CN106348667A - 一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多巴胺在玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,该方法通过在多巴胺在玻璃纤维表面的常温聚合反应对玻璃纤维修饰后,直接应用于水泥基胶凝材料的性能提升。本发明的多巴胺聚合修饰玻璃纤维工艺简单,应用于水泥基胶凝材料中操作方便,相对于普通玻璃纤维制品,本发明的多巴胺修饰玻璃纤维对水泥基胶凝材料的抗折、抗弯、抗冲击等性能有进一步的提升效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种多巴胺在玻璃纤维表面生长提升水泥基抗折性能的方法,属于纤维改性及纤维增强水泥性能领域。
背景技术
纤维增强水泥基胶凝材料是当代先进建筑材料发展的重要方向。纤维自身具有较高的抗拉及抗折性能,在水泥基胶凝材料中引入纤维可有效地改善水泥基材料自身的脆性问题,提升水泥基胶凝材料的韧性及耐久性。如目前研究发展的活性粉末混凝土是一种力学性能、耐久性能均非常优越的新型建筑材料,其在掺入纤维后拉压比可达1/6左右。常用的纤维种类包括钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、有机纤维及植物纤维等等。在纤维增强水泥基胶凝材料中,纤维与水泥基胶凝材料的界面结合强度是影响纤维增强水泥基胶凝材料性能效果的重要因素。因此改善纤维与水泥基胶凝材料的界面结合是开发高性能纤维增强水泥基材料的重要方向。
传统的纤维表面改性处理有较多研究及报道,采用的改性方法主要分为物理方法及化学方法,包括浸润、涂覆、偶联剂连接、等离子体处理等等。Bilba使用三烷氧基硅烷偶联剂改性蔗渣纤维提升了纤维与水泥基体的结合界面。但大部分方法存在着界面结合不牢固、工艺复杂、成本较高等问题。新兴的纳米修饰方法采用在纤维表面接枝多样化纳米材料,使纤维与水泥基胶凝材料在更小尺度上的融合与粘结,是提升纤维增强水泥基胶凝材料性能的重要课题方向。通过纳米材料在纤维表面的原位生长修饰,是实现纤维与基体的有效界面结合及材料的性能提升的重要途径。
多巴胺隶属儿茶酚胺族及苯乙胺族,是大脑中的重要神经递质,参与哺乳动物的诸多活动,尤其在学习记忆、运动调节及药物成瘾过程中起关键作用。如多巴胺在人体内的分泌可直接影响人的情绪,可传递开心、喜悦、兴奋等信息,对治疗抑郁症、帕金森症及阿尔茨海默氏症均有着积极效果。虽然在生物领域中多巴胺的应用研究较为广泛,但在纤维及建筑材料领域中的研究涉及鲜有报道。多巴胺合成方法简单、条件温和,其中的功能基团可以实现与水泥材料的有效结合,是提升纤维自身性能、改善纤维与水机基胶凝材料界面连接的良好材料。
发明内容
针对传统纤维改性技术的制备工艺复杂、生产成本高、与基体结合不牢等问题,本发明提供一种多巴胺修饰玻璃纤维以提升水泥基胶凝材料性能的方法。采用本发明的修饰及使用方法,所得多巴胺在纤维表面分布均匀、大小可调可控,所得多巴胺修饰纤维可有效提升纤维增强水泥基胶凝材料的性能,为纤维增强水泥基胶凝材料的性能开发及应用推广提供方法途径。
本发明的主要技术方案为先通过有机物多巴胺的常温聚合反应在玻璃纤维表面进行修饰,形成均匀覆盖、形貌一致的多巴胺修饰玻璃纤维,并将该多巴胺修饰玻璃纤维与水泥基胶凝材料结合,提升纤维增强水泥基胶凝材料的性能。
一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,包括如下步骤:
(1) 在1 L~3 L pH=8~9的Tris-HCl缓冲溶液中加入80~300 g玻璃纤维制品及1~6 g多巴胺·盐酸,在速度为80~230 转/分钟的摇床中常温下以在空气中或通氧气条件下搅拌6~24 小时,得到表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维;
(2)制备多巴胺修饰纤维增强水泥基胶凝材料,将修饰玻璃纤维与水泥基胶凝材料进行搅拌混匀,纤维体积掺量为0%~8%,将水泥基胶凝材料与修饰玻璃纤维制品混匀搅拌60 s~ 300 s,所得浆料倒出、浇筑、振捣成型、脱模后进行养护;
根据本发明,优选的,所述步骤(1)中玻璃纤维制品为短切玻璃纤维、玻璃纤维布、玻璃纤维纱等。
根据本发明,优选的,所述步骤(1)中多巴胺·盐酸、玻璃纤维制品及Tris-HCl的质量体积比为(1):(15~60):(300~1200)。
根据本发明,优选的,所述步骤(1)中pH值范围在8.2~8.8之间。
根据本发明,优选的,所述步骤(1)中摇床速度为160~220转/分钟。
根据本发明,优选的,所述步骤(1)中搅拌的时间为8~20小时。
根据本发明,优选的,所述步骤(2)中纤维掺量为0.2%~5%。
根据本发明,优选的,所述步骤(2)中将水泥基胶凝材料与纤维混匀搅拌,可将水泥基胶凝材料与纤维一次性添加搅拌,或可将水泥基胶凝材料混匀,后加入纤维混匀搅拌。
根据本发明,优选的,所述步骤(2)中水泥基胶凝材料与修饰玻璃纤维制品混匀搅拌时间为80 s ~ 180 s。
根据本发明,优选的,所述步骤(2)中养护条件为温度20±2 oC,相对湿度为
92±3%,养护28 d。
本发明的有益效果:
(1)本发明以多巴胺的原位聚合进行玻璃纤维的表面修饰,多巴胺聚合条件简单,环境温和,所得修饰语玻璃纤维表面的多巴胺形貌分布均匀,厚度可控。
(2)本发明中多巴胺自聚合反应流程简单,操作便捷,重复性好,成本低,可实现大规模玻璃纤维的修饰及应用。
(3)本发明基于多巴胺修饰玻璃纤维,通过多巴胺的功能基团与水泥基胶凝材料的有效结合,制备高性能多巴胺修饰纤维增强水泥基胶凝材料。
具体实施方式
下面以实施例对本发明的技术方案作进一步说明,但本发明所保护范围不限于此。
实施例1:
一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,包括如下步骤:
(1)在1 L pH=8.2的Tris-HCl缓冲溶液中加入100 g玻璃纤维和1.8 g多巴胺·盐酸,在160 转/分钟的摇床中常温下以在空气中搅拌12 小时,得到表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维;
