一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法，所述体系包括按重量百分比计的以下原料混合而成：45％

【技术实现步骤摘要】
一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法


[0001]本专利技术属于水泥基胶凝材料应用
，具体涉及一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法。

技术介绍

[0002]水泥作为一种脆性材料，存在低抗拉强度与低拉伸应变极限等缺点，加入纤维可显著提高水泥基胶凝材料的抗拉、抗弯、抗冲击、抗开裂和韧性等力学性能。目前用于水泥基胶凝材料的纤维种类较多，但没有一种纤维能占据主导地位，均存在一定的性能缺陷，如钢纤维易生锈、碳纤维价格昂贵、合成纤维弹性模量较低等。
[0003]玄武岩纤维与玻璃纤维作为一种性能优异的无机非金属材料，具有抗拉强度高、耐高温、耐酸碱性能较好、价格相对较低等优势，是碳纤维的有力竞争对手。但玄武岩纤维与玻璃纤维在增强水泥基胶凝材料应用研究中仍存在一些问题，其纤维长期处于水泥基材料中会因化学腐蚀以及晶体产生的物理刻蚀而受到损伤，从而导致水泥石后期抗拉强度下降及其他力学性能影响。为此，开发一种改性纤维增强降碱水泥基材料，对进一步推广其应用具有重要意义。
[0004]现有技术中，例如公开号为CN114477913A、专利名称为“一种耐碱玄武岩纤维砂浆材料其制备方法”的专利技术专利，该专利的耐碱玄武岩纤维砂浆材料包括以下重量份组分：硅酸盐水泥材料20
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35份、矿物外掺料10
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25份、耐碱玄武岩纤维1
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3份、球形活性骨料36
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55份、石墨基憎水材料0.1
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0.5份和胶乳粉1
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2.5份；该玄武岩纤维砂浆可有效解决现有材料存在的抗冲击耐磨性能差的问题。但该材料只对玄武岩纤维进行了耐碱处理，并未对砂浆材料进行降碱处理保护，所以当玄武岩纤维长期处于砂浆材料中，依然会受到碱性腐蚀，导致材料性能下降。又如公开号为CN113443844A、专利名称为“一种玻璃纤维水泥”的专利技术专利，该专利的玻璃纤维水泥由以下重量份数原料组成：石灰石65
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75份、粘土10
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15份、铁矿0.5
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1.5份、煤8.5
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10.5份、消泡剂1
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3份、早强剂0.5
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2.5份、玻璃纤维5
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10份、合成纤维5
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10份；该专利技术通过在玻璃纤维水泥中引入合成纤维，使水泥石具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。
[0005]因此，研制一种改性纤维增强降碱水泥基材料，成为所述
亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法，以解决上述技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法，包括按重量百分比计的以下原料混合而成：
[0009][0010]所述改性复合纤维包括改性玄武岩纤维和改性玻璃纤维，改性玄武岩纤维与改性玻璃纤维均采用纳米SiO2/环氧复合对纤维表面涂层改性而成。
[0011]进一步地，所述改性复合纤维的制备，包含以下步骤：
[0012]步骤A、准备去离子水并加醋酸调节pH值至3，然后边搅拌边缓慢滴入硅烷偶联剂，滴加完成后继续搅拌4h，直至硅烷偶联剂完全水解，得到硅烷水溶液；
[0013]步骤B、将纳米SiO2乳液与硅烷水溶液混合，然后在50℃的水浴条件下搅拌3h得到混合液；将混合液转移至70℃的水浴条件下逐滴加入成膜剂和辅成膜剂并搅拌30min，再加入乳化剂，持续搅拌直至溶液均匀；
[0014]步骤C、冷却降温至室温并停止搅拌，得到改性浸润剂；
