一种水泥基复合材料用无机有机复合纤维及其制备方法

摘要

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术方案存在的不足，提供一种水泥基复合材料用复合纤维，即在水泥基复合材料中掺入聚丙烯或聚乙烯醇纤维，并同时掺入玄武岩纤维，利用无机有机纤维复合手段来提高水泥基复合材料抗裂能力、韧性、抗拉强度及抗冲磨等性能。

说明书

技术领域

本发明属于水泥基复合材料用纤维，涉及一种抗裂无机有机复合的纤 维。

背景技术

现有的水泥基复合材料为提高抗裂性能，一般掺入单一的聚丙烯纤维或 聚乙烯醇纤维，如为提高水泥基复合材料的韧性、抗拉强度及抗冲磨等性能， 一般掺入钢纤维，这样单掺聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维的水泥基复合材料虽 然能增强抗裂防渗性能，但是材料的韧性、抗拉强度及抗冲磨性能得不到有 效提高，而单掺钢纤维的水泥基复合材料虽然能改善材料的韧性、抗拉强度 及抗冲磨等性能，但是微细裂缝的改善不明显。

近年来玄武岩纤维在水泥基复合材料中的使用越来越常见，玄武岩纤维 是一种以天然火山岩为原料加工而成的无机纤维，具有高的拉伸强度、剪切 强度和弹性模量，还具有很好的化学稳定性和热稳定性。目前，将聚丙烯或 聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维复合来提高水泥基复合材料抗裂能力、韧性、抗 拉强度及抗冲磨等性能的技术方案还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术方案存在的不足，提供一种 水泥基复合材料用复合纤维，即在水泥基复合材料中掺入聚丙烯或聚乙烯醇 纤维，并同时掺入玄武岩纤维，利用无机有机纤维复合手段来提高水泥基复 合材料抗裂能力、韧性、抗拉强度及抗冲磨等性能。

聚丙烯或聚乙醇纤维和钢纤维都能提高水泥基复合材料性能，这三种纤 维是成熟的技术手段。而本发明中，玄武岩纤维是一种增韧增强材料，可提 高水泥基复合材料的韧性、抗拉强度及抗冲磨爆裂的能力，可以代替钢纤维， 同时玄武岩纤维又具有钢纤维所没有的良好的合成纤维分散性及水泥基体 的粘接力。基于水泥基复合材料自身具有多组分、多尺度、多层次的非均质 结构特征，本发明将聚丙烯或聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维混合配制成无机有 机复合纤维，充分发挥各种纤维的尺度和性能效应，提高水泥基复合材料的 抗裂，韧性，抗拉强度及抗冲磨等性能。

本发明由下列合成纤维按重量比配置而成：

聚丙烯或聚乙烯醇纤维10wt％-90wt％；玄武岩纤维90wt％-10wt％。

所述聚丙烯纤维的长度为5-20mm,直径5-100μm，断裂强度大于280MPa, 初始模量大于3000MPa，断裂伸长率小于40％。

所述聚丙烯或聚乙烯醇纤维的质量百分比为15wt％；所述玄武岩纤维的质 量百分比为85wt％。

所述聚乙烯醇纤维的长度为5-15mm,直径5-100μm，断裂强度大于 1000MPa,初始模量大于20GPa，断裂伸长率小于10％。

所述玄武岩纤维的长度为6-30mm,直径大于5-100μm，断裂强度大于 1000MPa,初始模量大于3000MPa，断裂伸长率小于5％。

本发明的生产方法是将上述质量百分比的聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维 和玄武岩纤维按照配比投放入搅拌机内，分别加入纤维质量比1wt％的浸润剂 和2wt％的分散剂均匀搅拌3分钟，再进行烘干并分袋包装。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明是将上述无机有机复合纤 维替代单一纤维掺入水泥基复合材料中，这样既能提高水泥基复合材料的抗 裂，韧性，抗拉强度及抗冲磨等性能，又能使复合纤维具有良好的分散性及 与水泥基体的粘接力。这样配制而成的复合纤维可大量的应用于铁路工程， 军事工程，水利工程，地下厂房，工程边坡，地铁等工程的喷射支护，具有 很高的社会和经济价值。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

