专利名称：混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改性聚丙烯纤维及其制品，特别是一种混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维及其制品。
众所周知，混凝土或砂浆各类构件在硬化形成强度的过程中，由于水和水泥的水化作用形成新的水泥晶体，引起混凝土或砂浆构件体积的收缩，同时在早期固化过程中又可能因为混凝土或砂浆内自由水份透过减压与蒸发引起干缩。这种应力在某个时期大于混凝土或砂浆构件的抗拉强度从而导致制件内部引起微细裂缝，致使这些构件在后期使用中发生水份等渗漏，严重影响了了这些构件的使用寿命。
为了减少和阻止混凝土或砂浆构件的非结构裂缝的产生，提高其抗裂抗渗功能，国内外诸多研究人员进行了长期的对比试验，最初时在此类构件中加入了无机材料(如石棉纤维、玻璃纤维等)或金属材料(如钢纤维等)。然而，在实际使用中发现，无机纤维对环境污染严重，对人体有害；而且不论无机材料还是金属材料，耐酸碱性能较差，操作使用亦很不方便，施工成本增加较大，故其推广应用受到了极大限制。
英国专利1130612针对上述各种增强纤维的不足，试用了用裂膜PP纤维替代的方案。由于PP纤维具有优良的酸碱性，可以与水泥骨料粘合，从而表现出了增强效果，但该种裂膜PP纤维在水泥骨料中均匀分散性差，极易发生成团现象，使得混凝土或砂浆的细小裂纹仍然大量产生，从而严重影响了其在混凝土或砂浆中的使用价值。
美国专利61754在英国专利1130612的基础上进行了改进，即先将裂膜纤维与水泥高速并延长搅拌时间进行混和，以使其在水泥中得到较好的分散效果，然后再加入各种骨料进行搅拌使用，期望达到改善其在水泥骨料中的分散效果。然而这种方式并没有达到预期的效果，细小裂纹仍旧末得到根本消除，而且给正常施工带来了许多的不便，推广应用势必会带来很多无法解决的困难。
中国专利CN96116519，公开了一种水泥防裂用聚丙烯纤维，其能较好地增强水泥制品，其纤维截面为“Y”型，纤维未进行改性。
中国专利CN00106131.3公开了一种混凝土及砂浆用改性聚丙烯短纤维，该纤维截面为三叶型或圆弧型，由于其截面不同，几何形状方面的差异，其对混凝土及砂浆塑性干缩开裂的作用存在着明显差异。
本发明的目的就是提供一种能有效克服现有技术的缺陷，提高混凝土及砂浆性能的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维。
本发明的另一目的就是要提供一种掺有改性聚丙烯抗裂抗渗纤维和其它添加剂的混凝土及砂浆。掺用了该种纤维材料后的各类混凝土及砂浆构件的非结构裂缝明显减少或消除，达到提高构件质量、延长其使用寿命的目的。
本发明的目的是这样实现的在本发明的混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维中，其纤维的横截面为“星”型，分枝夹角分为圆圈不等分角度，由110°、120°、130°三分枝夹角组成，单纤长度为5-21mm，单纤纤度12-25dtex，单纤强度280-370MPa，初始模量2700-3750MPa，极限拉伸15-60％，酸碱溶解度0.12-0.3％，抗酸碱强度300-380MPa，抗酸碱极限拉伸15-60％，纤维结晶度50-75％。
本发明的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维的混凝土及砂浆，以混凝土及砂浆体积计，含有0.8-1.2Kg/m3的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维。以混凝土体积计，含有0.9-1.2Kg/m3的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维。以砂浆体积计，含有0.8-1.0Kg/m3的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维。
本发明的混凝土及砂浆除含有改性聚丙烯抗裂抗渗纤维外，还含有以改性聚丙烯树脂总量计，还含有0.5-0.8％的无规增韧聚苯乙烯添加剂，含有1-1.5％的聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物添加剂，含有8-12％的乙烯/聚乙烯共聚物添加剂。
