一种纤维增强混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土制备技术领域，尤其涉及一种纤维增强混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.与一些其它建筑材料(例如，金属和聚合物)相比，混凝土是一脆性材料，它抗拉能力小，抗弯强度低，变形能力差，无法抑制裂纹的萌生和扩展，一旦过载，混凝土就会出现断裂。因此，提高水泥混凝土的抗弯强度和韧性以延长混凝土的使用寿命，是水泥混凝土材料的一个非常重要的研究方向。通过添加纤维来抑制混凝土的微破裂和宏观破裂过程是目前较普遍采用的方式。纤维不仅可以抑制裂纹的形成，也可以减弱裂纹的蔓延和生长。所得的材料被称为“纤维增强混凝土”，正在迅速成为广为接受的主流建筑材料。
3.例如专利cn106687425a公开了一种纤维增强混凝土，将聚合物纤维添加到水泥基混合物中，降低混凝土的脆性，提高强度，减少裂纹的产生。专利cn110282935a公开了一种纤维增强型混凝土及其制备方法，包括以下重量份的组分：280-300份水泥、160-185份粉煤灰、90-110份矿粉、170-180份水、785-806份碎石、755-780份砂子、20-30份复合纤维材料、5-10份减水剂；所述复合纤维材料包括5-10份碳纤维、1-5份水镁石纤维、1.5-3份玻璃纤维、10-25份环氧树脂、5-10份丙烯酸酯乳液、0.7-1.4份分散剂、1.8-2.6份硅藻土、1.3-1.8份废旧橡胶粒。但是，上述方法纤维分散均匀性及与混凝土的结合强度不佳，因此增强增韧效果有限，而且成分复杂。
4.有鉴于此，有必要设计一种改进的纤维增强混凝土及其制备方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种纤维增强混凝土及其制备方法，通过在中空纤维中内置部分混凝土粉料，提高纤维本身强度以及纤维与混凝土的结合强度，进而提高纤维对混凝土的增强增韧作用。
6.为实现上述目的，本发明提供一种纤维增强混凝土，按重量份包括：水泥100份、粉煤灰30-50份、细骨料100-150份、内置混凝土粉料的中空纤维2-20份、减水剂2-5份和水30-60份；所述混凝土粉料包括水泥。
7.作为本发明的进一步改进，所述中空纤维中所述混凝土粉料的体积填充量为10-80％。
8.作为本发明的进一步改进，所述中空纤维为中空聚丙烯腈纤维、中空聚酰胺纤维、中空碳纤维、中空玻璃纤维中的一种或多种。
9.作为本发明的进一步改进，所述中空纤维的长度为0.5-2mm，外径为100-1000μm，内径为50-800μm。
10.作为本发明的进一步改进，所述中空纤维为多孔中空纤维，孔隙率为30-60％，孔径大小为5-20μm。
11.作为本发明的进一步改进，所述内置混凝土粉料的中空纤维的制备方法包括：先制备中空纤维并破碎至0.5-2mm，然后配制包含水泥的非水性悬浮液，将所述中空纤维浸渍于所述非水性悬浮液中，震荡吸附，然后干燥得到内置混凝土粉料的中空纤维；
12.或者，先配制纺丝液和所述非水性悬浮液，然后同轴挤出纺丝，得到内置混凝土粉料的中空纤维。
13.作为本发明的进一步改进，所述混凝土粉料的粒径小于100μm。
14.作为本发明的进一步改进，所述非水性悬浮液的固含量为10-20wt％，采用的溶剂为乙醇或丙酮。
15.作为本发明的进一步改进，所述混凝土粉料包括水泥100份、粉煤灰30-50份和细骨料100-150份。
16.为实现上述目的，本发明还提供一种以上任一项所述的纤维增强混凝土的制备方法，包括如下步骤：
17.将水泥100份、粉煤灰30-50份、细骨料100-150份、内置混凝土粉料的中空纤维5-20份混合均匀，然后加入水30-60份和减水剂2-5份混合均匀，得到混凝土浆料；将所述混凝土浆料浇筑、养护，得到纤维增强混凝土。
18.本发明的有益效果如下：
19.本发明提供的纤维增强混凝土，通过在中空纤维中内置部分混凝土粉料，使得养护固化后，中空纤维内部的混凝土粉料凝固，提高纤维强度；与此同时，中空纤维内外混凝土通过水化反应，将纤维紧密包裹，从而提高纤维增强增韧作用，因此得到的混凝土抗压强度和抗弯强度均显著提高。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明提供的纤维增强混凝土，按重量份包括：水泥100份、粉煤灰30-50份、细骨料100-150份、内置混凝土粉料的中空纤维2-20份、减水剂2-5份和水30-60份；所述混凝土粉料包括水泥。通过在中空纤维中内置部分混凝土粉料，当制备混凝土浆料时，水分渗透进中空纤维内部，使得内部混凝土粉料也可以发生水化反应，一方面可提高纤维强度，另一方面可提高纤维与混凝土的结合强度，从而提高纤维增强增韧作用，得到抗压强度和抗弯强度优异的混凝土。
