一种微纳纤维增强混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了微纳纤维增强混凝土，该混凝土包括表面具有第一亲水基团的微米纤维和表面具有第二亲水基团的纳米纤维，其中，微米纤维在混凝土中的含量设置为2～5％，纳米纤维在混凝土中的含量设置为5～10％。纳米纤维通过填充水泥水化产物之间的孔结构，将粗大孔细化，改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土的微观结构更加致密，有效地限制了有害孔的形成。微米纤维、纳米纤维与水泥共混得到的增强混凝土克服了其多尺度断裂的特性，表面具有亲水基团、具有高弹性模量的纳米纤维和微米纤维极大提高了混凝土的力学性能，外加剂的加入进一步增强了混凝土的力学性能和耐久性，得到具有高抗弯、高强度、高韧的微纳纤维增强混凝土。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳纤维增强混凝土及其制备方法
本申请属于建筑材料
，具体涉及微纳纤维增强混凝土及其制备方法。
技术介绍
混凝土作为当今世界上使用最广泛的土工材料，在工程领域受到了广泛地应用，但传统混凝土具有抗裂能力差、韧性低、脆性明显等缺点，一定程度上影响了建筑的外观和使用寿命，最主要的是会严重威胁人民的生命和财产安全。为了减少混凝土材料因自身的缺陷而引发的事故问题，需全面提升混凝土的品质。通常利用掺入矿物、纤维和聚合物材料等来提高混凝土的强度和韧性，但目前还没有高抗弯的混凝土。尽管纤维是比较理想的混凝土增强材料，但在掺杂过程中，纤维容易发生团聚，极大的影响了纤维与基材之间的结合力，影响混凝土的力学性能。
技术实现思路
至少针对以上所述问题之一，本专利技术公开了微纳纤维增强的混凝土，该混凝土包括：微米纤维，其表面具有第一亲水基团；纳米纤维，其表面具有第二亲水基团；其中，微米纤维在混凝土中的含量设置为2～5％，纳米纤维在混凝土中的含量设置为5～10％。进一步地，所述第一亲水基团包括氨基、羧基、酰胺基或羟基，第二亲水基团包括氨基、羧基、酰胺基或羟基。进一步地，所述纳米纤维包括热塑性聚氨酯纤维、聚苯乙烯纤维、氟化热塑性聚氨酯纤维、聚二甲基硅氧烷或碳纤维中的至少一种。进一步地，所述纳米纤维的直径为50～500nm，孔隙率为70～80％。进一步地，所述微米纤维包括聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯-丙烯共混纤维或玄武岩纤维中的至少一种。进一步地，所述微米纤维的直径为5～20μm。进一步地，所述混凝土还包括外加剂，该外加剂包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛或纳米碳酸钙中的至少一种，该外加剂的含量设置为1～2％。另一方面，本专利技术还公开了微纳纤维增强的混凝土的制备方法，该方法包括：1)静电纺丝制备纳米纤维；2)微米纤维表面改性，使其表面具有第一亲水基团；3)纳米纤维表面亲水改性，使其表面具有第二亲水基团；4)纳米纤维、微米纤维、水、外加剂混合，利用超声波进行处理，静置；5)与普通混凝土混合，搅拌均匀。进一步地，所述制备方法中，静电纺丝制备纳米纤维具体包括：高分子聚合物加入溶剂，磁力搅拌，得到静电纺丝溶液；将静电纺丝溶液加入喷头，进行静电纺丝，得到纳米纤维；其中，静电纺丝溶液的浓度设置为10～30％，磁力搅拌的时间设置为不小于为6小时，静电纺丝的电压设置为10～30kV，纺丝液的推进速度设置为0.3～5mL/h，喷丝头到滚筒的接收距离设置为15～30cm，纺丝环境温度设置为20～45℃，周围环境相对湿度设置为30～80％。进一步地，所述制备方法利用含有氨基、羧基、酰胺基、羟基的改性剂对纳米纤维表面进行亲水改性，利用含有氨基、羧基、酰胺基、羟基的改性剂对微米纤维表面进行亲水改性。本专利技术实施例公开提供的微纳纤维增强混凝土，纳米纤维通过填充水泥水化产物之间的孔结构将粗大孔细化，改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土的微观结构更加致密，有效地限制了有害孔的形成。微米纤维、纳米纤维与水泥共混得到的增强混凝土克服了其多尺度断裂的特性，表面具有亲水基团、具有高弹性模量的纳米纤维和微米纤维极大提高了混凝土的力学性能，外加剂的加入进一步增强了混凝土的力学性能和耐久性，得到具有高抗弯、高强度、高韧的微纳纤维增强混凝土。附图说明图1本专利技术实施例1制备方法工艺流程，图2实施例1热塑性聚氨酯纳米纤维微观形貌图，图3实施例1热塑性聚氨酯纳米纤维应力应变曲线，图4实施例1纳米纤维改性前后水接触角测试对比图，其中图4.1为改性前热塑性聚氨酯纳米纤维水接触角测试，图4.2为改性后热塑性聚氨酯纳米纤维水接触角测试。具体实施方式在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本法实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术公开的内容。