专利名称：水泥基材料塑性防裂用改性纤维及其制备方法
技术领域：
本发明属于材料科学与工程科学技术领域，特别涉及一种防止水泥基材料(水泥净浆、砂浆、混凝土及其复合材料)塑性收缩开裂的改性纤维。
背景技术：
混凝土是世界上用量最大，使用最广泛的人造建筑材料之一。目前，我国水泥年产量已达8.6亿吨，年混凝土用量已达20亿立方米。在今后相当长的一段时间内，混凝土仍将是我国现代工程建设的主要建筑材料。并且，由于其具有适用范围广，价格便宜，易浇注成型，比较耐久，还可有效利用一些工业固体废料制作节能环保型建筑材料等优点，而在众多建筑工程领域中发挥其他材料无法替代的作用。
但是混凝土也具有抗拉强度低，极限拉应变小，抗冲击强度差，尤其是脆性大，以及在水泥硬化之前，由于塑性收缩、干燥失水造成混凝土开裂等缺点。其中水泥混凝土易塑性收缩开裂的缺陷对混凝土工程质量影响重大，尤其对高强混凝土，轻则在工程施工阶段因直接影响工程外观质量而造成返工，重则将塑性阶段收缩裂缝带入工程使用阶段，使混凝土因这一“先天”缺陷而影响其抗渗、抗冻、抗化学介质侵蚀、抗钢筋锈蚀等性能，造成混凝土使用寿命大大缩短，混凝土维护修复费用大量上升。在各种混凝土改性技术中，纤维混凝土的开发应用可认为是近年来混凝土技术的最大进展之一。据国内外研究表明，当在混凝土中掺加0.05-0.10％(体积分数)左右的合成纤维，如美国的Nycon纤维、聚丙烯纤维等，可在不降低混凝土力学性能的条件下减少其塑性收缩裂缝50％左右，从而有效地提高混凝土施工质量和耐久性。
发明内容
本发明的目的在于为解决工程的塑性开裂，提供一种可以用于水泥基材料塑性防裂的改性纤维。
本发明提出的改性纤维，由有机合成纤维、无机纤维或有机无机混杂纤维和改性剂组成，其组份的体积百分比如下有机合成纤维0～95％无机纤维0～70％改性剂 2～30％总量满足100％。
各组份较佳的体积百分比如下有机合成纤维0～90％无机纤维0～60％改性剂 5～25％总量满足100％。
本发明中，有机合成纤维包括聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、聚丙烯腈纤维等；无机纤维包括钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、陶瓷纤维、矿物纤维等；改性剂包括有机聚合物乳液、表面活性剂、界面偶联剂等。
本发明中，有机合成纤维的弹性模量为2～10GPa，抗拉强度为300～800MPa，极限拉伸率为8～60％，纤维截面直径(或等效直径)为25～120μm，纤维长度为10～40mm；无机纤维的弹性模量为60～350GPa，抗拉强度为800～4500MPa，极限拉伸率为2～6％，纤维截面直径(或等效直径)为3～800μm，纤维长度为3～40mm。有机合成纤维截面形状有圆形、矩形、三叶形等形状，纤维轴向形状有直线形、波浪形等，纤维端头形状有平齐形、哑铃形等；无机纤维截面形状有圆形、矩形、三角形等形状，纤维轴向形状有直线形、波浪形、压痕形等，纤维端头形状有平齐形、哑铃形、端钩形等。
本发明中，有机聚合物乳液包括丙烯酸乳液、苯丙乳液、聚乙烯醇乳液等；表面活性剂包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、高分子表面活性剂等；界面偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。
本发明的制备方法如下选取不同直径、长度、截面形状、轴向形状、端头形状的有机、无机或有机无机混杂纤维，将改性剂溶于醇类、醚类、水等溶剂中，按上述体积百分比计量纤维材料和改性材料，将纤维置于混料容器中加入改性剂搅拌均匀，经适当烘干即得到本发明产品。
本发明为固体纤维状材料，产品计量后包装成袋，储存时应注意防潮、防火。
本发明改性纤维的使用方法①本发明改性纤维的掺量为水泥基材料总体积的0.04~0.4％。
②可在搅拌水泥基材料的同时，将改性纤维与其它水泥基材料一起加入搅拌；也可在水泥基材料搅拌完成后，再加入改性纤维继续搅拌。
③其后的浇注、振捣、抹面、养护等工序同未掺纤维者一样。
本发明可广泛用于水泥基材料工程，如水泥混凝土路面、桥面、地坪、护坡、大坝、机场跑道等工程，以提高水泥基材料抗塑性收缩开裂等性能。
本发明具有以下优点①掺加本产品后，水泥基材料的塑性收缩开裂性能可大幅度减小，采用砂浆平板法测试时，其塑性收缩开裂总权重值比不掺者可几乎减少100％，相对于未改性处理纤维作用效果，改性纤维的减裂效果约为30～50％。
②掺加本产品后，水泥基材料的和易性、抗压强度、抗折强度等不受影响，甚至可以有所提高，抗冲击强度可提高50～500％。
