一种改性钢纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于混凝土技术领域，具体涉及一种改性钢纤维及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种改性钢纤维，包括钢纤维和包覆于所述钢纤维表面的改性薄膜；所述改性薄膜为钢纤维表面盐与原硅酸缩聚得到的薄膜，所述钢纤维表面盐由原硅酸和钢纤维的氢氧化物反应得到。在本发明专利技术中，改性钢纤维中的改性薄膜增加了改性纤维表面粗糙度，同时引入了更多的切向载荷提高了改性纤维与水泥基体界面的结合力，当超高性能混凝土收到外力时避免使改性纤维直接从断裂面拔出，从而能够充分发挥改性纤维的抗拉性能，进而提高超高性能混凝土的抗拉性能。进而提高超高性能混凝土的抗拉性能。进而提高超高性能混凝土的抗拉性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性钢纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于混凝土
，具体涉及一种改性钢纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]超高性能混凝土(UHPC)是抗压强度超过150MPa的混凝土。然而超高性能混凝土的抗拉性能较低，目前主要通过向超高性能混凝土中添加不连续钢纤维来提高抗拉性能。
[0003]现有的掺杂钢纤维的超高性能混凝土受力后其形态破坏：大量的钢纤维在一定长径比情况下从断裂面被拔出，而却没有被拉断，此时钢纤维拔出应力远远低于其本身的屈服强度。由破坏后的形态可以看出掺杂钢纤维的超高性能混凝土中的钢纤维并没有完全发挥其增韧效果，掺杂钢纤维的超高性能混凝土的抗拉性能有待进一步提高。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种改性钢纤维及其制备方法和应用，本专利技术提供的改性钢纤维与水泥具有较高的结合力，将改性钢纤维用于制备超高性能混凝土能够显著提高超高性能混凝土的抗拉性能。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种改性钢纤维，包括钢纤维和包覆于所述钢纤维表面的改性薄膜；
[0006]所述改性薄膜为钢纤维表面盐与原硅酸缩聚得到的薄膜，所述钢纤维表面盐由原硅酸和钢纤维表面的氢氧化物反应得到。
[0007]优选的，所述钢纤维的直径为0.18～0.22mm，所述钢纤维的长径比为60以上。
[0008]优选的，所述改性薄膜的厚度为0.001～0.003mm。
[0009]本专利技术还提供了上述技术方案所述改性钢纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将钢纤维浸泡于强碱溶液中进行氧化，得到氧化的钢纤维；
[0011]将所述氧化的钢纤维浸泡于正硅酸乙酯的醇水溶液后固化成膜，得到所述改性钢纤维；所述正硅酸乙酯的醇水溶液的pH值为1～6。
[0012]优选的，所述正硅酸乙酯的醇水溶液为将正硅酸乙酯溶解于醇水溶液中得到；
[0013]所述正硅酸乙酯和醇水溶液的体积比为0.8～1.2:100；
[0014]所述醇水溶液中醇和水的体积比为0.8～1.2:1；
[0015]所述氧化的钢纤维的质量和正硅酸乙酯的醇水溶液的体积比为280～320g:1L。
[0016]优选的，氧化的钢纤维在正硅酸乙酯的醇水溶液中浸泡还伴随搅拌，所述搅拌的时间为10～20min，所述搅拌的转速为90～110r/min。
[0017]优选的，所述固化成膜为将在正硅酸乙酯的醇水溶液中浸泡后的氧化钢纤维干燥；所述干燥的温度为140～160℃；所述干燥的时间为25～35min。
[0018]优选的，所述强碱溶液包括氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述强碱溶液的摩尔浓度为0.5～0.7mol/L；
[0019]钢纤维在强碱溶液中的浸泡还伴随搅拌，所述搅拌的转速为90～110r/min，所述
搅拌的时间为10～20min。
[0020]优选的，所述固化成膜后还包括：将固化成膜后产品浸泡氢氧化钙溶液后依次进行水洗和干燥，得到所述改性钢纤维。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述改性钢纤维或上述技术方案所述制备方法制备得到的改性钢纤维用于制备超高性能混凝土。
