[发明专利]一种改性竹原纤维增强水泥砂浆及其制备方法

说明书

本发明属于纤维增强水泥基复合材料领域，具体涉及竹原纤维改性方法及改性竹原纤维增强水泥砂浆制备方法。采用异氰酸酯三乙氧基硅烷对竹原纤维进行改性，将获得的改性竹原纤维与水泥、砂、水以一定质量分数进行均匀搅拌，注入模具固化成型，相对湿度90%，温度20℃养护28d，制得性能较好且环境友好的改性竹原纤维增强水泥砂浆，本发明所得的水泥砂浆材料具有较高的抗折强度与抗拉强度。

技术领域

本发明属于纤维增强水泥基复合材料领域，具体涉及竹原纤维改性方法及改性竹原纤维增强水泥砂浆制备方法。

背景技术

水泥基材料是目前应用最为广泛的建筑材料，随着建筑业的发展，对建筑材料的要求越来越高。水泥基材料存在的抗拉强度低、韧性差等问题对其使用产生了影响。在水泥基材中掺入纤维可改善其抗拉性能，减少干缩与脆性，提高材料的韧性。目前用作增强体的纤维主要有金属纤维、无机纤维和有机纤维三大类。传统纤维如钢纤维搅拌成型难、易锈蚀；碳纤维价格昂贵、分散性差；玻璃纤维耐碱性差、抗裂性差。天然植物纤维具有可再生、可降解且价格低廉的优点。其中，竹原纤维长径比大、比强度与比模量高，其强度在大部分情况下可满足增强体的要求。中国竹类资源丰富，竹原纤维在水泥基材料的应用有很大的潜力。竹原纤维增强水泥基复合材料在应用性能上具有明显的优势，一方面，它能够降低建筑物对砖、钢筋和木质材料的消耗，减小建筑物墙体的厚度和建筑结构重量，降低建筑成本；同时也符合节能环保和低成本的要求，是一种极具潜力的绿色环保建筑材料。另一方面，竹原纤维在基体裂缝区域能够起到桥接作用，有效地阻止了裂缝的进一步延伸与扩展，减小裂缝宽度和长度。纤维横跨裂缝承受拉力而拉断，或纤维受力从基体中拔出，对水泥基材料的抗拉能力均有明显的提高作用，也提高了材料的韧性。

竹原纤维水泥基复合材料的界面是影响材料性能的主要因素。纤维与基体之间的界面结合紧密，基体才能通过界面将更多的力传递给纤维，纤维的增强效果才能得到发挥。要提高植物纤维增强水泥基复合材料性能就必须改善无机基体与有机纤维之间的界面结合。一般采用纤维表面改性的方法来增强纤维与基体间的结合，改善界面问题。硅烷偶联剂是一种具有特殊结构的有机硅化合物，使用硅烷偶联剂对竹原纤维进行表面改性，能有效降低竹原纤维的吸水性，从而减少由于竹原纤维在水泥基体中干缩湿胀导致体积不稳定而造成孔隙较多，结合不牢固的问题。由于硅烷偶联剂具有两种不同的化学官能团，能分别与竹原纤维和水泥基体发生反应形成共价键，将两种材料“偶联”起来，因此显著提高竹原纤维与水泥基体的界面结合。

本发明以竹原纤维为原料，以异氰酸酯三乙氧基硅烷作为改性剂，通过对竹原纤维表面改性，制备了硅烷偶联剂改性竹原纤维，以此增强水泥基体并制备改性竹原纤维水泥砂浆。制备的改性竹原纤维水泥砂浆界面相容性好，改善了传统水泥基材料抗折强度、抗拉强度较低、脆性大、干缩大等难题。同时，依本发明所制备的改性竹原纤维水泥砂浆生产过程环保节能，符合绿色建材的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种改性竹原纤维水泥砂浆制备方法，以解决水泥砂浆易开裂、干缩、耐久性差等问题；制得的改性竹原纤维水泥砂浆价格较低、环境友好，且具有很好的抗折性能、抗拉性能及耐久性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性竹原纤维增强水泥砂浆的原料组成包括水泥砂浆基体材料、改性竹原纤维；所述改性竹原纤维占增强水泥砂浆的质量百分数为1~10%；所述改性竹原纤维是通过改性剂溶液对竹原纤维改性获得的。

进一步地，改性剂溶液按质量份数计为：1~10份95wt%异氰酸酯三乙氧基硅烷，99~90份乙酸乙酯溶液，0.1~1.0份二月桂酸二丁基锡溶液。

进一步地，所述水泥砂浆基体材料由水泥、砂和水组成，水泥、砂与水的质量分数比例为：水泥﹕砂﹕水=1﹕0.78﹕0.4。

进一步地，所述的改性竹原纤维制备过程为：

（1）将竹原纤维放置于烘箱中烘至恒重并开松后备用；