制备实施例

实施例1:聚丙烯纤维10wt％，长度19mm，玄武岩纤维90wt％，长度9mm。

其制备方法为：将上述质量百分比的聚丙烯纤维和玄武岩纤维按照配比 投放入搅拌机内，分别加入纤维质量比1wt％的浸润剂和2wt％的分散剂均匀 搅拌3分钟，再进行烘干并分袋包装即成成品。

实施例2:聚丙烯纤维25wt％，长度15mm，玄武岩纤维75wt％，长度12mm。

其制备方法为：将上述质量百分比的聚丙烯纤维和玄武岩纤维按照配 比投放入搅拌机内，分别加入纤维质量比1wt％的浸润剂和2wt％的分散剂均 匀搅拌3分钟，再进行烘干并分袋包装即成成品。

实施例3:聚丙烯纤维50wt％，长度12mm，玄武岩纤维50wt％，长度20mm。

其制备方法为：将上述质量百分比的聚丙烯纤维和玄武岩纤维按照配 比投放入搅拌机内，分别加入纤维质量比1wt％的浸润剂和2wt％的分散剂均 匀搅拌3分钟，再进行烘干并分袋包装即成成品。

实施例4:聚乙烯醇纤维15wt％，长度12mm，玄武岩纤维85wt％，长度 9mm。

其制备方法为：将上述质量百分比的聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维按照 配比投放入搅拌机内，分别加入纤维质量比1wt％的浸润剂和2wt％的分散剂 均匀搅拌3分钟，再进行烘干并分袋包装即成成品。

实施例5:聚乙烯醇纤维30wt％，长度12mm，玄武岩纤维70wt％，长度 12mm。

其制备方法为：将上述质量百分比的聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维按照配 比投放入搅拌机内，分别加入纤维质量比1wt％的浸润剂和2wt％的分散剂均 匀搅拌3分钟，再进行烘干并分袋包装即成成品。

实施例6:聚乙烯醇纤维40wt％，长度6mm，玄武岩纤维60wt％，长度20mm。

其制备方法为：将上述质量百分比的聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维按照配 比投放入搅拌机内，分别加入纤维质量比1wt％的浸润剂和2wt％的分散剂均 匀搅拌3分钟，再进行烘干并分袋包装即成成品。

效果实施例

为验证本发明的水泥基复合材料的抗裂性能、韧性，申请人通过对比单 掺聚丙烯纤维、单掺聚乙烯醇纤维、单掺玄武岩纤维、掺15wt％聚丙烯纤维 和85wt％玄武岩纤维、掺15wt％聚乙烯醇纤维和85wt％玄武岩纤维、掺 50wt％聚丙烯纤维和50wt％玄武岩纤维、掺50wt％聚乙烯醇纤维和50wt％玄 武岩纤维七种组别水泥砂浆塑性阶段的抗裂性能和水泥混凝土干燥收缩阶 段的抗裂性能、韧性。其中聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维的长度均为12mm。 玄武岩纤维长度为20mm。

表1C30纤维混凝土配合比(kg/m3)

表2本发明实施例和对比例的纤维配方组成

将表2的配方加入表1中，形成各对比例和实施例。

水泥砂浆塑性阶段的抗裂试验依据CECS38:2004《纤维混凝土结构技术 规程》里面的“纤维混凝土与砂浆收缩裂缝试验方法”实施，干燥收缩阶段 的抗裂性能试验依据CCES01:2004《混凝土耐久性设计与施工指南》提出的 “混凝土干燥收缩开裂圆环试验方法”实施，试验结果如下：

表3

结论：参见表3，掺入聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维的砂浆 在塑性阶段和后期干燥收缩阶段的裂缝情况都有明显改善，同时在掺入玄武 岩纤维和复合纤维后，韧性都有很大的提高。因此，在纤维使用总量相同的 情况下，掺入复合纤维后在早期塑性阶段、后期干燥收缩阶段都有优越的抗 裂性能,弥补了单一玄武岩纤维在抗裂性能不足的缺点,具备两类纤维在改善 水泥基材料开裂的优越特点，其中配方1和配方4在各方面的性能明显更为 优越。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本 申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要 求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。