CN101638301B

CN101638301B - 一种水泥基材料增韧用水镁石纤维膏及其制备方法

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Publication number: CN101638301B
Application number: CN200910023598A
Authority: CN
Inventors: 刘开平; 钟佳墙; 王振军; 张艳; 关博文; 张晓旭; 王尉和; 孙志华; 温久然
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: CN101638301A

Abstract

本发明涉及一种水泥基材料增韧用水镁石纤维膏及其制备方法，包括天然水镁石纤维、减水剂和水，重量配比为1∶(0.2-1.2)∶(0.15-0.75)，其中天然水镁石纤维为6级或7级纤维，将上述原料加入强制式机械搅拌机中混合搅拌5-15分钟，然后密闭放置24小时以上，用于水泥混凝土中作为增韧材料。水镁石纤维膏在水泥混凝土中的用量为水泥量的5-15％。拌合水泥混凝土时将水镁石纤维膏和其它原料同时加入搅拌机，搅拌2-4分钟即可。本发明用于混凝土，纤维劈分性好，在混凝土中易分散，施工工艺性好，成本低，混凝土拌合时可避免粉尘飞扬，纤维增韧作用明显。

Description

一种水泥基材料增韧用水镁石纤维膏及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料增韧材料，特别涉及一种水泥基材料增韧用水镁石纤维膏及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土是一脆性材料。它抗拉能力小，抗折强度低，变形性能差，难以抑制裂纹的萌生和扩展。一旦过载，混凝土就会出现断裂。尤其是高强混凝土和高标号高性能混凝土，脆性更大。因此，提高水泥混凝土的抗折强度和韧性以延长混凝土的使用寿命，是水泥混凝土材料的一个非常重要的研究方向。

在混凝土成分中引入增强纤维制成纤维混凝土复合材料是改善混凝土韧性、提高混凝土抗折强度的有效措施之一。它可以体现混凝土抗压强度高的特点，同时发挥纤维抗拉强度高的长处，还利用纤维在混凝土承载中的脱粘、拔出、桥接、载荷传递等作用，增加混凝土承载中吸收能量的能力，从而大大增加混凝土的抗裂性、韧性以及抗渗性、抗冲击性和疲劳强度。目前在工程中用到的纤维混凝土主要有：钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、以及合成有机纤维混凝土。这些纤维混凝土都无一例外地因为其中所用的增强纤维造价高昂而影响其广泛应用。因此，探索和研究具有较好的增强增韧作用，与硅酸盐水泥混凝土具有较好的结合性，且施工便利，经济可行的增强纤维材料，对于改善水泥混凝土材料的性能，具有一定的现实意义。

水镁石纤维是一种对人体无害的天然矿物纤维。与一般纤维材料相比，具有中等强度和很强的抗碱性，与水泥具有很好的结合强度。目前，国内已有将水镁石纤维用作轻质空心隔墙条板、水泥板、瓦、水泥砂浆、硅酸钙及微孔硅酸钙隔热材料中的增强材料，所用的水镁石纤维都是等级为五级以上的造价高的长纤维。国家发明专利号ZL200410026323.4和申请号200810232242.8分别介绍了以6级以下水镁石短纤维作为水泥混凝土及商品水泥砂浆增强材料的工艺及配比，其中水镁石纤维的应用方法是将纤维、水泥、砂、石及外加剂同时加入搅拌机中进行搅拌，得到混凝土或砂浆拌合物。这种应用方法虽然已使混凝土或砂浆性能得到提高，但不能更有效地发挥纤维的作用。这是因为水镁石纤维是一种天然产出的矿物纤维，以纤维聚集体形态产出。尽管在矿山加工中已经经过机械松解，但并没有使纤维聚集体完全解离。肉眼可见的单根纤维直径一般在微米以上量级，而实际上这些单根纤维是由很多更细小的纤维细丝聚集在一起的，纤维细丝的直径可达到纳米量级。一般的混凝土机械搅拌时间约0.5-3分钟。在这样短的搅拌时间内，难以将纤维聚集体完全劈分开。因此，水镁石纤维在水泥基材料中以纤维束状态存在。这些纤维束中纤维细丝间结合力较低，是材料受力破坏的薄弱点。另外，纤维不能以单个细丝均布于水泥基体中，难以充分发挥每个纤维丝的增强增韧作用。而混凝土或砂浆制备中也不能长时间混合搅拌。过长的搅拌时间不但会使混凝土或砂浆生产效率降低，而且由于砂石的磨损作用，会使纤维受损而强度下降。另外，在水泥混凝土或水泥砂浆拌合时直接使用水镁石纤维干粉还有可能造成粉尘飞扬，对生产环境不利。还有，在混凝土或砂浆拌合的有些场合，比如偏远山区的道路工程施工时，由于运输条件的限制，难以应用商品混凝土，大多采用现场拌合楼进行混凝土制备。由于设备条件限制，混凝土现场制备中很难应用液体减水剂以及用量很少的其它外加剂，这对于混凝土性能的提高不利。因此，开发一种既能发挥水镁石短纤维的增韧作用，也不降低混凝土或砂浆生产效率，还可避免混凝土或水泥砂浆拌合时纤维飞扬，便于在水泥混凝土或水泥砂浆中应用液体外加剂及用量很少的其它外加剂的工艺方法，对于发挥水镁石纤维对混凝土或砂浆的增韧作用，改善混凝土或砂浆的制备工艺或施工性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种水镁石纤维膏及其制造方法，用于水泥基材料的增韧，可在水泥混凝土或砂浆拌合时避免粉尘飞扬，同时施工工艺性好、利于在混凝土或砂浆中应用液体减水剂或其它外加剂。

