一种纤维和聚合物复合增韧混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维和聚合物复合增韧混凝土及其制备方法，混凝土基本原材料为粗集料、细集料、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂；另外还添加有纤维和聚合物，所述的纤维为端钩型钢纤维、超细型钢纤维、改性聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维、纤维素纤维中的任意一种，按照每1m3混凝土中的体积掺量为0.08%的比例掺杂；聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯酸乙酯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、醋酸乙烯-丙烯酸酯聚合物或有机硅丙烯酸酯中任意一种，各种聚合物掺量均为硅酸盐水泥和粉煤灰质量的10%。按“先干后湿”的拌合方式，先将石子、砂、胶凝材料；后纤维；再将溶有减水剂的水倒入搅拌；最后聚合物；搅拌成型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一种纤维和聚合物复合增韧混凝土的原材料优选原则与制备方法。
技术介绍
高强性、高韧性、高抗裂性和高耐久性是土木建筑领域对混凝土材料性能要求的发展趋势，也是满足大型建筑工程对材料抗裂性能和耐久性能的要求。而普通混凝土是一种准脆性材料，掺入合适纤维能提高混凝 土的抗拉、抗弯强度和断裂性能，但是纤维与胶凝材料基体间存在界面过渡区，是复合材料的薄弱区；掺入适量、恰当的聚合物能优化界面过渡区性能，但是对提高抗压强度的影响不大，而且混凝土中聚合物面临长期抗老化性能不良的问题。
技术实现思路
为了克服普通混凝土的脆性，纤维增强混凝土与聚合物增强混凝土的不足，利用纤维和聚合物的优势互补，充分发挥二者“协同作用”，本专利技术公开了。本专利技术的技术方案是一种纤维和聚合物复合增韧混凝土，混凝土基本原材料为粗集料、细集料、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂；另外还添加有纤维和聚合物，所述的纤维为端钩型钢纤维、超细型钢纤维、改性聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维、纤维素纤维中的任意一种,按照每Im3混凝土中的体积掺量为O. 08%的比例掺杂；聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯酸乙酯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、醋酸乙烯-丙烯酸酯聚合物或有机娃丙烯酸酯中任意一种，各种聚合物掺量均为娃酸盐水泥和粉煤灰质量的10%。所述的粗集料为玄武岩碎石，粒径为4. 75^15mm,所述的细集料为河砂，粒径为O. 16 2. 36mm。所述的纤维为端钩型钢纤维、超细型钢纤维或聚乙烯醇纤维；所述的聚合物为苯乙烯一丙烯酸酯共聚物。—种制备所述的纤维和聚合物复合增韧混凝土的方法，第一步，采用“先干后湿”的制备工艺将石子、砂、水泥、粉煤灰倒入搅拌机内，均匀搅拌；将纤维缓慢均匀撒入共同搅拌；将减水剂溶于水中，再继续搅拌；将聚合物均匀加入，搅拌完成后关闭电源，将新拌混凝土倒出，浇筑于钢模中；第二步，养护成型Id后脱模，先在室内环境静置3d ;再放入标准养护室标养7d ；从标养室移出至室内环境洒水养护至规定的测试龄期待用。有益效果I)结合纤维与聚合物对混凝土材料性能影响特性，考虑二者的“协同效应”，纤维通过缓慢拔出逐渐释放抵抗裂缝扩展的能量，聚合物主要通过与水泥基体的空间网络结构抑制微裂纹的萌生，减缓应力集中，同时改善了钢纤维一水泥基体和骨料一水泥基体间的界面结构，使钢纤维在拔出过程中需要克服更大的粘结力，从而得到高强度、高韧性、高抗裂性的复合水泥基材料。2)聚合物在固化过程中，吸收了水泥水化产物中的一部分钙离子，含钙的聚合物膜具有高弹高强的特性，不仅改善了集料-硬化水泥浆体的界面过渡区的微观形貌和密实度，而且提高了界面过渡区的粘结强度，而且使得原来在界面过渡区富集并定向生长的水泥水化产物Ca(OH)2晶体的取向性减弱，晶粒尺寸细化，也起到了提高界面区密实度的作用，此外，由于混凝土孔溶液中钙离子的减少使得水泥水化生成的C-S-H凝胶的钙硅比降低，提高了该凝胶组分的强度，也使得混凝土基体和界面过渡区的粘结强度均有所提升。3)采用上述“先干后湿”方式的制备工艺，可以避免先湿拌后加入纤维时，对纤维均匀分布的纤维分散专用设备的要求。4)本专利技术通过优选纤维材料和聚合物复合掺入混凝土，优化养护制度和施工工 艺，制备出抗压强度(大于60MPa)、抗拉强度(大于6MPa)，弯曲韧性和断裂性能优良的纤维增强聚合物混凝土。附图说明图1为本专利技术的制备方法的流程图。图2为混凝土、纤维增强混凝土、聚合物增强混凝土及纤维增强聚合物混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度。图3为聚合物混凝土四点弯曲试验荷载一CMOD曲线。图4为纤维混凝土四点弯曲试验荷载-CMOD曲线。图5为纤维增强聚合物混凝土四点弯曲试验荷载-CMOD曲线。图6为聚合物混凝土三点梁弯曲荷载一CMOD曲线。图7为纤维混凝土三点梁弯曲荷载一CMOD曲线。图8为纤维增强聚合物混凝土三点梁弯曲荷载一CMOD曲线。