[0022]本专利技术提供了一种改性钢纤维，包括钢纤维和包覆于所述钢纤维表面的改性薄膜；所述改性薄膜为钢纤维表面盐与原硅酸缩聚得到的薄膜，所述钢纤维表面盐由原硅酸和钢纤维表面的氢氧化物反应得到。在本专利技术中，改性钢纤维中的改性薄膜提高了改性纤维表面的粗糙度，同时引入了更多的切向载荷提高了改性纤维与水泥基体界面的结合力，当超高性能混凝土受到外力时避免使改性纤维直接从断裂面拔出，从而能够充分发挥改性纤维的抗拉性能，进而提高超高性能混凝土的抗拉性能。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述改性钢纤维的制备方法，包括以下步骤：将钢纤维浸泡于强碱溶液中进行氧化，得到氧化的钢纤维；将所述氧化的钢纤维浸泡于正硅酸乙酯的醇水溶液后固化成膜，得到所述改性钢纤维；所述正硅酸乙酯的醇水溶液的pH值为1～6。本专利技术将钢纤维在强碱溶液中浸泡使钢纤维表面氧化形成铁和/或锌的氢氧化物，铁和/或锌的氢氧化物与正硅酸乙酯的醇水溶液中水解的原硅酸反应成盐后继续与原硅酸缩合在钢纤维表面成膜，增加了改性钢纤维与水泥基质接触的总面积，同时具有更多的切向载荷，提高了改性纤维与水泥的结合力进而提高超高性能混凝土的抗拉性能。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备得到的改性钢纤维和对比例1中钢纤维的实物图，其中(a)为对比例1中钢纤维的实物图，(b)为实施例1制备得到的改性钢纤维的实物图；
[0025]图2为对比例1钢纤维的SEM图；
[0026]图3为实施例1制备得到的改性钢纤维的SEM图；
[0027]图4为实施例1和对比例1中钢纤维不同部位的EDS图；
[0028]图5为利用实施例1和对比例1的钢纤维制备的混凝土其实物图；
[0029]图6为分别对实施例1和对比例1制备得到的3个混凝土进行拉拔试验的拔出载荷
‑
位移曲线图；
[0030]图7为实施例1和对比例1钢纤维的粘结强度和拉拔载荷的柱状对比图；
[0031]图8为利用实施例1和对比例1的钢纤维制备狗骨头形状混凝土试样实物图；
[0032]图9为利用对比例1钢纤维制备得到的狗骨头状混凝土试样的应力应变曲线图；
[0033]图10为利用实施例1改性钢纤维制备得到的狗骨头状混凝土试样的应力应变曲线图；
[0034]图11为利用实施例1和对比例1的钢纤维制备狗骨头形状混凝土试样抗拉强度柱状对比图。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供了一种改性钢纤维，包括钢纤维和包覆于所述钢纤维表面的改性薄膜；所述改性薄膜为钢纤维表面盐与原硅酸缩聚得到的薄膜，所述钢纤维表面盐由原硅酸
和钢纤维表面氢氧化物反应得到。在本专利技术中，所述改性薄膜的厚度优选为0.001～0.003mm，更优选为0.0015～0.002mm。
[0036]在本专利技术中，所述钢纤维的直径优选为0.18～0.22mm，更优选为0.2mm；所述钢纤维的长径比优选为60以上，更优选为65～75。
[0037]在本专利技术中，所述改性薄膜优选以Me
‑
O
‑
Si键的形式与钢纤维结合，Me为钢纤维中含有的金属，优选为Fe和/或Zn。
[0038]本专利技术还提供了上述技术方案所述述改性钢纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0039]将钢纤维浸泡于强碱溶液中进行氧化，得到氧化的钢纤维；
[0040]将所述氧化的钢纤维浸泡于正硅酸乙酯的醇水溶液后固化成膜，得到所述改性钢纤维；所述正硅酸乙酯的醇水溶液的pH值为1～6。
[0041]将钢纤维浸泡于强碱溶液中进行氧化，得到氧化的钢纤维。本专利技术将钢纤维浸泡于强碱溶液前优选将钢纤维浸入丙酮溶液后依次进行水洗和乙醇洗。在本专利技术中，所述丙酮溶液的质量浓度优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性钢纤维，包括钢纤维和包覆于所述钢纤维表面的改性薄膜；所述改性薄膜为钢纤维表面盐与原硅酸缩聚得到的薄膜，所述钢纤维表面盐由原硅酸和钢纤维表面的氢氧化物反应得到。2.根据权利要求1所述改性钢纤维，其特征在于，所述钢纤维的直径为0.18～0.22mm，所述钢纤维的长径比为60以上。3.根据权利要求1所述改性钢纤维，其特征在于，所述改性薄膜的厚度为0.001～0.003mm。4.权利要求1～3任一项所述改性钢纤维的制备方法，包括以下步骤：将钢纤维浸泡于强碱溶液中进行氧化，得到氧化的钢纤维；将所述氧化的钢纤维浸泡于正硅酸乙酯的醇水溶液后固化成膜，得到所述改性钢纤维；所述正硅酸乙酯的醇水溶液的pH值为1～6。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯的醇水溶液为将正硅酸乙酯溶解于醇水溶液中得到；所述正硅酸乙酯和醇水溶液的体积比为0.8～1.2:100；所述醇水溶液中醇和水的体积比为0.8～1.2:1；所述氧化的钢纤维的质量和正硅酸乙酯的醇水溶液的体积比为280～...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐维斌，李晓民，魏定邦，郭海贞，任国斌，温得成，胡立恩，苏凯，
申请(专利权)人：甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：