一种碳纤维复合混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，尤其是一种碳纤维复合混凝土及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 纤维增强混凝土按纤维力学性能可分为高弹性模量纤维混凝土和低弹性模量纤 维混凝土。高弹性模量纤维混凝土在未产生裂纹之前，因纤维弹性模量较高，根据"混合定 律"，复合材料的弹性模量岁纤维掺量增加而增加，开裂后主要是纤维受力。低弹性模量纤 维混凝土一般易发生较大的蠕变，在裂缝形成发展阶段，纤维承受大部分应力，在持续的高 应力作用一定时间后，复合材料会产生显著的变形。在混凝土中加入纤维的类型主要有钢 纤维、聚酯纤维、碳纤维等，但钢纤维不耐腐蚀且自重大，拌合难度大，不易施工;聚酯纤维 具有碱性，可与混凝土在内部发生碱化反应，影响混凝土的使用性能;而碳纤维具有高弹性 模量、高强度、低密度、耐腐蚀的有点，在普通混凝土中加入碳纤维制成的碳纤维内约束混 凝土，具有良好的力学性和耐久性能，运用前景十分广阔。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种抗裂、抗拉性能高，能满足不同施工要求 的碳纤维复合混凝土及其制备方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0005] -种碳纤维复合混凝土，所述复合混凝土的质量份组成如下:硅酸盐水泥5-10份、 天然细河砂10-20份、碎石15-30份、硅灰3-6份、粉煤灰1-2份、减水剂3.5-7份，所述天然细 河砂的最大粒径小于3mm，所述碎石的最大粒径小于8mm;所述复合混凝土中还添加有短切 碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维，所述短切碳纤维的用量为混凝土总体积的0.8_ 2.1 %，钢纤维的用量为混凝土总体积的0.2-0.5%，所述棒状X型聚丙烯纤维的用量为混凝 土总体积的〇. 1-0.3 %，所述碳纤维复合混凝土中水料比为0.6-0.7。
[0006] 进一步的，所述短切碳纤维的性能指标如下：纤维直径6.8μηι，拉伸强度3900MPa， 拉伸模量238GPa，伸长率1 · 72%，密度1 · 79g/cm3〇
[0007] 进一步的，所述短切碳纤维采用PAN基碳纤维或沥青基碳纤维中的至少一种。
[0008] 进一步的，所述短切碳纤维采用PAN基碳纤维和沥青基碳纤维的混合物，其质量比 为1:1·2-1·3〇
[0009] 进一步的，所述减水剂的质量份组成如下:β-萘磺酸盐甲醛缩合物15-25份、羟丙 基甲基纤维素8-12份、烯丙醇聚氧乙烯醚5-8份、丙烯酸聚乙二醇酯3-5份、聚二甲基硅氧烷 3-5份、肌醇六磷酸酯1.2-1.8份、茶皂素1.2-2.8份。
[0010] 进一步的，所述减水剂的质量份组成如下:β-萘磺酸盐甲醛缩合物20份、羟丙基甲 基纤维素10份、烯丙醇聚氧乙烯醚7份、丙烯酸聚乙二醇酯4份、聚二甲基硅氧烷4份、肌醇六 磷酸酯1.5份、茶皂素2份。
[0011] 进一步的，所述钢纤维为多锚点的弓形钢纤维。
[0012] 进一步的，所述复合混凝土中短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维三者的合 计添加量为混凝土总体积的1.2%。
[0013] 进一步的，所述复合混凝土的质量份组成如下:硅酸盐水泥8份、天然细河砂15份、 碎石28份、娃灰5份、粉煤灰1.5份、减水剂5份，所述天然细河砂的最大粒径小于3mm，所述碎 石的最大粒径小于8mm;所述复合混凝土中还添加有短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯 纤维，所述短切碳纤维的用量为混凝土总体积的〇 . 8%，钢纤维的用量为混凝土总体积的 0.3%，所述棒状X型聚丙烯纤维的用量为混凝土总体积的0.1%，所述碳纤维复合混凝土中 水料比为0.65。
[0014]制备一种碳纤维复合混凝土的方法，包括以下步骤：
[0015] (1)将短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维与硅灰、粉煤灰混合搅拌均匀后 加入硅酸盐水泥中，混合搅拌均匀的到混合物；
[0016] (2)将天然细河砂、碎石与步骤（1)中得到的混合物加入搅拌机中进行干拌，然后 加入减水剂和水，搅拌混合均与得到碳纤维复合混凝土。
