一种玄武岩纤维镁质抗裂剂及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料混凝土外加剂技术领域，具体涉及到一种玄武岩纤维镁质抗裂剂及其制备方法。


背景技术：

2.受基础约束影响，混凝土结构可能差生应力集中；受内外温差和龄期影响，混凝土温降过程中的温度应力可能大于混凝土当前抗拉强度；当养护不及时，混凝土表面产生干缩；上述情况均可能导致混凝土产生大规模裂缝。随着社会高速发展，大体积、超长结构混凝土建筑越来越多，高强度、高性能混凝土被广泛使用，混凝土开裂原因更加复杂、开裂危险亦越来越严重，尤其在大体积、超长结构中混凝土水化热引起的温度应力造成的混凝土开裂。
3.在水利水电工程建设中，混凝土温控措施呈多样性：工程可自建混凝土拌合系统，大体积混凝土常通过优化配合比、选用优质原材料、降低混凝土标号等措施降低大体积混凝土绝热温升值；综合骨料预冷、冰水拌和等方式降低原材料温度控制拌合楼出机口温度；运输过程中进行遮阳保护；浇筑过程中在仓面喷雾形成小气候；养护期间通冷却水降温。如此严格的温控，工程建设中仍然难以避免产生裂缝，所谓“无坝不裂”。在市政、交通工程中，混凝土多为拌合站提供的商品混凝土，供应量大，原材料、设备设施等较为固定，难以针对单个工程提供理想温度、物理力学及热力学指标的混凝土。另一方面，市政、交通建筑以“细长型”、“薄板型”结构为主，混凝土标号高、断面小、混凝土内部基本不能埋设冷却水管，混凝土浇筑后基本只能自然降温。因此，提高混凝土性能成为混凝土温控中重要的研究方向，最理想的混凝土应有低热量、低弹模、高拉压比、高自生体积变形(极限拉伸值)等特性。
4.现有技术中的研究人员提出过几种思路：
5.第一种是根据混凝土温度过程线，通过掺加外加剂调控混凝土水化热释放进程，削减混凝土温度峰值，以水化热抑制剂为代表。研究发现水化热抑制剂可将混凝土温度峰值推迟约24h，但不能减少混凝土总热量；掺加水化热抑制剂会显著降低拌和物的工作性能，降低混凝土早期强度，加大混凝土后期收缩变形。
6.第二种是掺加具有膨胀性能的外加剂，通过改变自生体积变形补偿表面干缩变形。常见的膨胀剂多为早期膨胀型，以硫铝酸钙和氧化钙为代表。硫铝酸钙类膨胀剂掺入混凝土中经水化作用生成硫铝酸钙水化物即钙矾石而发生体积膨胀，补偿混凝土表面收缩，在水化过程中形成钙矾石(c3a
·
3caso4·
32h2o)。氧化钙类膨胀剂的膨胀作用主要由氧化钙晶体水化形成氢氧化钙晶体，导致体积增大。上述膨胀剂水化速度快，早期膨胀迅速，混凝土早期塑性变形大，吸纳了部分膨胀量；该类膨胀剂中后期的收缩补偿能力弱、掺量大、混凝土总含碱量控制难度大等因素也限制了该类膨胀剂的使用范围。另一类膨胀剂为具有延迟膨胀特性的氧化镁。氧化镁的膨胀变形主要发生在混凝土降温收缩阶段(7d～90d)，对于大体积、标号高的混凝土，其内部水化热释放很慢，较好的发挥氧化镁类膨胀剂的延迟膨胀特性。
7.第三种是通过掺加纤维材料增强混凝土的抗拉强度和极限拉伸值。混凝土工程中常用的纤维材料主要是聚丙烯纤维和钢纤维。聚丙烯纤维有较好的抗碱性、但抗拉强度低、较易老化、不环保，原料来源受到一定限制，且低模量合成纤维通常会使混凝土抗压强度下降。钢纤维成本高，粘结强度较低，生产效率低，能耗高。
8.第四种是复掺，即将上述三种外加剂混合，期望多种材料复掺发挥各种材料优势。而工程试验和实践表明，随意组合只会推高成本和工程投资，无法达到理想的效果。如，1％水化热抑制剂和5％镁质膨胀剂复掺降温效果不如单掺，自生体积变形相比单掺氧化镁降低15％。又如，主要成分为镁、钙类混合膨胀剂掺入极少比例的水化热抑制剂和少量玄武岩纤维，混凝土力学性质的增强受控于镁、钙类混合膨胀剂，分别提供混凝土早期和后期膨胀变形，总掺量高达13％～17％，造价偏高。
9.因此，研发一种高性能、低成本、环保并可广泛使用的抗裂剂是迫切需求。


技术实现要素：

10.本发明提供了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂及其制备方法，第一方面通过常用的三种建筑材料，玄武岩纤维、镁质膨胀剂和α-海泡石的配合可以提高抗裂剂的膨胀变形能力和抗拉强度，降低抗裂剂的成本；第二方面通过溶剂与搅拌方式的改进，可以提高抗裂剂组分的反应程度，进一步改善抗裂剂的物理性能。
