一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土的制作方法

1.本发明涉及一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，属于建筑材料技术领域。


背景技术：

2.纤维增强混凝土是以混凝土为基体材料，掺入其他纤维所制成的水泥基复合材料。由于掺入单一种纤维无法满足混凝土材料各项指标，目前大部分采用掺入两种或多种纤维，以高模量纤维搭配低模量纤维为主，高模量纤维提高混凝土材料抗压强度，低模量纤维抑制混凝土开裂，由于钢纤维具有良好的抗拉强度、抗剪切性能等能够明显改善混凝土力学性能，被广泛应用在纤维增强混凝土中。如申请号201811207141.5的中国专利公开一种混杂纤维混凝土及其制备方法和应用，利用正交试验基于多性能目标下参数的最优化准则优选出体积率为1.3％的钢纤维和体积率为0.2％的聚乙烯醇纤维复配，制备混杂纤维混凝土，与相同配合比的素混凝土比较力学性能显著提升。但是钢纤维本身成本较高每吨10000元，提高了纤维混凝土的使用成本，同时钢纤维容易被腐蚀，需要考虑耐久性风险。此外，该专利中引入聚乙烯醇纤维是在加混合液前直接加入的，由于纤维成束状，在混凝土中不易均匀分散，进而影响混凝土强度。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，该混凝土以不同尺度的再生玻璃钢纤维来替代钢纤维，能够在提高韧性等力学性能的前提下，显著降低了成本。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括不同尺度的再生玻璃钢纤维、聚乙烯醇纤维、氧化剂和分散剂，所述再生玻璃钢纤维分为大尺寸、中尺寸和小尺寸三种，大、中尺寸纤维长度均为5-15mm，大尺寸纤维宽度为2.36-4.75mm、中尺寸纤维宽度0.6-2.36mm、小尺寸纤维宽度0.3-0.6mm；
6.所述再生玻璃钢纤维与氧化剂的重量比为(10～20):(0.1～0.4)，聚乙烯醇纤维与分散剂的重量比为(12～40):1；
7.所述再玻璃钢纤维的表面树脂通过氧化剂处理在不同尺度的纤维表面发生不同程度的腐蚀，利用分散剂对聚乙烯醇纤维进行预分散处理，完成上述处理后按照混凝土制备工艺添加相应的纤维材料。
8.所述再生玻璃钢纤维中三种尺度的纤维的重量比为：大尺寸：中尺寸：小尺寸＝10-15：23-28：5-10，优选比例为15：23：5。
9.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥800-1000份，硅灰30-50份，细骨料1200-1350份，粗骨料1600-2000份，再生玻璃钢纤维大尺寸10-20份，中尺寸20-30份，小尺寸5-10份，聚乙烯醇纤维6.3-7.5份，减水剂6.5-8.5份，
消泡剂5.6-7.1份，氧化剂溶液300-400份，分散剂0.2-0.5份，水400-450份；
10.所述氧化剂能与再生玻璃钢纤维表面的树脂发生氧化还原反应，而不与再生玻璃钢纤维中的玻璃纤维反应，能使再生玻璃钢纤维表面形成深浅不同、腐蚀位置随机分布状态，再生玻璃钢纤维与混凝土表面形成不同程度的啮合效果；所述分散剂要求能降低分散剂与水的混合溶液的表面张力，提高水对纤维的湿润性，同时不与水泥发生化学变化，聚乙烯醇纤维经分散剂预处理后再加入水泥组分中。分散剂和水配置成溶液后，降低溶液张力，加入纤维后，由于溶液张力降低，实现纤维分散。
11.所述水泥为普通硅酸盐水泥等，细骨料为普通中砂(河砂)，细度模数为2.5。所述粗骨料为粒径10-20mm的石子。