本发明水镁石短纤维在水泥基复合材料中的应用，不但降低水泥基材料的生产效率，且能有效劈分纤维束，并使纤维易于在水泥基体中分散，利于纤维增韧作用的发挥。

本发明是通过以下技术方案实现的：

包括天然水镁石纤维、减水剂和水，天然水镁石纤维∶高效减水剂∶水的重量配比为1∶(0.2-1.2)∶(0.15-0.75)。

其中天然水镁石纤维为6级或7级纤维。

是将水镁石纤维、减水剂和水按重量配比为1∶(0.2-1.2)∶(0.15-0.75)加入强制式机械搅拌机中混合搅拌5-15分钟，然后密闭放置24小时，即可。用于混凝土或水泥砂浆中。通过纤维膏的制备，可以使纤维束在减水剂的作用下得到预劈分。

减水剂是指萘系高效减水剂或氨基磺酸盐减水剂或三聚氰胺甲醛减水剂或脂肪族减水剂，或以上各种减水剂的混合物。这些减水剂一般均是阴离子型表面活性剂，它们既能在混凝土或砂浆中起减水作用，还能对水镁石纤维束起化学松解作用。

还可以加入其它外加剂，是指可改善混凝土某些性能的外加剂。例如能改善混凝土工作性和抗冻性的引气剂，调节混凝土凝结时间及早期强度的缓凝剂、促凝剂、早强剂，改善混凝土的耐久性的防水剂等。

拌合水泥混凝土或水泥砂浆时将水镁石纤维膏和水泥、砂、石和水同时加入混凝土搅拌机中，搅拌2-4分钟即可。水镁石纤维膏在水泥混凝土或水泥砂浆中的用量为水泥量的5-15％。

附图说明

图1是水镁石纤维膏混凝土样断面的SEM照片

图2是水镁石干纤维混凝土样断面的SEM照片。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1

将7级水镁石纤维、萘系高效减水剂和自来水按1∶0.25∶0.75的质量比加入强制式机械搅拌机中，搅拌10分钟得到水镁石纤维膏，密闭静置24小时备用。

将P.0.42.5^#普通硅酸盐水泥，细度模数2.8的河砂及粒度4.75-31.5mm连续级配石灰石碎石、自来水以及水镁石纤维膏投入强制式混凝土搅拌机中搅拌3分钟，得到新拌水镁石纤维混凝土材料。其中水泥用量为350Kg/M³，水灰比0.38(含水镁石纤维膏中用水)，砂率0.37。水镁石纤维膏用量为水泥用量的8％。

为比较，在相同原材料及用量情况下，将水镁石纤维膏换成水镁石干纤维和萘系高效减水剂干粉，纤维及减水剂的相对用量与水镁石纤维膏折算量相同。将所有原料同时投入强制式混凝土搅拌机中搅拌相同时间，得到水镁石干纤维混凝土对比样。

同时，在其它原材料相同的情况下，取消水镁石纤维，在相同的制备条件下得到无纤维的普通混凝土对比样。

测试试验样及两个对比样的新拌混凝土塌落度，然后注模成型和标准养护，测试混凝土的抗压、抗折强度。结果见表1。

表1实施例1混凝土试验结果

纤维砼类别	塌落度，mm	28d抗压，MPa	28d抗折，MPa	抗压/抗折比值
					纤维膏样	30	45.3	7.3	6.2
干纤维样	40	42.8	5.7	7.5
					无纤维样	30	42.5	4.7	9.0

