h，形成刻蚀碳纤维，磷酸水溶液用量为恰好淹没受力结构用碳纤维；再将刻蚀碳纤维在水中常温超声分散10min，超声功率240w；在水中超声分散后，取出并迅速与步骤a1得到的偶联剂改性的pva纤维混合液进一步混合，在超声功率240w、超声温度30-35℃的条件下超声反应30min，取出后得到初步防裂特种纤维，将初步防裂特种纤维在鼓风干燥箱中干燥，得到防裂特种纤维。
29.制备例3一种防裂特种纤维的制备步骤如下：步骤a1：将3g水溶性pva纤维与40ml硅烷偶联剂醇溶液混合，在超声功率240w、超声温度30～35℃的条件下超声30min，得到偶联剂改性的pva纤维混合液；步骤a2：将4g受力结构用碳纤维先在38～43℃条件下的20wt％磷酸水溶液中超声处理1.5h，形成刻蚀碳纤维，磷酸水溶液用量为恰好淹没受力结构用碳纤维；再将刻蚀碳纤维在水中常温超声分散10min，超声功率240w；在水中超声分散后，取出并迅速与步骤a1得到的偶联剂改性的pva纤维混合液进一步混合，在超声功率240w、超声温度30～35℃的条件下超声反应30min，取出后得到初步防裂特种纤维，将初步防裂特种纤维在鼓风干燥箱中干燥，得到防裂特种纤维。
30.制备例4与制备例3的不同之处在于：将水溶性pva纤维替换成等重量的非水溶性pva纤维。
31.制备例5与制备例3的不同之处在于：将硅烷偶联剂醇溶液替换成等重量的钛酸酯偶联剂醇溶液。
32.制备例6与制备例3的不同之处在于：将硅烷偶联剂醇溶液替换成等重量的硅烷偶联剂水溶液。
33.制备例7与制备例3的不同之处在于：将受力结构用碳纤维替换成等重量的耐磨用碳纤维。
34.制备例8与制备例3的不同之处在于：步骤a2不同；步骤a2中，刻蚀碳纤维不在水中超声。
35.制备例9与制备例3的不同之处在于：步骤a2不同；步骤a2中，受力结构用碳纤维不在磷酸水溶液中超声。
36.制备例10与制备例3的不同之处在于：将20wt％磷酸水溶液替换成等重量的60wt％磷酸水溶液。
37.对比制备例1与制备例3的不同之处在于：不添加水溶性pva纤维。
38.对比制备例2与制备例3的不同之处在于：不添加受力结构用碳纤维。
39.对比制备例3
与制备例3的不同之处在于：不添加硅烷偶联剂醇溶液。
40.对比制备例4与制备例3的不同之处在于：不添加硅烷偶联剂醇溶液与受力结构用碳纤维。
41.防裂特种纤维混凝土的实施例实施例1一种防裂特种纤维混凝土的制备方法，其制备步骤为：步骤1：将制备例1制得的防裂特种纤维破碎成直径为5～20mm的纤维网；步骤2：将步骤1得到的0.5kg纤维网、4.5kg碎石、5kg砂、4kg水泥、3.5kg胶凝材料、0.1kg外加剂、0.05kg吸水树脂与7kg水拌合，得到防裂特种纤维混凝土。
42.实施例2一种防裂特种纤维混凝土的制备方法，其制备步骤为：步骤1：将制备例2制得的防裂特种纤维破碎成直径为5～20mm的纤维网；步骤2：将步骤1得到的1kg纤维网、3.5kg碎石、7kg砂、6kg水泥、1.5kg胶凝材料、0.15kg外加剂、0.02kg吸水树脂与5kg水拌合，得到防裂特种纤维混凝土。
43.实施例3一种防裂特种纤维混凝土的制备方法，其制备步骤为：步骤1：将制备例3制得的防裂特种纤维破碎成直径为5～20mm的纤维网；步骤2：将步骤1得到的0.8kg纤维网、4kg碎石、6kg砂、5kg水泥、2.5kg胶凝材料、0.3kg外加剂、0.03kg吸水树脂与6kg水拌合，得到防裂特种纤维混凝土。
44.实施例4与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备例4制得的防裂特种纤维。
