一种多级混杂纤维及其水泥基修补材料、制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种多级混杂纤维及其水泥基修补材料、制备方法与应用。所述多级混杂纤维包括：毫米级聚丙烯纤维、微米级碳纳米管和纳米级AlOOH颗粒。其中：所述微米级碳纳米管通过AlOOH偶联结合在毫米级聚丙烯纤维上形成树枝状结构，且所述毫米级聚丙烯纤维、微米级碳纳米管均负载有所述纳米级AlOOH颗粒。所述水泥基修补材料包括硫铝酸盐水泥40～50份、粉煤灰10～20份、细骨料45～50份、超细矿粉5～10份、所述多级混杂纤维0.1～0.3份、粘接剂0.05～0.2份和水。本发明专利技术通过构建树枝状的纳米

【技术实现步骤摘要】
一种多级混杂纤维及其水泥基修补材料、制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及混凝土修补材料领域，具体涉及一种多级混杂纤维及其水泥基修补材料、制备方法与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着我国经济的发展，公共交通等基础设施建设逐年增多。但是，城市间的交通流量和车辆速度的不断提高给水泥路面带来了高负荷运输压力，此外施工现场技术储备的不足以及前期养护的不到位，使许多水泥路面出现了开裂等结构性的破坏，或者表现为功能性的缺陷，以致表面起皮、露砂、露石等早期病害提前出现，破严重影响了道路设施的正常使用。所以如何修补水泥混凝土路面，延长路面服役寿命和服役质量是当前公共交通领域面临的最主要问题之一。针对上述问题，目前普遍采用普通水泥基材料进行修补，但现有的水泥基修补材料存在修补混凝土与旧有混凝土粘接差、养护周期长等方面的问题，严重制约了水泥基修补材料的推广应用。
[0004]目前，也有采用有机与无机类材料结合形成的修补材料，但由于有机与无机类材料的结合能力较低，再加上水泥基复合材料是典型的脆性材料，这种修补料存在韧性差，易开裂，折压比较小，变形能力不足等方面的缺陷，尤其对施工效率和耐久性要求较高的工程，修补效果较差，难以满足要求。纤维改性是在水泥砂浆的成型过程中加入少量纤维，从而改善砂浆的性能，提高使用品质，满足实际工程的特殊需求，具有广泛的应用领域和前景。但是现有的纤维改性砂浆存在韧性不足、抗渗性能相对较低和耐腐蚀性能较弱等缺点，难以满足工程修补的要求。本专利技术发现：这是由于未能考虑水泥基体中的裂纹的产生机理而导致的，造成添加到水泥砂浆中的纤维并未发挥预期的作用，修补效果不佳。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术提供一种多级混杂纤维及其水泥基修补材料、制备方法与应用。本专利技术通过构建树枝状的纳米
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微米
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毫米多级混杂纤维材料，含有该纤维材料的水泥基修补材料具有高韧性、高粘接性和快速硬化等方面的技术优势。为实现上述目的，本专利技术公开如下所示的技术方案。
[0006]第一方面，本专利技术公开一种多级混杂纤维，包括：毫米级聚丙烯纤维、微米级碳纳米管和纳米级AlOOH颗粒。其中：所述微米级碳纳米管通过AlOOH偶联结合在毫米级聚丙烯纤维上形成树枝状结构，且所述毫米级聚丙烯纤维、微米级碳纳米管均负载有所述纳米级AlOOH颗粒。
[0007]进一步地，所述毫米级纤维的长度为6～15毫米，长径比为6～50。
[0008]进一步地，所述毫米级纤维的材质包括聚丙烯、聚乙烯醇纤维中的至少一种。
[0009]进一步地，所述微米级碳纳米管的长度为1～5微米。
[0010]第二方面，本专利技术公开所述多级混杂纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)将铝源、尿素或者氨水、微米级碳纳米管、毫米级纤维与水混匀，得混合料，备用。
[0012](2)将所述混合料进行水热反应，完成后分离出固体产应产物，干燥、即得所述多级混杂纤维。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述铝源、尿素或者氨水、微米级碳纳米管、毫米级纤维的重量份比为1～3：5～10：4～12：80～120。可选地，所述氨水的质量分数为25～28％。所述水的添加量可根据上述原料的用量灵活调节，能够满足后续水热反应即可，本专利技术不做具体限定。
[0014]进一步地，步骤(1)中，所述铝源包括氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、醋酸铝等中至少一种。
[0015]进一步地，步骤(2)中，所述水热反应的温度范围为150～220℃，时间范围为6～18。在反应过程中，所述尿素发生水解(CO(NH2)2+3H2O
