专利名称：聚丙烯粗纤维的制造方法及聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法
技术领域：
本发明公开一种喷射混凝土的实现方法，特别是一种在铁路隧道、矿山矿井坑道、水利工程交通洞、引水洞、地下厂房洞室、工程边坡、地铁等工程应用中的聚丙烯粗纤维的制造方法及聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法。
背景技术：
现有的建筑工程中，如铁路隧道、矿山矿井坑道、水利工程交通洞、引水洞、地下厂房洞室、工程边坡、地铁等工程应用中，通常会采用到喷射混凝土工艺作为工程支护。现有技术中，普通常规的做法是采用掺钢纤维的喷射混凝土，但是其存在一定的缺点，如钢纤维价格高会导致加大工程造价，且存在回弹率高(常规钢纤维喷射回弹率为25% -30% ),一次喷层薄(通常只有5mm左右)，喷射时粉尘大(粉尘质量浓度每立方米通常达到 270mg)，同时，由于混凝土中含有钢纤维，导致喷射施工过程中容易损坏施工设备，容易结团堵管等，影响安全支护的及时性，影响施工进度，而且其在抗裂、抗渗、防火等性能也不足，以及钢纤维抗腐蚀性差，长期耐久性也不理想。而另一种现有的施工方法挂钢丝网喷射混凝土也存在施工麻烦，影响安全支护的及时性，影响施工进度的问题，以及存在抗腐蚀性差，长期耐久性不理想的不足。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的喷射混凝土中的采用钢纤维作为骨料容易产生的工程造价高、回弹率高、一次喷层薄、喷射时粉尘大等缺点，本发明提供一种新的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其采用聚丙烯粗纤维和有机纳米材料作为骨料用于代替钢丝网或钢纤维，节约工程造价，提高施工进度，提高或改善粗纤维喷射混凝土的防裂、抗渗、抗折、韧性、抗疲劳、抗冲击性以及抗冻融、耐火防爆裂性能。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种聚丙烯粗纤维的制造方法，该方法包括下述步骤a)聚丙烯粗纤维是将聚丙烯树脂及其各组份投入到双螺杆挤出机喂料仓，b)在温度为200_230°C和压力为65_85Mpa下进行融炼，c)经模头由喷丝板挤出，进入恒温浴槽冷却至20-25 °C，d)然后进入第一七辊牵伸机进行牵伸，e)进入恒温浴箱加温至170°C -190°C左右，接着进入第二七辊牵伸机进行二次牵伸，f)再进入恒温箱加温至170-190°c左右，出来后进行再次牵伸，定型，g)再次进行加温至120-125°C，将温度为120-130°C的圆丝送入轧花机进行花型轧制，使其单纤维直径或等效直径为0. 5 I. 3mm，冷却后形成粗纤维束；h)在完成拉伸后，对粗纤维束喷洒百分比浓度为3. 0% 5. 0%的常规聚丙烯纺丝用油剂后进行热定型，i)再对纤维进行表面压痕处理，j)对带有花型的长丝进行短切，经计量后进行包装入库，k)最后按30mm 50mm的长度要求切断、定量包装。一种采用如上述的制造方法生产的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，该方法为按沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的投料顺序进行投料，搅拌均匀后即成喷射混凝土，其中，沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子900份 1226份，石子80份 820份，聚丙烯粗纤维3 14份，水泥350份 516份，有机纳米材料8 60份，水208份 312份。本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括
所述的聚丙烯粗纤维呈鱼骨形。所述的有机纳米材料包括硅铁粉、多环磺酸钠、速凝剂和石英粉，各组份按配比混合为粉状，各组分的重量比为硅铁粉6. 5份 21份，多环磺酸钠0. 76份 2. I份，速凝剂4份 5. 5份，石英粉I份-8份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子920份 1206份，石子691份 816份，聚丙烯粗纤维3. 5 13. 5份，水泥356份 508份，有机纳米材料9 58份，水215份 301份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子932份 1190份，石子699份 811份，聚丙烯粗纤维4 13份，水泥368份 499份，有机纳米材料11 55份，水221份 293份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子943份 1182份，石子705份 806份，聚丙烯粗纤维4. 5 12. 5份，水泥379份 492份，有机纳米材料16 47份，水227份 287份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子956份 1167份，石子712份 794份，聚丙烯粗纤维5 12份，水泥389份 486份，有机纳米材料16 47份，水231份 278份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子970份 1152份，石子723份 789份，聚丙烯粗纤维5. 5 11. 5份，水泥395份 480份，有机纳米材料17 44. 