本发明具有产品制造简单，在现有德国barmag公司生产的FE1-42联合短程纺机组上采用“星”型喷丝板，该生产流水线熔触纺丝过程中即形成“星”形截面，在生产上纺丝成形容易，具有该形状的纤维有利于增强在混凝土及砂浆中的搅拌分散性。由于各种添加剂均在熔融纺丝过程中予以添加，并且在生产过程中进行良好的纤维表面处理，所以纤维在混凝土及砂浆中的乱向分布及分散性均得到很好的解决，纤维与骨料的啮合效果也明显得到改善和提高。
本发明为充分发挥聚丙烯纤维作为混凝土及砂浆增强纤维的作用，以抗裂抗渗短纤维代替传统的裂膜纤维，改善纤维在混凝土及砂浆中的分散均匀性，以不等角“星”型截面的异形化纤维取代裂膜纤维的扁平形式，以增大纤维与混凝土及砂浆间的接触面积，从而提高两者之间的啮合度。
坍落度指标，是纤维在与混凝土和砂浆搅拌过程中的一个重要指标，本发明由于采用不等角“星”型截面的异形化纤维，并将纤维用表面活性剂处理来减少坍落度损失。
混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维在水泥骨料中的分散效果和乱向分布程度，由本发明的纤维表面处理及表面活性助剂来决定。
本发明产品以星型截面取代了“圆型”、“三叶型”或“Y”型截面，在解决和易性和尽可能减少施工过程中的坍落度损失起到重要作用，本发明产品的各个锐角均成尖角之状，这给该产品在与混凝土及砂浆搅拌过程中迅速受外力而分散及纤维混凝土及砂浆在输送、浇灌过程中减少坍落度损失有着很好的保证作用。
本发明的产品在与混凝土及砂浆搅拌时，只需按常规操作方式一次完成，不必采取任何特殊措施。
图1、图2为本发明改性聚丙烯抗裂抗渗纤维的结构示意放大图。
改性聚丙烯抗裂抗渗纤维(丹强丝)可以按以下方法制备
将1000公斤聚丙烯切片，添加0.6％无规增韧聚苯乙烯，或1.5％聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物及8％乙烯/聚乙烯共聚物，混和、造粒或直接与短纤维熔融纺丝挤出机进行纺丝，喷丝板孔形为“星”型，喷丝板孔数6000孔或8000孔，拉伸(拉伸倍数3.5倍)，切断(短纤维15mm)，测得纤维纤度16dtex，抗拉强度277MPa，拉伸极限57％，初始模量2159MPa，酸碱溶解度0.2％，抗酸碱强度305MPa，抗酸碱拉伸50％，纤维结晶度62％。
实施例一1、原材料水泥525p普通水泥(产于南京“中国水泥厂”)；砂子河砂，细度模数为2.8；石子卵石，最大粒径20mm；FDN高效减水剂。
混凝土配合比(重量比)为1∶2.25∶3.37；水灰比0.54；高效减水剂掺量0.6％。
2、纤维材料改性聚丙烯抗裂抗渗纤维(丹强丝)“星”型，分枝夹角110°、120°、130°，纤维长度为5mm，单纤纤度12dtex，单纤强度280MPa，纤维模量2700MPa，纤维拉伸长度15％，结晶度50％，纤维酸碱溶解度0.12％，纤维抗酸碱强度300MPa，纤维抗酸碱极限拉伸度15％，在1000公斤改性聚丙烯抗裂抗渗纤维中含5公斤无规增韧聚苯乙烯助剂、10公斤聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物助剂、80公斤乙烯/聚乙烯共聚物。
3、拌和水自来水。
4、试验改性聚丙烯抗裂抗渗纤维(丹强丝)混凝土掺和体积率为0.1％的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维。机械搅拌3min。
测试纤维混凝土与素混凝土力学性能对比。
检测依据GBJ81-85,GBJ82-85,GB/T15231.5-94,Q/321181BH0010-2000。
检测结果如下表
实施例二一、原料1、水泥425#普通硅酸盐水泥(产于江苏省丹阳市水泥厂)2、砂河砂，级配良好，中砂3、拌和水普通自来水4、纤维改性聚丙烯抗裂抗渗纤维(丹强丝)“星”型，分枝夹角110°、120°、130°，纤维长度为5mm，单纤纤度12dtex，单纤强度280MPa，纤维模量2700MPa，纤维拉伸长度15％，结晶度50％，纤维酸碱溶解度0.12％，纤维抗酸碱强度300MPa，纤维抗酸碱极限拉伸度15％，在1000公斤改性聚丙烯抗裂抗渗纤维中含5公斤无规增韧聚苯乙烯助剂、10公斤聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物助剂、80公斤乙烯/聚乙烯共聚物。