11.第一方面，本发明提供了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料5～15份、镁质膨胀剂80～94份和α-海泡石1～5份；
12.所述玄武岩纤维复合材料中玄武岩纤维的含量为70～90％；
13.所述玄武岩纤维镁质抗裂剂在混凝土中的用量为4～6kg/m3。
14.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
15.进一步地，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料8～12份、镁质膨胀剂85～90份和α-海泡石2～3份。。
16.进一步地，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料10份、镁质膨胀剂87份和α-海泡石3份。
17.进一步地，所述镁质膨胀剂为高纯度轻烧氧化镁，所述镁质膨胀剂中氧化镁的含量大于85％，烧失量小于4％，含水量小于1％，f-cao含量小于2％，活性反应时间为50s～300s。
18.进一步地，所述玄武岩纤维复合材料为玄武岩纤维与碳纳米管颗粒经复合改性后制备得到的材料；
19.所述玄武岩纤维为短切纤维，纤维规格为直径15～22μm，长度为15～30mm。
20.进一步地，所述玄武岩纤维复合材料通过以下方法制备：
21.活化玄武岩纤维和碳纳米颗粒；
22.将活化后的玄武岩纤维与碳纳米颗粒复合改性，得到玄武岩纤维复合材料。
23.进一步地，所述活化包括以下步骤：
24.烧结玄武岩纤维后浸泡在混酸溶液(h2so4/hno3混酸溶液)中刻蚀表面，得到活化的玄武岩纤维；
25.将碳纳米管浸泡于混酸溶液中超声分散，然后以无水乙醇为清洗溶剂清洗后，干
燥得到活化的碳纳米管颗粒。
26.优选的，浸泡碳纳米管的混酸溶液为浓硝酸与浓硫酸溶液的混合溶液，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1，浓硫酸的体积分数为98％，浓硝酸的体积分数为67％。
27.进一步地，所述复合改性包括以下步骤：
28.将活化后的玄武岩纤维和碳纳米管颗粒按照质量比70～90：10～30共溶于丙酮溶液中超声分散；
29.将分散后的溶液在160～200℃条件下混捏，混捏后经冲压成型和焙烧，制得玄武岩纤维复合材料。
30.第二方面，本发明提供了一种第一方面任一所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法，包括以下步骤：
31.按重量份称取原料，将原料混合后加入原料质量50～75％的无水乙醇采用三段式搅拌方法混合，制得玄武岩纤维镁质抗裂剂；
32.所述三段式搅拌方法包括第一段常温搅拌、第二段加热搅拌以及第三段冷却搅拌。
33.进一步地，所述第一段常温搅拌的转速为300～1000rpm，搅拌的时间为15～30min；
34.所述第二段加热搅拌的温度为150～180℃，时间为1～6h，转速为4500～6000rpm；
35.所述第三段冷却搅拌的方式为自然冷却，冷却搅拌的转速为300～1000rpm，搅拌的时间为30～60min。
36.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：
37.1、本发明的玄武岩纤维镁质抗裂剂包括三种组分，其一为玄武岩纤维复合材料，其二为轻烧氧化镁(镁质膨胀剂)，其三为α-海泡石。经改性后的玄武岩纤维复合材料既保留玄武岩纤维优异的抗酸、抗碱、耐腐蚀性能，也提高了抗拉性能和抗断裂性能，在更高的温度范围内保持良好的稳定性。轻烧氧化镁可以赋予抗裂剂微膨胀的特性，用于混凝土后可以提高混凝土的耐久性能。α-海泡石具有独特的纤维束状结构，可以在玄武岩纤维结构中穿插和捆绑，提高抗裂剂的密实度和牢固性，起到机械互锁的作用，进一步提高抗裂剂的耐酸、耐碱和耐腐蚀性能。
38.2、本发明的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法，通过海泡石本身的易溶解于极性溶剂中并形成网络的特性，采用乙醇溶液混合三种组分，在混合过程中海泡石形成的网络可以将玄武岩纤维复合材料和轻烧氧化镁包覆，并且将粒径较小的轻烧氧化镁挤压进纤维缝隙中或者将断裂的纤维端头挤压进轻烧氧化镁的颗粒缝隙中。总而言之，通过三段式搅拌的过程，最基础的效果是可以提高搅拌的均匀程度，也可以使乙醇在搅拌过程中挥发，避免其混凝土中对混凝土结构造成影响，同时还可以避免颗粒分子在某一局部位置团聚，影响抗裂剂的性能，降低抗裂剂的孔隙量。
