CN102166780B - 应用纺织光纤技术制备透光混凝土方法 - Google Patents

Abstract

应用纺织光纤技术制备透光混凝土方法属于新型建筑材料领域。本发明采用选用有机质多模光纤，光纤的直经为2～200μm，把光纤进行一定规则的纺织成型为纤维布或纤维集成体，并作为传输光线的导体以实现水泥混凝土材料透光传像等特殊效果，光纤在砌块内的体积分数可以大大降低到为5～15％。该类材料具有透光稳定性好、制备工艺方便、装饰效果可以设计等优点，是新型的第二代透光水泥混凝土材料。

Description

应用纺织光纤技术制备透光混凝土方法

技术领域

本发明属于新型混凝土材料技术领域。具体涉及一种高透光性、高耐久性的水泥基透光材料的制备方法。与普通的透光水泥基材料相比，该种水泥基透光材料具有制备工艺简单、节约50％以上光纤、透光性能良好等特点，在促进建筑照明节能、建筑装饰领域具有广阔的应用前景。 

背景技术

目前虽然已有关于水泥基透光混凝土的相关报道，但是关于水泥基透光材料的具体材料组成和制备工艺的报道很少，仅仅已经知道的其基本特点是：大量的光纤丝以平行排列组合方式埋入硅酸盐水泥基材料基体中，硅酸盐水泥基体材料为细集料、高流态的水泥净浆或混凝土。透光原理是依靠大量光纤在砌块的侧表面之间传输光线，当这些砌块置于光源之前时，砌块就能透光。 

上述透光混凝土材料虽然也能够实现混凝土材料的透光性能，但是从组成和制备方法分析，还存在以下问题，影响了该材料的性能和应用，具体如下： 

1)材料成本较高：光纤体积掺量最高达到30％左右，造成透光水泥基材料的制造成本较高。 

2)容易发生碱腐蚀：已有的制备方法是采用光纤平行排列埋入硅酸盐水泥混凝土基体从而实现透光，但是由于光纤本身都是采用的第一代以玻璃做芯线的光纤，容易与高碱度的硅酸盐水泥基体发生碱——硅酸盐反应，造成玻璃芯腐蚀，影响水泥基材料的耐久性。 

3)容易产生收缩裂纹：硅酸盐水泥混凝土基体水化后体积变小，硬化收缩比较大，而且纤维平行排列，没有限制收缩的作用，容易形成收缩裂纹。 

4)材料的透光效果不高：由于光纤束多采用平行排列埋入水泥基体材料中，缺乏光纤空间结构分布设计，因此在相同纤维体积掺量条件下，材料透光的效率不高。 

5)试样制备难度大：第一代以玻璃做芯线的光纤脆性大，加工和成型过程 中容易折断；同时光纤束成型工艺中不能密实振捣，在振捣过程中容易混杂和改变方向，如果发生上述现象，则严重影响试件的透光率，同时试件的制备难度大。 

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供了一种应用纺织光纤技术制备透光混凝土方法，特征如下： 

●各组分如下： 

水泥砂浆：硫铝酸盐水泥砂浆，28天抗压强度大于30MPa，砂浆中集料最大颗粒直径不超过6mm，标准稠度在11～15cm； 

光纤：采用有机合成多模光纤，芯料直径/光纤直径为50/125μm，外层涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯，体积掺量5～15％； 

材料保护剂：有机硅油。 

●水泥基透光材料的成型工艺如下： 

制备出符合要求的硫铝酸盐水泥砂浆。 

将光纤材料由多轴向经编机编织成3D和2D织物，具体方式如下： 

1)3D向织物：由多层伸直且平行排列的XY方向的纤维层利用Z轴向纤维绑缚在一起而形成，形成多层空间结构，即XY方向为平行排列光纤，而Z向为连接纤维，连接纤维可为光纤或普通纤维。2)2D纤维织物：在XY方向由2层相互垂直的光纤束构成，其中每层纤维平行排列。 

将纺织好的2D光纤织物平行平铺于试模中，分层铺设，铺设3～5层后，或将纺织好的具有多层空间结构的3D光纤织物提拉展开并加以固定后，再浇注新拌水泥浆体，然后用振捣棒插捣密实。如此反复，直到试模内部全部充满水泥浆体和光纤织物。 

将含有光纤织物的水泥浆体试件在潮湿的环境下养护到14天以上保证其具有足够的强度，然后将硬化水泥试体用切割机切割，最后将切割断面打磨抛光后，对断面进行有机硅油喷涂，从而得到透光水泥基材料。 