二、砂浆配合比及性能测试依据1、砂浆配合比砂浆配合比1，该配合比做砂浆旱期抗裂性能比较
2、测试依据按JQJ70-90方法对砂浆抗渗、抗压、抗冻等性能进行测试；按Q/321181BH0010-2000方法对砂浆抗裂性能进行测试。三、测试效果见下表
附权重值表
从测试结果看，纤维掺量在0.4Kg/m3时已有明显的抗裂效果，裂缝权重值明显减少，结果还显示，随纤维掺量增加，裂缝最大宽度、条数均减少，抗裂效果更明显，当纤维掺量为0.9Kg/m3时，几乎没有可见裂缝。
实施例3除采用以下配比的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维之外，其余同实施例1。
改性聚丙烯抗裂抗渗纤维“星”型，分枝夹角110°、120°、130°，纤维长度为15mm，单纤纤度18dtex，单纤强度300MPa，纤维模量3000MPa，纤维拉伸长度40％，酸碱溶解度0.2％，抗酸碱强度350MPa，抗酸碱极限拉伸度45％，纤维结晶度60％，在1000公斤改性聚丙烯抗裂抗渗纤维中含6.5公斤无规增韧聚苯乙烯助剂、13公斤聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物助剂、100公斤乙烯/聚乙烯共聚物。
实施例4除采用以下配比的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维之外，其余同实施例1。
改性聚丙烯抗裂抗渗纤维“星”型，分枝夹角110°、120°、130°，纤维长度为21mm，单纤纤度25dtex，单纤强度370MPa，纤维模量3750MPa，纤维拉伸长度60％，酸碱溶解度0.3％，抗酸碱强度380MPa，抗酸碱极限拉伸度60％，纤维结晶度75％，在1000公斤改性聚丙烯抗裂抗渗纤维中含8公斤无规增韧聚苯乙烯助剂、15公斤聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物助剂、120公斤乙烯/聚乙烯共聚物。
实施例5同实施例3，除采用以下配比的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维之外，其余同实施例2。
改性聚丙烯抗裂抗渗纤维“星”型，分枝夹角110°、120°、130°，纤维长度为15mm，单纤纤度18dtex，单纤强度300MPa，纤维模量3000MPa，纤维拉伸长度40％，酸碱溶解度0.2％，抗酸碱强度350MPa，抗酸碱极限拉伸度45％，纤维结晶度60％，在1000公斤改性聚丙烯抗裂抗渗纤维中含6.5公斤无规增韧聚苯乙烯助剂、13公斤聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物助剂、100公斤乙烯/聚乙烯共聚物。
实施例6同实施例4，除采用以下配比的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维之外，其余同实施例2。
改性聚丙烯抗裂抗渗纤维“星”型，分枝夹角110°、120°、130°，纤维长度为21mm，单纤纤度25dtex，单纤强度370MPa，纤维模量3750MPa，纤维拉伸长度60％，酸碱溶解度0.3％，抗酸碱强度380MPa，抗酸碱极限拉伸度60％，纤维结晶度75％，在1000公斤改性聚丙烯抗裂抗渗纤维中含8公斤无规增韧聚苯乙烯助剂、15公斤聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物助剂、120公斤乙烯/聚乙烯共聚物。
实施例7为本发明产品在三峡大坝左导墙进行了纤维混凝土现场试验的实例中国葛洲坝集团试验中心三峡试验室在三峡指挥部的组织下，于2001年2月2日在90拌和系统1；楼进行生产，在三峡大坝左导墙进行了纤维混凝土现场试验，纤维采用本发明产品不同分等角度的异型截面改性聚丙烯抗裂抗渗纤维(丹强丝)，其结果如下一、现场试验施工配合比根据室内试验成果，现场试验施工配合比如下表1。表1纤维混凝土现场试验配合比
二、机口检测成果1、纤维混凝土纤维混凝土投料顺序现按拌和楼原有程序进行，纤维通过砂料斗加进去，从现场拌和情况看，这种投料顺序是可行的。拌和时间按和楼原定120秒，混凝土拌和料粘聚性略差，后将拌和时间调整为150秒，混凝土拌和料粘聚性较好，为此，确定加纤维后的混凝土拌和时间为150秒。在机口抽样检测成果见表2。
表2纤维混凝土现场抽样检测成果
