CN103979899B - 一种混杂纤维混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混杂纤维混凝土的制备方法，其原料由硅酸盐水泥、混杂纤维、石灰、石膏、火山灰、减水剂、增稠剂和早强剂组成，混杂纤维由稻草纤维、石棉纤维、黄麻纤维和粘胶纤维的组成，减水剂的原料由马来酸酐、丙烯酸、烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺、过硫酸铵组成；早强剂由氯化镁、亚硫酸钠、乙二醇、脱硫石膏、二氧化硅、膨润土和芒硝混合而成。本发明采用了四种纤维作为混凝土的增强材料，并提供了配套使用的减水剂和早强剂。利用本发明的制备方法制备的混杂纤维混凝土不仅强度高、整体性能好，而且成本还较低廉，适用于建筑工程的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种混杂纤维混凝土的制备方法，属于建筑工程的技术领域。
背景技术
纤维混凝土是由纤维和水泥基料组成的复合材料，其具有强度高、耐腐蚀性好的优点，在建筑领域得到了越来越多的应用。纤维混凝土中常用的纤维增强材料包括有机化合物纤维、碳纤维、玻璃纤维、钢纤维等。虽然这些纤维能够在一定程度上提高混凝土的性能，但是由于其生产成本较高，因此使得混凝土的造价增加很多。
为了降低纤维混凝土的成本，近年来开始逐渐发展使用植物纤维作为代替。另一方面，我国作为农业大国，却对农作物秸秆的利用率非常小。很多农作物秸秆被焚烧，不仅造成空气的污染，而且还造成了资源的巨大浪费。现有技术中对植物纤维混凝土的研究一般都是针对单独的一种植物纤维，例如稻草或玉米秸秆。众所周知，单纯的植物纤维由于其强度较差，因此可能会影响混凝土的强度。而且，由于植物纤维与混凝土基体之间的粘结力不够强，因此可能导致混凝土整体性能差的特点。
为此，现有技术中需要一种强度更高、整体性能更好的纤维混凝土。
发明内容
本发明涉及一种混杂纤维混凝土的制备方法，其中的混杂纤维不仅包括了取材广泛、成本低廉的植物纤维，而且还包括了可以进一步增大强度和粘结性的石棉纤维和粘胶纤维。并且，本发明还提供了与本发明的混杂纤维混凝土配套使用的减水剂和早强剂，使得利用本发明的制备方法制备的混杂纤维混凝土不仅强度高、整体性能好，而且成本还较低廉。需要说明的是，在目前的现有技术中，尚没有出现过同时使用上述四种纤维的混凝土材料。本发明的混杂纤维混凝土的性价比优于普通的纤维混凝土，是建筑领域中首次使用以上四种纤维作为增强材料的混凝土。另外，本发明还针对该类型的混杂纤维混凝土提出了相应类型的减水剂和早强剂，这也是现有技术中没有出现过的类型。
本发明涉及一种混杂纤维混凝土的制备方法，混杂纤维混凝土的原料由质量比为1∶0.09-0.12∶0.5-0.6∶0.3-0.4∶2.3-2.5∶0.02-0.03∶0.02-0.03∶0.012-0.013的硅酸盐水泥、混杂纤维、石灰、石膏、火山灰、减水剂、增稠剂和早强剂组成，水灰比为0.25-0.32；其中，混杂纤维由质量比为0.04-0.05∶0.03-0.04∶0.01-0.02∶0.01的稻草纤维、石棉纤维、黄麻纤维、粘胶纤维组成；减水剂的原料由马来酸酐、丙烯酸、烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺、过硫酸铵组成，各组分的质量比为1∶0.8-1.2∶2.2-2.5∶1.3-1.5∶0.7-0.9∶0.1-0.13；早强剂由氯化镁、亚硫酸钠、乙二醇、脱硫石膏、二氧化硅、膨润土和芒硝按照质量比为1∶2.05-2.15∶0.12-0.14∶0.51-0.52∶0.05-0.07∶0.04-0.055∶0.9-0.95混合而成；
制备方法包括以下步骤：
一、混杂纤维的准备
将稻草纤维和黄麻纤维放入质量分数为9％的脲醛树脂水溶液浸泡30-40分钟，取出沥干水分以后，再重复两次；
将石棉纤维放入质量分数为13％、温度为40℃的氢氧化钾溶液中浸泡10分钟，取出沥干水分；
二、减水剂的制备
将烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚和酰亚胺投入带有搅拌片、冷凝管和温度计的三颈烧瓶中，配成质量分数为24％的去离子水混合溶液，升温到75-78℃至全部溶解；
