一种碳纤维增强水泥及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳纤维增强水泥，包括水泥砂浆、碳纤维、分散剂、表面活性剂、消泡剂，所述的碳纤维的加入体积为水泥砂浆体积的0.1-0.2%，而所述的分散剂、表面活性剂和消泡剂的加入质量分别为水泥砂浆质量的0.15-0.2%、1-2%和0.05-0.15%。本发明同时公开了一种碳纤维增强水泥的制备方法。本发明通过选择一定长径比的碳纤维，同时对碳纤维进行预处理和预分散，以及在水泥的组分中增加分散剂、表面活性剂、消泡剂等组分后，可有效保证碳纤维在水泥中的分散性，进而大大增强了水泥的强度、韧性和抗裂等性能。
【专利说明】一种碳纤维增强水泥及其制备方法
【技术领域】 [0001]本发明涉及一种水泥及其制备方法，尤其是涉及一种碳纤维增强水泥及其制备方法，属于建筑材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]水泥在建筑中是重要的材料之一，而水泥自身的物理特性决定其存在以下问题:由于水泥在固化过程中的收缩，使得水泥中存在大量的空隙、裂隙、裂纹等缺陷，从而造成建筑过程中胶结强度低，而水泥的抗拉强度、韧性和抗裂能力也不足，无法满足质量要求。
[0003]鉴于水泥的上述问题，利用纤维自身的密度小、高模量、高强度、耐疲劳、耐高温、耐腐蚀等特性，可对水泥进行增强，以提高其抗拉强度和韧性，而对于碳纤维而言，其在水泥中的分散性非常差，因此没有得到广泛应用。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可有效提高水泥强度、韧性和抗裂性能的碳纤维增强水泥及其制备方法。
[0005]为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的:
[0006]一种碳纤维增强水泥，其特征在于，包括水泥砂浆、碳纤维、分散剂、表面活性剂、消泡剂，所述的碳纤维的加入体积为水泥砂浆体积的0.1-0.2%，而所述的分散剂、表面活性剂和消泡剂的加入质量分别为水泥砂浆质量的0.15-0.2%、1-2%和0.05-0.15%。
[0007]进一步，还包括掺和料，所述的掺和料的加入质量为水泥砂浆的0.5_1%。
[0008]而所述的掺和料为粉煤灰、硅灰、高炉炉渣中的至少一种，所述的掺和料可以有效提高水泥的耐久性和分散性。
[0009]且所述的掺和料的粒径小于40 μ m。
[0010]而所述的碳纤维为PAN碳纤维，所述的PAN碳纤维的长度为2_8mm，直径为7-9 μ m0
[0011]所述的分散剂为聚氧化乙烯、阴离子聚丙烯酰胺中的至少一种，利用分散剂可以有效增强碳纤维的分散性。
[0012]所述的表面活性剂为甲基纤维素、羟甲基纤维素中的至少一种，其可吸附在碳纤维的表面，以降低碳纤维的憎水性，进而提高碳纤维的分散性。
[0013]所述的消泡剂为磷酸三丁酯。
[0014]一种碳纤维增强水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0015](I)碳纤维表面预处理:取体积为水泥砂浆体积0.1-0.2%的碳纤维进行表面预处理，所述的表面预处理方法为气象氧化法，而表面预处理步骤在一定程度上加强了碳纤维的分散性；
[0016](2)碳纤维预分散:将步骤(I)预处理后的碳纤维放入疏解机中疏解10_20min，然后将碳纤维放入搅拌槽中，同时向搅拌槽中加入质量为水泥砂浆质量0.15-0.2%的分散剂，搅拌20-30min后得到预分散碳纤维；
[0017](3)制备碳纤维增强水泥:将水泥砂浆和步骤(2)得到的预分散碳纤维混合后搅拌，并向其中加入质量分别为水泥砂浆质量1-2%和0.05-0.15%的表面活性剂和消泡剂，搅拌30-50min后，得到碳纤维增强水泥。
[0018]而在步骤(3)中，还包括加入质量为水泥砂浆质量0.5-1%的掺和料的步骤。
[0019]本发明的有益效果是:本发明通过选择一定长径比的碳纤维，同时对碳纤维进行预处理和预分散，以及在水泥的组分中增加分散剂、表面活性剂、消泡剂等组分后，可有效保证碳纤维在水泥中的分散性，进而大大增强了水泥的强度、韧性和抗裂等性能。
【具体实施方式】
[0020]以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0021]实施例1:一种碳纤维增强水泥，包括水泥砂浆、PAN碳纤维、分散剂、表面活性剂、磷酸三丁酯，所述的PAN碳纤维的加入体积为水泥砂浆体积的0.1%，而所述的分散剂、表面活性剂和磷酸三丁酯的加入质量分别为水泥砂浆质量的0.15%、2%和0.05%，所述的PAN碳纤维的长度为2-8mm，直径为7_9 μ m，所述的分散剂为聚氧化乙烯和阴离子聚丙烯酰胺，利用分散剂可以有效增强PAN碳纤维的分散性，而所述的表面活性剂为甲基纤维素，其可吸附在PAN碳纤维的表面，以降低PAN碳纤维的憎水性，进而提高PAN碳纤维的分散性。
[0022]实施例2:—种碳纤维增强水泥，包括水泥砂浆、PAN碳纤维、分散剂、表面活性剂、磷酸三丁酯、掺和料，所述的PAN碳纤维的加入体积为水泥砂浆体积的0.2%，而所述的分散剂、表面活性剂、磷酸三丁酯和掺和料的加入质量分别为水泥砂浆质量的0.2%、1%、0.15%和0.5%，所述的掺和料为粉煤灰和硅灰，且其粒径小于40 μ m,所述的掺和料可有效提高水泥的耐久性和分散性，所述的PAN碳纤维的长度为2-8mm，直径为7_9 μ m，所述的分散剂为聚氧化乙烯和阴离子聚丙烯酰胺，利用分散剂可以有效增强PAN碳纤维的分散性，而所述的表面活性剂为甲基纤维素和羟甲基纤维素，其可吸附在PAN碳纤维的表面，以降低PAN碳纤维的憎水性，进而提高PAN碳纤维的分散性。。
