CN106186751B - 一种玻璃纤维增强水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维增强水泥，包括下列重量份数：40～50份水泥熟料、5～10份耐碱玻璃纤维、1～5矿渣、1～5粉煤渣、5～10石灰石粉、1～5甲基硅酸钠、1～5阴离子聚丙烯酰胺、1～5脂肪酸甘油酯和1～5丙烯酸乳液；耐碱玻璃纤维直径为5～15μm，长度为15～30mm，化学成分：SiO₂为60％～65％，Na₂O为15％～20％，Al₂O₃为4.0％～5.0％，ZrO₂为5％～10％，CaO为4.0％～5.0％，B₂O₃为5％～8％，BaO为0％～0.7％。本发明还公开了一种玻璃纤维增强水泥制备方法，将水泥熟料、矿渣、粉煤渣、石灰石粉混合、粉碎煅烧成半成品水泥，依次加入水和剩余原料，搅拌，烘干，粉碎，得到成品水泥。本发明通过耐碱玻璃纤维增强水泥，所制备的水泥具有高强度、抗碱性和防水性等优点，可广泛应用在碱性、低温等恶劣的环境，拓宽水泥的市场。

Description

一种玻璃纤维增强水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥及其制备方法，尤其是涉及一种玻璃纤维增强水泥及其制备方法，属于建筑材料领域。

背景技术

水泥，粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广，用量大，素有“建筑工业的粮食”之称，生产水泥虽需较多能源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低耗能型建筑材料。用水泥制成的砂浆或混凝土，坚固耐久，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

水泥的生产工艺，以石灰石和粘士为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，喂入水泥窑中煅烧成熟料，加入适量石膏磨细而成。按用途及性能分为三大类：①通用水泥。用于一般土木建筑工程，如硅酸盐水泥(以硅酸钙为主要矿物组成的水泥的统称，包括普通硅酸盐水泥，矿渣和混合硅酸盐水泥等)。②专用水泥。用于某种专用工程，如油井水泥、型砂水泥等。③特种水泥。用于对混凝土某些性能有特殊要求的工程，如快硬水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥等。水泥的性能必须符合国家标准规定的细度、凝结时间、安定性、强度、比重、水化热、抗渗性、抗冻性、胀缩性、耐热性和耐蚀性等指标。

公开号为104045248A的中国专利公开了一种水泥，由以下重量份数的原料制成：水泥熟料40～50份、工业废渣20～30份、无水石膏10～20份、颜料5～10份、氟石10～20份、粉煤灰渣10～30份、矿渣10～20份、煤矸石15-20份、粉煤灰20-30份。本发明提供一种利用大量工业废弃物质制造的水泥，本水泥色彩均匀鲜艳，环保，强度高，减少了环境污染，生产成本低，从而降低了企业的制造成本。但是，水泥的强度比较低，使用过程中容易发生开裂现象。

公开号为103466979A的中国专利公开了一种碳纤维增强水泥，包括水泥砂浆、碳纤维、分散剂、表面活性剂、消泡剂，所述的碳纤维的加入体积为水泥砂浆体积的0.1～0.2％。本发明同时公开了一种碳纤维增强水泥的制备方法，选择一定长径比的碳纤维，同时对碳纤维进行预处理和预分散，以及在水泥的组分中增加分散剂、表面活性剂、消泡剂等组分后，可有效保证碳纤维在水泥中的分散性，进而大大增强了水泥的强度、韧性和抗裂等性能。碳纤维的加入可以使水泥的强度提高和韧性增强，但是，碳纤维制备复杂，成本较高。

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维(氧化钠0％～2％，属铝硼硅酸盐玻璃)、中碱玻璃纤维(氧化钠8％～12％，属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃)和高碱玻璃纤维(氧化钠13％以上，属钠钙硅酸盐玻璃)。具有高强、耐腐蚀、耐高温、光滑憎水、尺寸稳定不变形等优点。它与棉麻相比，更耐高温和耐腐蚀；与化学纤维相比，强度更高和尺寸更加稳定。尤其是耐高温、不着火、不燃烧，更是天然纤维、化学纤维无法比拟的。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料、绝热保温材料和电路基板等国民经济各个领域。

