一种抗裂增韧钢纤维及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗裂增韧钢纤维及其制备方法，所述抗裂增韧钢纤维由内外两部份组成：外部为胶粘成圆筒状的钢纤维，内部灌装混凝土膨胀剂，填充后圆筒的两端口由水溶性胶膜封口。本发明所述抗裂增韧钢纤维集抗裂、增韧两种作用于一体，分散性能良好，大幅提升混凝土的抗裂、增韧性能的匀质性。能相互弥补两种添加剂的不足之处，并促进其更有效、充分的发挥，实现1+1＞2的目标。
【专利说明】
一种抗裂増韧钢纤维及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及混凝土用钢纤维，更具体是涉及一种抗裂增韧钢纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 普通混凝土的脆性缺陷严重影响其使用寿命，钢纤维以其优良的增韧性能在混凝 土领域的应用日益广泛，提升了混凝土的耐久性，但抗裂性能的提高及抗压强度的增加需 较大的纤维掺量，掺量的加大可能会导致纤维因结团而造成的分散不均，反而降低其对混 凝土的抗裂和增强效果，另一种提高掺量的方法是通过减小纤维的长径比来降低纤维结团 的可能性，但纤维长径比的减小又会降低其对混凝土的增韧功能;膨胀剂通过补偿收缩来 提高混凝土的抗裂性能，但是会对混凝土的强度造成一定程度的降低，大多数膨胀剂的膨 胀历程并不可控，在抗裂作用完成后的持续膨胀，会造成新的材料破坏风险，影响混凝土的 耐久性。这两种混凝土添加剂的任一掺入不仅功能单一、有局限性，而且会因为提升性能而 增加掺加量，从而导致掺入物分散不均而功效低下，甚至是负影响。
【发明内容】
[0003] 本发明通过钢纤维和膨胀剂的双重促进作用，既实现了混凝土的抗裂、增韧与增 强性能的提升，又减少了单一组分大掺量带来的材料破坏的风险，并且一次性投放，减少了 施工工作量，更重要的是两种组分都能均匀分散，性能高效提升，性价比高。
[0004] 本发明的目的是提供一种抗裂增韧钢纤维，由钢纤维和膨胀剂这两种主要成份有 效结合构成。它具有分散性能良好，混凝土的抗裂、增韧性能优异的特点。
[0005] 本发明提供了一种抗裂增韧钢纤维，由内外两部份组成，外部为胶粘成圆筒状的 钢纤维，内部灌装混凝土膨胀剂，填充后圆筒的两端口由水溶性胶膜封口。
[0006] 本发明提供的钢纤维的原材料优选抗拉强度>l〇〇〇MPa，弹性模量2 210GPa的冷 拉钢丝，钢丝的直径为0.50~0.80mm，公称长度为30~60mm，且长径比为40~80;
[0007] 钢丝由水溶性胶粘剂粘结成圆筒状，所述水溶性胶粘剂为淀粉与聚乙烯醇混合的 水溶液，水溶性胶粘剂的质量浓度为20~25%，其中淀粉、聚乙烯醇两种溶质的重量配比为 2:1〇
[0008] 所述混凝土膨胀剂由以下各组分按质量百分比组成：
[0009] 轻烧氧化镁60~80%，
[0010] 氧化钙 10~30%，
[0011] 石膏 10 ~15%。
[0012] 所述轻烧氧化镁的煅烧温度为800~900 °C，比表面积为300~400m2/kg;所述氧化 钙由比表面积为300~400m2/kg的生料经1200~1300°C高温煅烧而成;所述石膏由比表面 积为300~400m 2/kg的生料经1300~1400°C高温煅烧而成。
[0013]所述的筒状钢纤维的封口胶膜为聚乙烯醇的水溶液，所述聚乙烯醇的质量浓度为 20 ~25%
[0014] 本发明还提供了一种抗裂增韧钢纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0015] (1)将卷绕在工字轮中的80~120根钢丝分别引出，经调直设备将钢丝调直以便于 后道的胶粘；
[0016] (2)配制胶粘剂溶液，质量浓度控制在20~25%，钢丝穿过盛装胶粘剂的浴槽后， 将其紧密排布围绕在直径为15~20mm的钢圆筒外粘结成筒状，其外圈由直径比钢圆筒大 2mm的钢丝环固定，每个钢丝环间隔10~15cm，防止胶粘的钢丝脱粘脱落，钢圆筒上均布孔 洞，便于下道烘干工序的内外均匀受热及胶粘剂中的水份蒸发；
[0017] (3)将粘结成筒状的钢丝与圆筒同时经过烘箱加热烘干，再经过风箱冷却干燥，风 箱由鼓风机经管道送风，然后将筒状钢丝按需求压制成型切断得到钢纤维；
[0018] 工序（1)~(3)为连续生产阶段；