39.3、本发明中的玄武岩纤维镁质抗裂剂，可全面提高混凝土的物理力学性质和耐久性能。试验表明在混凝土中外掺极少的玄武岩纤维镁质抗裂剂(4～6kg/m3)可提高混凝土抗拉强度10～20％，提高混凝土抗压强度5～10％，提高混凝土抗冻性能10％～30％，提高混凝土抗渗性能20％左右。
40.4、本发明与混凝土基体具有天然的相容性，不影响混凝土拌合物工作性能，环保
无污染，耐碱性好，对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥都有良好的适应性。
附图说明
41.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
42.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明制备玄武岩纤维镁质抗裂剂的流程示意图；
44.图2为试验例1中掺入玄武岩纤维镁质抗裂剂后混凝土断裂后切面的示意图。
具体实施方式
45.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.除非另有特别说明，本技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
47.第一方面，本技术提供了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料5～15份、镁质膨胀剂80～94份和α-海泡石1～5份；
48.所述玄武岩纤维复合材料中玄武岩纤维的含量为70～90％(可以理解为活化后的玄武岩纤维的质量分数)；
49.所述玄武岩纤维镁质抗裂剂在混凝土中的用量为4～6kg/m3。
50.本发明中，玄武岩纤维是一种高性能的无机硅酸盐纤维，生产过程绿色环保，具有优异的化学稳定性、耐腐蚀性、耐高温、抗震性能以及环境无害等优点。在本发明中，以改性后的玄武岩纤维为增强体，以轻烧氧化镁为基体，以α-海泡石为辅助体，三者混合制备的抗裂剂具有更优异的力学性能和耐高温性能，可以在混凝土成型过程中诱导混凝土内部产生持续微膨胀，补偿混凝土收缩应力，降低结构物的收缩开裂风险，同时可改善混凝土孔隙结构，极大提高混凝土的密实度，从而显著提升混凝土的抗裂性能。
51.本发明中的镁质膨胀剂，选用高纯度轻烧氧化镁，由菱镁矿破碎、粉磨、煅烧制备而成。将原料破碎，加入球磨机或管磨机中共磨成≤0.088mm的粉料；经过前处理的原料，外加氯化镁溶液和水在强力混砂机中混合10分钟；将混和均匀的物料经干燥后置于回转窑中煅烧。煅烧分两个阶段：(1)700～900℃煅烧30～60min；(2)900～1100℃煅烧30～60min，煅烧得到的轻烧氧化镁中mgo的含量大于85％，烧失量小于4％，含水量小于1％，f-cao含量小于2％，活性反应时间为50s～300s，同时其各项性能指标应满足dl/t5296-2013《水工混凝土掺用氧化镁技术规范》的相关规定。
52.本发明中的玄武岩纤维是一种无机纤维材料，用纯天然火山喷出岩为原料，经1450～1500℃高温熔融后快速拉制而成的连续纤维。经破碎、清洗后直径为50～60mm的玄武岩料块，由加料设备投入池窑，在垂直火焰的作用下，在约1500℃的温度下熔化、均化、脱
气后，熔体穿过沉式加热式管状流液洞，进入通路，此时熔体达到适合成型的温度，并由铂管分流器输达到相应的中心喂液器，让它流入铂漏板，由漏嘴流出的熔体，在热风式丝根冷却器的强制冷却下形成纤维。其抗拉强度≥1050mpa，弹性模量≥34gpa，断裂伸长率≤3.1％，耐酸、耐碱、抗紫外线等其它各项性能指标应满足gb/t23265-2009的相关规定。
53.本发明中的α-海泡石成大束的纤维状晶体，是一种纯天然、无毒、无味、无石棉、无放射性元素的一种水合镁硅酸盐粘土矿物，具有非金属矿物中最大的比表面积和独特的内容孔道结构。在通道和孔洞中可以吸附大量的水或极性物质，因此在本发明的制备过程中可以吸附乙醇溶液，在后期制备混凝土的过程中可以吸附其余极性物质，提高相容性能以及粘结能力。在本发明中还可以通过发泡的性能提高另外两种组分的网络交联能力，提高抗裂剂的力学性能和粘结性能。