公开号为103467045A的中国专利公开了一种玻璃纤维增强水泥，包括以下组分且各组分的质量百分含量为：硫铝酸盐水泥30～40％；玻璃纤维8～12％；砂15-20％；偏高岭土5～8％；减水剂3～5％；丙烯酸酯共聚乳液2～3％；水余量。本发明同时公开了所述水泥的制备方法，通过在水泥中添加玻璃纤维，有利于提升水泥的强度、抗渗和耐久性能，以及加强水泥的粘力和弹力等。

公开号为102079651A的中国专利公开一种玻璃纤维增强水泥制品，按重量百分比由下列原料制造而成：40％低碱度硫铝酸盐水泥，40％矿沙，2.0％耐碱玻璃纤维丝，2.1％耐碱玻璃纤维毡，3.2％聚合物乳液，0.3％减水剂，0.8％超细色粉以及11.6％水。本发明的材料可塑性强，制品的重量轻、高强、耐腐蚀且寿命长，更能缩短养护周期。制得GRC工艺品效果完美，可以做到表面无气孔。上述两个专利采用玻璃纤维增强水泥，提高水泥的强度和韧性，但是，对玻璃纤维的成分没有进一步探讨，不同成分的纤维添加到水泥中，对其性能影响起到关键的作用。

本发明采用水泥熟料、耐碱玻璃纤维、矿渣、粉煤渣、石灰石粉、甲基硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺分散剂、脂肪酸甘油酯表面活性剂和丙烯酸乳液混合制备水泥。通过添加耐碱玻璃纤维增强水泥的抗碱性和强度，添加甲基硅酸钠提高水泥的防水性，添加分散剂和表面活性剂起到增溶、分散的作用，有效增加玻璃纤维的分散性。所制备的水泥具有高强度、抗碱性、抗裂性和耐久性能，可广泛应用在碱性、低温等恶劣的环境，拓宽水泥的市场。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种玻璃纤维增强水泥及其制备方法，所制备的水泥具有环保型、生产成本低、高强度、抗碱性、抗裂性和耐久性能，广泛应用在碱性、低温等恶劣的环境，拓宽水泥的市场。

为达到上述目的，提供一种玻璃纤维增强水泥，由以下的重量份数原料组成：40～50份水泥熟料、5～10份耐碱玻璃纤维、1～5矿渣、1～5粉煤渣、5～10石灰石粉、1～5甲基硅酸钠憎水剂、1～5阴离子聚丙烯酰胺分散剂、1～5脂肪酸甘油酯表面活性剂和1～5丙烯酸乳液；所述的耐碱玻璃纤维直径为5～15μm，长度为15～30mm，耐碱玻璃纤维可有效增强水泥的抗碱性和强度；添加甲基硅酸钠提高水泥的防水性；添加分散剂和表面活性剂起到增溶、分散的作用，有效增加玻璃纤维的分散性。

所述的耐碱玻璃纤维化学成分为：SiO₂为60％～65％，Na₂O为15％～20％，Al₂O₃为4.0％～5.0％，ZrO₂为5.0％～10％，CaO为4.0％～5.0％，B₂O₃为5.0％～8.0％，BaO为0％～0.7％。Al₂O₃含量增加提高玻璃纤维的化学稳定性；ZrO₂含量的增加，在碱腐蚀的过程中，形成一层保护膜，减慢侵蚀速度，提高耐碱性。耐碱玻璃纤维比传统的玻璃纤维具有更好的耐碱性、耐久性、耐高温性，具有更高拉伸强度，并具有可设计性强、易成型等特点。

本发明还提供一种玻璃纤维增强水泥制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①将上述重量份数水泥熟料、矿渣、粉煤渣、石灰石粉混合、粉碎后经600～800℃煅烧后得到半成品水泥；

②将半成品水泥放入搅拌桶中，依次加入水、耐碱玻璃纤维、甲基硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、脂肪酸甘油酯和丙烯酸乳液，高剪切搅拌机搅拌；所述的剪切速度为500～1000rpm，时间为10～15min；

③得到的物料在干燥机中进行烘干，待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥；所述的烘干温度为80～150℃，时间为30～60min