[0017] 本发明中钢纤维的规格:50mmX Φ 1.0臟，9195#冷乳薄板材质。
[0018] 本发明中棒状X型聚丙烯纤维的规格:19mmX Φ18μηι。
[0019]采用本发明的技术方案的有益效果是：
[0020] 1、本发明中将短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维三元混杂添加于混凝土 中，能够进一步挖掘钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维的潜力，发挥出三种纤维的混杂效应以及 尺寸效应，相对于钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维二元混杂使用的方式，在保留聚丙烯单丝纤 维优良的混凝土前期阻裂以及开裂后期增韧作用的同时，能够充分发挥塑钢纤维的微筋材 效应，发挥其增强增韧效用；
[0021] 2、本发明中短切碳纤维的使用能有效减少单位纤维混凝土的自重，并且明显降低 单位纤维混凝土的价格，极大的提高了混凝土的性价比；
[0022] 3、本发明含有复合纤维的高性能混凝土，三元纤维的添加量极少，生产成本低、可 适用于各种标号的混凝土的配制，特别适用于C50或以上的高标号、力学性能和韧性要求高 的混凝土的配制。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0024] 实施例1
[0025] 一种碳纤维复合混凝土，所述复合混凝土的质量份组成如下：硅酸盐水泥5份、天 然细河砂10份、碎石15份、硅灰3份、粉煤灰1份、减水剂3.5份，所述天然细河砂的最大粒径 小于3mm，所述碎石的最大粒径小于8mm;所述复合混凝土中还添加有短切碳纤维、钢纤维和 棒状X型聚丙烯纤维，所述短切碳纤维的用量为混凝土总体积的0.8%，钢纤维的用量为混 凝土总体积的0.2%，所述棒状X型聚丙烯纤维的用量为混凝土总体积的0.1 %，所述碳纤维 复合混凝土中水料比为0.6。
[0026] 优选的，所述短切碳纤维的性能指标如下：纤维直径6.8μπι，拉伸强度3900MPa，拉 伸模量238GPa，伸长率1 · 72%，密度1 · 79g/cm3〇 [0027]优选的，所述短切碳纤维采用PAN基碳纤维。
[0028]优选的，所述减水剂的质量份组成如下:β-萘磺酸盐甲醛缩合物15份、羟丙基甲基 纤维素8份、烯丙醇聚氧乙烯醚5份、丙烯酸聚乙二醇酯3份、聚二甲基硅氧烷3份、肌醇六磷 酸酯1.2份、茶皂素1.2份。
[0029]优选的，所述钢纤维为多锚点的弓形钢纤维。
[0030] 实施例2
[0031] 一种碳纤维复合混凝土，所述复合混凝土的质量份组成如下：硅酸盐水泥6份、天 然细河砂12份、碎石18份、硅灰4份、粉煤灰1.2份、减水剂4份，所述天然细河砂的最大粒径 小于3mm，所述碎石的最大粒径小于8mm;所述复合混凝土中还添加有短切碳纤维、钢纤维和 棒状X型聚丙烯纤维，所述短切碳纤维的用量为混凝土总体积的1%，钢纤维的用量为混凝 土总体积的〇.3%，所述棒状X型聚丙烯纤维的用量为混凝土总体积的0.1 %，所述碳纤维复 合混凝土中水料比为0.6。
[0032] 优选的，所述短切碳纤维的性能指标如下：纤维直径6.8μπι，拉伸强度3900MPa，拉 伸模量238GPa，伸长率1 · 72%，密度1 · 79g/cm3〇
[0033] 优选的，所述短切碳纤维采用沥青基碳纤维。
[0034] 优选的，所述减水剂的质量份组成如下:β-萘磺酸盐甲醛缩合物18份、羟丙基甲基 纤维素9份、烯丙醇聚氧乙烯醚6.5份、丙烯酸聚乙二醇酯4份、聚二甲基硅氧烷4份、肌醇六 磷酸酯1.5份、茶皂素1.5份。
[0035]优选的，所述钢纤维为多锚点的弓形钢纤维。
[0036] 实施例3
[0037] 一种碳纤维复合混凝土，所述复合混凝土的质量份组成如下：硅酸盐水泥8份、天 然细河砂15份、碎石28份、硅灰5份、粉煤灰1.5份、减水剂5份，所述天然细河砂的最大粒径 小于3mm，所述碎石的最大粒径小于8mm;所述复合混凝土中还添加有短切碳纤维、钢纤维和 棒状X型聚丙烯纤维，所述短切碳纤维的用量为混凝土总体积的0.8%，钢纤维的用量为混 凝土总体积的0.3%，所述棒状X型聚丙烯纤维的用量为混凝土总体积的0.1 %，所述碳纤维 复合混凝土中水料比为0.65。
[0038] 优选的，所述短切碳纤维的性能指标如下：纤维直径6.8μπι，拉伸强度3900MPa，拉 伸模量238GPa，伸长率1 · 72%，密度1 · 79g/cm3〇
[0039] 优选的，所述短切碳纤维采用PAN基碳纤维和沥青基碳纤维的