45.实施例5与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备例5制得的防裂特种纤维。
46.实施例6与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备例6制得的防裂特种纤维。
47.实施例7与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备例7制得的防裂特种纤维。
48.实施例8与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备例8制得的防裂特种纤维。
49.实施例9与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备例9制得的防裂特种纤维。
50.实施例10与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等
重量的制备例10制得的防裂特种纤维。
51.对比例1与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备对比例1制得的防裂特种纤维。
52.对比例2与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备对比例2制得的防裂特种纤维。
53.对比例3与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备对比例3制得的防裂特种纤维。
54.对比例4与实施例3的不同之处在于：将步骤1中的制备例3制得的防裂特种纤维替换成等重量的制备对比例4制得的防裂特种纤维。
55.对比例5与实施例3的不同之处在于：步骤1不同；步骤1：将制备例3制得的防裂特种纤维破碎成直径为50～70mm的纤维网。
56.对比例6与实施例3的不同之处在于：步骤1不同；步骤1：将制备例3制得的防裂特种纤维破碎成直径为0.5～3mm的纤维网。
57.对比例7购买的市售抗裂混凝土，品牌：中德；货号：686896589；厂家：郑州中德泽润建筑材料有限公司。
58.性能检测试验a、采用实施例1至10和对比例1至7中制得的防裂特种纤维混凝土进行性能测试，检测抗裂性能，参照《建筑工程裂缝防治技术规程》(jkgj/t317—2014)中的规定，裂缝的评价按以下裂缝面积法的三个参数进行评价，并根据裂缝参数按下面规定对混凝土进行分级；1、平均开裂面积a小于10mm2；2、单位面积裂缝数量b小于10根/m2；3、裂缝面积比c小于100mm2/m2；按评价界限将混凝土抗裂性能分成以下五个等级：ⅰ级，试件无裂缝或仅有细微裂纹；ⅱ级，全部检验数据均未超过评价界限；ⅲ级，三个检验数据中有一个超过评价界限；ⅳ级，三个检验数据中有两个超过评价界限；
ⅴ
级，三个检验数据均超过评价界限。
59.对于处于ⅳ级和
ⅴ
级的混凝土，可评价其抗裂性较差。检测结果如表1所示。
60.表1
结合实施例1、2和实施例3，可以看出，实施例1、2、3的原料配比不同，且分别使用制备例1、2、3制得的防裂特种纤维，数据显示，实施例1、2、3制得的防裂特种纤维混凝土的抗裂性能均较好，裂缝等级为ⅰ级，但是数据可看出，实施例3制得的防裂特种纤维混凝土的抗裂性最好，证明实施例3的原料配比最佳。
61.结合实施例3和4，可以看出，实施例4使用的防裂特种纤维中，使用的是非水溶性pva纤维，裂缝等级ⅱ级；相比于实施例4制得的防裂特种纤维混凝土，实施例3制得的防裂特种纤维混凝土抗裂性能好，裂缝等级ⅰ级，证明，本技术中使用水溶性pva纤维较好。
