[发明专利]用于混凝土中的聚甲醛纤维

说明书

背景技术

混凝土是世界上最常用的人造建筑材料。混凝土包括粘结剂组分和集料组分。粘结剂组分是通常由煅烧石灰石基复合材料形成的水泥，集料组分通常由石英砂或碳酸钙形成。

过去通过使混凝土和改性添加剂合并来改进混凝土的性能。改进混凝土的一般改性包括在粘结剂中加入纤维状材料，例如金属、聚合物、玻璃和天然纤维，以及与钢筋结合地成型。几十年来一直使用合成纤维作为混凝土增强剂，特别是用于品级应用的板材。纤维增强的混凝土可显示出收缩减少，渗透性降低，甚至抗磨损性和抗粉碎性增加，这取决于在复合材料中使用的具体材料。

纤维增强的性质可变化。一般使用约1至约10旦的微纤维帮助阻止混凝土凝固时的塑性收缩裂纹。加载量约1至3磅/立方码(1b/yd³)的微纤维在混凝土中的存在防止在浇注后的首个24至48小时内混凝土的微裂纹，因为混合物中大部分水蒸发。在约1000旦范围内的原纤化或压花长纤维经常以3至81b/yd³的加载量添加作为辅助增强物。加入这些纤维以改进总体韧性，如对含纤维的混凝土试件进行的在初次破裂后的残余强度测量定量表示(例如，根据ASTMC-1399测量)的那样。在两种情况下，纤维理想地可容易地与湿混凝土混合物混合并且抗加工和凝固步骤过程中的分离。混凝土性能增强的程度取决于纤维强度以及纤维与混凝土基体之间的粘结作用二者。

聚丙烯已经是混凝土工业选用的用于微纤维和长纤维两者的材料。通过熔体纺丝(微纤维和长纤维两者)或薄膜切割(例如，带状纤维或原纤化纤维)可容易地形成聚丙烯纤维。聚丙烯纤维可显示出5克力/旦(g/den)左右的韧性。另外，聚丙烯是耐碱的，这对于任何混凝土添加剂是关键地重要的(混凝土pH值一般是11或更高)。然而，聚丙烯有缺点。其低密度和疏水性结合导致使其易于在加工过程中起霜到表面上。这可导致表面外观问题。进一步地，聚丙烯纤维不会与混凝土化学键合，并且仅依靠机械相互作用用于与基体粘合。

已尝试其它材料以减轻聚丙烯纤维添加剂的缺点。已经检查了聚酰胺纤维，由于聚酰胺是更致密的材料并因此预期耐表面起霜。然而聚酰胺的吸湿，导致强度和模量较低，使得这些纤维在混凝土应用中总体上较不有效。聚乙烯醇(PVA)纤维也已开发用于混凝土中。明显的优点是在混凝土基体和聚合物骨架的侧-OH基团之间产生化学键合的可能性。然而，这种追求的键合实际上导致另外的问题。事实上，发现用甲醛(HCHO_(aq))预处理PVA纤维以使一小部分-OH基团键合成环状甲缩醛是必需的，以降低纤维-混凝土的相互作用和降低在固化混凝土产品中的应力。另外，PVA纤维是相当昂贵的，并且其成功利用需要与混凝土现场多步混合工艺。除了这些困难，已经发现PVA纤维在特殊混凝土应用中的使用有限，如用于防震结构的预浇制混凝土。其在这些特殊混凝土应用之外的使用相当有限。

尽管在结合有纤维状聚合物材料的复合材料方面已有改进，但在现有技术中仍有空间做出进一步改进和变化。可对建筑材料提供进一步结构改进的纤维状聚合物改性剂以及与混凝土一起使用该改性剂的方法会是有益的。

发明内容

发明概述

在一个实施方案中，公开了一种包括集料、水泥质粘结剂和多个离散纤维的混凝土。所述纤维包括含量为所述纤维的至少约50重量％的聚甲醛(POM)共聚物，并且显示出小于约30°的水接触角；或者在一个实施方案中小于约20°。

所述共聚物可包括大量的羟基端基。例如，至少约50％的POM共聚物的端基可以是羟基基团。在一个实施方案中，单个的共聚物链可包括约15-约20个的端羟基基团。

POM共聚物可以是三烷和单体的共聚反应产物。典型的单体包括：包含至少一个O(CH₂)_n基团(其中n大于1)的环状缩醛，具有侧丙烯酸酯基或取代的丙烯酸酯基的环状甲缩醛，环状酯，甘油甲缩醛乙酸酯和甘油甲缩醛甲酸酯。

所述纤维可以是微纤维和/或长纤维。例如，混凝土可包括含量最高约3磅/立方码的微纤维，以及可包括含量最高约8磅/立方码的长纤维。

还公开了一种形成混凝土的方法。方法可包括在整个混凝土中分散多个本文所述的离散纤维。所述纤维可与混凝土组分预混合。例如，所述纤维在与集料进一步混合之前可与干水泥或湿水泥混合。

附图说明

本公开内容，包括其最佳实施方式，对于本领域技术人员而言的完整和充分的公开已在说明书其余部分中更具体加以阐明，包括参考附图，其中：

图1示意地例示用于形成本文所述纤维的一种方法。