将由马来酸酐和丙烯酸溶于去离子水制成的质量分数为6％的溶液也倒入烧瓶中，并将温度调整至62-64℃后加入过硫酸铵；
保温2-3小时后加入质量分数为30％的氢氧化钾溶液中和至中性；
三、混凝土的搅拌
在搅拌器中将硅酸盐水泥、石灰、石膏和火山灰干拌均匀，按照水灰比为0.25-0.32的比例加入水并接着搅拌10分钟；
将稻草纤维和黄麻纤维预热到60℃，加入搅拌器中，搅拌3-5分钟；
将石棉纤维和粘胶纤维预热到60℃，加入搅拌器中，接着搅拌3-5分钟；
四、减水剂、早强剂和增稠剂的加入
在混凝土中加入上述减水剂、早强剂和聚丙烯酰胺增稠剂，搅拌20-25分钟至混合均匀。
优选地，硅酸盐水泥、稻草纤维、石棉纤维、黄麻纤维、粘胶纤维、石灰、石膏、火山灰、减水剂、增稠剂和早强剂的质量比为1∶0.04∶0.04∶0.02∶0.01∶0.52∶0.38∶2.41∶0.03∶0.02∶0.012，水灰比为0.27。更优选地，稻草纤维的长度为2-3cm、宽度为1.5-2mm。
优选地，在减水剂中，马来酸酐、丙烯酸、烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺、过硫酸铵的质量配比为1∶0.9∶2.5∶1.5∶0.9∶0.12。
更优选地，早强剂中的氯化镁、亚硫酸钠、乙二醇、脱硫石膏、二氧化硅、膨润土和芒硝的质量比为1∶2.1∶0.13∶0.52∶0.07∶0.05∶0.92。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本发明的实施例进行详细说明。
本发明的混杂纤维混凝土的原料由硅酸盐水泥、混杂纤维、石灰、石膏、火山灰、减水剂、增稠剂和早强剂组成，上述各组分的质量比(将水泥的质量设为基准值1)依次为1∶(0.09-0.12)∶(0.5-0.6)∶(0.3-0.4)∶(2.3-2.5)∶(0.02-0.03)∶(0.02-0.03)∶(0.012-0.013)，水灰比为0.25-0.32；其中，混杂纤维由质量比分别为0.04-0.05的稻草纤维、0.03-0.04的石棉纤维、0.01-0.02的黄麻纤维、0.01的粘胶纤维组成。
优选地，硅酸盐水泥、稻草纤维、石棉纤维、黄麻纤维、粘胶纤维、石灰、石膏、火山灰、减水剂、增稠剂和早强剂的质量比为1∶0.04∶0.04∶0.02∶0.01∶0.52∶0.38∶2.41∶0.03∶0.02∶0.012，水灰比为0.27。
稻草纤维要求干燥、外观良好，并被切成丝状，其长度以2-3cm、宽度以1.5-2mm为宜。石棉纤维是一种硅酸盐类矿物纤维，是由岩石受动力变质条件产生，其具有较高的强度。黄麻在我国长江流域和华南地区均有广泛的分布，其横截面是许多呈锐角且不规则的多角形纤维细胞集合在一起的纤维束，束纤维截面中含有5～30根单纤维，单纤维之间由较狭窄的中间层分开，中腔呈圆形或卵形。稻草纤维、石棉纤维和黄麻纤维均具有取材范围广，成本较低的优点。粘胶纤维则是一种人造纤维，其具有吸湿性好、粘结强度高的优点，因此具有较高的强力和耐疲劳性能，其在本发明中的主要作用是增强与混凝土基体之间的粘结力，保证结构的强度和耐疲劳性。
本发明中采用的混杂纤维均具有吸水性，为了不影响水灰比参数的准确性，在放入之前最好将稻草纤维、石棉纤维、黄麻纤维和粘胶纤维充分湿润。同时，因为水泥在水化过程中会发出大量的热量，所以需要在加入混杂纤维之前，将稻草纤维、石棉纤维、黄麻纤维和粘胶纤维预热到60℃为宜。这样，能够保证在加入混杂纤维之后混凝土基料不会产生较大的温度变化，使得混杂纤维和混凝土基料能够充分地结合形成整体，从而提高混凝土结构的整体强度。
另外，由于稻草纤维和黄麻纤维均属于植物纤维，对水泥胶凝材料有缓凝作用，会延长水泥的凝结时间，影响前期水泥强度的发展。因此，优选地，可以在使用前对稻草纤维和黄麻纤维进行改性处理，例如可以采用脲醛树脂对稻草纤维和黄麻纤维进行处理，使得纤维能够粘结牢固，且可形成坚固密实的界面结合层，使混凝土的强度和耐腐蚀性均能得到显著提高。因此，在使用稻草纤维和黄麻纤维之前，可以将其放入质量分数为9％的脲醛树脂水溶液浸泡30-40分钟，取出沥干水分以后，再重复两次。