8份，水234份 262份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子985份 1145份，石子729份 781份，聚丙烯粗纤维5. 8 10份，水泥410份 478份，有机纳米材料18 44. I份，水236份 259份。本发明的有益效果是本发明能大幅降低喷射混凝土的回弹率、提高工程的施工进度、缩短工程周期、减少工程材料浪费、降低工程造价、延长喷射施工设备的使用年限、提高或改善粗纤维喷射混凝土的防裂、抗渗、抗折、韧性、抗疲劳、抗冲击性以及抗冻融、耐火防爆裂性能等，同时，本发明还能提高喷射混凝土工程质量和耐久性，特别能对岩爆发生频率高的工程提供的支护作用效果明显。本发明中采用的聚丙烯粗纤维是针对钢纤维的用途进行研制的，它的截面形状及比表面积和钢纤维相似，聚丙烯粗纤维比重为0. 95kg/cm3，钢的比重为7. 8kg/cm3,同样体积掺量下，钢纤维重量是聚丙烯粗纤维重量的8. O倍。因此，采用聚丙烯粗纤维代替钢纤维可较大幅度降低成本，同时与钢纤维比较，聚丙烯粗纤维的重量很轻，减少了材料运输与混凝土拌合的工作量。本发明中采用的聚丙烯粗纤维的表面经过特别处理，所以聚丙烯粗纤维表面具有亲和性，与水泥基体有极好的亲和力和握裹力，在混凝土中分散性好，和易性佳，纤维不会结团，加上纤维间隔有压痕呈不平状态，提高了纤维与混凝土的黏结力和摩擦力，这样混凝土在破坏的过程中聚丙烯粗纤维不易被拔出，纤维不易脱离混凝土基体，纤维混凝土抗弯韧性也提高。同钢纤维相比，聚丙烯粗纤维减少了泵送设备、软管和喷嘴的磨损，聚丙烯粗纤维具有很强的抗碱性能，不像钢纤维存在生锈的问题。本发明中，采用聚丙烯粗纤维作为骨料做成的混凝土在火灾后，纤维具有阻止混凝土膨胀爆裂的效用；且当它燃烧时，不会产生氮气、硫、氯气等有害气体(合成纤维可以提高混凝土抗高温爆裂的机理是高温融化了纤维，形成气体散失的通道，混凝土内部的温度及气体压力明显减小，使混凝土抵抗膨胀爆裂的能力和耐火性增强)。研究证明，采用聚 丙烯粗纤维的喷射混凝土的早期抗弯韧性及能量吸收能力高于钢纤维混凝土和钢丝网混凝土，即在各种纤维中，聚丙烯粗纤维对早龄期混凝土韧性和能量吸收能力的改善效果最为显著，当隧道岩石变形大时用聚丙烯粗纤维喷射混凝土代替钢纤维混凝土和钢丝网混凝土是最合适的选择，特别是对岩爆发生频率高的工程提供的支护作用效果明显。聚丙烯粗纤维具有很好的抗腐蚀性，用于恶劣环境下比钢纤维更合适，聚丙烯粗纤维的使用是安全的，不会给人带来任何伤害。总之，聚丙烯粗纤维用于湿喷射混凝土，代替钢丝网或钢纤维，具有耐久性好、抗弯曲韧性与钢纤维混凝土相当，施工时轻且安全和减少了纤维混凝土喷射中对设备的磨损等优点。下面将结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
图I为本发明中聚丙烯粗纤维结构示意图。图2为本发明实施工艺流程图。
具体实施例方式本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。本发明中保护一种聚丙烯粗纤维的制造方法，其步骤如下I)聚丙烯粗纤维是将聚丙烯树脂及其各组份投入到双螺杆挤出机喂料仓，m)在温度为200_230°C和压力为65_85Mpa下进行融炼，n)经模头由喷丝板挤出，进入恒温浴槽冷却至20-25 °C，0)然后进入第一^t辊牵伸机进行牵伸，p)进入恒温浴箱加温至170°C -190°C左右，接着进入第二七辊牵伸机进行二次牵伸，q)再进入恒温箱加温至170-190°C左右，出来后进行再次牵伸，定型，
r)再次进行加温至120_125°C，将温度为120_130°C的圆丝送入轧花机进行花型轧制，使其单纤维直径或等效直径为0. 5 I. 3mm，冷却后形成粗纤维束；s)在完成拉伸后，对粗纤维束喷洒百分比浓度为3. 0% 5. 0%的常规聚丙烯纺丝用油剂后进行热定型，t)再对纤维进行表面压痕处理，u)对带有花型的 长丝进行短切，经计量后进行包装入库，V)最后按30mm 50mm的长度要求切断、定量包装。本发明中，按沙子(本实施例中的沙子采用常规的混凝土用沙子，通常沙子的细度模数为2. 4-2. 8)、石子(本实施例中的沙子采用常规的混凝土用米石，米石的超径小于5%，逊径小于10% )、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的投料顺序进行投料，搅拌均匀后即成喷射混凝土，其中，沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子900份 1226份，石子80份 820份，聚丙烯粗纤维3 14份，水泥350份 516份，有机纳米材料8 60份，水208份 312份。本实施例中，聚丙烯粗纤维为将聚丙烯及其各组分投入到双螺杆挤出机喂料仓后，在温度为200-230°C和压力为65-85Mpa下进行融炼，经模头由喷丝板挤出，进入恒温浴槽冷却至20-25°C，然后进入第一七辊牵伸机进行牵伸，进入恒温浴箱加温至170°C -190°C左右，接着进入第二七辊牵伸机进行二次牵伸，再进入恒温箱加温至170-190°C左右，出来后进行再次牵伸，定型，再次进行加温至120-125°C，将温度为120-130°C的圆丝送入轧花机进行花型轧制，使其单纤维直径或等效直径为0. 5 I. Omm,冷却后形成粗纤维束；再次进行加温至120-125°C，将温度为120-130°C的圆丝送入轧花机进行花型轧制，使其单纤维直径或等效直径为0. 