除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本专利技术中的其它未特别注明的原材料、试剂、试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常使用的原材料和试剂，以及通常采用的实验方法和技术手段；本文述及的含量通常是指质量含量，例如纳米纤维在混凝土中的含量，是指混凝土中纳米纤维的质量与混凝土的质量之百分比。本文中述及的第一亲水基团和第二亲水基团仅为区别并分别表示微米纤维表面和纳米纤维表面的亲水基团，不表示其他特定含义。本公开所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。浓度、量和其它数值数据在本文中可以以范围格式表示或呈现。这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1％至5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。在本公开，包括权利要求书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由...构成”和“由...组成”是封闭连接词。为了更好的说明本
技术实现思路
，在下文的具体实施例中给出了具体的细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本专利技术同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备、原料组成、分子结构等未作详细描述，以便于凸显本专利技术的主旨。本专利技术实施例公开的微纳纤维增强的混凝土，通常是指采用纳米纤维和微米纤维作为共同的纤维增强成分，对混凝土进行增强改性，得到的增强混凝土中包括表面具有第一亲水基团的微米纤维和表面具有第二亲水基团的纳米纤维，通过亲水性的纳米纤维和亲水性的微米纤维对常规混凝土进行共混复合改性，使具有亲水基团的纳米纤维和微米纤维与混凝土基体之间具有进一步增强的结合力。通常，用于增强混凝土的微米纤维的含量对其性能有影响，例如，在混凝土中的微米纤维的含量设置为2～5％将有效增强混凝土的力学性能，纳米纤维的含量对增强混凝土的力学性能也有较大影响，例如，纳米纤维在混凝土中的含量设置为5～10％会进一步强化对混凝土的力学性能。作为改善混凝土力学性能的方法，纳米纤维和微米纤维具有不同尺度的直径范围，共同作为增强纤维具有相互增强的效果，进一步，控制纳米纤维和微米纤维的相对比例也会更有利于该增强效果，例如纳米纤维与微米纤维的质量比设置在1：1～5:1之间。作为增强混凝土性能的纤维组分，纳米纤维的性能会对增强效果产生影响，例如纳米纤维的直径为50～500nm会有利于增强效果的优化，进一步，纳米纤维的孔隙率为70～80％，纳米纤维比表面积大、孔隙率高、抗拉强度高，有利于改善增强效果。作为增强混凝土性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微纳纤维增强混凝土，其特征在于，包括：微米纤维，其表面具有第一亲水基团；纳米纤维，其表面具有第二亲水基团；其中，微米纤维在混凝土中的含量设置为2～5％，纳米纤维在混凝土中的含量设置为5～10％。

【技术特征摘要】
1.一种微纳纤维增强混凝土，其特征在于，包括：微米纤维，其表面具有第一亲水基团；纳米纤维，其表面具有第二亲水基团；其中，微米纤维在混凝土中的含量设置为2～5％，纳米纤维在混凝土中的含量设置为5～10％。2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述第一亲水基团包括氨基、羧基、酰胺基或羟基，所述第二亲水基团包括氨基、羧基、酰胺基或羟基。3.根据权利要求1所述的微纳纤维增强混凝土，其特征在于，所述纳米纤维包括热塑性聚氨酯纤维、聚苯乙烯纤维、氟化热塑性聚氨酯纤维、聚二甲基硅氧烷或碳纤维中的至少一种。4.根据权利要求1所述的混微纳纤维增强混凝土，其特征在于，所述纳米纤维的直径为50～500nm，孔隙率为70～80％。5.根据权利要求1所述的微纳纤维增强混凝土，其特征在于，所述微米纤维包括聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯-丙烯共混纤维或玄武岩纤维中的至少一种。6.根据权利要求1所述的微纳纤维增强混凝土，其特征在于，所述微米纤维的直径为5～20μm。7.根据权利要求1所述的微纳纤维增强混凝土，其特征在于，所述混凝土还包括外加剂，该外加剂包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛或纳米碳酸钙中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：李从举，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11