对于石棉纤维，可以在使用前放入碱性溶液例如质量分数为13％的氢氧化钾溶液中浸泡10分钟，碱性溶液的温度以40℃为宜，这样可以进一步增强混凝土的整体性。
本发明的减水剂采用专用的高效减水剂，其原料各组分的质量比(将马来酸酐的质量设为基准值1)为马来酸酐∶丙烯酸∶烯乙醇聚醚∶异戊烯醇聚氧乙烯醚∶酰亚胺∶过硫酸铵依次为1∶(0.8-1.2)∶(2.2-2.5)∶(1.3-1.5)∶(0.7-0.9)∶(0.1-0.13)。优选地，马来酸酐、丙烯酸、烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺、过硫酸铵的质量比为1∶0.9∶2.5∶1.5∶0.9∶0.12。本发明的高效减水剂的制备方法如下：首先，将烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚和酰亚胺投入带有搅拌片、冷凝管和温度计的三颈烧瓶中，配成质量分数为24％的去离子水混合溶液，升温到75-78℃至全部溶解；然后，将由马来酸酐和丙烯酸溶于去离子水制成的质量分数为6％的溶液倒入其中，并将温度调整至62-64℃后加入过硫酸铵；保温2-3小时后加入质量分数为30％的氢氧化钾溶液中和至中性即可。
本发明的增稠剂可以采用聚丙烯酰胺增稠剂，使用增稠剂的目的在于提高混凝土的粘稠度和粘结性能。
虽然混杂纤维的掺入会增强混凝土的抗裂性能，但是其耐水性能一般都会下降。这是因为混杂纤维的掺入破坏了混凝土材料的致密性，使水分更容易进入材料内部，从而降低混杂纤维与水泥基体之间的粘结力。为此，就需要尽可能少地加入水。这也正是本发明采用0.25-0.32这一偏低水灰比并且采用减水剂和增稠剂的原因。
下面说明根据本发明的混杂纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
一、混杂纤维的准备
将稻草纤维和黄麻纤维放入质量分数为9％的脲醛树脂水溶液浸泡30-40分钟，取出沥干水分以后，再重复两次；
将石棉纤维放入质量分数为13％、温度为40℃的氢氧化钾溶液中浸泡10分钟，取出沥干水分；
二、减水剂的制备
减水剂各组分的质量比为马来酸酐∶丙烯酸∶烯乙醇聚醚∶异戊烯醇聚氧乙烯醚∶酰亚胺∶过硫酸铵依次为1∶(0.8-1.2)∶(2.2-2.5)∶(1.3-1.5)∶(0.7-0.9)∶(0.1-0.13)；
将烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚和酰亚胺投入带有搅拌片、冷凝管和温度计的三颈烧瓶中，配成质量分数为24％的去离子水混合溶液，升温到75-78℃至全部溶解；
将由马来酸酐和丙烯酸溶于去离子水制成的质量分数为6％的溶液也倒入烧瓶中，并将温度调整至62-64℃后加入过硫酸铵；
保温2-3小时后加入质量分数为30％的氢氧化钾溶液中和至中性；
三、混凝土的搅拌
在搅拌器中将硅酸盐水泥、石灰、石膏和火山灰按照质量比为1∶(0.5-0.6)∶(0.3-0.4)∶(2.3-2.5)干拌均匀，
按照水灰比为0.25-0.32的比例加入水并接着搅拌10分钟；
将质量比分别为(0.04-0.05)和(0.01-0.02)的稻草纤维和黄麻纤维预热到60℃，加入搅拌器中，搅拌3-5分钟；
将质量比分别为(0.03-0.04)和0.01的石棉纤维和粘胶纤维预热到60℃，加入搅拌器中，接着搅拌3-5分钟；
四、减水剂、增稠剂和早强剂的加入
在混凝土中按照质量比为(0.02-0.03)∶(0.02-0.03)∶(0.012-0.013)分别加入如上所述制备的减水剂、聚丙烯酰胺增稠剂和早强剂，搅拌20-25分钟至混合均匀即可。本发明采用的早强剂也是针对本发明的混杂纤维混凝土专门配制的，由氯化镁、亚硫酸钠、乙二醇、脱硫石膏、二氧化硅、膨润土和芒硝混合而成，各组分的质量比(将氯化镁的质量设为基准值1)为1∶(2.05-2.15)∶(0.12-0.14)∶(0.51-0.52)∶(0.05-0.07)∶(0.04-0.055)∶(0.9-0.95)，优选地为1∶2.1∶0.13∶0.52∶0.07∶0.05∶0.92。
