本发明专利技术涉及高延性水泥基复合材料用改性聚乙烯醇纤维、改性方法及其复合材料，所述的对纤维进行改性是为了改善纤维与水泥基体的界面性能，具体的是将聚乙烯醇纤维加入KMnO4/H2SO4溶液中，预处理一段时间后，然后在纤维表面包覆上一层石墨粉，所得到的处理后的纤维能改善纤维与水泥基体的界面性能且改善纤维的分散性，提升纤维增强水泥的强度与延性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种改性聚乙烯醇纤维，具体地讲，本专利技术涉及的是纤维增强水泥用聚乙烯醇纤维的改性方式及将改性后的聚乙烯醇纤维用于水泥基复合材料中，经过这种处理方式后能有效调控纤维与水泥基体的界面性能，掺入此种纤维的水泥基复合材料的延性有了很大的提高。
技术介绍
混凝土等水泥基材料是最大宗的人造材料，也是迄今为止最重要的结构工程材料之一，被广泛地应用于桥梁、公路、铁路、建筑等基础设施建设中。混凝土等水泥基材料是典型的脆性材料，延性差，在弯拉荷载作用下易开裂，是混凝土产生破坏和耐久性问题的重要原因。为提升混凝土的延性和抗裂性能，研究者们将钢纤维、玻璃纤维和有机聚合物纤维等加入至水泥基体中，取得了较为明显的技术效果，在道路、隧道、核电站及军事工程中得到了广泛应用，我国、美国、欧盟、日本等国家或地区均为纤维增强混凝土的设计、制备和应用制定了专门的规范。然而，通常意义上的纤维增强混凝土并没有从根本上改变混凝土的脆性特征，延性低仍然是水泥基材料在幅度较大的反复弯拉荷载作用场合进行应用的一大障碍。为从本质上提升水泥基材料延性，解决其脆性大的问题，美国密歇根大学Victor Li等研究提出了高延性PVA纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite，简称ECC）。有别于普通纤维混凝土，其极限拉伸应变可达到3%以上，开裂时产生的裂缝宽度小于100μm，且在拉伸阶段呈现出特有的应变-硬化现象，对于满足受拉伸应力作用、大挠度等工程结构部位使用性能具有显著意义，在美国和日本一些桥梁、高层建筑等进行了应用并取得良好效果。基于ECC设计理论，须调控纤维与基体间界面性能，以使纤维在ECC开裂后能有效桥接裂缝，承担荷载，并随裂缝开展逐渐从基体中拔出，在此过程中荷载反而有所提高，大量新裂缝继续产生，材料经历应变硬化阶段。为调控PVA纤维与基体间界面性能，目前一般采用有机油剂处理PVA纤维表面（例如中国专利申请号201210468413.3），提高纤维分散性，使纤维/基体界面性能与纤维和基体性能相匹配，实现应变硬化。然而，纤维表面浸润的油剂会进入水泥混凝土基体中，对基体水泥水化产生不良影响。因此，专利技术一种既具有良好分散性，且能调控纤维/基体界面性能，同时降低对基体影响的生产工艺简单的改性聚乙烯醇纤维，将具有重要的理论研究意义和广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高延性水泥基复合材料用改性聚乙烯醇（PVA）纤维、改性方法及其水泥基复合材料，使用石墨颗粒包覆PVA纤维，调控纤维与水泥基体的界面性能，提高PVA纤维增强水泥基复合材料延性。一种高延性水泥基复合材料用改性PVA纤维，其特征在于：PVA纤维表面包覆有一层石墨颗粒，石墨颗粒对应的包覆量为8%～19%（石墨颗粒占PVA纤维质量比）。纤维表面包覆上一层石墨粉后，石墨具有润滑性和疏水性，降低聚乙烯醇纤维与水泥基体的化学结合力，能改善纤维与水泥基体的界面性能与纤维在水泥基体中的分散性，提升高延性水泥基复合材料延性。一种高延性水泥基复合材料用改性PVA纤维的改性方法，其特征在于：将PVA纤维加入KMnO4/H2SO4溶液中，预处理一定时间后，在纤维表面机械包覆上一定质量的石墨颗粒，石墨颗粒对应的包覆量为16～19%。PVA纤维经KMnO4/H2SO4溶液处理后，表面构造深度变大，利于石墨颗粒的稳定包覆。如上所述的高延性水泥基复合材料用改性PVA纤维的改性方法，其特征在于包括如下步骤：配置一定浓度的预处理液，预处理液由KMnO4和H2SO4混合得到，预处理液中H2SO4的浓度为0.1～0.2mol/L，KMnO4浓度范围为0.003～0.006mol/L；将PVA纤维加入到预处理液中，搅拌3～10min，再静置20～30min；然后抽滤去除预处理液，后用纯水洗涤至中性；80℃下干燥；将干燥的预处理PVA纤维和石墨颗粒混合，球磨2h，后筛除纤维表面多余的石墨颗粒。