CN109293314A - 一种三向交织结构玄武岩纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三向交织结构玄武岩纤维混凝土及其制备方法，属于土工建筑增强复合材料制造技术领域。通过将三向交织玄武岩纤维织物作为增强体铺设在混凝土中，而三向交织结构玄武岩纤维织物是在一个平面内由3组互成60°相互交织而成的织物，其在交织点的相互锁合作用以及60°偏斜方向上的玄武岩纤维赋予其优良的力学性能，强度高，稳定性好，抗剪切性能好，具有较高的抗老化、耐疲劳性与抗冲击性。并且具有近似各项同性的特点，能够均匀的传递来自个方向的荷载。且三向交织结构织物的网孔能够起到锁定混凝土骨料的作用，显著增强了混凝土构件的抗折强度。

Description

一种三向交织结构玄武岩纤维混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种三向交织结构玄武岩纤维混凝土及其制备方法，属于土工建筑增强复合材料制造技术领域。

背景技术

混凝土通常是由水泥、粗骨料、细骨料、水和其它添加剂按照一定的比例，经过均匀搅拌而成的，是在建筑行业中应用最广泛的工程材料。

混凝土最大的缺点就是其脆性大，抗拉强度低，随着高楼大厦一座又一座的崛起，一些梁结构对抗弯强度要求越来越高，而如何提高混凝土的抗弯强度正在成为科研工作者专研的方向。由众多国内外研究者研究结果表明，在混凝土中掺入一些短切纤维或在外部通过用纤维布加固可以提高混凝土的力学性能，短切纤维通常有玻璃纤维、PVA纤维、PP纤维等，纤维格栅通常有碳纤维格栅、玻璃纤维格栅等。

而玄武岩纤维作为一种新型材料，如何利用这种新型材料来增强混凝土，以满足建筑工程中的需求已成为急需解决的技术难题。

发明内容

为了解决目前存在的如何提高混凝土的抗弯强度的问题，本发明提供了一种三向交织结构玄武岩纤维混凝土及其制备方法。

本发明的第一个目的在于一种玄武岩纤维混凝土，所述玄武岩纤维混凝土的增强体为三向交织结构玄武岩纤维织物。

可选的，所述三向交织结构玄武岩纤维织物的基本单元在一个平面内由3组互成60°的经纱或纬纱相互交织而成。

可选的，所述三向交织结构玄武岩纤维织物的经纱和纬纱原材料均是玄武岩纤维，所述玄武岩纤维单丝直径7～15um，单丝线密度1.70～1.90tex，密度2.63～2.65g/cm³，纤维长丝线密度400～800tex，玄武岩纤维的抗拉强度≥1500MPa，弹性模量91～110GPa，断裂伸长率1.5～3.2％。

可选的，所述三向交织结构玄武岩纤维织物经纬密15～17根/10cm，经纬纱线夹角60°，紧度66.7％。

可选的，所述玄武岩纤维混凝土的原料包括：以重量份数记，水泥180～220份、细骨料220～260份、粗骨料500～520份、水70～80份、减水剂1.8～2.2份。

可选的，所述玄武岩纤维混凝土将作为增强体的三向交织结构玄武岩纤维织物以铺层的方式铺设到混凝土基体中，铺层数为1～3层。

可选的，所述细骨料的细度模数为2.4～2.8；所述粗骨料的粒径范围5～10mm。

可选的，所述水泥为PS.A32.5硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率≥23％。

本发明的第二个目的在于提供一种玄武岩纤维混凝土的制备方法，所述方法包括：

将水泥、细骨料以及粗骨料均匀搅拌，在搅拌过程中逐步加入水和减水剂的混合液继续搅拌，将水泥基体灌注到模具中部，将三向交织玄武岩纤维织物分别铺设入模具上中下部共三层，其中上下两层距中间层的距离为25～40mm，每铺设一层三向交织玄武岩纤维织物灌注一层水泥基体。

可选的，所述三向交织玄武岩纤维织物的制备方法包括：

将两组经纱和一组纬纱编织得到三向交织玄武岩纤维织物的基本构成单元，编织过程中纬纱将下层经纱挑到上层，将上层经纱压至下层得到基本单元，将各个基本单元互相编织得到三向交织玄武岩纤维织物。

本发明有益效果是：

三向交织结构玄武岩纤维织物是在一个平面内由3组互成60°相互交织而成的织物，不同于传统织物仅有互相垂直的两向交织纱线，三向织物在交织点的相互锁合作用以及60°偏斜方向上的玄武岩纤维赋予其优良的力学性能，强度高，稳定性好，抗剪切性能好，具有较高的抗老化、耐疲劳性与抗冲击性。三向交织结构玄武岩纤维织物具有近似各项同性的特点，能够均匀的传递来自个方向的荷载。织物编织过程的一组纬纱能够起到特定方向的承力效果，另外有两个方向可以传递应力从而减弱应力集中现象，将三向交织玄武岩纤维织物作为增强体铺设在混凝土中，三向交织结构织物的网孔能够起到锁定混凝土骨料的作用，显著增强了混凝土构件的抗折强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为三向交织结构玄武岩纤维织物示意图；