54.优选的，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料8～12份、镁质膨胀剂85～90份和α-海泡石2～3份。
55.更优选的，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料10份、镁质膨胀剂87份和α-海泡石3份。
56.在本发明一些具体的实施例中，所述镁质膨胀剂为高纯度轻烧氧化镁，所述镁质膨胀剂中氧化镁的含量大于85％，烧失量小于4％，含水量小于1％，f-cao含量小于2％，活性反应时间为50s～300s。
57.在本发明一些具体的实施例中，所述玄武岩纤维复合材料为玄武岩纤维与碳纳米管颗粒经复合改性后制备得到的材料；
58.所述玄武岩纤维为短切纤维，纤维规格为直径15～22μm，长度为15～30mm。
59.在本发明一些具体的实施例中，所述玄武岩纤维复合材料通过以下方法制备：
60.活化玄武岩纤维和碳纳米颗粒；
61.将活化后的玄武岩纤维与碳纳米颗粒复合改性，得到玄武岩纤维复合材料。
62.在本发明一些具体的实施例中，所述活化包括以下步骤：
63.烧结玄武岩纤维后浸泡在混酸溶液(h2so4/hno3混酸溶液)混合，置于75-85℃油浴中搅拌反应5h，然后冷却至室温，再水洗至ph值为6～7并干燥，刻蚀表面，得到活化的玄武岩纤维；
64.将碳纳米管浸泡于混酸溶液中超声分散，然后以无水乙醇为清洗溶剂清洗后，干燥得到活化的碳纳米管。
65.优选的，烧结的温度为300～500℃，烧结的时间为30～45min。烧结可以去除玄武岩纤维表面的沉积物，有利于增加玄武岩纤维的表面活性；再采用浓硫酸和浓硝酸对玄武岩纤维表面进行刻蚀，可以使玄武岩纤维表面出现孔洞和沟槽，以改善玄武岩纤维表面的粘附特性。
66.优选的，浸泡玄武岩纤维的混酸溶液为浓度为5～10wt％的硫酸与硝酸的混合溶液，混酸溶液中浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1，浓硫酸的体积分数为98％，浓硝酸的体积分数为67％。
67.优选的，浸泡碳纳米管的混酸溶液为浓硝酸与浓硫酸溶液的混合溶液，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1，浓硫酸的体积分数为98％，浓硝酸的体积分数为67％。超声分散的仪器为超声分散机，功率为300w，搅拌时间为6～10h。干燥的温度为60～90℃，干燥的
时间为6～10h。混酸处理可以使碳纳米管羧基化，使碳纳米管在后续制备抗裂剂以及混凝土的过程中分散更加均匀稳定，同时羧基化的碳纳米管在纤维复合结构中可以改变纤维的断裂性能和断裂方向(如图2所示)，使玄武岩纤维复合改性后可以提高力学性能，更好地传递应力，使裂纹形成更晚，提高复合材料的使用年限。
68.在本发明一些具体的实施例中，所述复合改性包括以下步骤：
69.将活化后的玄武岩纤维和碳纳米管颗粒共溶于丙酮溶液中超声分散；
70.将分散后的溶液加入少量沥青在160～200℃条件下混捏，混捏后经冲压成型和焙烧，制得玄武岩纤维复合材料。
71.所述混捏的时间为10～30min，冲压成型的压力为1～10mpa，冲压的温度为100℃，焙烧的温度为200～500℃。
72.其中，如果玄武岩纤维为长度不一的材料，则分散的过程优选将玄武岩纤维分为四部分添加，以15～18mm、19～24mm、25～27mm和28～30mm的长度为四个阶段，首先添加15～18mm的玄武岩纤维，混合均匀后再依次添加更长长度的玄武岩纤维，混合均匀后再添加更长的玄武岩纤维，直至所有玄武岩纤维添加完全。本发明中的分散过程可以提高玄武岩纤维与碳纳米管的混合程度，提高两者结合的全面性和缠绕的可能性，提高复合材料的稳定性能。
73.其中，丙酮溶液是一种性能优异的溶剂，通过超声分散可以提高碳纳米管颗粒与玄武岩纤维的均匀性，改性后的碳纳米管和玄武岩纤维本身结构会或多或少打开缺口，高温混捏可以碳纳米管颗粒与活化的玄武岩纤维充分结合反应，以不同的穿插和结合方式结合以形成一个新的复杂的网络结构，冲压成型后可以形成稳定的结构，经过焙烧后可以使复合材料的结构团聚，稳定性增强。
74.第二方面，基于一个总的发明构思，如图1所示，本发明提供了一种第一方面任一所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法，包括以下步骤：
