一种PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法技术

本发明专利技术公开一种PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法，属于无机聚合材料领域，该方法包括：材料预处理：称取水、偏高岭土、粉煤灰、骨料、碱激发剂、PVA纤维、钢纤维、减水剂；PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备：将PVA纤维、粉煤灰、偏高岭土搅拌，混合均匀后加入骨料，搅拌，加入钢纤维，搅拌，加入碱激发剂和减水剂，搅拌，即得PVA纤维和钢纤维增强混凝土。本发明专利技术采用粉煤灰、偏高岭土、氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃和骨料制备GPC，具有良好的力学性能和优良的断裂特性，在建筑、路桥、水利、军事等领域具有十分广阔的应用前景。

A preparation method of PVA fiber and steel fiber reinforced concrete

【技术实现步骤摘要】
一种PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法
本专利技术涉及无机聚合材料领域，特别是涉及一种PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法。
技术介绍
地聚合物(Geopolymer)是指利用碱性激发剂对含有大量硅铝氧化物的天然矿物或固体废弃物进行催化激发，最终所有材料聚合形成以SiO4与AlO4为主要存在形式的三维网络凝胶体。其形成过程大致可分为四个部分：首先，负责提供硅铝氧化物的固体原材料在高碱环境中发生溶解反应；其次，这些溶解出的硅铝配合物从固体表面向溶液中扩散，同时形成聚合硅酸和硅铝低聚体；第三步，通过缩聚反应硅铝低聚体形成硅铝聚合物，并与聚合硅酸一起形成含水的凝胶相物质；最后，硅铝凝胶脱水再次缩聚，最终形成硬化的地聚合物固体。由地聚合物作为主要胶凝材料制备而成的混凝土称为地聚合物混凝土(GeopolymerConcrete)，简称GPC。地聚合物中这种三维网状结构的存在使其表现出许多特有的性质特征：(1)由于分子间化学连接键是以共价键的形式存在，因此材料整体表现出很高的强度；(2)这种三维结构极其稳定，胶体与晶体结构之间的界面区域不会出现强度不够的情况；(3)稳定的结构也使得整体材料性能不会因内部胶体失水和晶体脱水而发生较大变化，表现出较低的收缩率特征；(4)由于SiO4与AlO4四面体单元相互间结合稳定，材料内部不存在易与介质起化学反应的水化物，因此其耐侵蚀耐腐蚀性能良好；(5)普通混凝土在凝结硬化过程中会产生水灰比较大的过渡环，降低了表面强度造成混凝土内外应力分布不均的现象。而在GPC中则不会产生这种情况，所以其界面环结构将优于普通混凝土。同时地聚合物整体表现出许多外在的优异特征：(1)拥有非常好的耐久性能：硅铝酸盐矿物粉末可以吸收碱金属离子，而在地聚合物中残留有大量这种物质，整个吸收过程将持续到矿物粉末被消耗一空，显著弱化了碱骨料反应，与普通硅酸盐水泥相比耐久性良好；(2)生产过程污染低耗能小：在制备过程中不采用“两磨一烧”的煅烧工艺、无需消耗大量资源和能源、基本不排放CO2，并且其原材料为价格低廉、来源广泛的低钙Si-Al质材料；(3)强度高、硬化速度快、力学性能突出：一般地聚合物1d强度可达20～30MPa，28d强度可达到40～60MPa。在一定养护条件下(如高温)，更能在凝结硬化的前几小时内达到最终硬化强度的70％～80％左右；(4)低收缩性：地聚合物7d和28d的收缩率仅分别为0.02％和0.05％，而硅酸盐水泥硬化浆体7d和28d的收缩率高达0.10％和0.33％；(5)渗透率低，能够用于固定核废料及有毒金属：地聚合物混凝土有类沸石的结构特点，对重金属离子的溶出有良好的阻止作用，能够很好地固定有毒金属还能够有效阻止核废料的侵蚀；(6)耐高温，隔热效果好：可轻易抵抗1000～1200℃高温的炽烤而不产生大的性能变化，其导热系数为0.24～0.38W/m·K，可与轻质耐火粘土砖相媲美。综上所述，地聚合物及其混凝土所具有的特性使其在水利市政、道路桥梁、地下工程、海洋工程及相关军事领域等方面拥有相当广阔的应用前景，有望成为硅酸盐水泥的替代产品。然而，众所周知，混凝土材料的脆性越强其韧性就会相应地下降，地聚合物混凝土与普通混凝土类似，均为高脆性的材料，仍具有抗裂性小、脆性大的缺点。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法，通过试验研究不同种类纤维和不同纤维掺量对地聚合物混凝土基本力学性能和断裂性能的影响，期望找到改善地聚合物混凝土不足的有效措施，丰富国内此方面的研究成果，以便服务于工程实践。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法，包括以下步骤：(1)材料预处理：称取水、偏高岭土、粉煤灰、骨料、碱激发剂、PVA纤维、钢纤维、减水剂；(2)PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备：将PVA纤维、粉煤灰、偏高岭土搅拌，混合均匀后加入骨料，搅拌，加入钢纤维，搅拌，加入碱激发剂和减水剂，搅拌，即得PVA纤维和钢纤维增强混凝土。