12.所述再生玻璃钢纤维来源为退役风机叶片，经多次切割-破碎-筛分得到纤维，采用水处理法过滤掉漂浮在水面上的轻质木屑，再生玻璃钢纤维的微观状态为长条状，大、中尺寸长度为5-15mm，大尺寸宽度2.36-4.75mm、中尺寸宽度0.6-2.36mm、小尺寸宽度0.3-0.6mm；所述再生玻璃钢纤维表面树脂层厚度为1-2mm。尺寸合适易分散
13.所述聚乙烯醇纤维长度为9-15mm，直径15um，抗拉强度≥1830mpa，弹性模量≥40gpa。
14.所述减水剂为聚羧酸减水剂等，所述消泡剂为磷酸三丁酯消泡剂等。
15.所述氧化剂溶液为质量浓度为7％-10％的次氯酸钠溶液、质量浓度为0.1％-0.3％的高锰酸钾溶液等能氧化树脂而不氧化玻璃纤维的氧化剂中的至少一种。
16.所述混凝土的28天抗压强度大于50mpa，28天抗折强度大于7mpa，28天劈裂强度大于5mpa，优选地，28天抗压强度大于55mpa，28天抗折强度大于8mpa，28天劈裂强度大于5.2mpa。
17.所述分散剂为聚丙烯酰胺，甲基纤维素中的至少一种，分散剂为粉末状。
18.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土的制备方法，具体步骤如下：
19.(1)再生玻璃钢纤维表面处理：
20.首先用蒸馏水对不同尺度的再生玻璃钢纤维表面进行清洗处理，蒸馏水和再生玻璃钢纤维质量比为(15:1)～(25:1)，处理时间为1h，将再生玻璃钢纤维从蒸馏水中分离出来后，再将再生玻璃钢纤维加入到氧化剂溶液中，使再生玻璃钢纤维表面树脂层发生不同程度的蚀刻，且不会使表面树脂全部蚀刻，处理6-10h后取出再用蒸馏水反复冲洗，在80℃烘干备用；
21.(2)聚乙烯醇纤维预分散处理：
22.取试验用水150份和分散剂加入磁力搅拌器中，搅拌0.5h，水温保持在20-30℃，然后加入聚乙烯醇纤维搅拌0.5-1h，直接将纤维-分散剂溶液混合料加入混凝土中拌和；
23.处理再生玻璃钢纤维时间合理控制，使其表面能够发生刻蚀且不会出现刻蚀深度过深的现象，能与水泥表面发生不同程度的啮合，增加连接作用；分散剂在搅拌温度下不会发生水解，且不会影响混凝土的工作性能，能够保证分散剂增强纤维分散作用的目的。
24.(3)混杂纤维高韧性混凝土的拌合：
25.首先按计量将水泥、硅灰、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌2分钟，然后一边搅拌一边均匀加入处理的再生玻璃钢纤维，将减水剂和剩余试验用水的混合溶液加入搅拌机中搅拌均匀，随后均匀加入聚乙烯醇纤维-分散剂溶液混合料搅拌2-3分钟，最后加入消泡
剂搅拌50s-1.5min；将拌合料装入模具中，振捣成型，静置24h后放入养护室中养护28天。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果：
27.1.本发明采用搭配不同尺寸的退役风机叶片纤维，一方面降低使用成本，另一方面减少退役风机叶片存储量，实现资源化利用，本发明再生玻璃钢纤维是由玻璃纤维表面包裹树脂组成，氧化剂和树脂反应生成羧酸基团，但不会和玻璃纤维反应，采用氧化剂对再生玻璃钢纤维表面氧化处理，在纤维表面发生适合程度的刻蚀作用，能与混凝土接触表面形成力学啮合，提高和混凝土界面粘结力，控制好氧化剂的加入量，不会出现刻蚀程度深导致纤维表面出现较大坑洞甚至断裂的问题。