实施例8为本发明产品在南通体育场看台工程中使用的实例。
关于南通体育场看台工程用本发明产品-混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维(丹强丝)的实用报告一、纤维编号及掺量编号1．基准(水泥∶砂∶水=1∶1.5∶0.5)编号2．基准+国内**料产改性聚丙烯纤维掺量0.9Kg/m3编号3．基准+国内丹阳产改性聚丙烯抗裂抗渗纤维掺量0.9Kg/m3编号4．基准+国外料产改性聚丙烯纤维掺量1.0Kg/m3
注根据有关厂家要求此报告未注明参加选型实验的另两家名称。
二、抗裂性能试验结果
注上述数据是按照Kraai提出的快速试验方法得三、砼抗压性能试验结果
经由南通体育场看台工程现场使用结果添加本发明纤维的混凝土无旱期裂纹，且到达28d龄期后肉眼观察未发现裂纹。经下雨天气观察添加该纤维的混凝土无渗漏，未添加本发明纤维的板底部有局部潮湿现象。
权利要求
1.一种混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维，其特征在于该纤维的横截面为“星”型，分枝夹角分为圆周不等分角度，由110°、120°、130°三分枝夹角组成，单纤长度为5-21mm，单纤纤度12-25dtex，单纤强度280-370MPa，初始模量2700-3750MPa，极限拉伸15-60％，酸碱溶解度0.12-0.3％，抗酸碱强度300-380MPa，抗酸碱极限拉伸15-60％，纤维结晶度50-75％。
2.根据权利要求1所述的混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维，其特征在于以该改性聚丙烯树脂总量计，还含有0.5-0.8％的无规增韧聚苯乙烯添加剂。
3.根据权利要求1所述的混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维，其特征在于以该改性聚丙烯树脂总量计，还含有1-1.5％的聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物添加剂。
4.根据权利要求1所述的混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维，其特征在于以该改性聚丙烯树脂总量计，还含有8-12％的乙烯/聚乙烯共聚物添加剂。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维的混凝土及砂浆，其特征在于以混凝上及砂浆体积计，含有0.8-1.2Kg/m3的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维。
6.根据权利要求5所述的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维的混凝土及砂浆，其特征在于以混凝土体积计，含有0.9-1.2Kg/m3的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维。
7.根据权利要求5所述的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维的混凝土及砂浆，其特征在于以砂浆体积计，含有0.8-1.0Kg/m3的改性聚丙烯抗裂抗渗纤维。
全文摘要
本发明公开了一种混凝土及砂浆用改性聚丙烯抗裂抗渗纤维,该纤维的横截面为“星”型,分枝夹角分为圆周不等分角度,由110°、120°、130°三分枝夹角组成,单纤长度为5－21mm,单纤纤度12－25dtex,单纤强度280－370MPa,初始模量2700－3750MPa,极限拉伸15－60%,酸碱溶解度0.12－0.3%,抗酸碱强度300－380MPa,抗酸碱极限拉伸15－60%,纤维结晶度50－75%。本发明的产品制造方便,并且“星”型在生产上易纺丝成型,有利于增大纤维与混凝土及砂浆间的啮合度,减少施工过程中的坍落度损失,并且在混凝土及砂浆中具有较好的分散性和粘着力,抗裂抗渗效果优。
文档编号D01F6/04GK1322865SQ0111424
公开日2001年11月21日 申请日期2001年6月5日 优先权日2001年6月5日
发明者傅华, 樊建平, 程建伟, 卞大保, 丁风雷, 田兴华 申请人:傅华, 樊建平, 程建伟, 卞大保, 丁风雷, 田兴华