[发明专利]一种基于硅烷表面处理后钢纤维的水泥基复合材料

说明书

本发明提供了一种基于硅烷表面改性后钢纤维的水泥基复合材料。该水泥基复合材料水所用的钢纤维经过表面改性，该表面处理剂由硅烷水解液或硅烷水解液与硝酸锆、氟化钛、氟化锆、六氟锆酸其中的一种或多种材料组成；水泥基复合材料由水泥、经表面改性的钢纤维、细砂、水为原材料制备而成，除此之外，按需可选择性加入粉煤灰、硅灰等矿物掺和料、石英粉等填充剂及高效减水剂等添加剂。本发明得到的新型水泥基复合材料，与原钢纤维混凝土材料相比，其抗压强度提升不明显，但抗折强度可以提升50%以上。基于硅烷表面处理的钢纤维，其钢纤维与水泥砂浆之间的界面过渡区孔隙率明显下降，水泥砂浆对钢纤维的握裹更加紧实，从而显著提高了钢纤维混凝土的强度和韧性。

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，属于一种具有良好抗弯性能和韧性的钢纤维混凝土材料。

背景技术

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入适量乱向分布的短钢纤维而形成的一种多相、多组分的水泥基体复合材料。相对于普通混凝土材料，钢纤维混凝土克服了其低强度、易开裂等多种缺点，被广泛应用于建筑、路桥、水工等工程领域。

硅烷偶联剂是一种具有特殊化学结构的有机物，含有两种类型的无机官能团和有机官能团。其化学结构一般为Y‐R‐SiX₃，其中，R为碳链，Y是有机官能团，例如氨基，环氧基，甲基丙烯酰氧基等，X是可水解基团，水解反应后形成Si‐OH结构例如甲氧基，乙氧基或乙酰氧基等。硅烷偶联剂能够与不同材料,如无机氧化物,二氧化硅和氧化铝等结合，因而得到广泛应用。

在钢纤维混凝土中，由于钢纤维与水泥基体之间较低的粘结强度，导致钢纤维混凝土在破坏时，纤维总是被拔出而远没有达到屈服状态。

发明内容

本发明提供了一种基于硅烷表面处理后钢纤维的水泥基复合材料，提高钢纤维与水泥基体之间的粘结性能，更好的控制裂缝扩展和提高钢纤维混凝土材料的力学性能。为此，本发明采用以下技术方案：

一种基于硅烷表面处理后钢纤维的水泥基复合材料，其特征在于该水泥基复合材料水所用的钢纤维经过表面改性，该表面处理剂由硅烷水解液或硅烷水解液与硝酸锆、氟化钛、氟化锆、六氟锆酸其中的一种或多种材料组成；所述水泥基复合材料由水泥、所述表面改性的钢纤维、细砂、水为原材料制备而成。

进一步地，表面处理剂所采用的硅烷偶联剂为：γ‐氨丙基三乙氧基硅烷、γ‐缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ‐(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N‐(β‐氨乙基)‐γ‐氨丙基三甲氧基硅烷中的1种硅烷偶联剂或者2‐3种混合硅烷偶联剂，所述硅烷水解液为硅烷偶联剂或混合硅烷偶联剂在醇的水溶液中水解得到，醇为甲醇、乙醇中的一种或二者的混合液。

进一步地，硅烷水解液由硅烷偶联剂、醇、去离子水组成，其体积比为1：(1‐3):(6‐10)；当表面处理剂含有硝酸锆、氟化钛、氟化锆、六氟锆酸其中的一种或多种材料时，在表面处理剂中硝酸锆浓度不超过0.05mol/L，六氟锆酸的质量分数不超过24％，氟化锆和氟化锆和氟化钛的总含量不超过0.05mol/L。

进一步地，各组分含量按质量分数计算，其比例为：水泥1000‐1500份、细砂1000‐1800份、水180‐650份、钢纤维70‐230份。

所述水泥为复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。

进一步地，所述水泥基复合材料还可加入矿物掺和料取代部分水泥，矿物掺和料包括粉煤灰、硅灰；按质量分数计算粉，煤灰不超过350份，硅灰不超过350份。

所述硅灰的比表面积为20‐28m²/g，其中SiO₂含量≥90％，粉煤灰的比表面积为0.5‐1m²/g，SiO₂含量≥50。

进一步地，所述细砂粒径范围为0.1mm‐0.5mm。