图2为三向交织结构玄武岩纤维织物的编织方法示意图；

图3a为三向交织结构玄武岩纤维混凝土制备过程图；

图3b为素混凝土试验过程图；

图3c为三向交织结构玄武岩纤维混凝土试件截面破坏图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种玄武岩纤维混凝土，所述玄武岩纤维混凝土的增强体为三向交织结构玄武岩纤维织物。

所述三向交织结构玄武岩纤维织物的基本单元在一个平面内由3组互成60°的经纱或纬纱相互交织而成。

所述三向交织结构玄武岩纤维织物的经纱和纬纱原材料均是玄武岩纤维，所述玄武岩纤维纤维单丝直径7～15um，单丝线密度1.70～1.90tex，密度2.63～2.65g/cm³，纤维长丝线密度400～800tex，玄武岩纤维的抗拉强度≥1500MPa，弹性模量91～110GPa，断裂伸长率1.5～3.2％。

所述三向交织结构玄武岩纤维织物经纬密15～17根/10cm，经纬纱线夹角60°，紧度66.7％。

根据织物各相紧度计算公式设置织物各相紧度相同，即其中，dx、dy、dz分别为经纱或纬纱的直径、lx、ly、lz分别为两根经纱或两根纬纱之间的距离；

当织物各相紧度Ex＝Ey＝Ez＝33％时，纱线排列最紧密，三组纱线相互锁住，结构最稳定，此时的织物总紧度为66.7％；计算过程如下：

所述玄武岩纤维混凝土的原料包括：以重量份数记，水泥180～220份、细骨料220～260份、粗骨料500～520份、水70～80份、减水剂1.8～2.2份。

所述玄武岩纤维混凝土将作为增强体的三向交织结构玄武岩纤维织物以铺层的方式铺设到混凝土基体中，铺层数为1～3层。

所述细骨料的细度模数为2.4～2.8；所述粗骨料的粒径范围5～10mm。

所述水泥为PS.A32.5硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率≥23％。

本实施例提供的三向交织结构玄武岩纤维混凝土，将三向交织玄武岩纤维织物作为增强体铺设在混凝土中，而三向交织结构玄武岩纤维织物是在一个平面内由3组互成60°相互交织而成的织物，不同于传统织物仅有互相垂直的两向交织纱线，三向织物在交织点的相互锁合作用以及60°偏斜方向上的玄武岩纤维赋予其优良的力学性能，强度高，稳定性好，抗剪切性能好，具有较高的抗老化、耐疲劳性与抗冲击性。三向交织结构玄武岩纤维织物具有近似各项同性的特点，能够均匀的传递来自个方向的荷载。织物编织过程的一组纬纱能够起到特定方向的承力效果，另外有两个方向可以传递应力从而减弱应力集中现象，且三向交织结构织物的网孔能够起到锁定混凝土骨料的作用，显著增强了混凝土构件的抗折强度。

实施例二：

本实施例提供一种三向交织结构玄武岩纤维混凝土的制备方法，所述方法用于制备实施例一所述的三向交织结构玄武岩纤维混凝土，其中三向交织结构玄武岩纤维混凝土的增强体为三向交织结构玄武岩纤维织物，三向交织结构玄武岩纤维织物以铺层的方式铺设到混凝土基体中，铺层数为1～3层，因为当铺设3层时，得到的三向交织结构玄武岩纤维混凝土性能最好，所以本实施例以铺设3层为例进行说明，所述方法包括：

(1)准备以下重量份原料：水泥220份、细骨料240份、粗骨料500份、水70份、减水剂2.2份。其中，水泥为PS.A32.5硅酸盐水泥；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率≥23％；细骨料的细度模数为2.4～2.8；所述粗骨料的粒径范围5～10mm。

(2)先将水泥、细骨料以及粗骨料均匀搅拌60s。

(3)在搅拌过程中逐步加入水和减水剂的混合液继续搅拌120s得到的搅拌物作为水泥基体。

(4)将水泥基体灌注到混凝土模具中部。

(5)将三向交织玄武岩纤维织物分别铺设入模具上中下部共三层，层与层之间间距均为37.5mm，铺设一层三向交织玄武岩纤维织物灌注一层水泥基体；此步骤中，在实际操作过程中，上下两层距中间层的距离可设置为25～40mm范围内，本实施例以三层之间的间距都为37.5mm为例。