本发明从材料组成和制备工艺各角度进行了创新，主要优点如下： 

1)材料成本降低：光纤体积掺量最高仅为15％左右，比原有技术降低1倍以上，显著降低了制造成本。 

2)不容易发生碱腐蚀：采用硫铝酸盐水泥替代硅酸盐水泥，由于水泥的水化产物不存在高碱性的氢氧化钙，而且光纤芯为有机合成材料，因此可以消除碱——硅酸盐反应。 

3)不容易产生收缩裂纹：与硅酸盐水泥不同，硫铝酸盐水泥水化后体积微膨胀，不会产生体积收缩问题，且早期强度和后期强度高，同时空间立体排列的纤维网络可以有效地限制体积变形，因此可以避免传统透光材料形成的收缩裂纹问题。 

4)材料的透光效果显著提高：第二代合成光纤具有芯线透射率高、涂层折射率低、光能损耗低等优点，而且光纤网络在基体中采用2D和3D织物形式对纤维的空间结构进行综合设计，显著降低了纤维掺量，在相同纤维体积掺量条件下，提高了透光效果。 

5)试样制备难度降低：第二代合成材料做芯线的光纤柔软度显著优于玻璃质光纤，而且加工技术简单，可方便地根据需要来加工光纤长度和编制成各种形状的织物，织物仅仅平铺或提拉展开固定在试模中，然后浇注水泥砂浆即可，保证了成型工艺的方便和准确性。 

通过上述材料、制备工艺和成型方法的革新，可以制备出新型透光混凝土材料，与普通透光水泥基材料相比，具有透光效果好、制备工艺方便等优点，是新型的第二代透光水泥混凝土材料。 

附图说明

图1 3D光纤织物 

图2 2D光纤织物 

具体实施方式

实施例子1、2中所用的原材料分别如下：水泥为42.5硫铝酸盐水泥和52.5硫铝酸盐水泥，质量均为1000g；集料最大粒径分别为3mm和6mm，质量分别为3000g和1000g；水的质量分别为500g和300g；测得砂浆稠度分别为11cm和15cm；所配制的水泥砂浆强度等级分别为30MPa和75MPa；光纤选用了有机合成多模光纤，芯料直径/光纤直径为50/125μm，纤维织物分为3D和2D纤维织物，3D织物Z方向的连接纤维为普通纤维。具体加工工艺和方法如前所述，另外，将纺织好的2D光纤织物平行平铺于试模中，分层铺设，对于实施例1、 实施例2分别铺设3层和5层，每层高度分别为试模高度的的1/4和1/6；或将纺织好的具有多层空间结构的3D光纤织物提拉展开并加以固定，对于实施例1、实施例2，3D织物分别为3层和5层，每层高度分别为试模高度的1/4和1/6，再浇注新拌水泥浆体，然后用振捣棒插捣密实。如此反复，直到试模内部全部充满水泥浆体和光纤织物。 

试件尺寸为40mm×40mm×100mm，测试指标为试件养护14天和28天的抗压抗折强度及透光率。透光率的检测采用分光光度法测试。光纤束方向及透光方向为试件的两个侧面之间的方向。 

实施例的测试结果如表1、表2所示。 

表1强度等级30MPa、集料最大颗粒为3mm砂浆的测试结果 

表2强度等级75MPa、集料最大颗粒为6mm砂浆的测试结果 

Claims (1)

1.应用纺织光纤技术制备透光混凝土方法，其特征在于：

各组分如下：

水泥砂浆：硫铝酸盐水泥砂浆，28天抗压强度大于30MPa，砂浆中集料最大颗粒直径不超过6mm，稠度在11～15cm；

光纤：采用有机合成多模光纤，芯料直径/光纤直径为50/125μm，外层涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯，体积掺量5～15％；

材料保护剂：有机硅油；

步骤如下：

制备出符合上述要求的硫铝酸盐水泥砂浆；

将光纤材料由多轴向经编机编织成3D或2D织物，具体方式如下：

3D向织物：由多层伸直且平行排列的XY方向的纤维层利用Z轴向纤维绑缚在一起而形成，形成多层空间结构，即XY方向为平行排列光纤，而Z向为连接纤维，连接纤维可为光纤或普通纤维；2D纤维织物：在XY方向由2层相互垂直的纤维构成，其中每层纤维平行排列；

将纺织好的2D光纤织物平行平铺于试模中，分层铺设，铺设3～5层后，或将纺织好的具有多层空间结构的3D光纤织物提拉展开并加以固定后，再浇注新拌水泥浆体，然后用振捣棒插捣密实；如此反复，直到试模内部全部充满水泥浆体和光纤织物；

将含有光纤织物的水泥浆体试件在潮湿的环境下养护到14天以上保证其具有足够的强度，然后将硬化水泥试体用切割机切割，最后将切割断面打磨抛光后，对断面进行有机硅油喷涂，从而得到透光水泥基材料。 

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