[0023]实施例3:—种碳纤维增强水泥，包括水泥砂浆、PAN碳纤维、分散剂、表面活性剂、磷酸三丁酯和高炉炉渣，所述的PAN碳纤维的加入体积为水泥砂浆体积的0.15%，而所述的分散剂、表面活性剂、磷酸三丁酯和高炉炉渣的加入质量分别为水泥砂浆质量的0.18%、1.5%、0.1%和0.8%，所述的PAN碳纤维的长度为2-8mm，直径为7-9 μ m,所述的掺和料的粒径小于40 μ m，所述的分散剂为阴离子聚丙烯酰胺，利用分散剂可以有效增强PAN碳纤维的分散性，而所述的表面活性剂为羟甲基纤维素，其可吸附在PAN碳纤维的表面，以降低PAN碳纤维的憎水性，进而提高PAN碳纤维的分散性。。
[0024]实施例4:上述实施例1所述的碳纤维增强水泥的制备方法，包括以下步骤:
[0025]( I)碳纤维表面预处理:取PAN碳纤维进行表面预处理，所述的表面预处理方法为气象氧化法，而表面预处理步骤在一定程度上加强了 PAN碳纤维的分散性；
[0026](2)碳纤维预分散:将步骤(I)预处理后的PAN碳纤维放入疏解机中疏解10-20min,然后将PAN碳纤维放入搅拌槽中，同时向搅拌槽中加入分散剂，搅拌20_30min后得到预分散PAN碳纤维；
[0027](3)制备碳纤维增强水泥:将水泥砂浆和步骤(2)得到的预分散PAN碳纤维混合后搅拌，并向其中加入表面活性剂和消泡剂，搅拌30-50min后，得到PAN碳纤维增强水泥。
[0028]实施例5:实施例2和实施例3所述的碳纤维增强水泥的制备方法，包括以下步骤:
[0029](I)碳纤维表面预处理:取PAN碳纤维进行表面预处理，所述的表面预处理方法为气象氧化法，而表面预处理步骤在一定程度上加强了 PAN碳纤维的分散性；
[0030](2)碳纤维预分散:将步骤(I)预处理后的PAN碳纤维放入疏解机中疏解10-20min,然后将PAN碳纤维放入搅拌槽中，同时向搅拌槽中加入分散剂，搅拌20_30min后得到预分散PAN碳纤维；
[0031 ] (3 )制备碳纤维增强水泥:将水泥砂浆和步骤(2 )得到的预分散PAN碳纤维混合后搅拌，并向其中加入表面活性剂、消泡剂和掺和料，搅拌30-50min后，得到PAN碳纤维增强水泥。
[0032]上述实施例1-3制备得到的PAN碳纤维增强水泥与为添加分散剂的PAN碳纤维增强水泥的分散性对比试验结果如表1所示:
【权利要求】
1.一种碳纤维增强水泥，其特征在于，包括水泥砂浆、碳纤维、分散剂、表面活性剂、消泡剂，所述的碳纤维的加入体积为水泥砂浆体积的0.1-0.2%，而所述的分散剂、表面活性剂和消泡剂的加入质量分别为水泥砂浆质量的0.15-0.2%、1-2%和0.05-0.15%。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强水泥，其特征在于，还包括掺和料，所述的掺和料的加入质量为水泥砂浆的0.5-1%。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维增强水泥，其特征在于，所述的掺和料为粉煤灰、硅灰、高炉炉渣中的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述的一种碳纤维增强水泥，其特征在于，所述的掺和料的粒径小于40 μ m0
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强水泥，其特征在于，所述的碳纤维为PAN碳纤维，所述的PAN碳纤维的长度为2-8mm，直径为7_9 μ m。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强水泥，其特征在于，所述的分散剂为聚氧化乙烯、阴离子聚丙烯酰胺中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强水泥，其特征在于，所述的表面活性剂为甲基纤维素、羟甲基纤维素中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强水泥，其特征在于，所述的消泡剂为磷酸三丁酯。
9.一种碳纤维增强水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)碳纤维表面预处理:取体积为水泥砂浆体积0.1-0.2%的碳纤维进行表面预处理，所述的表面预处理方法为气象氧 化法； (2)碳纤维预分散:将步骤(I)预处理后的碳纤维放入疏解机中疏解10-20min，然后将碳纤维放入搅拌槽中，同时向搅拌槽中加入质量为水泥砂浆质量0.15-0.2%的分散剂，搅拌20-30min后得到预分散碳纤维； (3)制备碳纤维增强水泥:将水泥砂浆和步骤(2)得到的预分散碳纤维混合后搅拌，并向其中加入质量分别为水泥砂浆质量1-2%和0.05-0.15%的表面活性剂和消泡剂，搅拌30-50min后，得到碳纤维增强水泥。
10.根据权利要求9所述的一种碳纤维增强水泥的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，还包括加入质量为水泥砂浆质量0.5-1%的掺和料的步骤。
【文档编号】C04B22/00GK103466979SQ201310383482
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】周建平 申请人:句容联众科技开发有限公司