75.按重量份称取原料，将原料混合后加入原料质量无水乙醇采用三段式搅拌方法混合，制得玄武岩纤维镁质抗裂剂；
76.所述三段式搅拌方法包括第一段常温搅拌、第二段加热搅拌以及第三段冷却搅拌。
77.在本发明一些具体的实施例中，所述第一段常温搅拌的转速为300～1000rpm，搅拌的时间为15～30min；
78.所述第二段加热搅拌的温度为150～180℃，时间为1～6h，转速为4500～6000rpm；
79.所述第三段冷却搅拌的方式为自然冷却，冷却搅拌的转速为300～1000rpm，搅拌的时间为30～60min。
80.以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
81.下列实施例中，玄武岩纤维为短切纤维，纤维规格为直径15μm，长度为18mm。镁质膨胀剂的平均粒径小于2μm，α-海泡石的平均粒径小于2.5mm。
82.实施例1
83.本实施例提供了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂，包括以下重量份原料：
84.玄武岩纤维复合材料10份、镁质膨胀剂87份和α-海泡石3份。
85.所述玄武岩纤维复合材料中玄武岩纤维的含量为75％。
86.本实施例中，玄武岩纤维复合材料通过以下方法制备得到：
87.(1)烧结玄武岩纤维后浸泡在8wt％混酸溶液中，刻蚀表面，得到活化的玄武岩纤维，烧结的温度为350℃，烧结的时间为30min，混酸溶液包括体积比为3:1的浓硫酸(98％)和浓硝酸(67％)。
88.(2)将碳纳米管浸泡于混酸溶液中超声分散，然后以无水乙醇为清洗溶剂清洗5次后，干燥得到活化的碳纳米管。混酸溶液与步骤(1)中的混酸溶液相同。超声分散的仪器为超声分散机，功率为300w，搅拌时间为6h。干燥的温度为75℃，干燥的时间为6h。
89.(3)将活化后的玄武岩纤维和碳纳米管按照质量比75:25共溶于丙酮溶液中超声分散；
90.将分散后的溶液加入少量沥青在160℃条件下混捏，混捏后经冲压成型和焙烧，制得玄武岩纤维复合材料。混捏的时间为20min，冲压成型的压力为10mpa，冲压的温度为100℃，焙烧的温度为300℃。
91.本实施例中玄武岩纤维镁质抗裂剂通过以下方法制备得到：
92.按重量份称取原料，将原料混合后加入原料质量50％的无水乙醇采用三段式搅拌方法混合，制得玄武岩纤维镁质抗裂剂；
93.所述三段式搅拌方法包括第一段常温搅拌、第二段加热搅拌以及第三段冷却搅拌。
94.所述第一段常温搅拌的转速为500rpm，搅拌的时间为30min；
95.所述第二段加热搅拌的温度为180℃，时间为2h，转速为4500rpm；
96.所述第三段冷却搅拌的方式为自然冷却，冷却搅拌的转速为500rpm，搅拌的时间为30min。
97.实施例2
98.本实施例提供了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂，包括以下重量份原料：
99.玄武岩纤维复合材料5份、镁质膨胀剂93份和α-海泡石2份。
100.本实施例中的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法与实施例1一致。
101.实施例3
102.本实施例提供了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂，包括以下重量份原料：
103.玄武岩纤维复合材料10份、镁质膨胀剂87.5份和α-海泡石2.5份。
104.本实施例中的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法与实施例1一致。
105.实施例4
106.本实施例提供了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂，包括以下重量份原料：
107.玄武岩纤维复合材料8份、镁质膨胀剂90份和α-海泡石2份。
108.本实施例中的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法与实施例1一致。
109.实施例5