③掺加本产品后，水泥基材料的抗渗性、抗冻性等可得到一定程度的改善。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1改性纤维体积百分比为聚丙烯纤维95％改性剂5％聚丙烯纤维选用三叶形，纤维等效直径为34μm，纤维长度为20mm；改性剂选用非离子表面活性剂。将聚丙烯纤维以0.10％体积分数掺入水泥砂浆(32.5普通水泥∶中砂∶水＝1∶1∶0.5)后，采用平板法测得其对塑性收缩开裂的减少率约为100％，相对于未改性纤维作用效果，改性纤维的改性剂减裂效果约为30％。
实施例2改性纤维体积百分比为聚丙烯腈纤维60％玻璃纤维30％改性剂 10％聚丙烯腈纤维选用矩形，纤维等效直径为100μm，纤维长度为20mm；玻璃纤维选用氧化锆含量6％，纤维直径为13μm，纤维长度为10mm；改性剂选用阴离子表面活性剂。将改性纤维以0.04％体积分数掺入水泥砂浆(32.5普通水泥∶中砂∶水＝1∶1∶0.5)后，采用平板法测得其对塑性收缩开裂的减少率约为95％，相对于未改性纤维作用效果，改性纤维的改性剂减裂效果约为50％。
实施例3改性纤维体积百分比为尼龙纤维49％矿物纤维49％改性剂 2％尼龙纤维选用圆形或哑铃形，纤维直径为43μm，纤维长度为20mm；矿物纤维为圆形，纤维直径为8μm，纤维长度为15mm；改性剂选用硅烷偶联剂。将改性纤维以0.20％体积分数掺入水泥混凝土(32.5普通水泥∶5-25mm碎石∶中砂∶水＝1∶0.75∶0.75∶0.5)后，采用平板法测得其对塑性收缩开裂的减少率约为93％，相对于未改性纤维作用效果，改性纤维的改性剂减裂效果约为40％。
实施例4改性纤维体积百分比为钢纤维70％改性剂30％钢纤维选用三角形、端钩形，纤维直径为750μm、纤维长度为35mm；改性剂选用丙烯酸乳液。将改性纤维以0.40％体积分数掺入水泥混凝土(32.5普通水泥∶5-25mm碎石∶中砂∶水＝1∶0.75∶0.75∶0.5)后，采用平板法测得其对塑性收缩开裂的减少率约为98％，相对于未改性纤维作用效果，改性纤维的改性剂减裂效果约为50％。
权利要求
1.一种水泥基材料塑性防裂用改性纤维，其特征在于由有机合成纤维、无机纤维或有机无机混杂纤维和改性剂组成，其组份的体积百分比如下有机合成纤维 0～95％无机纤维 0～70％改性剂2～30％总量满足 100％。
2.根据权利要求1所述的水泥基材料塑性防裂用改性纤维，其特征在于各组份较佳的体积百分比如下有机合成纤维 0～90％无机纤维 0～60％改性剂5～25％总量满足100％。
3.根据权利要求1所述的水泥基材料塑性防裂用改性纤维，其特征在于有机纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、尼龙纤维之一种，无机纤维为钢纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、矿物纤维之一种，改性剂为聚合物乳液、表面活性剂、偶联剂之一种。
4.根据权利要求1所述的水泥基材料塑性防裂用改性纤维，其特征在于有机合成纤维的弹性模量为2~10GPa，抗拉强度为300~800MPa，极限拉伸率为8~60％，纤维截面直径为25~120μm，纤维长度为10~40mm。
5.根据权利要求1所述的水泥基材料塑性防裂用改性纤维，其特征在于无机纤维的弹性模量为60~350GPa，抗拉强度为800~4500MPa，极限拉伸率为2~6％，纤维截面直径为3~800μm，纤维长度为3~40mm。
6.根据权利要求1所述的水泥基材料塑性防裂用改性纤维，其特征在于有机合成纤维的截面形状为圆形、矩形、三叶形之一种，纤维轴向形状为直线形、波浪形之一种，纤维端头形状为平齐形、哑铃形之一种。
7.根据权利要求1所述的水泥基材料塑性防裂用改性纤维，其特征在于无机纤维的截面形状为圆形、矩形、三角形之一种，纤维轴向形状为直线形、波浪形、压痕形之一种，纤维端头形状为平齐形、哑铃形、端钩形之一种。
8.一种如权利要求1所述的水泥基材料塑性防裂用改性纤维的制备方法，其特征在于选取不同直径、长度、截面形状、轴向形状、端头形状的纤维，按上述有机、无机纤维、改性剂体积百分比计量各种纤维材料和改性剂材料，将纤维置于混料容器中加入改性剂搅拌，混合均匀，经适当干燥即得到本产品。
9.一种如权利要求1所述的水泥基材料塑性防裂用改性纤维，其特征在于使用时改性纤维掺加量为水泥基材料总体积的0.04～0.4％。
全文摘要
本发明属于材料科学与工程科学技术领域，具体涉及一种防止水泥基材料(水泥净浆、砂浆、混凝土及其复合材料)塑性收缩开裂的改性纤维，由有机合成纤维、无机纤维或有机无机混杂纤维和改性剂组成。本发明的改性纤维可对水泥基材料自成型后开始至终凝前的塑性收缩开裂有很好的抑制减少作用，较之不掺者可使塑性裂缝减少90％以上，且与采用未改性纤维相比，具有多减少裂缝30－50％的减裂效果，本发明可广泛应用于水泥基材料工程，如水泥混凝土路面、桥面、地坪、护坡、大坝等工程中，以提高工程质量。
文档编号C04B14/38GK1834050SQ200510024459
公开日2006年9月20日 申请日期2005年3月18日 优先权日2005年3月18日
发明者马一平 申请人:同济大学