28.2.本发明中再生玻璃钢纤维划分3等级，且再生玻璃钢纤维整体尺寸均不小于0.3mm，长度较短，易于体系分散，能够充分发挥不同尺寸纤维的作用：小尺寸纤维长度较短、直径较细，在受力初期应力水平较低的情况下起到桥接作用，随着应力水平提高，小尺寸纤维拔出传递荷载；中尺寸纤维、大尺寸纤维陆续承担主要的荷载传递作用，使得不同的受力阶段基体更加均匀的承担荷载，不同尺度的纤维相互协同作用，进而保证了整体高韧性等优异的力学性能要求。本发明中氧化剂的加入量少于再生玻璃钢表面树脂的含量，使得表面能发生不同程度的蚀刻，显著提高了再生玻璃钢纤维和混凝土表面的啮合效果，且不会使纤维发生断裂，保证粘结性的前提保证了其连接效果，同时用纤维分散剂预先处理聚乙烯醇纤维，分散剂能直接作用于纤维表面，由于分散剂分子链中有亲水性基团，具有降低表面张力的作用，有助于水对纤维的湿润，提高聚乙烯醇纤维在混凝土中的分散性，在水泥基材料中均匀分布起到阻止微裂缝发展的作用，发挥两种纤维各自的优势，从而提高混凝土力学性能，为实际应用提供指导。
29.3.本发明采用具有混杂尺寸的高模量再生玻璃钢纤维和低模量聚乙烯醇纤维增强水泥基材料，受到外力荷载时，前期具有混杂尺寸的再生玻璃钢纤维在不同受力阶段发挥传递荷载作用，后期聚乙烯醇纤维发挥主要抗拉作用，分阶段对水泥基材料进行增韧阻裂。该混杂纤维高韧性混凝土具有优良的抗压强度和抗弯强度，同时操作工艺简单，便于施工，具有明显的社会效益和经济效益。
具体实施方式
30.为进一步说明本发明效果，下面通过实施例具体阐述。
31.本发明再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土的制备方法，具体步骤如下：
32.(1)再生玻璃钢纤维表面处理：
33.首先用蒸馏水对不同尺度的再生玻璃钢纤维表面进行清洗处理，蒸馏水和再生玻璃钢纤维质量比为(15:1)～(25:1)，处理时间为1h，再将再生玻璃钢纤维加入到氧化剂溶液中，使再生玻璃钢纤维表面树脂层发生不同程度的蚀刻，且不会使表面树脂全部蚀刻，处理6-10h后取出再用蒸馏水反复冲洗，在80℃烘干备用；
34.(2)聚乙烯醇纤维预分散处理：
35.取试验用水150份和分散剂加入磁力搅拌器中，搅拌0.5h，水温保持在20-30℃，然后加入聚乙烯醇纤维搅拌0.5-1h，直接将纤维-分散剂溶液混合料加入混凝土中拌和；
36.处理再生玻璃钢纤维时间合理控制，使其表面能够发生刻蚀且不会出现刻蚀深度过深的现象，能与水泥表面发生不同程度的啮合，增加连接作用；分散剂在搅拌温度下不会
发生水解，且不会影响混凝土的工作性能，能够保证分散剂增强纤维分散作用的目的。
37.(3)混杂纤维高韧性混凝土的拌合：
38.首先按计量将水泥、硅灰、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌2分钟，然后一边搅拌一边均匀加入处理的再生玻璃钢纤维，将减水剂和剩余试验用水的混合溶液加入搅拌机中搅拌均匀，随后均匀加入聚乙烯醇纤维-分散剂溶液混合料搅拌2-3分钟，最后加入消泡剂搅拌50s-1.5min；将拌合料装入模具中，振捣成型，静置24h后放入养护室中养护28天。
39.按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》gb/t50081-2019对本发明制备得到的混凝土进行力学性能测试，包括抗压强度、抗弯强度和劈裂强度。
40.下面给出具体实施例具体阐述：
41.实施例1：
42.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥850份，硅灰35份，细骨料1250份，粗骨料1800份，再生玻璃钢纤维大尺寸15份，中尺寸23份，小尺寸5份，聚乙烯醇纤维6.8份，减水剂7.0份，消泡剂6.3份，氧化剂溶液350份，分散剂0.3份，水400份。氧化剂溶液采用8％次氯酸钠溶液，分散剂采用聚丙烯酰胺。
