专利名称：一种多孔纤维改性混凝土的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土材料，尤其是一种多孔纤维改性水泥基材料的混凝土或砂浆。
背景技术：
当今社会，火灾事故经常发生。对于那些发生在混凝土建筑物(如隧道、房屋、地下室等)内的火灾事故，多数人员伤亡是由于混凝土爆炸或崩塌造成的。而导致混凝土爆炸或崩塌的主要原因往往是火灾发生时，混凝土温度在短时间内达到1200℃左右，混凝土中的水分瞬间膨胀为大量的水蒸气，当水蒸气产生的膨胀压力超过混凝土内部的黏结力时，混凝土就会发生爆炸或崩塌。为此，要采取措施保证火灾发生时混凝土不发生爆炸或崩塌。
目前常用的措施之一是在混凝土表面涂刷一层防火涂料。该方法只能改善混凝土表层的防火效果，不能从根本上改善混凝土的抗爆性能，而且会大量增加工程量。
目前常用的另外一个措施是在混凝土中添加纤维材料。目前，混凝土中常用的纤维材料有金属纤维(如钢纤维和不锈钢纤维)、无机纤维(主要有石棉等天然矿物纤维和抗碱玻璃纤维、抗碱矿棉、碳纤维等人造矿物纤维)和实体有机纤维(主要有聚丙烯、尼龙、聚乙烯、芳族聚酰亚胺等合成纤维和西沙尔麻等天然植物纤维)。其中金属纤维和无机纤维只能提高混凝土的内部结合力，对防火抗爆没有作用。有机纤维虽然在一定程度上可以提高混凝土的防火抗爆性能，但是由于它是实心的，因此这种作用并不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于当在隧道等混凝土建筑物内发生火灾时能够防止或减弱混凝土发生爆炸或崩塌，同时消除传统混凝土材料脆性大易开裂、抗冲击、抗拉以及韧性等机械性能差的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于水泥基材料的多孔纤维混凝土或砂浆，它由多孔纤维和混凝土组成。多孔纤维是一种有机增强纤维，其原料可以是聚丙烯、聚丙烯腈、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚乙烯醇、碳纤维、芳纶纤维。多孔纤维具有延展性好、亲水性好，耐酸碱腐蚀、耐候性、耐光等特点。其具体技术参数见表1。
本材料所需混凝土可以采用普通混凝土或砂浆、乳胶混凝土或砂浆、各种掺有化学外加剂的混凝土或砂浆(如自收缩性混凝土、高抗冻性混凝土)，以及掺有硅粉、粉煤灰、钢纤维等材料的混凝土或砂浆。
表1 多孔纤维技术参数
根据实际工程的需要，多孔纤维在混凝土中的掺量范围控制在0.5kg～2kg/m3之间。随着纤维添加量的增加，混凝土的防爆性能、防裂性能、防渗性、防冻性、抗冲击、抗磨性等性能逐渐改善。
生产多孔纤维混凝土就是在混凝土原料中添加多孔纤维，然后充分搅拌即可。
使用本发明所述的多孔纤维混凝土施工，可以达到以下有益效果1、提高混凝土的防火抗爆性能目前，隧道内的混凝土层厚度一般为0.3～0.5米。通常在火灾发生后的30分钟内这种混凝土层就会发生爆炸或崩塌。如果采用添加了多孔纤维的混凝土建造工程，火灾发生后，多孔纤维在温度达到170℃时软化，达到200℃时液化。多孔纤维液化后，混凝土中就会留下大量孔道，这些孔道可以释放混凝土中由于水蒸气膨胀而产生的压力，这样就减少了混凝土发生爆炸或崩塌的可能。当温度达到250℃时多孔纤维的原材料聚合物就会分解，这样，在混凝土内部就会空出更多的容积，这进一步缓解了混凝土内部的水蒸气压力，减少混凝土发生爆炸或崩塌的可能。
2、提高混凝土的防裂性能混凝土中掺入多孔纤维后，在混凝土内部形成三维交错的支撑网络。由于多孔纤维的弹性模量高于已有的塑性水泥基材，且直径细，纤维间距小，因此掺入混凝土后有助于抑制混凝土早期塑性收缩变形，减少了细微裂缝产生和扩展的可能，从而提高了混凝土的防裂性能。
另外，混凝土或砂浆中加入多孔纤维，既降低了混凝土的收缩能力，又提高了混凝土的粘聚性，从而有效阻止了混凝土的离析和内部水分的迁移，减少了由于水泥浆体塑性收缩而产生开裂的可能性。随着纤维掺量的增加，收缩的能量被分散到具有高抗拉强度而弹性模量较低的纤维上，混凝土的韧性增强，混凝土细微裂缝受到抑制，开裂随之减少，。
3、提高混凝土的防渗性、防冻性能均匀分布于混凝土中的多孔纤维起了“承托”作用，降低了混凝土表面的析水与集料的离析，从而使混凝土中微孔含量大大降低；
多孔纤维的掺入减少了混凝土中的初始原生裂隙，产生了明显的阻裂效应，使纤维混凝土的抗渗能力大大提高；混凝土内的多孔纤维还可以缓解由于温度变化而产生的混凝土内部应力，阻止裂缝扩展；掺入多孔纤维的过程中为混凝土内部引入了空气，使混凝土抗冻性能得以改善。
4、提高混凝土的抗冲击性能亲水性显著的多孔纤维可与混凝土材料充分混合，在混凝土内部形成一种均匀的三维乱向分布的网络体系。在混凝土受冲击荷载作用时，这一网络体系可缓和内部裂缝尖端的应力集中，有助于吸收由于冲击荷载所产生的动能，进而有效阻碍裂缝的产生。