经测试，采用本发明的制备方法制得的混杂纤维混凝土立方体标准试件与相同条件的钢纤维混凝土立方体标准试件相比，其抗压强度标准值基本相同，但是生产成本可以减少约25％。因此，本发明的混杂纤维混凝土的制备方法在建筑工程领域具有广阔的应用前景。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (5)
1.一种混杂纤维混凝土的制备方法，其特征在于，所述混杂纤维混凝土的原料由质量比为1∶0.09-0.12∶0.5-0.6∶0.3-0.4∶2.3-2.5∶0.02-0.03∶0.02-0.03∶0.012-0.013的硅酸盐水泥、混杂纤维、石灰、石膏、火山灰、减水剂、增稠剂和早强剂组成，水灰比为0.25-0.32；其中，所述混杂纤维由质量比为0.04-0.05∶0.03-0.04∶0.01-0.02∶0.01的稻草纤维、石棉纤维、黄麻纤维、粘胶纤维组成；所述减水剂的原料由马来酸酐、丙烯酸、烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺、过硫酸铵组成，各组分的质量比为1∶0.8-1.2∶2.2-2.5∶1.3-1.5∶0.7-0.9∶0.1-0.13；所述早强剂由氯化镁、亚硫酸钠、乙二醇、脱硫石膏、二氧化硅、膨润土和芒硝按照质量比为1∶2.05-2.15∶0.12-0.14∶0.51-0.52∶0.05-0.07∶0.04-0.055∶0.9-0.95混合而成；
所述混杂纤维混凝土的制备方法包括以下步骤∶
一、混杂纤维的准备
将稻草纤维和黄麻纤维放入质量分数为9％的脲醛树脂水溶液浸泡30-40分钟，取出沥干水分以后，再重复两次；
将石棉纤维放入质量分数为13％、温度为40℃的氢氧化钾溶液中浸泡10分钟，取出沥干水分；
二、减水剂的制备
将烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚和酰亚胺投入带有搅拌片、冷凝管和温度计的三颈烧瓶中，配成质量分数为24％的去离子水混合溶液，升温到75-78℃至全部溶解；
将由马来酸酐和丙烯酸溶于去离子水制成的质量分数为6％的溶液也倒入烧瓶中，并将温度调整至62-64℃后加入过硫酸铵；
保温2-3小时后加入质量分数为30％的氢氧化钾溶液中和至中性；
三、混凝土的搅拌
在搅拌器中将硅酸盐水泥、石灰、石膏和火山灰干拌均匀，按照水灰比为0.25-0.32的比例加入水并接着搅拌10分钟；
将稻草纤维和黄麻纤维预热到60℃，加入搅拌器中，搅拌3-5分钟；
将石棉纤维和粘胶纤维预热到60℃，加入搅拌器中，接着搅拌3-5分钟；
四、减水剂、早强剂和增稠剂的加入
在混凝土中加入所述减水剂、所述早强剂和聚丙烯酰胺增稠剂，搅拌20-25分钟至混合均匀。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述混杂纤维混凝土中，硅酸盐水泥、稻草纤维、石棉纤维、黄麻纤维、粘胶纤维、石灰、石膏、火山灰、减水剂、增稠剂和早强剂的质量比为1∶0.04∶0.04∶0.02∶0.01∶0.52∶0.38∶2.41∶0.03∶0.02∶0.012，水灰比为0.27。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述稻草纤维的长度为2-3cm、宽度为1.5-2mm。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述减水剂中，马来酸酐、丙烯酸、烯乙醇聚醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺、过硫酸铵的质量配比为1∶0.9∶2.5∶1.5∶0.9∶0.12。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述早强剂中的氯化镁、亚硫酸钠、乙二醇、脱硫石膏、二氧化硅、膨润土和芒硝的质量比为1∶2.1∶0.13∶0.52∶0.07∶0.05∶0.92。
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