110.本实施例提供了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂，包括以下重量份原料：
111.玄武岩纤维复合材料15份、镁质膨胀剂80份和α-海泡石5份。
112.本实施例中的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法与实施例1一致。
113.实施例1-5仅原料重量份不同，其余均相同。
114.实施例6
115.本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例中的玄武岩纤维复合材料通过以下方法制备得到：
116.(1)烧结玄武岩纤维后浸泡在10wt％混酸溶液中，刻蚀表面，得到活化的玄武岩纤维，烧结的温度为500℃，烧结的时间为30min，混酸溶液包括体积比为3:1的浓硫酸(98％)和浓硝酸(67％)。
117.(2)将碳纳米管浸泡于混酸溶液中超声分散，然后以无水乙醇为清洗溶剂清洗5次后，干燥得到活化的碳纳米管。混酸溶液与步骤(1)中的混酸溶液相同。超声分散的仪器为超声分散机，功率为300w，搅拌时间为6h。干燥的温度为90℃，干燥的时间为6h。
118.(3)将活化后的玄武岩纤维和碳纳米管按照质量比75:25共溶于丙酮溶液中超声分散；
119.将分散后的溶液加入少量沥青在180℃条件下混捏，混捏后经冲压成型和焙烧，制得玄武岩纤维复合材料。混捏的时间为10min，冲压成型的压力为5mpa，冲压的温度为100℃，焙烧的温度为200℃。
120.实施例7
121.本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例中的玄武岩纤维复合材料通过以下方法制备得到：
122.(1)烧结玄武岩纤维后浸泡在5wt％混酸溶液中，刻蚀表面，得到活化的玄武岩纤维，烧结的温度为300℃，烧结的时间为45min，混酸溶液包括体积比为3:1的浓硫酸(98％)和浓硝酸(37％)。
123.(2)将碳纳米管浸泡于混酸溶液中超声分散，然后以无水乙醇为清洗溶剂清洗5次后，干燥得到活化的碳纳米管。混酸溶液与步骤(1)中的混酸溶液相同。超声分散的仪器为超声分散机，功率为300w，搅拌时间为6h。干燥的温度为75℃，干燥的时间为6h。
124.(3)将活化后的玄武岩纤维和碳纳米管按照质量比75:25共溶于丙酮溶液中超声分散；
125.将分散后的溶液加入少量沥青(活化后的玄武岩纤维质量的30％，其余地方同)在200℃条件下混捏，混捏后经冲压成型和焙烧，制得玄武岩纤维复合材料。混捏的时间为30min，冲压成型的压力为5mpa，冲压的温度为100℃，焙烧的温度为300℃。
126.对比例1
127.本对比例与实施例1的唯一区别在于，不采用玄武岩纤维复合材料，采用玄武岩纤维。
128.对比例2
129.本对比例与实施例1的唯一区别在于，制备玄武岩纤维复合材料过程中不添加碳纳米管，仅对玄武岩纤维进行改性。
130.对比例3
131.本对比例与实施例1的唯一区别在于，不采用镁质膨胀剂。
132.对比例4
133.本对比例与实施例1的唯一区别在于，将α-海泡石替换为同规格的硅藻土。
134.对比例5
135.本对比例与实施例1的唯一区别在于，直接采用常温搅拌制备玄武岩纤维镁质抗裂剂。
136.对比例6
137.本对比例与实施例1的唯一区别在于，直接采用加热搅拌制备玄武岩纤维镁质抗裂剂。
138.试验例1
139.将实施例1以及对比例1-6制备的材料按照同样的比例关系配置成混凝土，对混凝土进行性能检测，包括塌落度、抗压强度、劈裂强度、抗折强度以及自生体积变形。
140.具体的，混凝土的组分包括碎石、砂、水泥和抗裂剂，按照《普通混凝土配合比设计》(jgj55-2011)要求选用。试配混凝土强度等级为c50，水泥542kg/m3，水168kg/m3，砂680kg/m3，碎石1020kg/m3。
141.混凝土通过以下方法制备得到：
142.s1：采用强制式搅拌机，拌合时先将抗裂剂与砂、碎石、水泥等同时加入搅拌机。先干拌后湿拌，搅拌时间宜延长10～20s，以保证抗裂剂能够在混凝土中混合均匀。抗裂剂混凝土拌合物应拌合均匀，颜色一致，不得有离析、泌水、玄武岩纤维镁质抗裂剂结团现象。
143.s2：工作台班应至少检测一次拌合物的均匀性、稠度，偏差不应超过配合比要求的
±
10％；必要时应检测抗裂剂体积率，偏差不应超过配合比要求的
±
