CN108314388A - 一种纤维增强混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纤维增强混凝土材料及其制备方法，涉及混凝土材料技术领域，本发明纤维增强混凝土材料由以下原料制成：改性膨润土、层状次磷酸盐、硅酸盐水泥、纤维材料、钢纤维、硼酸、硼砂、增强剂、有机增稠剂、水。本发明纤维增强混凝土材料耐腐蚀性好、密封性强、使用寿命长、强度好、抗冲击强度好；改性后的膨润土、层状次磷酸盐和硅酸盐水泥基体结合良好，在水泥基体中分布均匀、分散性好，添加其制备的混凝土材料强度高、热稳定性好；纤维材料、钢纤维嵌入硅酸盐水泥基体增强了混凝土材料的抗冲击强度、抗冻性能，耐久性能等综合力学和机械性能。

Description

一种纤维增强混凝土材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及一种纤维增强混凝土材料及其制备方法。
背景技术
混凝土是当代最主要的建筑材料之一，其具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种建筑工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。但是在一些高负荷建筑物的使用中，需要混凝土优异的强度，目前为了增加混凝土的强度，学者们一般是添加纤维进行增强。
随着国民经济的快速发展、城市化进程的加快，管材需求量日益增多。相对于金属管材、塑料管材，由于纤维增强混凝土材料的低廉成本，深受设计部门和使用部门的青睐。目前市场上通用的混凝土管主要为预应力混凝土管、混凝土管和钢筋混凝土管，而用量最大的是钢筋混凝土管。根据制管工艺不同，制管方法可分为离心、悬辊、立式挤压及立式振动等法。与其它制管工艺相比，悬辊法具有管外压强度高、外负荷重大、不跑浆、混凝土密实度好、抗渗性好、耐久性优良等特点，而被广泛采用。
现有技术中，传统的钢筋混凝土材料存在耐腐蚀性差、安装困难、输水能力差、密封性差、使用寿命不长的问题，而塑料材料又存在整体强度差、抗冲击强度差、造价高等问题。
因此，研制一种成本低、性能好的纤维增强混凝土材料尤为重要。
发明内容
针对现有技术中技术问题，本发明提供一种纤维增强混凝土材料及其制备方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种纤维增强混凝土材料，由以下重量份的原料制成：改性膨润土30-60份、层状次磷酸盐10-26份、硅酸盐水泥40-80份、纤维材料15-30份、钢纤维10-18份、硼酸5-10份、硼砂5-10份、增强剂2-5份、有机增稠剂2-6份、水80-160份。
优选的，所述一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土40-56份、层状次磷酸盐14-22份、硅酸盐水泥50-70份、纤维材料20-26份、钢纤维12-16份、硼酸6-9份、硼砂6-9份、增强剂3-4份、有机增稠剂3-5份、水100-140份。
优选的，所述一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土45份、层状次磷酸盐18份、硅酸盐水泥60份、纤维材料23份、钢纤维14份、硼酸7份、硼砂7份、增强剂3.5份、有机增稠剂4份、水120份。
优选的，所述纤维材料为长度为3-10mm的聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维中的至少一种。
优选的，所述改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：S1、将2-4份膨润土和160-200mL无水乙醇置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于70-85℃水浴中搅拌2-3h；S2、将2-6份改性剂在60-70℃去离子水中溶解后倒入步骤S1的三口烧瓶中，用稀硝酸调节溶液pH为3-4，再搅拌5-6.5h，冷却，过滤，再用45％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，40-65℃干燥至恒重，研磨后得到改性膨润土。
优选的，所述改性剂为十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸中的至少一种。
优选的，所述层状次磷酸盐为经水热法合成的纳米片。
优选的，所述层状次磷酸盐为层状次磷酸铝、层状次磷酸镁、层状次磷酸铁中的至少一种。
优选的，所述层状次磷酸盐的制备方法为：按重量比1：2：0.03称取金属盐、次磷酸钠和聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，置于高压釜中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，完全溶解后，于200℃的烘箱中处理3.5h，抽滤，依次用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得层状次磷酸盐，且所述金属盐为氯化铝、氯化镁、氯化铁中的一种。
一种纤维增强混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：按照重量份称取各个原料；将改性膨润土、层状次磷酸盐、硅酸盐水泥、纤维材料、钢纤维、硼酸、硼砂、增强剂、有机增稠剂、水一起投入密封型搅拌混匀釜，控制搅拌釜搅拌速度为80-120r/min，搅拌15-25min，即可。
本发明提供一种纤维增强混凝土材料及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
本发明纤维增强混凝土材料耐腐蚀性好、密封性强、使用寿命长、强度好、抗冲击强度好；原料有机增稠剂，可有效增加新拌混凝土的塑性黏度，增加混凝土的抗离析泌水能力，充分利用了有机增稠剂的稳泡特性，对新拌混凝土的气泡稳定性实现有效控制；层状次磷酸盐是利用水热法合成的层状次磷酸盐纳米片，层状次磷酸盐纳米片独特的片状结构，在受压过程中起到了架桥作用，使混凝土材料的弯曲强度增加，而且改性后的膨润土、层状次磷酸盐和硅酸盐水泥基体结合良好，在水泥基体中分布均匀、分散性好，添加其制备的混凝土材料强度高、热稳定性好；纤维材料、钢纤维嵌入硅酸盐水泥基体增强了混凝土材料的抗冲击强度、抗冻性能，耐久性能等综合力学和机械性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土30份、层状次磷酸盐10份、硅酸盐水泥40份、纤维材料15份、钢纤维10份、硼酸5份、硼砂5份、增强剂2份、有机增稠剂2份、水80份；
其中，纤维材料为长度为3mm的聚丙烯纤维；改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：S1、将2份膨润土和160mL无水乙醇置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于70℃水浴中搅拌2h；S2、将2份改性剂在60℃去离子水中溶解后倒入步骤S1的三口烧瓶中，用稀硝酸调节溶液pH为3，再搅拌5h，冷却，过滤，再用45％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，40℃干燥至恒重，研磨后得到改性膨润土，且改性剂为十二烷基磺酸钠；
