[发明专利]一种植物原料分拆改性的微纳米材料及无机纤维增强混凝土强度韧性的方法

说明书

本发明涉及竹材水体系磺化生产改性纤维束提高混凝土强度和韧性的方法，即将植物材料用酸性亚硫酸氢钙水溶液在密闭容器中加热蒸煮磺化改性，过滤烘干粉碎得到长度表面磺化改性的纤维束，可以进一步用木质素盐浸泡再改性得到更致密、应用效果更好的木质素改性的磺化植物纤维束。本方法得到的磺化植物纤维束不团聚，具有乳化性，可均匀分散到混凝土中，能有效破解混凝土材料的脆性及开裂问题，增强增韧效果显著，再掺入无机微纳米晶须，可进一步提高混凝土强度和韧性。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体地涉及植物材料改性分散提高其混凝土的分散性及强度和韧性的方法，尤其是涉及一种植物材料分拆改性的微纳米材料的混凝土增强和增韧的用途，及与无机纤维混合使用增强混凝土强度韧性的方法。

背景技术

自1824年波特兰水泥问世以来，混凝土技术不断发展。价格低廉、原料来源广泛、可塑性强是混凝土的最大优点，但抗拉强度低、易干缩开裂、耐久性不足是混凝土的最大不足，也是混凝土技术攻关的主要方向。全球混凝土材料经历了钢筋混凝土、预应力混凝土、混凝土外加剂、矿物掺和料的四次技术变革后，在全球年用量已跃升到了330亿吨，成为了最大宗的人造建材。我国混凝土年产量已经连续多年达到全球混凝土总产量的50％以上，雄踞世界第一。

混凝土建筑材料是利用水泥水化缩合反应产生的交链型无机网状聚合物发挥粘结作用。但水量少，会造成混合物流动性和相容性差，施工困难。目前，为满足施工要求的水量是反应需水量的3倍左右，过量水形成的微孔结构缺陷是导致强度和韧性低的主要原因。为了改善混凝剂的性能，常常采用添加减水剂、纤维和矿物材料来增强混凝剂的强度，但效果有限。

采用减水剂可增加混凝土的和易性，但减水效果有限。即使是效果最好的聚羧酸系减水剂，减水率最高也不到30％，且使用成本高。

20世纪40年代，纤维增强混凝土(FRC)的发明，促进了混凝土材料的发展。1963年，美国的Romualdi首次描述了″纤维抗裂机制″，推动了钢纤维增强混凝土的发展，并逐渐进入实用阶段。此后，美国、英国、日本、德国等国家的学者开发了尼龙纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维等，在掺入量为0.05％-0.2％时可显著降低混凝土的塑性收缩裂缝，有助于提高其耐久性。20世纪50年代末，我国吴中伟院士等研究人员探索利用耐碱玻璃纤维增强普通硅酸盐水泥，为我国纤维混凝土的研究奠定了基础。孙伟院士1921年研究了钢纤维增强混凝土的基本力学性能、疲劳性能、耐磨性能、冲击特性和耐久性等性能和作用机理，深入研究了钢纤维与基体界面的过渡区结构。20世纪70年代，我国开始开展了大量的纤维凝结应用研究工作，并逐步在实际工程中应用。目前，应用较广的有交通工程的路面、机场路面、地下隧道等；港口工程的船坞、防波堤等；水利工程的水库、薄壁水管等。高抗裂性、高耐久性的纤维混凝土正在逐步取代传统混凝土在许多领域的建设。加入钢纤维、合成纤维或植物纤维也是提高混凝土抗裂性能的有效途径，但使用成本高或分散性差是限制其应用的最大瓶颈。