15％。
144.s3：应严格控制纤维混凝土坍落度。坍落度过小易粘溜槽，入仓难以振捣，滑模时阻力大，混凝土易拉裂；坍落度过大在溜槽中滑行易产生分离，出模后混凝土易下塌，表面平整度差。
145.s4：抗裂剂混凝土宜用平板振捣器或模外振捣器振捣，保证玄武岩纤维镁质抗裂剂混凝土密实外，还应保证玄武岩纤维镁质抗裂剂分布的均匀性，避免玄武岩纤维镁质抗裂剂裸露在结构物表面。
146.s5：尽量连续浇筑，减少施工缝；如无法避免，如不可避免，可在混凝土终凝后立即将接缝处混凝土凿毛，或通过构造配筋等手段，减少其影响。
147.本次试验中，保证添加到混凝土中的实施例1的玄武岩纤维镁质抗裂剂的掺量为6kg/m3；对比例1-6中抗裂剂的掺量为6kg/m3。
148.实施例1以及对比例1-5的检测结果如表1所示。
149.表1混凝土性能试验成果统计表
150.151.可以看出，若以玄武岩纤维镁质抗裂剂的掺量为标准，相对于不添加任何抗裂剂的空白组，掺入本发明制备的玄武岩纤维镁质抗裂剂(4～6kg/m3)后，可提高混凝土抗拉强度10～20％，混凝土抗压强度5～10％，混凝土抗冻性能10％～30％，混凝土抗渗性能提高约20％。
152.对比例1中没有对玄武岩纤维进行改性处理，无法提高玄武岩纤维的活性和分散性能，也无法得到复杂的网络结构，因此后续玄武岩纤维与轻烧氧化镁、α-海泡石的结合也仅仅是物理结合，无法提高抗裂剂的稳定性能和分散性，因此混凝土内部的粘结相对不紧密，仅有部分抗裂和防水的功能。
153.对比例2中没有添加碳纳米管与玄武岩纤维进行网络混建，仅对玄武岩本身进行了刻蚀改性和混捏成型，因此改性后的玄武岩纤维仅仅提高了部分稳定性能，并不能提高与轻烧氧化镁和α-海泡石的结合能力，因此对混凝土的性能影响有，但是并不明显。
154.对比例3中没有添加轻烧氧化镁，对混凝土的微膨胀能力有一定影响，因此制备出的混凝土的收缩开裂风险相对较大，并且对混凝土密实度也有一定的消极影响。
155.对比例4中将α-海泡石替换为性能类似的硅藻土，虽然硅藻土能一定程度上提高混凝土的抗冻性能，但是硅藻土的存在会影响混凝土的内部结构的连续性，当玄武岩纤维等被拉伸时，硅藻土颗粒会随之分散，降低混凝土的抗压和抗折强度，对坍落度的影响也较大。
156.对比例5和对比例6采用一次性搅拌的方法制备抗裂剂，这种方法虽然也能将原料混合均匀，但是会影响产品在混合过程中的结构交联程度，导致制备的抗裂剂本身结构不稳定，在用于混凝土中后，影响混凝土的稳定性和坍落度。
157.试验例2
158.以实施例1制备的玄武岩纤维复合材料为基础，对玄武岩纤维复合材料与轻烧氧化镁掺量进行研究。制备混凝土的方法与试验例1中的一致。
159.其中，实验组分为实验组1-4，对照组分为对照组1-4，混凝土中玄武岩纤维复合材料的掺量依次为3kg/m3，3kg/m3，3kg/m3，3kg/m3，0kg/m3，2.5kg/m3，3.5kg/m3，4kg/m3；轻烧氧化镁的掺量依次为7.5kg/m3，7kg/m3，6.5kg/m3，6kg/m3，0kg/m3，6kg/m3，6kg/m3，6kg/m3，α-海泡石的掺量均为0.1kg/m3。
160.实验组1-4以及对照组1-4的抗裂剂制备的混凝土的自生体积变形试验结果如表2所示。
161.表2混凝土自生体积变形试验成果统计表
162.163.由表2可以看出，不添加本发明的玄武岩纤维镁质抗裂剂的混凝土自生体积变形呈收缩型；在20℃环境中，掺加玄武岩纤维镁质抗裂剂混凝土(实施例1)180d龄期自生体积变形膨胀量约(50～60)
×
10-6
，且呈持续缓慢增长趋势，膨胀主要发生在大体积混凝土温降阶段(即龄期7d～90d)。由此可以看出，若以玄武岩纤维复合材料或者轻烧氧化镁的单独掺量为标准，仅需外掺玄武岩纤维复合材料2.5～4kg/m3，即可提高混凝土的微膨胀能力，补偿混凝土收缩应力。相对于现有技术中的镁质膨胀剂总掺量到达13～17％，已经极大程度得降低了原料的成本。
164.综上所述，掺入本发明的玄武岩纤维镁质抗裂剂对混凝土的工作性能和力学性能无负面影响，不会导致超缓凝现象；可提供持续微膨胀，降低混凝土收缩开裂的风险；可全面提高混凝土的物理力学性质和耐久性能。本发明的玄武岩纤维镁质抗裂剂可调控掺量比例和活性反应时间，从而适应各种混凝土结构的抗裂防渗需要。