→
2NH
4+
+2OH
‑
+CO2)，并与铝源提供的铝离子反应生成AlOOH，并在碳纳米管和毫米级纤维表面的悬垂化学键的诱导下负载在微米级碳纳米管和毫米级纤维表面，且部分AlOOH充当偶联剂将碳纳米管和毫米级纤维通过联接在一起，从而构建出树枝状的纳米
‑
微米
‑
毫米多级混杂纤维材料。
[0016]进一步地，步骤(2)中，所述干燥的方式包括烘干、冻干等中的任意一种。通过干燥去除所述固体产应产物中的水分，得到粉状的所述多级混杂纤维。
[0017]第三方面，本专利技术公开一种水泥基修补材料，以重量份计，其原料组成主要包括：硫铝酸盐水泥40～50份、粉煤灰或者炭黑10～30份、细骨料30～60份、超细矿粉10～20份、所述多级混杂纤维0.1～1.0份、粘接剂0.05～1.0份、水灰比为0.16～0.3。
[0018]进一步地，所述粘接剂为6800E胶或者乙烯
‑
醋酸乙烯胶粉等，其在本专利技术中的主要作用是在修补料中快速形成交织的三维网络，提高修补料对基材的附着力和施工性。
[0019]进一步地，所述细骨料包括石英砂、河沙等中的至少一种。
[0020]进一步地，所述水泥基修补材料中还包括助剂。优选地，所述助剂包括减水剂1～5重量份、消泡剂0.5～5重量份、早强剂0.1～1.5重量份、膨胀剂1～5重量份等中的至少一种。
[0021]可选地，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂等中的任意一种。在本专利技术中，所述减水剂的主要作用为增加浆体工作性能。
[0022]可选地，所述消泡剂包括炔二醇、聚醚、磷酸三丁酯等中的任意一种。在本专利技术中，所述消泡剂的主要作用为消除气泡。
[0023]可选地，所述早强剂包括三乙醇胺，亚硝酸盐等中的任意一种。在本专利技术中，所述早强剂的作用为增加早期强度。
[0024]可选地，所述膨胀剂包括硫铝酸钙、氧化钙等中的任意一种。在本专利技术中，所述膨胀剂的作用为抵消修补料收缩带来的不利影响。
[0025]第四方面，本专利技术公开所述水泥基修补材料在建筑、桥梁、公路等领域中的应用。
[0026]相较于现有技术，本专利技术的技术方案至少具有以下方面的有益效果：
[0027]本专利技术以铝源、尿素、微米级碳纳米管、毫米级纤维水热构建了具有特殊组成以及
微观结构的多级混杂纤维，通过该纤维材料有效提高了水泥基修补材料的韧性、力学强度和硬化速率，其主要原因在于：
[0028](1)水泥基体开裂的主要由纳米裂纹的逐步演化造成，而本专利技术的多级混杂纤维具有纳米
‑
微米
‑
毫米三个维度的尺寸特点，从而能够在混凝土中纳米裂纹的早期、中期、末期各个演化阶段进行全程干预，阻滞裂纹的演化、发展，有效提升了修补材料的韧性。
[0029](2)负载在所述毫米级纤维表面的AlOOH纳米颗粒和碳纳米管并起到阻断剂作用从而提高毫米级纤维的分散性，防止其在修补材料中团聚，不仅影响发挥提升修补材料韧性的作用，而且还容易对修补材料的力学强度产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级混杂纤维，其特征在于，包括：毫米级聚丙烯纤维、微米级碳纳米管和纳米级AlOOH颗粒；其中：所述微米级碳纳米管通过AlOOH偶联结合在毫米级聚丙烯纤维上形成树枝状结构，且所述毫米级聚丙烯纤维、微米级碳纳米管均负载有所述纳米级AlOOH颗粒。2.根据权利要求1所述的多级混杂纤维，其特征在于，所述毫米级纤维的材质包括聚丙烯、聚乙烯醇纤维中的至少一种。3.根据权利要求1所述的多级混杂纤维，其特征在于，所述微米级碳纳米管的长度为1～5微米。4.根据权利要求1～3任一项所述的多级混杂纤维，其特征在于，所述毫米级纤维的长度为6～15毫米，长径比为6～50。5.权利要求1～4任一项所述的多级混杂纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将铝源、尿素或者氨水、微米级碳纳米管、毫米级纤维与水混匀，得混合料，备用；(2)将所述混合料进行水热反应，完成后分离出固体产应产物，干燥、即得所述多级混杂纤维。6.权利要求5所述的多级混杂纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铝源、尿素或氨水、微米级碳纳米管、毫米级纤维的重量份比为1～3：5～10：4～12：80～120；优选地，所述氨水的质量分数为25～28％；优选地，步骤(1)中，所述铝源包括氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、醋酸铝中至少一种；优选地，步骤(2)中，所述水热反应的温度范围150～...

【专利技术属性】
技术研发人员：马秋成，刘金宇，魏永学，
申请(专利权)人：辰龙新材料科技发展山东有限公司，
类型：发明
国别省市：