43.制备方法的具体步骤如下：
44.(1)再生玻璃钢纤维表面处理：
45.首先用蒸馏水对纤维表面进行清洗处理，蒸馏水和纤维质量比为20：1，处理时间为1h，然后将纤维加入氧化剂溶液中，处理8h后，取出用蒸馏水反复冲洗，在80℃烘干备用；
46.(2)聚乙烯醇纤维预分散处理方法：
47.取试验用水150份和分散剂加入磁力搅拌器中搅拌0.5h，水温保持在20-30℃，然后加入聚乙烯醇纤维搅拌50min，直接将纤维-分散剂溶液混合料加入混凝土中拌和；
48.(3)混杂纤维高韧性混凝土的拌合顺序：
49.首先按计量将水泥、硅灰、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌2分钟，然后一边搅拌一边均匀加入处理的再生玻璃钢纤维，将减水剂和剩余试验用水的混合溶液加入搅拌机中搅拌均匀，随后均匀加入聚乙烯醇纤维-分散剂溶液混合料搅拌2-3分钟，最后加入消泡剂搅拌1分钟。将拌合料装入模具中，振捣成型，静置24h后放入养护室中养护28天。
50.实施例2：
51.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥950份，硅灰45份，细骨料1300份，粗骨料1950份，再生玻璃钢纤维大尺寸13份，中尺寸25份，小尺寸8份，聚乙烯醇纤维7.2份，减水剂6.8份，消泡剂6.8份，氧化剂溶液380份，分散剂0.4份，水430份。氧化剂溶液采用10％次氯酸钠溶液，分散剂采用甲基纤维素。
52.本实施例中再生玻璃钢纤维表面处理、聚乙烯醇纤维预分散处理和混杂纤维高韧性混凝土的拌合过程同实施例1。
53.实施例3：
54.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥1000份，硅灰50份，细骨料1200份，粗骨料1850份，再生玻璃钢纤维大尺寸10份，中尺寸28份，小尺寸10份，聚乙烯醇纤维7.0份，减水剂7.5份，消泡剂5.7份，氧化剂溶液400份，分散剂0.3份，水450份。氧化剂溶液采用0.15％高锰酸钾溶液，分散剂采用聚丙烯酰胺。
55.本实施例中再生玻璃钢纤维表面处理、聚乙烯醇纤维预分散处理和混杂纤维高韧
性混凝土的拌合过程同实施例1。
56.实施例4：
57.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥830份，硅灰45份，细骨料1200份，粗骨料1700份，再生玻璃钢纤维中尺寸30份，小尺寸10份，聚乙烯醇纤维6.5份，减水剂6.8份，消泡剂5.9份，氧化剂溶液350份，分散剂0.25份，水380份。氧化剂溶液采用0.2％高锰酸钾溶液，分散剂采用聚丙烯酰胺。
58.本实施例中再生玻璃钢纤维表面处理、聚乙烯醇纤维预分散处理和混杂纤维高韧性混凝土的拌合过程同实施例1。
59.实施例5：
60.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥900份，硅灰50份，细骨料1300份，粗骨料1800份，再生玻璃钢纤维中尺寸30份，聚乙烯醇纤维6.3份，减水剂7.5份，消泡剂6.0份，氧化剂溶液380份，分散剂0.4份，水450份。氧化剂溶液采用9％次氯酸钠溶液，分散剂采用聚丙烯酰胺。
61.本实施例中再生玻璃钢纤维表面处理、聚乙烯醇纤维预分散处理和混杂纤维高韧性混凝土的拌合过程同实施例1。
