本发明专利技术公开了一种低成本碳纤维增强混凝土及其制备方法与应用。该低成本碳纤维增强混凝土，由以下六类组分组配而成：水泥(A)410～510kg/m3；分散剂(B)，占水泥用量的5％～15％(wt)；减水剂(C)，占A和B总量的0.5％～2.0％(wt)；水(D)，占水泥用量的30％～40％(wt)；砂、石(E)，按每m3混凝土重2400kg计算，砂石总量为2400kg扣除A、B、D组分后的重量，其中砂在砂石总量中占30％～40％(wt，砂率)；低成本碳纤维(F)，占混凝土的体积掺量为0.5％～2％。本发明专利技术充分利用碳纤维的高力学性能来提升混凝土的韧性，并降低碳纤维混凝土单方制备成本50％，具有品质优、制备工艺简单、成本低等优点，适合大面积推广和应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料
，特别是涉及一种低成本碳纤维增强混凝土及其制 备方法与应用。
技术介绍
随着现代化水平的不断提高，人们对现代建筑提出了高层化、大跨度化等更高的 要求，为了实现这些要求，水泥基复合材料的比强度需要进一步提高。复合化是水泥基材料 实现高性能的重要途径，纤维增强是其核心。因此，国内外在纤维增强水泥复合材料的研究 上有了重大的突破。由于石棉纤维容易致癌、玻璃纤维在碱性环境中不能保持稳定及钢纤维易出现钢 筋锈蚀问题，这些都限制其在水泥基复合材料中的大规模应用。相比之下，碳纤维是一种新 兴的碳基纤维材料。碳纤维的优势在于它除了无石棉纤维的致癌结构，还无毒无害，而且， 在水泥浆的强碱性环境中有很好的稳定性，这是玻璃纤维和钢纤维所不可比拟的。碳纤维 不仅提高了水泥复合材料的抗折、抗拉强度，还增加了水泥材料的韧性，赋予传统的水泥材 料以新的性能——轻质高强、耐冲击、耐干缩性等。基于此，碳纤维水泥基材料获得了越来 越多的关注，但其重点集中于机敏性或智能性的研究，如压敏性、热敏性及电磁屏蔽性等， 这些研究虽然赋予了碳纤维水泥基材料新的功能，但由于对碳纤维性能有较高的要求，且 其应用局限于某一特定领域或重点工程，因此，并没有促进碳纤维的大规模应用。而对于低 成本碳纤维的应用研究尚未展开，其是否也可以像高性能的普通碳纤维那样在水泥复合材 料中使用并发挥作用，如使用还应该攻克哪些技术难关等等问题都需要解决，因此开展低 成本碳纤维在水泥基材料中的高效应用及性能提升研究具有较强的工程意义。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种韧性高、成本低的碳纤维增强混凝土。为解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案一种低成本碳纤维增强混凝土， 由以下六类组分组配而成水泥(A)添加比例为410 510kg/m3 ；分散剂⑶占水泥用量的5% 15% (wt)；聚羧酸(盐)减水剂(C)占A和B总量的0. 5% 2. 0% (wt)；水(D)占水泥用量的30% 40% (wt)；砂、石(E)按每m3混凝土重MOOkg计算，砂石总量为MOOkg扣除A、B、D组分后 的重量，其中砂在砂石总量中占30% 40% (wt，砂率)。 低成本碳纤维(F)占混凝土的体积掺量为0. 5 % 2 %。在上述低成本碳纤维增强混凝土中，所述水泥(A)选用普通硅酸盐水泥(P · 0或 P · I)。所述分散剂(B)是一种以硅质材料为主要成份组分，其SiO2含量在35% 90%(Wt)，具体可为硅灰、粉煤灰或矿渣等。所述聚羧酸减水剂(C)为特殊调配的组分，由 10% (wt)消泡组分和90 99% (wt)母液复配并分散在水中而成；所述母液可为烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸聚乙二醇酯或烷基聚醚等，所述消泡组 分可为高碳醇、聚二甲基硅氧烷或聚醚改性硅等。所述砂、石(E)选用普通河砂与石子。本专利技术的第二个目的是提供一种制备上述低成本碳纤维增强混凝土的方法。本专利技术所提供的制备方法，可包括以下步骤1)先将低成本碳纤维(F)与分散剂(B)充分混合，再加入到水泥(A)中混合均勻；2)将砂、石(E)、步骤1)中得到的混合物依次加入搅拌机中进行干拌，再将聚羧酸 减水剂(C)加到拌合用水(D)中混合均勻，再一起加入到搅拌机内进行搅拌，混勻后得到产品。在上述制备方法中，所述步骤幻中的搅拌方法为将砂、石(E)、步骤1)中得到的 混合物加入后，开动搅拌机进行干混30秒，停止搅拌机，再将预混有聚羧酸减水剂的拌合 水加入，继续搅拌180秒。本专利技术提供了一种低成本碳纤维增强混凝土。该专利技术是将低成本碳纤维应用于混 凝土中，专利技术重点是低成本碳纤维在水泥基材料中的分散优化和界面改性，使其在满足水 泥基材料实际需求的前提下使各种性能得到提升。