165.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种玄武岩纤维镁质抗裂剂，其特征在于，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料5～15份、镁质膨胀剂80～94份和α-海泡石1～5份；所述玄武岩纤维复合材料中玄武岩纤维的含量为70～90％；所述玄武岩纤维镁质抗裂剂在混凝土中的用量为4～6kg/m3。2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂，其特征在于，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料8～12份、镁质膨胀剂85～90份和α-海泡石2～3份。3.根据权利要求1或2所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂，其特征在于，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料10份、镁质膨胀剂87份和α-海泡石3份。4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂，其特征在于，所述镁质膨胀剂为轻烧氧化镁，所述轻烧氧化镁中氧化镁的含量大于85％，烧失量小于4％，含水量小于1％，f-cao含量小于2％，活性反应时间为50s～300s。5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂，其特征在于，所述玄武岩纤维复合材料通过以下方法制备：活化玄武岩纤维和碳纳米管，将活化后的玄武岩纤维与碳纳米管按照质量比70～90：10～30复合改性，得到玄武岩纤维复合材料；所述复合改性包括以下步骤：将活化后的玄武岩纤维和碳纳米管共溶于丙酮溶液中超声分散；将分散后的溶液在160～200℃条件下混捏，混捏后经冲压成型和焙烧。6.根据权利要求5所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂，其特征在于，所述活化包括以下步骤：烧结玄武岩纤维后浸泡在混酸溶液中，刻蚀表面，得到活化的玄武岩纤维；将碳纳米管浸泡于混酸溶液中超声分散，然后用无水乙醇清洗后，干燥得到活化的碳纳米管；所述混酸溶液包括体积比为3:1的98％浓硫酸溶液和67％的浓硝酸溶液。7.根据权利要求5或6所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂，其特征在于，所述玄武岩纤维为短切纤维，纤维规格为直径15～22μm，长度为15～30mm。8.一种根据权利要求1～7任一项所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份称取原料，将原料混合后加入原料质量50～75％的无水乙醇采用三段式搅拌方法混合，制得玄武岩纤维镁质抗裂剂；所述三段式搅拌方法包括第一段常温搅拌、第二段加热搅拌以及第三段冷却搅拌。9.根据权利要求8所述的玄武岩纤维镁质抗裂剂的制备方法，其特征在于，所述第一段常温搅拌的转速为300～1000rpm，搅拌的时间为15～30min；所述第二段加热搅拌的温度为150～180℃，时间为1～6h，转速为4500～6000rpm；所述第三段冷却搅拌的方式为自然冷却，冷却搅拌的转速为300～1000rpm，搅拌的时间为30～60min。

技术总结
本发明公开了一种玄武岩纤维镁质抗裂剂及其制备方法，属于建筑材料外加剂技术领域。本发明的玄武岩纤维镁质抗裂剂，以重量份数计，包括以下原料：玄武岩纤维复合材料5～15份、镁质膨胀剂80～94份和α-海泡石1～5份；所述玄武岩纤维复合材料中玄武岩纤维的含量为70～90％；所述玄武岩纤维镁质抗裂剂在混凝土中的用量为4～6kg/m3。本发明的玄武岩纤维镁质抗裂剂旨在混凝土中通过掺入适量具有微膨胀特性的抗裂剂，显著增强混凝土抗拉强度、抗压强度、抗渗、抗冻和抗冲击性能，达到同时提高混凝土抗裂性能和耐久性的目的。混凝土抗裂性能和耐久性的目的。混凝土抗裂性能和耐久性的目的。


技术研发人员：肖菊香 肖国平
受保护的技术使用者：达州磊金镁纤新材料科技有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/9/6