专利名称：微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维增强水泥基复合材料，特别涉及一种聚丙烯纤维增强水泥基复合材料。
水泥在水化和干燥过程中产生收缩，导致水泥基材料产生裂缝，造成其力学性能下降，抗渗漏性能欠佳。在水泥基材料中掺入纤维，可有效地抑制裂缝的产生和发展，从而提高水泥基材料的力学性能。石棉是最早用于增强水泥基材料的无机矿物纤维，但因其对人体有害，现已在许多国家被禁止使用。合成纤维因其品种丰富，来源易得而被作为石棉的替代品来增强水泥基材料，常用的合成纤维有维尼纶、涤纶、腈纶、锦纶、丙纶等。
聚丙烯纤维(丙纶)因化学稳定性好、成本低廉，特别适用于碱性的水泥基材料的增韧而得到广泛重视。US3591395和US4261754公开了纤化聚丙烯薄膜增强水泥基材料及其制造方法，由于用于增韧水泥基材料的是纤化聚丙烯薄膜，不易分散均匀，因此制造工艺复杂，设备要求苛刻。CN1152054和US5456752分别公开了“水泥防裂用聚丙烯纤维”和“配级纤维增强水泥基材料”，所用聚丙烯纤维为普通短纤维和粗旦短纤维(单丝纤度分别为6.6dtex和15-3000dtex)。近年来日本也有一些聚丙烯纤维增强水泥基材料的专利报道。但是各国所用聚丙烯纤维都是中粗旦的常规纤维。本发明用我们发明的聚丙烯微细纤维GB(11)2258869(13)B，中国专利申请号95119564.5和96114163.8)作为水泥基复合材料的增韧物，它应比较粗的常规纤维有更显著的增韧效果。
本发明克服了现有技术中纤化聚丙烯薄膜不易分散，施工工艺复杂及前人只能采用普通中粗旦聚丙烯短纤维的局限性，利用我们发明的专利技术(中国专利申请号95119564.5和96114163.8)制造的微细聚丙烯纤维来增强水泥基材料，制成一种抗压强度和抗渗性能及其它力学性能更好的聚丙烯纤维增强水泥基复合材料。
聚丙烯纤维增强水泥基材料属于复合材料的一种，作为增强材料的聚丙烯纤维越细，增强效果越好。在相同掺加量的情况下，与普通聚丙烯纤维相比，微细聚丙烯纤维具有大的比表面积，传递水泥固化过程中形成的应力的能力也越大，防止或减缓水泥基材料裂缝产生和发展的效果越好。
本发明的微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料包括以下组份和含量(重量百份数)水泥基体100微细聚丙烯纤维 0.005～0.5外加剂 0.01～0.1上述的水泥基体为水泥、砂、水的混合物，或水泥、砂、石子、水的混合物，或水泥、砂、无机矿粉、水的混合物，或水泥、砂、石子、无机矿粉、水的混合物。上述的微细聚丙烯纤维的单丝纤度0.5～2.0dtex，纤维强度4.5cN/dtex，弹性模量9GPa，长度3～50mm。
本发明是将水泥基体100份、微细聚丙烯纤维0.005～0.5份、外加剂0.010.1份加入胶砂搅拌机中，通过搅拌使微细聚丙烯纤维均匀分散在水泥基体中，得到具有一定流动度的浆体，然后振实，成型，养护。
本发明的微细聚丙烯纤维增强水泥基材料，因微细聚丙烯纤维易于分散，降低了拌合设备的要求，简化了制备工艺。本发明的微细聚丙烯纤维增强水泥基材表1 混凝土的性能比较
注*性能测试方法皆按GBJ81-85进行；#性能测试方法皆按GBJ82-85进行。料除抗冲击强度、抗压强度、抗折强度、抗冻融性能较素水泥基材料和普通聚丙烯纤维增强水泥基材料有显著提高外，抗渗性能有较大提高。表1是微细聚丙烯纤维增强混凝土与素混凝土、普通聚丙烯纤维(单丝纤度6.6dtex)增强混凝土的抗压强度、抗折强度、抗渗和于缩性能的比较。
图1是微细聚丙烯纤维增强水泥砂浆与素水泥砂浆、普通聚丙烯纤维(单丝纤度6.6dtex)增强水泥砂浆的抗渗性能比较。
砂浆抗渗性能是按照下述方法测试的制模一天后脱模，在水泥砂浆块上成“品”字型倒立三根内径Φ15mm的刻度玻璃管，用粘合剂将玻璃管粘结在水泥砂浆试块上，并保证结合处不漏水。每个水泥砂浆块上粘结三根玻璃管。制模后的第三天向玻璃管中加入相同高度的水柱，然后隔一段时间量一下各玻璃管中水柱的高度，并取平均值。水泥砂浆块上玻璃管中水柱越高，说明该水泥砂浆块的抗渗能力越好。
本发明的微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料可用于土木建筑工程、农田水利设施、交通领域，尤其适用于对防开裂、抗渗漏要求较高的大型水利设施和储罐。