5 I. 0mm，冷却后形成粗纤维束；再对纤维进行表面压痕处理，对带有花型的长丝进行短切，经计量后进行包装入库，最后按30mm 50mm的长度要求切断、定量包装。聚丙烯粗合成纤维由100%聚丙烯制成，其单纤维直径或等效直径为0. 5-1. 3mm,其抗拉强度为大于或等于450Mpa，弹性模量大于或等于5000Mpa，断裂伸长率为15% -30%，耐碱性能为95%以上。聚丙烯粗纤维是以优质的100%聚丙烯原胶为原料，经上述特殊的生产工艺生产的聚丙烯粗纤维再进行表面处理，请参看附图1，本实施例中，聚丙烯粗纤维采用鱼骨形，即聚丙烯粗纤维为粗细间隔设置形式，其同水泥基料有极强的结合力。当聚丙烯粗纤维掺入混凝土后，通过搅拌、在混凝土中分散均匀、纵横交错、乱向分布、相互搭接成为一张三维网状撑托系统，在混凝土中起到一种纯物理的加筋增强作用，同时，均匀分布在混凝土中的大量纤维，由于鱼骨形的纤维表面呈凹凸状，在混凝土之间握裹力极强，故可降低回弹率，降低粉尘浓度，可以有效地提高混凝土的密实度和抗渗透能力，提高了混凝土的断裂韧性，从而提高了混凝土的抗拉强度。当纤维混凝土受到拉伸和冲击力作用时，均匀分布且数目巨大的聚丙烯粗纤维起到吸收能量和分担拉力的加强筋作用。因此，聚丙烯粗纤维混凝土具有抗冲击及抗震的能力。本实施例中，有机纳米材料包括硅铁粉、多环磺酸钠、速凝剂和石英粉，各组份按配比混合为粉状，各组分的重量比为硅铁粉6. 5份 21份，多环磺酸钠0. 76份 2. I份，速凝剂4份 5. 5份，石英粉I份-8份。施工中根据工程强度要求，结合水泥标号确定使用不同牌号的添加材料。采用机械研磨法进行细化的纳米材料，颗粒尺寸小，约(10±5)nm ；比表面积大,体积百分比(指在一立方米的胶凝材料中纳米材料所占的体积的本分比)达到30 % 40 %，它在粉碎的过程中颗粒与冲击板及颗粒间的碰撞能量大部分转化成颗粒的内能和表面能，致使颗粒比表面积和比表面能增大，其力学性能发生明显变化，使其强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能指标成倍提高。有机纳米材料掺入水泥，加快了水泥诱导期和加速期的水化反应，使汽-液-固三相通过饱和度达到相应的浓度梯度，改善了水泥凝固的三维结构；同时改善水泥混凝土的堆积密度，既减表面水又减间隙水，使胶团产生聚合再聚合的作用。本发明采用的有机纳米材料减水率为28% -33%，粘结力为3. 89Mpa(纯水泥0. 8Mpa)。常规喷射混凝土的喷射回弹率为30% -40%，而本发明中掺入有机纳米材料，喷射回弹率9%左右，一次喷层厚度可以达到350mm-1000mm，粉尘浓度降低30% -50%。利用本发明制造喷射混凝土时，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度为18Mpa左右，惨入有机纳米材料后，28天强度可提闻到40Mpa以上。本发明中的新型复合材料中两种材料(即聚丙烯粗纤维和有机纳米材料)的组合配比是聚丙烯粗纤维6-8公斤，有机纳米材料20-41. 9公斤，有机纳米材料的掺量为水泥用量的5% _10%，使用时分别单独掺加到每立方喷射混凝土中。
配制喷射混凝土时，采用强制式的机械搅拌设备，按沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的投料顺序进行投料，把搅拌时间控制比平时延长10-30秒，适当增加减水剂用量来调节喷射混凝土的坍落度以达到现场喷射的施工要求。观察至出机口纤维分散均匀再装车运送至施工地点喷射应用。下面将以几种具体的实施方式对本发明进行具体说明实施例一本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14_18cm，采用沙子900份，石子680份，聚丙烯粗纤维3份，水泥350份，有机纳米材料8份，水208份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为7%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为30%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例二 本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14_18cm，采用沙子942份，石子691份，聚丙烯粗纤维4份，水泥221份，有机纳米材料11份，水260份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为7%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为35%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例三本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14_18cm，采用沙子987份，石子701份，聚丙烯粗纤维5份，水泥388份，有机纳米材料13份，水230份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为8%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为35%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例四本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1026份，石子712份，聚丙烯粗纤维6份，水泥413份，有机纳米材料16份，水235份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为6. 