62.实施例6：
63.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥1000份，硅灰40份，细骨料1250份，粗骨料1700份，再生玻璃钢纤维小尺寸10份，聚乙烯醇纤维6.8份，减水剂8.1份，消泡剂6.5份，氧化剂溶液400份，分散剂0.3份，水400份。氧化剂溶液采用0.3％高锰酸钾溶液，分散剂采用甲基纤维素。
64.本实施例中再生玻璃钢纤维表面处理、聚乙烯醇纤维预分散处理和混杂纤维高韧性混凝土的拌合过程同实施例1。
65.对比例1：
66.水泥850份，硅灰35份，细骨料1250份，粗骨料1800份，再生玻璃钢纤维大尺寸15份，中尺寸23份，小尺寸5份，聚乙烯醇纤维6.8份，减水剂7.0份，消泡剂6.3份，水400份。本组实施例对纤维不进行任何处理。
67.混杂纤维高韧性混凝土的拌合顺序：
68.首先按计量将水泥、硅灰、细骨料和粗骨料加入搅拌机中搅拌2分钟，然后一边搅拌一边均匀加入再生玻璃钢纤维，将减水剂和水的混合溶液加入搅拌机中搅拌均匀，随后均匀加入聚乙烯醇纤维纤维搅拌2-3分钟，最后加入消泡剂搅拌1分钟。将拌合料装入模具中，振捣成型，静置24h后放入养护室中养护28天。
69.对比例2：
70.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥850份，硅灰35份，细骨料1250份，粗骨料1800份，再生玻璃钢纤维大尺寸15份，中尺寸23份，小尺寸5份，聚乙烯醇纤维6.8份，减水剂7.0份，消泡剂6.3份，氧化剂溶液350份，水400份。氧化剂溶液采用8％次氯酸钠溶液。
71.对比例3：
72.一种再生玻璃钢-聚乙烯醇混杂纤维高韧性混凝土，包括以下重量分数的组分：水泥850份，硅灰35份，细骨料1250份，粗骨料1800份，再生玻璃钢纤维大尺寸15份，中尺寸23
份，小尺寸5份，聚乙烯醇纤维6.8份，减水剂7.0份，消泡剂6.3份，分散剂0.3份，水400份。分散剂采用聚丙烯酰胺。
73.实施例1-及对比例1-3的相关性能测试结果如下表所示
[0074][0075]
将实施例1-6及对比例1-3进行力学性能比较，由表中数据可知，混杂纤维混凝土中将再生玻璃钢纤维表面进行氧化处理，聚乙烯醇纤维进行预分散处理可以显著提高力学强度，其中抗压强度提高47.6％，抗折强度提高42.5％，劈裂强度提高58.3％。其原因是不同尺寸的再生玻璃钢纤维和聚乙烯醇纤维优势互补，受到外力荷载时，再生玻璃钢纤维提高抗压强度，均匀分散的聚乙烯醇纤维抑制裂缝开裂和延伸。将实施例1-6进行比较可知，掺入再生玻璃钢纤维大尺寸15份、中尺寸23份和小尺寸5份时强度最高，但随着中尺寸、小尺寸增加，纤维团聚现象明显，在混凝土中分散不均匀，降低强度，且缺少一种或两种尺度时其力学综合性能也有所下降。当将比例1-3进行比较，再生玻璃钢纤维和聚乙烯醇纤维只对单一种纤维进行处理，另一种未做处理，混凝土强度会有小幅度提高，但不能达到最优，同时发现只对再生玻璃钢纤维进行氧化处理比只对聚乙烯醇纤维进行分散处理强度高。混凝土强度满足《混凝土质量控制标准》gb50164-2011对c40混凝土的要求，为玻璃钢纤维混凝土在工程中应用提供理论指导。
[0076]
本发明采用氧化剂对较粗尺寸的再生玻璃钢纤维表面进行氧化处理，在纤维表面发生刻蚀作用，留下错综复杂的纹理，纤维和混凝土界面形成力学啮合，提高拉拔力；使用纤维分散剂处理聚乙烯醇纤维，由于分散剂分子链中有亲水性基团，具有降低表面张力的作用，有助于水对纤维的湿润，提高分散。
[0077]
本发明未述及之处适用于现有技术。