62.结合实施例3和5、6，可以看出，实施例5的防裂特种纤维混凝土制备过程中，使用钛酸酯偶联剂醇溶液，实施例6的防裂特种纤维混凝土制备过程中，使用硅烷偶联剂水溶液，实施例3的防裂特种纤维混凝土制备过程中，使用硅烷偶联剂醇溶液，数据表明，实施例3与实施例5制得的防裂特种纤维混凝土的裂缝等级为ⅰ，而实施例6制得的防裂特种纤维混凝土的裂缝等级为ⅱ级，证明，本技术中使用偶联剂醇溶液较好。
63.结合实施例3和实施例7，可以看出，实施例3的防裂特种纤维混凝土制备过程中，
使用受力结构用碳纤维；实施例7的防裂特种纤维混凝土制备过程中，使用耐磨用碳纤维；实施例3与实施例7制得的防裂特种纤维混凝土，裂缝等级均为ⅰ级，证明，受力结构用碳纤维与耐磨用碳纤维在本技术中可相互替换。
64.结合实施例3和8、9，可以看出，实施例8的防裂特种纤维混凝土制备过程中，不在水中超声，实施例9的防裂特种纤维混凝土制备过程中，不在酸中处理；数据表明，实施例8与实施例9制得的防裂特种纤维混凝土的裂缝等级为ⅱ级，而实施例3制得的防裂特种纤维混凝土的裂缝等级为ⅰ级，证明，本技术的防裂特种纤维混凝土制备过程中，进行酸处理与水超声，是需要进行的步骤。
65.结合实施例3和实施例10，可以看出，实施例10的防裂特种纤维混凝土制备过程中，使用60wt％的酸溶液，实施例3的防裂特种纤维混凝土制备过程中，使用20wt％的酸溶液；实施例10制得的防裂特种纤维混凝土，裂缝等级为ⅱ级，实施例3制得的防裂特种纤维混凝土，裂缝等级为ⅰ级，证明，本技术的防裂特种纤维混凝土制备过程中，使用15wt％-25wt％的酸溶液处理是比较合理的。
66.结合实施例3和对比例1、对比例2、对比例3、对比例4，可以看出，相比于实施例3，对比例1的防裂特种纤维混凝土制备过程中，不添加水溶性pva纤维，制得的防裂特种纤维混凝土裂缝面积比c为80.75；对比例2的防裂特种纤维混凝土制备过程中，不添加受力结构用碳纤维，制得的防裂特种纤维混凝土裂缝面积比c为91.91；对比例3的防裂特种纤维混凝土制备过程中，不添加硅烷偶联剂醇溶液，制得的防裂特种纤维混凝土裂缝面积比c为92.07；对比例4的防裂特种纤维混凝土制备过程中，不添加受力结构用碳纤维与硅烷偶联剂醇溶液，制得的防裂特种纤维混凝土裂缝面积比c为95.06；裂缝等级均为ⅲ级，证明，防裂特种纤维混凝土中，水溶性pva纤维、受力结构用碳纤维与硅烷偶联剂醇溶液缺一不可。
67.结合实施例3和对比例5、6，可以看出，实施例3的防裂特种纤维直径为5～20mm；对比例5的防裂特种纤维直径为50～70mm；对比例6的防裂特种纤维直径为0.5～3mm；相比于实施例3，对比例5与对比例6制得的防裂特种纤维混凝土裂缝等级均为ⅲ级，证明，本技术防裂特种纤维的直径非常重要。
68.结合实施例3和对比例7，可以看出，对比例7的市售抗裂混凝土虽然裂缝等级为ⅱ级，但是裂缝面积比c为95.04，而实施例3的裂缝面积比c为47.56，证明，本技术的防裂特种纤维混凝土抗裂性能极好。
69.b、检测实施例3、对比例4与7的裂缝出现时间，参照《建筑工程裂缝防治技术规程》(jkgj/t317—2014)中的圆环法，结果如下表2所示：表2试件时间开裂时间(h)实施例345对比例430对比例736结合实施例3、对比例4与7，可以看出，同等模拟实验条件下，本技术实施例3的试样第一条裂缝开裂时间为45小时，对比例4的试样第一条裂缝开裂时间为30小时，证明防裂特种纤维混凝土中，水溶性pva纤维、受力结构用碳纤维与硅烷偶联剂醇溶液缺一不可。对比例7为市售抗裂混凝土，对比例7的试样第一条裂缝开裂时间为36小时，没有本技术的试
样耐久性好，证明本技术的方案制得的防裂特种纤维混凝土防裂持久性好。
70.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。