进一步地，所述材料包括以重量份计的偏高岭土20～30份、粉煤灰15～25份、骨料140～170份、碱激发剂300～400份、水50-70份、减水剂1～5份；以及，体积掺量为0.1-1.0％的PVA纤维和体积掺量为0.1-5％的钢纤维。进一步地，所述碱激发剂包括水玻璃和NaOH。进一步地，所述碱激发剂中水玻璃和NaOH的质量比为5～6：1～1.5。进一步地，所述PVA纤维和钢纤维增强混凝土中水胶比为0.4，所述水胶比为水料与胶料的比例，所述水料包括水玻璃溶剂和水，所述胶料包括水玻璃溶质、粉煤灰、偏高岭土。进一步地，所述碱激发剂的模数为1.3，氧化钠的质量分数为16.8％。进一步地，所述PVA纤维和钢纤维增强混凝土中骨胶比为3.0。进一步地，所述骨料包括砂和石子，所述砂和石子的质量比为5～6:9～11。进一步地，所述PVA纤维和钢纤维增强混凝土中砂率为0.35。进一步地，还包括以下步骤：碱激发剂配制：将片状NaOH加入水玻璃溶液中，搅拌至固体全部溶于溶液，密封静置12h后使用。本专利技术公开了以下技术效果：地聚合物是一种由SiO4和AlO4四面体单元形成的三维立体网状结构组成的无机非金属材料，拥有优良的耐久性、耐高温性能及早期强度，同时具有制备材料来源广泛、生产时耗能低污染小的优点。但地聚合物混凝土与普通水泥混凝土类似，同样具有脆性大、抗拉强度低等缺点，鉴于此，本专利技术通过在地聚合物混凝土中掺入PVA纤维和钢纤维，以期达到对地聚合物混凝土增韧改性的目的。本专利技术以碱激发剂(由NaOH和钠水玻璃制备)、偏高岭土、粉煤灰及粗细骨料为主要原材料，并掺入不同体积掺量的PVA纤维和钢纤维，最终制备出性能良好的纤维增强地聚合物混凝土。本专利技术采用粉煤灰、偏高岭土、氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃和骨料制备GPC，并选用普通铣削型钢纤维和PVA纤维作为增强纤维材料，其中钢纤维弹性模量较大，与水泥基材料亲和性较好，掺入混凝土中能有效改善混凝土的力学性能和耐久性；PVA纤维抗拉强度较大，在水泥基材料中具有良好的分散性，与混凝土粘结性能较好，增强效果显著。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1PVA纤维和钢纤维增强混凝土原料本专利技术中制备PVA纤维和钢纤维增强混凝土所用的原料主要有偏高岭土、粉煤灰、砂、石子、碱激发剂、PVA纤维、钢纤维、减水剂，所用原材料的性能指标届满足试验要求，具体如下：(1)粉煤灰本专利技术中采用的粉煤灰为洛阳电厂生产的I级粉煤灰，其主要成分及物理性能见表1和表2：表1I级粉煤灰主要化学成分表2I级粉煤灰主要物理性能(2)偏高岭土本专利技术中所用到的偏高岭土为石家庄辰兴实业有限公司生产的优质偏高岭土，活性较好易于被碱激发剂激活，其主要成分含量和物理性能见表3、表4。表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)材料预处理：称取水、偏高岭土、粉煤灰、骨料、碱激发剂、PVA纤维、钢纤维、减水剂；(2)PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备：将PVA纤维、粉煤灰、偏高岭土搅拌，混合均匀后加入骨料，搅拌，加入钢纤维，搅拌，加入碱激发剂和减水剂，搅拌，即得PVA纤维和钢纤维增强混凝土。

【技术特征摘要】
1.一种PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)材料预处理：称取水、偏高岭土、粉煤灰、骨料、碱激发剂、PVA纤维、钢纤维、减水剂；(2)PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备：将PVA纤维、粉煤灰、偏高岭土搅拌，混合均匀后加入骨料，搅拌，加入钢纤维，搅拌，加入碱激发剂和减水剂，搅拌，即得PVA纤维和钢纤维增强混凝土。2.根据权利要求1所述的PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于，所述材料包括以重量份计的偏高岭土20～30份、粉煤灰15～25份、骨料140～170份、碱激发剂300～400份、水50-70份、减水剂1～5份；以及，体积掺量为0.1-1.0％的PVA纤维和体积掺量为0.1-5％的钢纤维。3.根据权利要求1所述的PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于，所述碱激发剂包括水玻璃和NaOH。4.根据权利要求3所述的PVA纤维和钢纤维增强混凝土的制备方法，其特征在于，所述碱激发剂中水玻璃和NaOH的质量比为5～6：1～1.5。5.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，李清富，郑元勋，王娟，焦美菊，万进一，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41