本专利技术充分利用碳纤维的高力学性能来 提升混凝土的韧性，并降低碳纤维混凝土单方制备成本50%，具有品质优、制备工艺简单、 成本低等优点，适合大面积推广和应用。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为用普通碳纤维配制的混凝土及与实施例1-3制备的低成本碳纤维增强混凝 土的韧性测试结果具体实施例方式本专利技术提供了一种低成本碳纤维增强混凝土，由以下六类组分组配而成水泥(A)添加比例为410 510kg/m3 ；在所述低成本碳纤维增强混凝土的组分 中，所述水泥(A)可选用普通硅酸盐水泥(P · 0或P · I)。分散剂⑶占水泥用量的5% 15% (wt)；聚羧酸或聚羧酸盐减水剂(C)占A和B总量的0. 5% 2. 0% (wt)；水(D)占水泥用量的30% 40% (wt)；砂、石(E)按每m3混凝土重MOOkg计算，砂石总量为MOOkg扣除A、B、D组分后 的重量，其中砂在砂石总量中占30% 40% (wt，砂率)；可选用普通河砂与石子。低成本碳纤维(F)占混凝土的体积掺量为0. 5% 2% ；低成本碳纤维是利用低 能耗生产工艺制备的，或是普通碳纤维生产工艺的边角料。以上组配中，所述分散剂⑶是一种以硅质材料为主要成份组分，其SW2含量在 35% 90% (wt)具体可为硅灰、粉煤灰等；所述聚羧酸减水剂(C)为特殊调配的组分，由 10% (wt)消泡组分和90 99% (wt)母液复配并分散在水中而成；所述母液可为烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸聚乙二醇酯或烷基聚醚等，消泡组分可为高碳醇、聚二甲基硅氧烷 或聚醚改性硅等。本专利技术中所用原料均为商购。在本专利技术混凝土中，由于低成本碳纤维(F)的使用，需特别调配使用分散剂(B) 和减水剂(C)，低成本碳纤维(F)是边角料，其本身存在表面状态差、形态不均一及存在力 学薄弱区的缺陷，本专利技术通过研究确定，分散剂(B)通过其“微细效应”与碳纤维进行充分 的结合，可以改善碳纤维的表面接触状态，促进碳纤维的分散；本专利技术还利用聚羧酸减水剂 (C)中复配的消泡组分降低体系中由于有机物质加入而带来的气泡含量，从而改善碳纤维 在水泥材料中的分散效果。而且，分散剂(B)和减水剂(C)两者复合使用才能使低成本碳 纤维在水泥材料中达到最优的分散，不仅改善了与水泥石的物理接触状态，在水泥水化条 件下分散剂(B)所形成的嵌入式反应提高了其与水泥石的化学结合状态，因此前述实施条 件下能够使本专利技术混凝土的界面结构达到充分的物理与化学结合；相同的应用条件下，满 足水泥基材料对其性能要求的同时达到降低成本的目的。另一方面，本专利技术还提供了一种上述低成本碳纤维增强混凝土的制备方法。本专利技术所提供的低成本碳纤维增强混凝土的制备方法，可包括以下步骤1)先将低成本碳纤维(F)与分散剂(B)充分混合，再加入到水泥(A)中混合均勻；2)将砂、石(E)、步骤1)中得到的混合物依次加入搅拌机中进行干拌，再将聚羧酸 减水剂(C)加到拌合用水(D)中混合均勻，再一起加入到搅拌机内继续进行搅拌，混勻后得 到产品。在上述制备方法中，所述步骤2、中的搅拌方法为将砂、石(E)、步骤1)中得到的 混合物加入后，开动搅拌机进行干混30秒，停止搅拌机，再将预混有聚羧酸减水剂的拌合 水加入，继续搅拌180秒。实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的 操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。实施例1 低成本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低成本碳纤维增强混凝土，由以下六类组分组配而成： 水泥（Ａ）：添加比例为４１０～５１０ｋｇ／ｍ３； 分散剂（Ｂ）：占水泥用量的５％～１５％（ｗｔ）；聚羧酸（盐）减水剂（Ｃ）：占Ａ和Ｂ总量的０．５％～２．０％（ｗｔ）； 水（Ｄ）：占水泥用量的３０％～４０％（ｗｔ）； 砂、石（Ｅ）：按每ｍ↑［３］混凝土重２４００ｋｇ计算，砂石总量为２４００ｋｇ扣除Ａ、Ｂ、Ｄ组分后的重量，其中砂在砂石总量中占３０％～４０％（ｗｔ，砂率）。 低成本碳纤维（Ｆ）：占混凝土的体积掺量为０．５％～２％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚燕，吴浩，王玲，高春勇，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：11
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