5%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为38%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例五本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1055份，石子716份，聚丙烯粗纤维7份，水泥427份，有机纳米材料21份，水240份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为6. 7%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为39%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例六本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1076份，石子719份，聚丙烯粗纤维8份，水泥439份，有机纳米材料25份，水255份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为7. 5 %左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为40 %， 其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例七本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1089份，石子720份，聚丙烯粗纤维9份，水泥448份，有机纳米材料35份，水267份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为7. 5%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为40%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例八本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1120份，石子750份，聚丙烯粗纤维10份，水泥459份，有机纳米材料43份，水273份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为8 %左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为40 %，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例九本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1159份，石子781份，聚丙烯粗纤维11份，水泥471份，有机纳米材料48份，水289份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为8. 2%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为45%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例十本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1173份，石子789份，聚丙烯粗纤维12份，水泥483份，有机纳米材料50份，水296份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为8. 5%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为45%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。
实施例i^一 本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1195份，石子802份，聚丙烯粗纤维13份，水泥496份，有机纳米材料55份，水305份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为8. 6%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为45%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例十二 本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1211份，石子814份，聚丙烯粗纤维13. 5份，水泥505份，有机纳米材料58份，水307份，将物料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为8. 8%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为50%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。实施例十三本实施例中，配制强度等级为CF30的喷射混凝土，采用标号为P. 042. 5R普通硅酸盐水泥，水胶比为0. 48，砂率为60%，坍落度为14-18cm，采用沙子1226份，石子820份，聚丙烯粗纤维14份，水泥516份，有机纳米材料60份，水312份，将物·料按照顺序投入强制式的机械搅拌设备中，至搅拌均匀，采用本实施例配比生产的喷射混凝土，喷射回弹率为9%左右，一次喷层厚度可以达到500mm以上，粉尘浓度降低为50%，其采用普通硅酸盐42. 5#的水泥时，28天强度可达到45Mpa以上。本发明涉及应用于铁路隧道、矿山矿井坑道、水利工程交通洞、引水洞、地下厂房洞室、工程边坡、地铁等工程喷射支护新型材料，是由聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合而成。采用本发明，可以实现如下好处I、本发明解决上述工程常规施工方法用掺钢纤维喷射混凝土回弹率高、一次喷层薄、粉尘大、喷射施工过程中损坏设备、容易结团堵管、影响施工进度的不足，使喷射滑润不堵管、支护及时、在保障施工安全性的同时提高施工进度。2、本发明解决常规施工方法用掺钢纤维喷射混凝土一次喷射厚度偏薄、回弹率高、粉尘大、围岩粘结强度较差、混凝土支护效果不理想、加大工程造价、造成工程材料浪费的不足，常规喷射回弹率为25% _30%，掺入聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合材料回弹率为6 % -8 %，喷射厚度可达500mm以上，粉尘浓度降低50 %，28天抗压强度可达45Mpa以上，围岩粘结强度高，混凝土韧性指数I5大于3，混凝土不掉块。3、本发明解决用钢纤维抗腐蚀性差，长期耐久性不理想的技术问题，聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合材料具有很强的抗碱性能，不像钢纤维存在生锈的问题。4、本发明采用聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合材料代替了部分水泥，减少了水化热(指水泥发生水化反应时所产生的热量)，有利于混凝土早期塑性收缩裂缝的控制，有利于工程的耐久性。5、改善混凝土堆积密度，提高喷射混凝土的抗渗能力，使抗渗等级可达到S8以上。本发明主要应用于铁路隧道、矿山矿井坑道、水利工程交通洞、引水洞、地下厂房洞室、工程边坡、地铁等工程应用的喷射支护复合新型工程材料，解决常规施工方法掺钢纤维喷射混凝土回弹率高、一次喷层薄、粉尘大、喷射施工过程中损坏设备、容易结团堵管、影响施工进度等的不足，解决用钢纤维抗腐蚀性差，长期耐久性不理想的不足.用于代替代替钢丝网或钢纤维，节约工程造价，提高施工进度，提高或改善粗纤维喷射混凝土的防裂、抗渗、抗折、韧性、抗疲劳，抗冲击性以及抗冻融、耐火防爆裂性能。本发明能大幅降低喷射混凝土的回弹率、提高工程的施工进度、缩短工程周期、减少工程材料浪费、降低工程造价、延长喷射施工设备的使用年限、提高或改善粗纤维喷射混凝土的防裂、抗渗、抗折、韧性、抗疲劳、抗冲击性以及抗冻融、耐火防爆裂性能等，同时，本发明还能提高喷射混凝土工程质量和耐久性，特别能对岩爆发生频率高的工程提供的支护作用效果明显。本发明中采用的聚丙烯粗纤维是针对钢纤维的用途进行研制的，它的截面形状及比表面积和钢纤维相似，聚丙烯粗纤维比重为0. 95kg/cm3，钢的比重为7. 8kg/cm3,同样体积掺量下，钢纤维重量是聚丙烯粗纤维重量的8. 0倍。因此，采用聚丙烯粗纤维代替钢纤维可较大幅度降低成本，同时与钢纤维比较，聚丙烯粗纤维的重量很轻，减少了材料运输与混 凝土拌合的工作量。本发明中采用的聚丙烯粗纤维的表面经过特别处理，所以聚丙烯粗纤维表面具有亲和性，与水泥基体有良好的亲和力和握裹力，在混凝土中分散性好，和易性佳，纤维不会结团，加上纤维间隔有压痕呈不平状态，提高了纤维与混凝土的黏结力和摩擦力，这样混凝土在破坏的过程中聚丙烯粗纤维不易被拔出，纤维不易脱离混凝土基体，纤维混凝土抗弯韧性也提高。同钢纤维相比，聚丙烯粗纤维减少了泵送设备、软管和喷嘴的磨损，聚丙烯粗纤维具有很强的抗碱性能，不像钢纤维存在生锈的问题。本发明中，采用聚丙烯粗纤维作为骨料做成的混凝土在火灾后，纤维具有阻止混凝土膨胀爆裂的效用；且当它燃烧时，不会产生氮气、硫、氯气等有害气体(合成纤维可以提高混凝土抗高温爆裂的机理是高温融化了纤维，形成气体散失的通道，混凝土内部的温度及气体压力明显减小，使混凝土抵抗膨胀爆裂的能力和耐火性增强)。研究证明，采用聚丙烯粗纤维的喷射混凝土的早期抗弯韧性及能量吸收能力高于钢纤维混凝土和钢丝网混凝土，即在各种纤维中，聚丙烯粗纤维对早龄期混凝土韧性和能量吸收能力的改善效果最为显著，当隧道岩石变形大时用聚丙烯粗纤维喷射混凝土代替钢纤维混凝土和钢丝网混凝土是最合适的选择，特别是对岩爆发生频率高的工程提供的支护作用效果明显。聚丙烯粗纤维具有很好的抗腐蚀性，用于恶劣环境下比钢纤维更合适，聚丙烯粗纤维的使用是安全的，不会给人带来任何伤害。总之，聚丙烯粗纤维用于湿喷射混凝土，代替钢丝网或钢纤维，具有耐久性好、抗弯曲韧性与钢纤维混凝土相当，施工时轻且安全和减少了纤维混凝土喷射中对设备的磨损等优点。
权利要求