层状次磷酸盐为经水热法合成的纳米片，为层状次磷酸铝；层状次磷酸盐的制备方法为：按重量比1：2：0.03称取金属盐、次磷酸钠和聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，置于高压釜中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，完全溶解后，于200℃的烘箱中处理3.5h，抽滤，依次用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得层状次磷酸盐，且所述金属盐为氯化铝；
本实施例一种纤维增强混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：按照重量份称取各个原料；将改性膨润土、层状次磷酸盐、硅酸盐水泥、纤维材料、钢纤维、硼酸、硼砂、增强剂、有机增稠剂、水一起投入密封型搅拌混匀釜，控制搅拌釜搅拌速度为80r/min，搅拌15min，即可。
实施例2：
本实施例一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土60份、层状次磷酸盐26份、硅酸盐水泥80份、纤维材料30份、钢纤维18份、硼酸10份、硼砂10份、增强剂5份、有机增稠剂6份、水160份；
其中，纤维材料为长度为10mm的聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维混合而成；改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：S1、将4份膨润土和200mL无水乙醇置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于85℃水浴中搅拌3h；S2、将6份改性剂在70℃去离子水中溶解后倒入步骤S1的三口烧瓶中，用稀硝酸调节溶液pH为4，再搅拌6.5h，冷却，过滤，再用45％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，65℃干燥至恒重，研磨后得到改性膨润土，且改性剂为酒石酸氢钠；
层状次磷酸盐为经水热法合成的纳米片，为层状次磷酸镁；层状次磷酸盐的制备方法为：按重量比1：2：0.03称取金属盐、次磷酸钠和聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，置于高压釜中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，完全溶解后，于200℃的烘箱中处理3.5h，抽滤，依次用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得层状次磷酸盐，且所述金属盐为氯化镁；
本实施例一种纤维增强混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：按照重量份称取各个原料；将改性膨润土、层状次磷酸盐、硅酸盐水泥、纤维材料、钢纤维、硼酸、硼砂、增强剂、有机增稠剂、水一起投入密封型搅拌混匀釜，控制搅拌釜搅拌速度为120r/min，搅拌25min，即可。
实施例3：
本实施例一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土45份、层状次磷酸盐18份、硅酸盐水泥60份、纤维材料23份、钢纤维14份、硼酸7份、硼砂7份、增强剂3.5份、有机增稠剂4份、水120份；
其中，纤维材料为长度为6mm的聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维混合而成；改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：S1、将3份膨润土和180mL无水乙醇置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于78℃水浴中搅拌2.5h；S2、将4份改性剂在65℃去离子水中溶解后倒入步骤S1的三口烧瓶中，用稀硝酸调节溶液pH为4，再搅拌6h，冷却，过滤，再用45％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，47℃干燥至恒重，研磨后得到改性膨润土，且改性剂为十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸混合而成；
层状次磷酸盐为经水热法合成的纳米片，为层状次磷酸铝、层状次磷酸镁、层状次磷酸铁混合而成；层状次磷酸盐的制备方法为：按重量比1：2：0.03称取金属盐、次磷酸钠和聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，置于高压釜中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，完全溶解后，于200℃的烘箱中处理3.5h，抽滤，依次用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得层状次磷酸盐，且所述金属盐为氯化铁；
本实施例一种纤维增强混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：按照重量份称取各个原料；将改性膨润土、层状次磷酸盐、硅酸盐水泥、纤维材料、钢纤维、硼酸、硼砂、增强剂、有机增稠剂、水一起投入密封型搅拌混匀釜，控制搅拌釜搅拌速度为100r/min，搅拌20min，即可。
实施例4：
本实施例一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土40份、层状次磷酸盐14份、硅酸盐水泥50份、纤维材料20份、钢纤维12份、硼酸6份、硼砂6份、增强剂3份、有机增稠剂3份、水100份；
其中，纤维材料为长度为5mm的玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维混合而成；改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：S1、将3份膨润土和170mL无水乙醇置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于75℃水浴中搅拌2.3h；S2、将3份改性剂在62℃去离子水中溶解后倒入步骤S1的三口烧瓶中，用稀硝酸调节溶液pH为4，再搅拌5.5h，冷却，过滤，再用45％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，45℃干燥至恒重，研磨后得到改性膨润土，且改性剂为十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸混合而成；