5、提高混凝土的抗磨性能高速并含泥沙的水流对建筑物的破坏是严重的。这种破坏是由于水流对建筑物的冲击、摩擦和切削作用。由于多孔纤维减少了混凝土的脆性，增强了混凝土的抗冲击能力，提高了混凝土的韧性，从而提高了抗高速夹砂水流冲击的能力，而且纤维可以和水泥共同承担冲磨荷载，延缓机体的破损。纤维使混凝土内部相互搭接、牵连，整体性强，阻碍了由于冲击和磨损导致裂缝的发生。此外，纤维还牵制了水泥块的剥落，提高了混凝土的抗冲磨能力。
本发明所述的多孔纤维混凝土用途广泛，包括1.各类交通隧道；2.混凝土构件水泥管、电线杆、桩头、混凝土预制板；3.轻质水泥构件墙体装饰板、绝缘板、泡沫混凝土；4.混凝土浇筑基础工程(结构性防水工程如地下室侧墙、底板等)；混凝土路面(公路、街道等)；混凝土薄板(停车场、球场等)；机械设备的基础；地震区建筑物及其它抗震用途建筑；外墙砂浆抹灰及其他温差补偿性抗裂用途；安全挡墙、冲击挡板、水池、防水屋面、输水渠道、水坝、码头；5.罩面层金属板混凝土(水泥)罩面层(如桥面等)；其他混凝土(水泥)超薄罩层；6.喷射、泵送混凝土斜坡加固、管道修复、灌溉水渠。
具体实施例方式
下面结合两个实例详细描述本发明的实施方式实施例一提高混凝土的防火抗爆性能的对比实验为了验证多孔纤维混凝土的防火防爆效果，分别对普通混凝土和多孔纤维混凝土进行了对比实验，情况如下试件1普通混凝土试件1)混凝土标号C25。
2)混凝土配合比参照《普通混凝土配合比设计规程，JGJ55-2000》，无其它外加剂。
3)在28天养护期后进行试验。
4)搅拌制度细集料+水泥+纤维+粗集料干拌1分钟，加水后湿拌2分钟。
试件2多孔纤维混凝土试件1)混凝土的配合比同上；2)在混凝土中加入掺量为2kg/m3的聚丙烯多孔纤维。
3)搅拌制度拌合方法同上，适当延长搅拌时间，使纤维分散均匀。
实验过程将两组试件在1200℃的条件下耐热120分钟，观测两个试件的破坏情况。
实验效果没有加入多孔纤维的混凝土(试件1)，遇火后在120分钟内爆裂；加入多孔纤维的混凝土(试件2)，遇火后没有爆裂。
实施例二抗干缩性能的对比实验为了验证多孔纤维混凝土的抗裂防渗效果，分别对普通混凝土和多孔纤维混凝土进行了对比实验，情况如下试件1普通混凝土试件4)混凝土标号C25。
5)混凝土配合比参照《普通混凝土配合比设计规程，JGJ55-2000》，无其它外加剂。
6)搅拌制度细集料+水泥+纤维+粗集料干拌1分钟，加水后湿拌2分钟。
试件2多孔纤维混凝土试件1)混凝土的配合比及拌制工艺同上。
2)在混凝土中加入掺量为2kg/m3的聚丙烯多孔纤维。
3)搅拌制度适当延长搅拌时间，使纤维分散均匀。
实验过程参照美国ACI 544.2R-1989《Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete》(ACI-544《纤维增强混凝土性能测试报告》)中提到的“砂浆及混凝土干燥收缩裂缝测试方法”进行。
实验工具是一个914mm×610mm×19mm的木模，模板底部衬有聚乙烯薄膜，以减小底模对试件收缩变形的影响。木模内的四壁上钉有一圈金属网，用于限制收缩变形。该金属网用宽25mm、网眼为2mm的金属网沿中线弯折90°制成。
混凝土拌制好后，浇注在木模中，用刮刀刮平试件表面，开启电风扇和碘钨灯，电风扇位于木模边约150mm处，风速约为4.5m/s～5.5m/s，连续吹24小时；三只功率为1000W的碘钨灯位于木模上方约1.5m处，光照4小时。
根据实验结束后试件的裂缝宽度把试件分为四个等级，每一级对应一个权值。以每个等级试件的裂缝长度分别乘以其相应的权值，再相加起来得到的总和称为开裂指数，据此衡量开裂程度。
实验结果为试件1的开裂指数为1029，试件2的开裂指数为30。这说明，在混凝土中加入多孔纤维可显著提高混凝土的抗裂性能。
权利要求
1.一种多孔纤维改性混凝土，主要由普通混凝土或砂浆、或乳胶混凝土或砂浆组成，还可以含有化学外加剂或硅粉或粉煤灰或钢纤维，其特征在于它还含有多孔纤维。
2.根据权利要求1所述的一种多孔纤维混凝土，其特征在于多孔纤维的原料可以是聚丙烯、聚丙烯腈、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚乙烯醇、碳纤维、芳纶纤维。
全文摘要
本发明涉及一种用于水泥基材料的多孔纤维改性混凝土。把多孔纤维材料按一定比例加入到混凝土或砂浆中，经过充分搅拌制成一种含有多孔纤维的混凝土。该多孔纤维混凝土具有良好的防火防爆性能、防裂性能、防渗性能、防冻性能、抗冲击性能、抗磨性能，是理想的建筑工程材料。
文档编号C04B16/08GK1887768SQ20051003542
公开日2007年1月3日 申请日期2005年6月27日 优先权日2005年6月27日
发明者刘凤茹, 张海文, 何唯平 申请人:深圳市海川实业股份有限公司