[发明专利]一种纤维和聚合物复合增韧混凝土及其制备方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种纤维和聚合物复合增韧混凝土的原材料优选原则与制备方法。

背景技术

高强性、高韧性、高抗裂性和高耐久性是土木建筑领域对混凝土材料性能要求的发展趋势，也是满足大型建筑工程对材料抗裂性能和耐久性能的要求。而普通混凝土是一种准脆性材料，掺入合适纤维能提高混凝土的抗拉、抗弯强度和断裂性能，但是纤维与胶凝材料基体间存在界面过渡区，是复合材料的薄弱区；掺入适量、恰当的聚合物能优化界面过渡区性能，但是对提高抗压强度的影响不大，而且混凝土中聚合物面临长期抗老化性能不良的问题。

发明内容

为了克服普通混凝土的脆性，纤维增强混凝土与聚合物增强混凝土的不足，利用纤维和聚合物的优势互补，充分发挥二者“协同作用”，本发明公开了一种纤维和聚合物复合增韧混凝土及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种纤维和聚合物复合增韧混凝土，混凝土基本原材料为粗集料、细集料、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂；另外还添加有纤维和聚合物，所述的纤维为端钩型钢纤维、超细型钢纤维、改性聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维、纤维素纤维中的任意一种，按照每1m³混凝土中的体积掺量为0.08%的比例掺杂；聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯酸乙酯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、醋酸乙烯-丙烯酸酯聚合物或有机硅丙烯酸酯中任意一种，各种聚合物掺量均为硅酸盐水泥和粉煤灰质量的10%。

所述的粗集料为玄武岩碎石，粒径为4.75~15mm，所述的细集料为河砂，粒径为0.16~2.36mm。

所述的纤维为端钩型钢纤维、超细型钢纤维或聚乙烯醇纤维；所述的聚合物为苯乙烯－丙烯酸酯共聚物。

一种制备所述的纤维和聚合物复合增韧混凝土的方法，第一步，采用“先干后湿”的制备工艺：将石子、砂、水泥、粉煤灰倒入搅拌机内，均匀搅拌；将纤维缓慢均匀撒入共同搅拌；将减水剂溶于水中，再继续搅拌；将聚合物均匀加入，搅拌完成后关闭电源，将新拌混凝土倒出，浇筑于钢模中；

第二步，养护：成型1d后脱模，先在室内环境静置3d；再放入标准养护室标养7d；从标养室移出至室内环境洒水养护至规定的测试龄期待用。

有益效果：

1）结合纤维与聚合物对混凝土材料性能影响特性，考虑二者的“协同效应”，纤维通过缓慢拔出逐渐释放抵抗裂缝扩展的能量，聚合物主要通过与水泥基体的空间网络结构抑制微裂纹的萌生，减缓应力集中，同时改善了钢纤维—水泥基体和骨料—水泥基体间的界面结构，使钢纤维在拔出过程中需要克服更大的粘结力，从而得到高强度、高韧性、高抗裂性的复合水泥基材料。

2）聚合物在固化过程中，吸收了水泥水化产物中的一部分钙离子，含钙的聚合物膜具有高弹高强的特性，不仅改善了集料-硬化水泥浆体的界面过渡区的微观形貌和密实度，而且提高了界面过渡区的粘结强度，而且使得原来在界面过渡区富集并定向生长的水泥水化产物Ca(OH)₂晶体的取向性减弱，晶粒尺寸细化，也起到了提高界面区密实度的作用，此外，由于混凝土孔溶液中钙离子的减少使得水泥水化生成的C-S-H凝胶的钙硅比降低，提高了该凝胶组分的强度，也使得混凝土基体和界面过渡区的粘结强度均有所提升。

3）采用上述“先干后湿”方式的制备工艺，可以避免先湿拌后加入纤维时，对纤维均匀分布的纤维分散专用设备的要求。

4）本发明通过优选纤维材料和聚合物复合掺入混凝土，优化养护制度和施工工艺，制备出抗压强度（大于60MPa）、抗拉强度（大于6MPa），弯曲韧性和断裂性能优良的纤维增强聚合物混凝土。

附图说明

图1为本发明的制备方法的流程图。

图2为混凝土、纤维增强混凝土、聚合物增强混凝土及纤维增强聚合物混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度。

图3为聚合物混凝土四点弯曲试验荷载—CMOD曲线。

图4为纤维混凝土四点弯曲试验荷载-CMOD曲线。

图5为纤维增强聚合物混凝土四点弯曲试验荷载-CMOD曲线。

图6为聚合物混凝土三点梁弯曲荷载—CMOD曲线。

图7为纤维混凝土三点梁弯曲荷载—CMOD曲线。

图8为纤维增强聚合物混凝土三点梁弯曲荷载—CMOD曲线。

图9为水泥浆体56d的XRD图谱。

图10为3天和28天的聚合物在水泥基体表面成膜SEM图片。

图11为3天的聚合物在水泥基体表面成膜后的能谱图。

图12为28天的聚合在水泥基体中成膜后的能谱图。