22.优选地，纤维增强混凝土按重量份包括：水泥100份、粉煤灰30-40份、细骨料110-130份、内置混凝土粉料的中空纤维5-10份、减水剂2-5份和水30-60份。
23.优选地，所述中空纤维中所述混凝土粉料的体积填充量为10-80％，优选为20-70％，更优选为40-50％。在中空纤维中保留部分空间，目的是使得制备浆料时，水分能够渗透进中空结构中，促进内部混凝土粉料的固化。
24.所述中空纤维为中空聚丙烯腈纤维、中空聚酰胺纤维、中空碳纤维、中空玻璃纤维中的一种或多种。当选用中空聚酰胺纤维时，可利用氢键作用，进一步提高纤维与混凝土的
结合强度。
25.所述中空纤维的长度为0.5-2mm，外径为100-1000μm，内径为50-800μm。
26.优选地，所述中空纤维为多孔中空纤维，孔隙率为30-60％，孔径大小为5-20μm。利用多孔结构，一方面促进水分向内部的渗透，另一方面，能够提高纤维内外混凝土接触面积，从而提高纤维与混凝土的结合强度。
27.所述内置混凝土粉料的中空纤维的制备方法包括：先制备中空纤维并破碎至0.5-2mm，然后配制包含水泥的非水性悬浮液，将所述中空纤维浸渍于所述非水性悬浮液中，震荡吸附，然后干燥得到内置混凝土粉料的中空纤维。先将中空纤维破碎，有助于混凝土粉料向其内部的渗透。采用非水性悬浮液的目的是防止混凝土粉料发生水化反应提前凝固，从而影响后续浆料凝固时纤维的结合强度。
28.或者，先配制纺丝液和所述非水性悬浮液，然后同轴挤出纺丝，得到内置混凝土粉料的中空纤维。同轴挤出时，外部纺丝液将内部非水性悬浮液包裹固化，可以通过在非水性悬浮液中添加增稠剂提高其粘度，以防其无法在纺丝液内部留置。最后干燥去除溶剂，得到内置混凝土粉料的中空纤维。
29.所述混凝土粉料的粒径小于100μm，优选为10-50μm。
30.所述非水性悬浮液的固含量为10-20wt％，采用的溶剂为乙醇或丙酮。
31.优选地，所述混凝土粉料包括水泥100份、粉煤灰30-50份和细骨料100-150份。即内置混凝土粉料与外部混凝土粉料配方相同，提高混凝土均质性。
32.为实现上述目的，本发明还提供一种以上任一项所述的纤维增强混凝土的制备方法，包括如下步骤：
33.将水泥100份、粉煤灰30-50份、细骨料100-150份、内置混凝土粉料的中空纤维5-20份混合均匀，然后加入水30-60份和减水剂2-5份混合均匀，得到混凝土浆料；将所述混凝土浆料浇筑、养护，得到纤维增强混凝土。
34.实施例1
35.一种纤维增强混凝土，按重量份包括：水泥100份、粉煤灰40份、细骨料120份、内置混凝土粉料的聚丙烯腈中空纤维8份、减水剂3份和水40份；所述混凝土粉料为水泥，体积填充量为50％。中空纤维的长度为1mm，外径为800μm，内径为600μm。
36.将水泥100份、粉煤灰40份、细骨料120份、内置混凝土粉料的中空纤维8份混合均匀，然后加入水40份和减水剂3份混合均匀，得到混凝土浆料；将混凝土浆料浇筑、养护，得到纤维增强混凝土。
37.实施例2
38.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，内置混凝土粉料的聚丙烯腈中空纤维的添加量为2份。
39.实施例3
40.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，内置混凝土粉料的聚丙烯腈中空纤维的添加量为20份。
41.实施例4
42.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，混凝土粉料的体积填充量为10％。
43.实施例5
44.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，混凝土粉料的体积填充量为80％。
45.实施例6
46.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，混凝土粉料包括水泥100份、粉煤灰40份、细骨料120份。
47.实施例7
48.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，将内置混凝土粉料的聚丙烯腈中空纤维替换为内置混凝土粉料的聚酰胺中空纤维。
49.实施例8
50.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，将内置混凝土粉料的聚丙烯腈中空纤维替换为内置混凝土粉料的多孔聚丙烯腈中空纤维。