[0019] (4)在钢纤维粘结构成的圆筒内按需灌装混凝土膨胀剂，两端采用水溶性封口胶 膜封装得到抗裂增韧钢纤维。
[0020] 步骤（3)中的烘干温度在250~350°C，烘干时长30~40s，冷却干燥的风温等同环 境内室温;步骤(4)中灌装的混凝土膨胀剂的重量为4~12g。
[0021] 本发明有如下优点：
[0022] (1)本发明作为混凝土的添加剂，在混凝土的搅拌中能均匀分散，抗裂增韧钢纤维 因其相对较大直径的圆筒形状避免了散装单丝纤维在投入混凝土中搅拌产生的结团现象， 水溶性胶粘剂在混凝土搅拌时遇水溶解，可将粘结成筒状的钢纤维均匀分散至混凝土中。 钢纤维筒中封装的膨胀剂也同时在搅拌时因胶膜、胶粘剂的分解而伴随钢纤维均匀分散。 提高了混凝土抗裂、增韧性能的匀质性，大幅减少因分散不匀而造成的混凝土损坏风险。
[0023] (2)本发明中使用的膨胀剂，早期膨胀速率快，能基本补偿混凝土的早期收缩，后 期微膨胀，对后期干燥收缩起到较好的补偿作用。膨胀后的水化产物性能稳定，膨胀效能 高，有效降低混凝土的干燥收缩开裂风险。
[0024] (3)钢纤维能显著提升混凝土的韧性，本发明的钢纤维在添加膨胀剂而膨胀的混 凝土与混凝土基体结合更紧密，粘结性能增强，纤维拔出功耗增加，进一步强化了增韧性 能。在混凝土受力产生裂缝衍伸遇到钢纤维时，钢纤维与混凝土的粘结力能够阻滞或减缓 混凝土裂缝的深入扩展，也能提高混凝土的抗裂性能。
[0025] (4)本发明中使用的钢纤维还可减少因膨胀剂单独掺加而造成混凝土强度降低的 影响。
[0026] (5)本发明集抗裂、增韧两种作用于一体，能相互弥补两种添加剂的不足之处，并 使其得到有效、充分的发挥，达到1+1>2的目的。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的不意图。
[0028]图中①为钢纤维，②为混凝土膨胀剂，③为封口胶膜。
【具体实施方式】
[0029]下面用实施例进一步描述本发明，但所述实施例仅用于本发明而不是限制本发 明。
[0030] 实施例1
[0031] 将直径为0.55mm的120根钢丝从工字轮中引出，经调直设备将钢丝调直，钢丝穿过 盛装20%质量浓度的胶粘剂的浴槽后，将其均匀围绕在直径为20mm的钢圆筒外粘结成筒状 (其外圈由直径22mm的钢丝环固定），将粘结成筒状的钢丝与圆筒同时经过烘箱加热烘干 (烘干温度250± KTC，烘干时长30~40s)，再经过风箱冷却干燥，然后将筒状钢纤维按需求 压制成型切断得到钢纤维，在钢纤维粘结构成的每个圆筒内灌装6g混凝土膨胀剂(其中各 组份质量配比:轻烧氧化镁:氧化钙:石膏=70:20:10 )，两端采用水溶性封口胶膜封装得到 抗裂增韧钢纤维。
[0032] 实施例2
[0033] 将直径为0.60mm的100根钢丝从工字轮中引出，经调直设备将钢丝调直，钢丝穿过 盛装20%质量浓度的胶粘剂的浴槽后，将其均匀围绕在直径为18mm的钢圆筒外粘结成筒状 (其外圈由直径20mm的钢丝环固定），将粘结成筒状的钢丝与圆筒同时经过烘箱加热烘干 (烘干温度250± KTC，烘干时长30~40s)，再经过风箱冷却干燥，然后将筒状钢纤维按需求 压制成型切断得到钢纤维，在钢纤维粘结构成的每个圆筒内灌装4g混凝土膨胀剂(其中各 组份质量配比:轻烧氧化镁:氧化钙:石膏=65:25:10 )，两端采用水溶性封口胶膜封装得到 抗裂增韧钢纤维。
[0034] 实施例3
[0035] 将直径为0.75mm的80根钢丝从工字轮中引出，经调直设备将钢丝调直，钢丝穿过 盛装20%质量浓度的胶粘剂的浴槽后，将其均匀围绕在直径为18mm的钢圆筒外粘结成筒状 (其外圈由直径20mm的钢丝环固定），将粘结成筒状的钢丝与圆筒同时经过烘箱加热烘干 (烘干温度250± KTC，烘干时长30~40s)，再经过风箱冷却干燥，然后将筒状钢纤维按需求 压制成型切断得到钢纤维，在钢纤维粘结构成的每个圆筒内灌装IOg混凝土膨胀剂(其中各 组份质量配比:轻烧氧化镁:氧化钙:石膏=80:10:10 )，两端采用水溶性封口胶膜封装得到 抗裂增韧钢纤维。
[0036]本发明的的优势体现在混凝土的应用上，故将上述实施例掺入混凝土中，与基准 样(未掺加本发明）对比在抗裂和力学性能方面的差异。
[0037](一）配制混凝土
[0038] 配制混凝土，实验配合比分别见表1、表2:
[0039]表1力学性能的试验配合比