1. 一种聚丙烯粗纤维的制造方法，其特征是所述的方法包括下述步骤 A、聚丙烯粗纤维是将聚丙烯树脂及其各组份投入到双螺杆挤出机喂料仓， B、在温度为200-230°C和压力为65-85Mpa下进行融炼， C、经模头由喷丝板挤出，进入恒温浴槽冷却至20-25°C， D、然后进入第一七辊牵伸机进行牵伸， E、进入恒温浴箱加温至170°C-190°C左右，接着进入第二七辊牵伸机进行二次牵伸， F、再进入恒温箱加温至170-190°C左右，出来后进行再次牵伸，定型， G、再次进行加温至120-125°C，将温度为120-130°C的圆丝送入轧花机进行花型轧制，使其单纤维直径或等效直径为0. 5 I. 3mm，冷却后形成粗纤维束； H、在完成拉伸后，对粗纤维束喷洒百分比浓度为3.0% 5. 0%的常规聚丙烯纺丝用油剂后进行热定型， I、再对纤维进行表面压痕处理， J、对带有花型的长丝进行短切，经计量后进行包装入库， K、最后按30mm 50mm的长度要求切断、定量包装。
2.根据权利要求I所述的聚丙烯粗纤维的制造方法，其特征是所述的聚丙烯粗纤维呈鱼骨形。
3.一种采用如权利要求I所述的制造方法生产的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其特征是所述的方法为按沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的投料顺序进行投料，搅拌均匀后即成喷射混凝土，其中，沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子900份 1226份，石子680份 820份，聚丙烯粗纤维3 14份，水泥350份 516份，有机纳米材料8 60份，水208份 312 份。
4.根据权利要求3所述的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其特征是所述的有机纳米材料包括硅铁粉、多环磺酸钠、速凝剂和石英粉，各组份按配比混合为粉状，各组分的重量比为硅铁粉6. 5份 21份，多环磺酸钠0. 76份 2. I份，速凝剂4份 5. 5份,石英粉I份_8份。
5.根据权利要求I所述的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其特征是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子920份 1206份，石子691份 816份，聚丙烯粗纤维3. 5 13. 5份，水泥356份 508份，有机纳米材料9 58份，水215份 301份。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其特征是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子932份 1190份，石子699份 811份，聚丙烯粗纤维4 13份，水泥368份 499份，有机纳米材料11 55份，水221份 293份。
7.根据权利要求6所述的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其特征是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子943份 1182份，石子705份 806份，聚丙烯粗纤维4. 5 12. 5份，水泥379份 492份，有机纳米材料16 47份，水227份 287份。
8.根据权利要求7所述的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其特征是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子956份 1167份，石子712份 794份，聚丙烯粗纤维5 12份，水泥389份 486份，有机纳米材料16 47份，水231份 278份。
9.根据权利要求8所述的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其特征是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子970份 1152份，石子723份 789份，聚丙烯粗纤维5. 5 11. 5份，水泥395份 480份，有机纳米材料17 44. 8份，水234份 262份。
10.根据权利要求9所述的聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，其特征是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子985份 1145份，石子729份 781份，聚丙烯粗纤维5. 8 10份，水泥410份 478份，有机纳米材料18 44. I份，水236份 259份。
全文摘要
一种聚丙烯粗纤维的制造方法及聚丙烯粗纤维和有机纳米材料复合在喷射混凝土中的应用方法，该方法为按沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水、外加剂的投料顺序进行投料，搅拌均匀后即成喷射混凝土，其中，沙子、石子、聚丙烯粗纤维、水泥、有机纳米材料、水的重量比为沙子900份～1226份，石子680份～820份，聚丙烯粗纤维3～14份，水泥350份～516份，有机纳米材料8～60份，水208份～312份。总之采用聚丙烯粗合成纤维和有机纳米材料复合材料可明显提高或改善粗纤维喷射混凝土的防裂、抗渗、抗折、韧性、抗疲劳，抗冲击性以及抗冻融、耐火防爆裂性能。
文档编号D02J3/00GK102797051SQ201210249608
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者林英男 申请人:林英男