51.对比例1
52.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，未添加内置混凝土粉料的聚丙烯腈中空纤维。
53.对比例2
54.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，聚丙烯腈中空纤维未内置混凝土粉末。
55.对比例3
56.一种纤维增强混凝土，与实施例1相比，不同之处在于，聚丙烯腈中空纤维中内置凝固的混凝土。
57.按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测各试样养护28d的抗压强度和弯折强度。
58.表1实施例1-8及对比例1-3的性能测试结果
59.试样抗压强度(mpa)抗折强度(mpa)实施例1629.8实施例2578.5实施例3619.9实施例4568.3实施例5609.7实施例66310.1实施例76310.0实施例86410.3对比例1445.6对比例2517.8对比例3538.0
60.从表1可以看出，本发明通过添加内置混凝土粉末的中空纤维，显著提高了混凝土的抗压强度和抗折强度。而且，选用聚酰胺中空纤维和多孔纤维时，效果更优。如果内置混凝土粉末预先凝固后，效果将变差，可见本发明巧妙地利用内外混凝土粉末的固化桥接，提
高了纤维的结合强度，进而提高混凝土性能。
61.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种纤维增强混凝土，其特征在于，按重量份包括：水泥100份、粉煤灰30-50份、细骨料100-150份、内置混凝土粉料的中空纤维2-20份、减水剂2-5份和水30-60份；所述混凝土粉料包括水泥。2.根据权利要求1所述的纤维增强混凝土，其特征在于，所述中空纤维中所述混凝土粉料的体积填充量为10-80％。3.根据权利要求1所述的纤维增强混凝土，其特征在于，所述中空纤维为中空聚丙烯腈纤维、中空聚酰胺纤维、中空碳纤维、中空玻璃纤维中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的纤维增强混凝土，其特征在于，所述中空纤维的长度为0.5-2mm，外径为100-1000μm，内径为50-800μm。5.根据权利要求3或4所述的纤维增强混凝土，其特征在于，所述中空纤维为多孔中空纤维，孔隙率为30-60％，孔径大小为5-20μm。6.根据权利要求1所述的纤维增强混凝土，其特征在于，所述内置混凝土粉料的中空纤维的制备方法包括：先制备中空纤维并破碎至0.5-2mm，然后配制包含水泥的非水性悬浮液，将所述中空纤维浸渍于所述非水性悬浮液中，震荡吸附，然后干燥得到内置混凝土粉料的中空纤维；或者，先配制纺丝液和所述非水性悬浮液，然后同轴挤出纺丝，得到内置混凝土粉料的中空纤维。7.根据权利要求6所述的纤维增强混凝土，其特征在于，所述混凝土粉料的粒径小于100μm。8.根据权利要求6所述的纤维增强混凝土，其特征在于，所述非水性悬浮液的固含量为10-20wt％，采用的溶剂为乙醇或丙酮。9.根据权利要求6-8中任一项所述的纤维增强混凝土，其特征在于，所述混凝土粉料包括水泥100份、粉煤灰30-50份和细骨料100-150份。10.一种权利要求1-9中任一项所述的纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将水泥100份、粉煤灰30-50份、细骨料100-150份、内置混凝土粉料的中空纤维5-20份混合均匀，然后加入水30-60份和减水剂2-5份混合均匀，得到混凝土浆料；将所述混凝土浆料浇筑、养护，得到纤维增强混凝土。

技术总结
本发明涉及混凝土制备技术领域，具体为一种纤维增强混凝土及其制备方法。该纤维增强混凝土按重量份包括：水泥100份、粉煤灰30-50份、细骨料100-150份、内置混凝土粉料的中空纤维5-20份、减水剂2-5份和水30-60份；所述混凝土粉料包括水泥。本发明通过在中空纤维中内置部分混凝土粉料，使得养护固化后，中空纤维内部的混凝土粉料凝固，提高纤维强度；与此同时，中空纤维内外混凝土通过水化反应，将纤维紧密包裹，从而提高纤维增强增韧作用，因此得到的混凝土抗压强度和抗弯强度均显著提高。凝土抗压强度和抗弯强度均显著提高。


技术研发人员：石义敏 刘惠
受保护的技术使用者：深圳市汇智新材料有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/20