层状次磷酸盐为经水热法合成的纳米片，为层状次磷酸铝、层状次磷酸镁、层状次磷酸铁混合而成；层状次磷酸盐的制备方法为：按重量比1：2：0.03称取金属盐、次磷酸钠和聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，置于高压釜中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，完全溶解后，于200℃的烘箱中处理3.5h，抽滤，依次用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得层状次磷酸盐，且所述金属盐为氯化铁；
本实施例一种纤维增强混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：按照重量份称取各个原料；将改性膨润土、层状次磷酸盐、硅酸盐水泥、纤维材料、钢纤维、硼酸、硼砂、增强剂、有机增稠剂、水一起投入密封型搅拌混匀釜，控制搅拌釜搅拌速度为90r/min，搅拌18min，即可。
实施例5：
本实施例一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土56份、层状次磷酸盐22份、硅酸盐水泥70份、纤维材料26份、钢纤维16份、硼酸9份、硼砂9份、增强剂4份、有机增稠剂5份、水140份；
其中，纤维材料为长度为8mm的玻璃纤维；改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：S1、将4份膨润土和190mL无水乙醇置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于80℃水浴中搅拌2.8h；S2、将5份改性剂在68℃去离子水中溶解后倒入步骤S1的三口烧瓶中，用稀硝酸调节溶液pH为4，再搅拌6h，冷却，过滤，再用45％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，60℃干燥至恒重，研磨后得到改性膨润土，且改性剂为十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸混合而成；
层状次磷酸盐为经水热法合成的纳米片，为层状次磷酸铝、层状次磷酸镁、层状次磷酸铁混合而成；层状次磷酸盐的制备方法为：按重量比1：2：0.03称取金属盐、次磷酸钠和聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，置于高压釜中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，完全溶解后，于200℃的烘箱中处理3.5h，抽滤，依次用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得层状次磷酸盐，且所述金属盐为氯化铝；
本实施例一种纤维增强混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：按照重量份称取各个原料；将改性膨润土、层状次磷酸盐、硅酸盐水泥、纤维材料、钢纤维、硼酸、硼砂、增强剂、有机增稠剂、水一起投入密封型搅拌混匀釜，控制搅拌釜搅拌速度为110r/min，搅拌22min，即可。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土30-60份、层状次磷酸盐10-26份、硅酸盐水泥40-80份、纤维材料15-30份、钢纤维10-18份、硼酸5-10份、硼砂5-10份、增强剂2-5份、有机增稠剂2-6份、水80-160份。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土40-56份、层状次磷酸盐14-22份、硅酸盐水泥50-70份、纤维材料20-26份、钢纤维12-16份、硼酸6-9份、硼砂6-9份、增强剂3-4份、有机增稠剂3-5份、水100-140份。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述一种纤维增强混凝土材料由以下重量份的原料制成：改性膨润土45份、层状次磷酸盐18份、硅酸盐水泥60份、纤维材料23份、钢纤维14份、硼酸7份、硼砂7份、增强剂3.5份、有机增稠剂4份、水120份。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述纤维材料为长度为3-10mm的聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：S1、将2-4份膨润土和160-200mL无水乙醇置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于70-85℃水浴中搅拌2-3h；S2、将2-6份改性剂在60-70℃去离子水中溶解后倒入步骤S1的三口烧瓶中，用稀硝酸调节溶液pH为3-4，再搅拌5-6.5h，冷却，过滤，再用45％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，40-65℃干燥至恒重，研磨后得到改性膨润土。
6.根据权利要求5所述的一种纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述改性剂为十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸中的至少一种。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述层状次磷酸盐为经水热法合成的纳米片。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述层状次磷酸盐为层状次磷酸铝、层状次磷酸镁、层状次磷酸铁中的至少一种。
9.根据权利要求1或2或3所述的纤维增强混凝土材料，其特征在于，所述层状次磷酸盐的制备方法为：按重量比1：2：0.03称取金属盐、次磷酸钠和聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，置于高压釜中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，完全溶解后，于200℃的烘箱中处理3.5h，抽滤，依次用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得层状次磷酸盐，且所述金属盐为氯化铝、氯化镁、氯化铁中的一种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的纤维增强混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照重量份称取各个原料；将改性膨润土、层状次磷酸盐、硅酸盐水泥、纤维材料、钢纤维、硼酸、硼砂、增强剂、有机增稠剂、水一起投入密封型搅拌混匀釜，控制搅拌釜搅拌速度为80-120r/min，搅拌15-25min，即可。
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