从表可知，纤维膏样抗折强度明显高于干纤维样及无纤维样，混凝土的抗压强度/抗折强度比明显低于干纤维样及无纤维样，说明混凝土韧性较好。

从图1、图2可知，纤维膏混凝土样中纤维以细丝状分散与混凝土中，而干纤维样纤维以束状存在于混凝土中，且分散不均。说明以纤维膏形式有利于纤维增强增韧作用的发挥。

实施例2

将6级水镁石纤维、固含量27％氨基磺酸盐高效减水剂、缓凝剂乙二醇和自来水按1∶1.2∶0.01∶0.29的质量比加入强制式机械搅拌机中，搅拌15分钟得到水镁石纤维膏，密闭静置24小时备用。

将实施例1相同的水泥，砂、碎石、自来水，与本例水镁石纤维膏同时投入强制式混凝土搅拌机中搅拌2.5分钟，得到新拌水镁石纤维混凝土材料。水镁石纤维膏用量为水泥用量的10％。测得新拌混凝土坍落度40mm，28d抗压强度7.1MPa，28d抗折强度44.7MPa，抗压/抗折强度比为6.3。

实施例3

将7级水镁石纤维、6级水镁石纤维、固含量35％脂肪族高效减水剂、防水剂三氯化铁和自来水按0.8∶0.2∶0.8∶0.85∶0.35的质量比加入强制式机械搅拌机中，搅拌10分钟得到水镁石纤维膏，密闭静置24小时备用。

将与实施例1相同的水泥，砂、碎石、自来水，与本例水镁石纤维膏同时投入强制式混凝土搅拌机中搅拌4分钟，得到新拌水镁石纤维混凝土材料。水镁石纤维膏用量为水泥用量的12％。测得新拌混凝土坍落度30mm，28d抗压强度44.8MPa，28d抗折强度7.6MPa，抗压/抗折强度比为5.9。

实施例4

将固含量27％的氨基磺酸盐减水剂、萘系高效减水剂干粉和固含量28％三聚氰氨甲醛高效减水剂按0.5∶0.1∶0.4的质量比混合得到复合减水剂。将7级水镁石纤维、复合减水剂和自来水按1∶0.8∶0.2的质量比加入强制式机械搅拌机中，搅拌8分钟得到水镁石纤维膏，密闭静置24小时备用。

将与实施例1相同的水泥，砂、碎石、自来水，与本例水镁石纤维膏同时投入强制式混凝土搅拌机中搅拌3.5分钟，得到新拌水镁石纤维混凝土材料。水镁石纤维膏用量为水泥用量的8％。测得新拌混凝土坍落度50mm，28d抗压强度45.9MPa，28d抗折强度8.2MPa，抗压/抗折强度比为5.6。

实施例5

将7级水镁石纤维、固含量27％的氨基磺酸盐减水剂、引气剂十二烷基苯磺酸钠和自来水按1∶1.19∶0.01∶0.3的质量比加入强制式机械搅拌机中，搅拌12分钟得到水镁石纤维膏，密闭静置24小时备用。

将与实施例1相同的砂、碎石、自来水，以及P.C.32.5^#复合硅酸盐水泥及本例水镁石纤维膏同时投入强制式混凝土搅拌机中搅拌3分钟，得到新拌水镁石纤维混凝土材料。P.C.32.5^#复合硅酸盐水泥用量为360Kg/M³。水镁石纤维膏用量为水泥用量的9％。测得新拌混凝土坍落度30mm，28d抗压强度35.9MPa，28d抗折强度5.7MPa，抗压/抗折强度比为6.3。

为比较，将本例中水镁石纤维膏换成水镁石纤维干粉、固含量27％的氨基磺酸盐减水剂及引气剂干粉，不经过预先搅拌制作纤维膏的工艺，而是将纤维、减水剂、引气剂与砂、石、水泥及水同时加入混凝土搅拌机中搅拌3分钟得到新拌混凝土。测得其坍落度50mm，硬化混凝土28d抗压强度35.3MPa，28d抗折强度4.2MPa，抗压/抗折强度比为8.4，韧性明显低于纤维膏样。

Claims

1.一种水泥基材料增韧用水镁石纤维膏，其特征在于，包括天然水镁石纤维、减水剂和水，天然水镁石纤维∶高效减水剂∶水的重量配比为1∶(0.2-1.2)∶(0.15-0.75)，其中天然水镁石纤维为6级或7级纤维。

2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料增韧用水镁石纤维膏，其特征在于，减水剂为萘系高效减水剂、三聚氰氨甲醛高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂、脂肪族高效减水剂或它们的混合物。

3.一种水泥基材料增韧用水镁石纤维膏的制备方法，其特征在于，是将水镁石纤维、减水剂和水按重量配比为1∶(0.2-1.2)∶(0.15-0.75)加入强制式机械搅拌机中混合搅拌5-15分钟，然后密闭放置24小时，即可；其中天然水镁石纤维为6级或7级纤维。