图9为水泥浆体56d的XRD图谱。图10为3天和28天的聚合物在水泥基体表面成膜SEM图片。图11为3天的聚合物在水泥基体表面成膜后的能谱图。图12为28天的聚合在水泥基体中成膜后的能谱图。图13为聚合物水泥基体界面过渡区显微硬度。图14为钢纤维与聚合物水泥基体界面过渡区显微硬度。图15为普通混凝土界面过渡区ESEM形貌。图16为聚合物混凝土界面过渡区ESEM形貌。图17为钢纤维与水泥基体间界面过渡区ESEM形貌。图18为钢纤维与聚合物水泥基体间界面过渡区ESEM形貌。图19纤维与聚合物水泥基体间粘结力-位移曲线。图20为纤维增强聚合物混凝土增韧机理。具体实施例方式本专利技术中所用材料均为市售，没有特殊说明的即为无特殊要求的市售普通品。所用聚羧酸减水剂要求其减水率达到或超过30%。1、原材料优选混凝土基本原材料优选根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011);纤维优选，根据复合材料原理，即考虑纤维本身强度、弹性模量、纤维体积掺量，又考虑纤维与胶凝材料基体、集料间界面粘结及其分散性。纤维选择满足以下几个条件a.纤维的强度和弹性模量高于水泥基体的弹性模量；b.纤维与水泥基体间粘结强度能保证水泥基体承受的应力可通过纤维与基体界面传递给纤维；c.纤维与水泥基体间的热膨胀系数接近，保证两者间黏结强度不会在热胀冷缩过程中被削弱；d.纤维与水泥基体间无有害化学反应；e.纤维的体积率、尺寸和分布必须适宜，且纤维分散性能良好；聚合物优选，既考虑与胶凝材料、集料的兼容性，又考虑自身稳定性和工作性，其基本要求如下a.具有良好的预加工性能和机械稳定性；b.对水泥水化过程中产生的Ca2+和Al3+离子有较高的稳定性，即对水泥水化无负面影响；c.在水泥基体硬化后与水化产物和集料间有较好的黏结能力，且成膜温度要低；d.在硬化水泥基体中具有较好的耐水性和耐碱性；e.玻璃化温度要低，具有一定的 粘性。按照标准，本专利技术所用玄武岩碎石表观密度为2. 7g/cm3，堆积密度为1. 5g/cm3，压碎值5%，含泥量O. 7%，吸水率O. 2%。所用河砂细度模数为2. 3，连续级配，堆积密度为1. 3g/cm3，表观密度为2. 5g/cm32、制备方法，流程如图1所示I)将石子、砂、水泥、粉煤灰倒入搅拌机内，均匀搅拌30s ；2)分散纤维，然后将纤维缓慢撒入正在工作的搅拌机内，纤维完全撒入后和干料共同搅拌30s (时间可根据撒入纤维速度快慢自行调整)；3)将聚羧酸系高效减水剂倒入水中，开动搅拌机，将水均匀倒入正在工作的搅拌机中，搅拌3min ；4)将聚合物均匀倒入正在工作的搅拌机中，搅拌3min ；5)搅拌完成后关闭电源，将新拌混凝土倒出，浇筑于钢模中。3、养护制度I)成型Id后脱模，先在室内环境(温度20 ±2°C，相对湿度60 ±5%)静置3d;2)放入标准养室标养7d (温度20±2°C，相对湿度>90%)；3)从标养室移出至室内环境(温度20 ± 2°C，相对湿度60 土 5%)洒水养护至规定的测试龄期待用。实施例11、制备方法I)将石子、砂、水泥、粉煤灰倒入搅拌机内，均匀搅拌30s ；2)分散纤维，然后将体积掺量为O. 08%的纤维缓慢撒入正在工作的搅拌机内，纤维完全撒入后和干料共同搅拌30s (时间可根据撒入纤维速度快慢自行调整)(单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维和聚合物复合增韧混凝土，混凝土基本原材料为粗集料、细集料、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂；其特征是：另外还添加有纤维和聚合物，所述的纤维为端钩型钢纤维、超细型钢纤维、改性聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维、纤维素纤维中的任意一种，按照每1m3混凝土中的体积掺量为0.08%的比例掺杂；聚合物为乙烯?醋酸乙烯共聚物、丙烯酸乙酯、苯乙烯?丙烯酸酯共聚物、醋酸乙烯?丙烯酸酯聚合物或有机硅丙烯酸酯中任意一种，各种聚合物掺量均为硅酸盐水泥和粉煤灰总质量的10%。

【技术特征摘要】
1.一种纤维和聚合物复合增韧混凝土，混凝土基本原材料为粗集料、细集料、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂；其特征是另外还添加有纤维和聚合物，所述的纤维为端钩型钢纤维、超细型钢纤维、改性聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维、纤维素纤维中的任意一种，按照每Irn3混凝土中的体积掺量为O. 08%的比例掺杂；聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯酸乙酯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、醋酸乙烯-丙烯酸酯聚合物或有机硅丙烯酸酯中任意一种，各种聚合物掺量均为硅酸盐水泥和粉煤灰总质量的10%。2.如权利要求1所述的纤维和聚合物复合增韧混凝土，其特征是所述的粗集料为玄武岩碎石，粒径为4. 75 15mm，所述的细集料为河砂，粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽萍，孙伟，曹擎宇，张丽辉，张文潇，陈波，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：