(2)将表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维与水泥进行搅拌混匀,采用水灰比0.3,纤维体积掺量为2%,将水泥、多巴胺修饰玻璃纤维与水直接混匀搅拌100 s,所得浆体倒出、浇筑、振捣成型、脱模后进行标准养护。
实施例2:
一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,包括如下步骤:
(1) 在1.5 L pH=8.8的Tris-HCl缓冲溶液中加入150 g玻璃纤维和3 g多巴胺·盐酸,在200 转/分钟的摇床中常温下以在空气中搅拌18 小时,得到表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维;
(2)将表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维与水泥进行搅拌混匀,采用水灰比0.4,纤维体积掺量为4%,将水泥、多巴胺修饰玻璃纤维与水直接混匀搅拌150 s,所得浆体倒出、浇筑、振捣成型、脱模后进行标准养护。
实施例3:
一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,包括如下步骤:
(1) 在2.0 L pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液中加入80 g玻璃纤维和2 g多巴胺·盐酸,在200 转/分钟的摇床中常温下以在氧气中搅拌12 小时,得到表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维;
(2)将表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维与水泥、标准砂进行搅拌混匀,采用水灰比0.5,胶砂比2,纤维体积掺量为5%,首先将水泥、砂与水混匀搅拌30 s,后加入多巴胺修饰玻璃纤维搅拌60 s,所得浆体倒出、浇筑、振捣成型、脱模后进行标准养护。
实施例4:
一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,包括如下步骤:
(1) 在2.5 L pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液中加入170 g玻璃纤维和3 g多巴胺·盐酸,在220 转/分钟的摇床中常温下以在氧气中搅拌16 小时,得到表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维;
(2)将表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维与水泥、标准砂进行搅拌混匀,采用水灰比0.4,胶砂比3,纤维体积掺量为3%,首先将水泥、砂与水混匀搅拌40 s,后加入多巴胺修饰玻璃纤维搅拌80 s,所得浆体倒出、浇筑、振捣成型、脱模后进行标准养护。
实施例5:
一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,包括如下步骤:
(1) 在3.0 L pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液中加入180 g玻璃纤维和4 g多巴胺·盐酸,在200 转/分钟的摇床中常温下以在氧气中搅拌14 小时,得到表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维;
(2)将表面多巴胺聚合修饰玻璃纤维与水泥、标准砂进行搅拌混匀,采用水灰比0.5,胶砂比3,纤维体积掺量为4%,首先将水泥、砂与水混匀搅拌50 s,后加入多巴胺修饰玻璃纤维搅拌100 s,所得浆体倒出、浇筑、振捣成型、脱模后进行标准养护。
Claims (10)
1.一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在Tris-HCl溶液中加入玻璃纤维制品及多巴胺·盐酸,常温下在摇床中以空气中或富氧条件下搅拌,得到多巴胺聚合修饰玻璃纤维制品;
(2)将多巴胺修饰玻璃纤维制品按一定掺量与水泥基胶凝材料进行搅拌混匀,所得浆料倒出、浇筑、振捣成型、脱模后进行养护。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中多巴胺、玻璃纤维及Tris-HCl的质量体积比为(1):(13~300):(160~3000)。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中pH值范围在8~9之间。
4.根据权利要求1所述的一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,其特征在于,所述步骤(1)中震荡速度为80~230转/分钟。
5.如权利要求1所述的一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,其特征在于,所述步骤(1)中震荡搅拌的时间为6~24小时。
6.如权利要求1所述的一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,其特征在于,所述步骤(1)中水泥基胶凝材料涉及水泥、砂浆、混凝土、地质聚合物等等。
7.如权利要求1所述的一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,其特征在于,所述步骤(2)中将纤维与水泥基胶凝材料一次性添加搅拌,或将水泥基胶凝材料混匀,后加入纤维混匀搅拌。
8.如权利要求1所述的一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,其特征在于,所述步骤(2)中玻璃纤维制品与水泥基胶凝材料搅拌时间为80 s ~ 300 s。
9.如权利要求1所述的一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,其特征在于,所述步骤(2)中纤维体积掺量为0%~8%。
10.如权利要求1所述的一种多巴胺修饰玻璃纤维提升水泥基胶凝材料性能的方法,其特征在于,所述步骤(2)中养护条件为温度19±4 oC,相对湿度为90±5%,养护28 d。
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