上述过程中，所述三向交织结构的基本单元的编制方法包括：先将一组经纱成60°角织入，第二组经纱与第一组经纱成60°织入，最后纬纱与其他两组经纱均成60°织入得到三向交织结构的基本单元。

具体的，三向交织结构玄武岩纤维织物的基本单元由两组经纱和一组纬纱构成，如图2所示，纬纱将下层经纱挑到上层，将上层经纱压至下层。

若设D1为纬纱，B、C为两组经纱，在组织结构单元中纬纱D1在经纱B之上和经纱C之下，而经纱C必在经纱B之下。在整块织物中，便由一个一个的基本单元组成，编织时先将经纱C穿综，再将经纱B穿综，最后在用粗针一上一下穿纬纱。

观察平面三向织物的结构，可以看到由于纬纱的存在阻止了两组经纱的靠拢，而每组经纱与纬纱之间亦有另一组经纱阻止它们靠拢，三组纱线相互制衡，虽然致使三向织物的孔隙比传统二向织物要大，但是经纬纱如图2交替配置导致三向交织机织物交织点多，与二向结构织物相比大大地增加了织物的稳定性能。在编织时，先将一组经纱成60°角织入，第二组经纱与第一组经纱成60°织入，最后纬纱与其他两组经纱均成60°织入。两个平纹三向织物还可以叠加成双平纹三向织物，两个平纹中的六组经纬纱互相交替一上一下编织，有效地减少了纱线间距，因此交织点比单平纹更多，增加了织物的覆盖率。

为测试本发明提供的三向交织结构玄武岩纤维混凝土的抗折性能，将本发明制备得到的三向交织结构玄武岩纤维混凝土与素混凝土作比较试验，所述素混凝土是素混凝土是与三向交织结构玄武岩纤维混凝土同一水泥基体但不含有三向交织结构织物作为增强体的混凝土，试验如下：

试验中混凝土模具采用100mm×100mm×400mm的标准试件，每组3个试件，共2组，对制备好的混凝土试件进行抗折试验，所做的试验数据均为有效值，因此得到试验数据为折算系数后的平均值如表1所示；

表1：试验数据

其中，B0为素混凝土抗折强度，B1为三向交织结构玄武岩纤维混凝土抗折强度，由表1可以看出，

三向交织结构玄武岩纤维混凝土抗折强度增长率为所以，本申请所提供的三向交织结构玄武岩纤维混凝土抗折强度增强了12.47％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维混凝土的增强体为三向交织结构玄武岩纤维织物。

2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述三向交织结构玄武岩纤维织物的基本单元在一个平面内由3组互成60°的经纱或纬纱相互交织而成。

3.根据权利要求1或2所述的玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述三向交织结构玄武岩纤维织物的经纱和纬纱原材料均是玄武岩纤维，所述玄武岩纤维单丝直径7～15um，单丝线密度1.70～1.90tex，密度2.63～2.65g/cm³，纤维长丝线密度400～800tex，玄武岩纤维的抗拉强度≥1500MPa，弹性模量91～110GPa，断裂伸长率1.5～3.2％。

4.根据权利要求1-3任一所述的玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述三向交织结构玄武岩纤维织物经纬密15～17根/10cm，经纬纱线夹角60°，紧度66.7％。

5.根据权利要求1-4任一所述的玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维混凝土的原料包括：以重量份数记，水泥180～220份、细骨料220～260份、粗骨料500～520份、水70～80份、减水剂1.8～2.2份。

6.根据权利要求1-5任一所述的玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维混凝土将作为增强体的三向交织结构玄武岩纤维织物以铺层的方式铺设到混凝土基体中，铺层数为1～3层。

7.根据权利要求5或6所述的玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述细骨料的细度模数为2.4～2.8；所述粗骨料的粒径范围5～10mm。

8.根据权利要求5-7任一所述的玄武岩纤维混凝土，其特征在于，所述水泥为PS.A32.5硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率≥23％。

9.一种玄武岩纤维混凝土的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将水泥、细骨料以及粗骨料均匀搅拌，在搅拌过程中逐步加入水和减水剂的混合液继续搅拌，将水泥基体灌注到模具中部，将三向交织玄武岩纤维织物分别铺设入模具上中下部共三层，其中上下两层距中间层的距离为25～40mm，每铺设一层三向交织玄武岩纤维织物灌注一层水泥基体。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述三向交织玄武岩纤维织物的制备方法包括：

将两组经纱和一组纬纱编织得到三向交织玄武岩纤维织物的基本构成单元，编织过程中纬纱将下层经纱挑到上层，将上层经纱压至下层得到基本单元，将各个基本单元互相编织得到三向交织玄武岩纤维织物。