[0015]步骤D、将玄武岩纤维或玻璃纤维以1：10的浴比放入改性浸润剂中，在50℃的水浴条件下搅拌2h，自然风干后放入烘干器烘干，再室温冷却密封保存，得到改性玄武岩纤维或改性玻璃纤维。
[0016]进一步地，在所述步骤B中，成膜剂为双酚A环氧树脂，辅成膜剂为水溶性双酚A环氧树脂，乳化剂为非离子表面活性剂。
[0017]进一步地，在所述步骤C中，改性浸润剂的固含量为25wt％、硅烷含量为0.06wt％、纳米SiO2含量为4wt％、乳化剂添加量为0.05wt％。
[0018]进一步地，所述改性复合纤维包括质量比为1
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2:1
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2的改性玄武岩纤维和改性玻璃纤维。
[0019]进一步地，所述水泥胶凝材料为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿渣硫铝酸盐水泥中的一种。
[0020]进一步地，所述高效减阻剂为聚羧酸类高效减阻剂、酮醛缩聚物类减阻剂的一种。
[0021]进一步地，所述降碱保护剂为硅灰、超细粉煤灰、矿渣、偏高岭土、盐泥、多晶硅副产物的至少三种混合而成。
[0022]进一步地，所述硅灰经酸处理而成，所述酸处理包括：在室温下，取过量6mol/L的盐酸加入盛有硅灰的容器中，水浴加热至40℃，并搅拌3h得到反应混合物，再用2mol/L的NaOH溶液将反应混合物中和至pH值为7，再陈化20min，最后过滤、洗涤、烘干后研磨至200目以上。
[0023]进一步地，所述超细粉煤灰的比表面积为600m2/kg，28d活性指数为96％。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术所述的改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系可较大程度上改善水泥基材料的碱性环境和掺入其中纤维的耐碱性，即实现了纤维增强水泥基材料的长期性能稳定性的效果。
[0026]本专利技术中采用纳米SiO2/环氧复合，且通过非离子表面活性剂絮凝处理的改性浸
润剂对纤维表面涂层改性，该浸润剂具备较好的储存稳定性，使改性复合纤维具有更高的表面能，从而呈现出最佳的界面胶结强度，在抗冲击水泥基胶凝材料中起到长期增韧的效果；同时改性浸润剂作用于纤维表面，通过对纤维表面的缺陷进行修复以及对其进行包裹来提高纤维本身的力学性能；改性后纤维表面更加致密，降低了水泥基体中Ca(OH)2与纤维本身接触的概率，从而提高了纤维的耐腐蚀性。
[0027]本专利技术加入降碱保护剂，改善了水泥基材料体系在水化过程中的碱性环境，可显著延长改性复合纤维对水泥砂浆抗压、抗折强度增强效果的时效；同时由于碱保护剂材料具备一定潜在活性，因而可在一定程度上降低体系中Ca(OH)2的含量和纤维的腐蚀程度，并改善了纤维和水泥基体之间的界面性质。
[0028]本专利技术复合纤维的掺入，能够在水泥中形成三维网状结构，很大程度上降低了水泥基体的内部裂纹与缺陷产生的几率，从而提高水泥基体的力学性能，保证体系的长期稳定性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1水化产物的微观结构图。
[0030]图2为本专利技术对比例1水化产物的微观结构图。
[0031]图3为本专利技术对比例2水化产物的微观结构图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法，其特征在于，包括按重量百分比计的以下原料混合而成：所述改性复合纤维包括改性玄武岩纤维和改性玻璃纤维，改性玄武岩纤维与改性玻璃纤维均采用纳米SiO2/环氧复合对纤维表面涂层改性而成。2.根据权利要求1所述的一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法，所述改性复合纤维的制备，包含以下步骤：步骤A、准备去离子水并加醋酸调节pH值至3，然后边搅拌边缓慢滴入硅烷偶联剂，滴加完成后继续搅拌4h，直至硅烷偶联剂完全水解，得到硅烷水溶液；步骤B、将纳米SiO2乳液与硅烷水溶液混合，然后在50℃的水浴条件下搅拌3h得到混合液；将混合液转移至70℃的水浴条件下逐滴加入成膜剂和辅成膜剂并搅拌30min，再加入乳化剂，持续搅拌直至溶液均匀；步骤C、冷却降温至室温并停止搅拌，得到改性浸润剂；步骤D、将玄武岩纤维或玻璃纤维以1：10的浴比放入改性浸润剂中，在50℃的水浴条件下搅拌2h，自然风干后放入烘干器烘干，再室温冷却密封保存，得到改性玄武岩纤维或改性玻璃纤维。3.根据权利要求2所述的一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法，在所述步骤B中，成膜剂为双酚A环氧树脂，辅成膜剂为水溶性双酚A环氧树脂，乳化剂为非离子表面活性剂。4.根据权利要求2所述的一种改性复合纤维增强降碱水泥基材料体系及其制备方法，在所述步骤C中，改性浸润剂的固含量为25wt％、硅烷含量为0.06wt％、纳米SiO2含量为4wt％、...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏雪琦，杜静，曾雪玲，古安林，
申请(专利权)人：嘉华特种水泥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：