一种高延性水泥基复合材料用改性PVA纤维的改性方法，其特征在于：所述的石墨颗粒为鳞片石墨粉，粒径范围为750～850目；采用上述改性PVA纤维制备的高延性水泥基复合材料，其特征在于原材料的配比为：水泥1份，粉煤灰为0.5～2份，石英砂为0.2～0.8份，水为0.29～0.38份，减水剂为0.01～0.04份，PVA纤维的掺量为体积百分数2%。制备工艺为：将水泥、粉煤灰、石英砂等粉体混合搅拌均匀，再加入水，减水剂搅拌均匀，后加入纤维搅拌均匀，新拌体浇模，1d后脱模，在20±1℃，RH>95%条件下养护至28d，测试相关力学性能。本专利技术制得的改性PVA纤维的技术指标满足设计要求，在水泥浆体中有很好的分散性，具有良好的纤维/基体界面性能，改性的水泥基复合材料有明显的应变硬化性能。本专利技术的改性聚乙烯醇纤维制备工艺简单，改性所需要的材料价格低廉，容易得到，实验过程中石墨粉的包覆量很容易控制，成本低且能够连续稳定工业化生产，因此本技术方法具有很大的应用前景。附图说明图1，是未处理纤维ECC。即掺入未处理的聚乙烯醇纤维的水泥基复合材料的力学性能图。图2，是掺入KMnO4/H2SO4溶液处理纤维 ECC。即掺入用KMnO4/H2SO4溶液处理过的聚乙烯醇纤维的水泥基复合材料的力学性能图。具体实施方式以下是对本专利技术的详细描述，通过详细描述并结合几个实施例，可以清楚地理解本专利技术：未改性聚乙烯醇纤维是单根纤维直径为20～40μm，长度为8～12mm的短纤维，密度：1.30 kg/m3；断裂伸长率：7％左右；抗拉强度：1200～1600MPa；杨氏模量：31～40GPa。一、纤维表面预处理1）配置一定浓度的KMnO4/H2SO4预处理液；2）反应，将待处理的聚乙烯醇纤维加入预处理液中，搅拌3～10min，再静置20～30min，让纤维和预处理液发生反应；3）抽滤，对含有纤维的预处理液进行抽滤，抽滤一段时间除去大部分水，时间要足够长；4）洗涤，用一定量纯水洗涤多次，直至洗涤液呈中性（用PH试纸检测时不能使PH试纸变色）；5）烘干，接着将漏斗中聚乙烯醇纤维取出置于烧杯中，将烧杯置于烘箱（温度设定为80℃）中，放置时间为3h左右，以烘干纤维表面残留的水分，烘箱温度及设定时间应根据具体情况进行调节，如温度设置的较低则烘干需要更长的时间。二、石墨颗粒的包覆1）将预处理后的纤维与石墨颗粒进行物理球磨混合均匀，让纤维表面包覆上石墨颗粒；2）因石墨颗粒的用量必须大于理论值，这样在实际操作时才能让纤维表面都包覆到石墨颗粒，故会有一部分石墨颗粒多余，筛除多余的石墨颗粒，得到石墨颗粒包覆的改性聚乙烯醇纤维。三、预处理剂的浓度选择预处理液中H2SO4的浓度为0.1～0.2mol/L，KMnO4的浓度范围为0.003～0.006mol/L对应包覆量为16～19%；当H2SO4浓度有变化时，KMnO4的浓度应做出相应的调整。实验数据证明改性后的聚乙烯醇纤维能改善纤维/基体的界面性能，能提升水泥的延性。四、成型纤维增强水泥基复合材料原材料有水泥、粉煤灰、石英砂，水，减水剂、纤维。本课题组使用的水泥为PI52.5型水泥，粉煤灰为一级粉煤灰，纤维分未改性和改性两种，砂为石英砂，粒径范围是10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高延性水泥基复合材料用改性聚乙烯醇纤维，其特征在于：聚乙烯醇纤维表面包覆上一层石墨粉，石墨粉对应的包覆量为16～19％。
【技术特征摘要】
1.一种高延性水泥基复合材料用改性聚乙烯醇纤维，其特征在于：聚乙烯醇纤维表面包覆上一层石墨粉，石墨粉对应的包覆量为16～19％。2.一种高延性水泥基复合材料用改性聚乙烯醇纤维的制造方法，其特征在于：将聚乙烯醇纤维加入KMnO4/H2SO4溶液中，预处理一段时间后，在纤维表面包覆上一层石墨粉，石墨粉对应的包覆量为16～19％。3.根据权利要求2所述的高延性水泥基复合材料用改性聚乙烯醇纤维的制造方法，其特征在于包括如下步骤：1)配置一定浓度的预处理液，预处理液由KMnO4和H2SO4混合得到，预处理液中H2SO4的浓度为0.1～0.2mol/L，KMnO4浓度范围为0.003～0.006mol/L。2)将聚乙烯醇纤维加入到预处理液中，搅拌3～10min，再静置20～30min；3)对含有纤维的预处理液...
【专利技术属性】
技术研发人员：张运华，姚丽萍，袁颂东，丁峰，肖红岩，刘芷怡，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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