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

①本发明通过耐碱玻璃纤维增强水泥，在保证并改善水泥强度的同时，又提高水泥的抗碱性，广泛应用在碱性、低温等恶劣的环境，拓宽水泥的市场。

②本发明通过添加甲基硅酸钠提高水泥的防水性；通过添加分散剂和表面活性剂起到增溶、分散的作用，有效增加玻璃纤维的分散性，使玻璃纤维的作用发挥最大化。

③本发明的水泥制备方法简单易行、节约资源、降低成本、可适用于工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

一种玻璃纤维增强水泥，由以下的重量份数原料组成：45份水泥熟料、10份耐碱玻璃纤维、5份矿渣、5份粉煤渣、10份石灰石粉、5份甲基硅酸钠憎水剂、2份阴离子聚丙烯酰胺分散剂、2份脂肪酸甘油酯表面活性剂和4份丙烯酸乳液。

所述的耐碱玻璃纤维直径为5μm，长度为25mm，化学成分为：SiO₂为60％，Na₂O为17.7％，Al₂O₃为4.5％，ZrO₂为7％，CaO为4.5％，B₂O₃为6％，BaO为0.3％。

一种玻璃纤维增强水泥制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①将上述重量份数水泥熟料、矿渣、粉煤渣、石灰石粉混合、粉碎后经700℃煅烧后得到半成品水泥；

②将半成品水泥放入搅拌桶中，依次加入水、耐碱玻璃纤维、甲基硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、脂肪酸甘油酯和丙烯酸乳液，高剪切搅拌机搅拌；所述的剪切速度为700rpm，时间为13min；

③得到的物料在干燥机中进行烘干，待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥；所述的烘干温度为120℃，时间为45min。

实施例2

一种玻璃纤维增强水泥，由以下的重量份数原料组成：50份水泥熟料、7份耐碱玻璃纤维、3份矿渣、3份粉煤渣、7份石灰石粉、3份甲基硅酸钠憎水剂、2份阴离子聚丙烯酰胺分散剂、2份脂肪酸甘油酯表面活性剂和4份丙烯酸乳液。

所述的耐碱玻璃纤维直径为10μm，长度为20mm，化学成分为：SiO₂为60％，Na₂O为15％，Al₂O₃为10％，ZrO₂为5％，CaO为4％，B₂O₃为5.5％，BaO为0.5％。

一种玻璃纤维增强水泥制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①将上述重量份数水泥熟料、矿渣、粉煤渣、石灰石粉混合、粉碎后经750℃煅烧后得到半成品水泥；

②将半成品水泥放入搅拌桶中，依次加入水、耐碱玻璃纤维、甲基硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、脂肪酸甘油酯和丙烯酸乳液，高剪切搅拌机搅拌；所述的剪切速度为800rpm，时间为12min；

③得到的物料在干燥机中进行烘干，待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥；所述的烘干温度为140℃，时间为40min。

上述仅为本发明两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种玻璃纤维增强水泥，其特征在于由以下的重量份数原料组成：40～50份水泥熟料、5～10份耐碱玻璃纤维、1～5矿渣、1～5粉煤渣、5～10石灰石粉、1～5甲基硅酸钠憎水剂、1～5阴离子聚丙烯酰胺分散剂、1～5脂肪酸甘油酯表面活性剂和1～5丙烯酸乳液；所述的耐碱玻璃纤维直径为5～15μm，长度为15～30mm，化学成分为：SiO₂为60％～65％，Na₂O为15％～20％，Al₂O₃为4.0％～5.0％，ZrO₂为5％～10％，CaO为4.0％～5.0％，B₂O₃为5％～8％，BaO为0％～0.7％。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强水泥，其特征在于制备方法包括以下步骤：

①将上述重量份数水泥熟料、矿渣、粉煤渣、石灰石粉混合、粉碎后经600～800℃煅烧后得到半成品水泥；

②将半成品水泥放入搅拌桶中，依次加入水、耐碱玻璃纤维、甲基硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、脂肪酸甘油酯和丙烯酸乳液，高剪切搅拌机搅拌；所述的剪切速度为500～1000rpm，时间为10～15min；

③得到的物料在干燥机中进行烘干，待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥；所述的烘干温度为80～150℃，时间为30～60min。