[0041]表2抗裂性能的试验配合比
[0043] 注:表1、2中的数字单位为kg，减水剂按胶凝材料(水泥、粉煤灰)的体积掺量掺加。
[0044] 对比例1中单独掺加的钢纤维与实施例2中的种类相同；对比例2中单独掺加的膨 胀剂与实施例2的成分相同。
[0045](二)性能测试
[0046] (1)抗压强度、抗折强度测试
[0047] 混凝土配合比见表1，混凝土标准养护28天后，依照《CECS 13-2009钢纤维混凝土 试验方法标准》进行力学性能测试，测试结果见表3:
[0048]表3混凝土力学性能测试结果
[0050] 注:将基准样的混凝土强度设为100%，其它掺加实施例的混凝土强度与之类比， 得到以上数据。
[0051] 结论:抗压强度略有提高的情况下，抗折强度大幅提升，折压比（抗折强度与抗压 强度的比值)的提尚意味着初性的提尚。
[0052] (2)抗裂性能测试
[0053] 混凝土配合比见表2，依照《CECS 38-2004纤维混凝土结构技术规程》进行抗裂性 能测试，测试结果见表4:
[0054]表4混凝土的抗裂性能测试结果
[0056]注:将基准样的混凝土开裂面积设为基准100%，其它掺加实施例的混凝土开裂面 积与之类比，得到以上数据。
[0057]结论:掺加本发明的开裂面积与未掺入的基准样相比减少70 %左右。钢纤维或膨 胀剂的单独掺加，都只能对混凝土的其中一方面性能有所提升，且提升效率不及本发明。
【主权项】
1. 一种抗裂增韧钢纤维，其特征在于：由内外两部份组成，外部为胶粘成圆筒状的钢纤 维，内部灌装混凝土膨胀剂，填充后圆筒的两端口由水溶性胶膜封口。2. 根据权利要求1所述的一种抗裂增韧钢纤维，其特征在于，所述钢纤维的原材料为抗 拉强度> lOOOMPa，弹性模量2 210GPa的冷拉钢丝，钢丝的直径为0.50~0.80mm，公称长度 为30~60mm，且长径比为40~80; 钢丝由水溶性胶粘剂粘结成圆筒状，所述水溶性胶粘剂为淀粉与聚乙烯醇混合的水溶 液，水溶性胶粘剂的质量浓度为20~25%，其中淀粉、聚乙烯醇两种溶质的重量配比为2:1。3. 根据权利要求2所述的一种抗裂增韧钢纤维，其特征在于，所述混凝土膨胀剂由以下 各组分按质量百分比组成： 轻烧氧化镁 60~80%， 氧化钙 10~30%， 石霄 10~15%。4. 根据权利要求3所述的一种抗裂增韧钢纤维，其特征在于，所述轻烧氧化镁的煅烧温 度为800~900°C，比表面积为300~400m 2/kg;所述氧化钙由比表面积为300~400m2/kg的 生料经1200~1300°C高温煅烧而成;所述石膏由比表面积为300~400m 2/kg的生料经1300 ~1400 °C高温煅烧而成。5. 根据权利要求4所述的一种抗裂增韧钢纤维，其特征在于，所述的筒状钢纤维的封口 胶膜为聚乙烯醇的水溶液，所述聚乙烯醇的质量浓度为20~25%。6. 权利要求5所述的一种抗裂增韧钢纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 将卷绕在工字轮中的80~120根钢丝分别引出，经调直设备将钢丝调直以便于后道 的胶粘； (2) 配制胶粘剂溶液，质量浓度控制在20~25%，钢丝穿过盛装胶粘剂的浴槽后，将其紧 密排布围绕在直径为15~20mm的钢圆筒外粘结成筒状，其外圈由直径比钢圆筒大2mm的钢 丝环固定，每个钢丝环间隔10~15cm，钢圆筒上均布孔洞； (3) 将粘结成筒状的钢丝与圆筒同时经过烘箱加热烘干，再经过风箱冷却干燥，风箱由 鼓风机经管道送风，然后将筒状钢丝按需求压制成型切断得到钢纤维； 工序(1)~(3)为连续生产阶段； (4) 在钢纤维粘结构成的圆筒内按需灌装混凝土膨胀剂，两端采用水溶性封口胶膜封 装得到抗裂增韧钢纤维。7. 根据权利要求6所述的一种抗裂增韧钢纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的 烘干温度在250~350°C，烘干时长30~40s，冷却干燥的风温等同环境内室温;步骤(4)中灌 装的混凝土膨胀剂的重量为4~12g。
【文档编号】C04B22/14GK105859171SQ201610192144
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】吕进, 刘加平, 刘建忠, 阳知乾, 徐德根, 张丽辉
【申请人】江苏苏博特新材料股份有限公司