实施例1将配比为水灰比0.42，水泥∶砂∶石子＝1∶1.575∶2.925，砂率为35％，萘系减水剂0.02％，微细聚丙烯纤维0.1％，水泥用量400Kg/m3的原料拌合在一起，使微细聚丙烯纤维分散均匀，在振动台上振动成型，24小时后脱模，在20～25℃下自然养护，28天混凝土的抗压强度和渗透高度分别为38.2MPa和9.1cm。
实施例2540g水泥、200ml水、3.5g萘系减水剂、1350g标准砂、1g微细聚丙烯纤维在胶砂搅拌机中拌合，使微细聚丙烯纤维分散均匀，可制得流动度在135mm以上的砂浆，在振动台上振动成型，24小时后脱模，放入水中养护。28天抗压强度、72小时水柱高度分别为53.2MPa、4.0cm，而相应的素水泥砂浆和普通聚丙烯纤维增强水泥砂浆的抗压强度、水柱高度分为52.6MPa、0.1cm和49.3MPa、2.3cm。
实施例3486g水泥、54g粉煤灰、200ml水、3.5g萘系减水剂、1350g标准砂、1g微细聚丙烯纤维在胶砂搅拌机中拌合，使微细聚丙烯纤维分散均匀，可制得流动度在140mm以上的砂浆，在振动台上振动成型，24小时后脱模，放入水中养护。28天抗压强度、72小时水柱高度分别为43.1MPa、3.8cm，而相应的素水泥砂浆和普通聚丙烯纤维增强水泥砂浆的抗压强度、水柱高度分别为41.32MPa、0cm和39.9MPa、1.8cm。
对比例1将配比为水灰比0.42，水泥∶砂∶石子＝1∶1.575∶2.925，砂率为35％，萘系减水剂0.02％，水泥用量400Kg/m3的原料拌合在一起，在振动台上振动成型，24小时后脱模，在20～25℃下自然养护，28天混凝土的抗压强度和渗透高度分别为36.8MPa和13.8cm。
对比例2将配比为水灰比0.42，水泥∶砂∶石子＝1∶1.575∶2.925，砂率为35％，萘系减水剂0.02％，普通聚丙烯纤维0.1％，水泥用量400Kg/m3的原料拌合在一起，使聚丙烯纤维分散均匀，在振动台上振动成型，24小时后脱模，在20～25℃下自然养护，28天混凝土的抗压强度和渗透高度分别为37.2MPa和10.6cm。
权利要求
1.一种微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料，其特征在于所述的复合材料包括如下组份和含量(重量份数)水泥基体 100微细聚丙烯纤维0.005～0.5外加剂0.01～0.1所述的微细聚丙烯纤维的单丝纤度为0.5～2.0dtex，水泥基体为含有水泥、砂、石子、超细无机矿粉、水的混合物。
2.根据权利要求1所述的微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料，其特征在于所述的微细聚丙烯纤维的单丝长度为3～50mm。
3.根据权利要求1所述的微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料的用途，其特征在于适用于土木建筑工程、农田水利设施、交通领域。
4.根据权利要求3所述的微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料的用途，其特征在于适用于对防开裂、抗渗漏要求较高的大型水利设施和储罐。
全文摘要
本发明微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料按重量份数包括水泥基体100份、微细聚丙烯纤维0.005～0.5份、外加剂0.01～0.1份,其中水泥基体为水泥、砂、石子、超细无机矿粉、水的混合物,微细聚丙烯纤维的单丝纤度为0.5～2.0dtex,长度3～50mm。本发明的微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料可用于土木建筑工程、农田水利设施、交通领域,尤其适用于对防开裂、抗渗漏要求较高的大型水利设施和储罐。
文档编号C04B28/02GK1242345SQ9810324
公开日2000年1月26日 申请日期1998年7月17日 优先权日1998年7月17日
发明者裴梅山, 王笃金, 胡先波, 徐端夫 申请人:中国科学院化学研究所