CN110357514A - 一种竹纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及混凝土技术领域，旨在提供一种竹纤维混凝土及其制备方法，其技术方案要点是：包括以下重量份的组分：水泥230～360份、细沙110～150份、轻骨料50～90份、竹纤维30～45份、分散剂36～100份、减水剂6～12份、引气剂1～3份、水110～160份；制备方法为：S1、称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合30～40s；S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合20～30s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌20～30s，搅拌均匀；S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌20～30s制得竹纤维混凝土拌合物。本发明具有加工工艺简单、所制备的混凝土强度高、延性好的优点。

Description

一种竹纤维混凝土及其制备方法

技术领域

本发明专利涉及混凝土技术领域，特别涉及一种竹纤维混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土因其具有耐久性好、承载力强、原料丰富等优点被广泛应用的现代建筑工程中，现代建筑过程中可以根据不同的施工要求采用不同配方的混凝土，再利用混凝土浇筑技术制成不同强度跟形状的建筑构件。

现有的混凝土配方中会通过添加特殊的纤维来提高混凝土的强度，一般掺混的纤维使用较多的是聚丙烯（PP）纤维，掺混了PP纤维的混凝土，其强度和耐久性均得到明显提高。

公告号为CN103508705B的中国专利公开了一种喷射型延性PP纤维增强水泥基复合材料及其制备方法，按重量份数计，包括：水泥19～36份、橡胶1.9～5.7份、粉煤灰11-40份、河砂12～35份、石子10～30份、水7～18份、速凝剂1～2.2份、粉状减水剂0.1～0.8份、可再分散乳胶粉1.0～1.8份、PP纤维0.8～2份。通过一次搅拌、二次搅拌和终凝得到产品喷射型延性PP增强水泥基复合材料。

这种现有技术方案虽然通过掺混PP纤维使水泥基复合材料成品力学性能有明显增加，但是在实际使用过程中由于PP是一种化学合成纤维，原料来源于不可持续的石油炼制产品，且成本较高，因此开发出一种能够替代化学合纤，提高混凝土力学性能，特别是提供混凝土延性和强度的可再生纤维，具有重大的社会意义和广阔的市场前景。

发明专利内容

本发明专利的目的是提供一种竹纤维混凝土及其制备方法，具有加工工艺简单、所制备的混凝土强度高、延性好的优点。

本发明专利的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种竹纤维混凝土，包括以下重量份的组分：水泥230～360份、细沙110～150份、轻骨料50～90份、竹纤维30～45份、分散剂36～100份、减水剂6～12份、引气剂1～3份、水110～160份；所述竹纤维的长度为6～18mm，直径为10～18μm。

通过采用上述技术方案，水泥与水搅拌混合后形成凝胶材料，可以将细沙、轻骨料等粘结固定，从而起到粘结成型并提供混凝土基础强度的作用，竹纤维属于有机材料，具有高抗拉强度、高极限延伸率和高抗碱性，掺混进混凝土拌合料中，可以弥补混凝土无机材料的脆性，在混凝土早期可以有效抑制裂缝的产生和扩展，从而有效提高混凝土的强度和延性；分散剂可以进一步增加水泥的凝胶效果，提高凝胶体系与竹纤维的混合均匀性和粘接牢度；引气剂在与混凝土拌合料一起搅拌混合过程中，可以有效降低水的表面张力，使得混凝土拌合料中产生许多均匀且稳定的小气泡，减小了骨料之间的摩擦力，提高了混凝土拌合料的流动性和混合均匀性；减水剂配合引气剂，进一步增加混凝土拌合料中颗粒之间的分散均匀性，从而可以减少水的使用量，增加了混凝土的塑化效果，使得混凝土的坍落度损失较小。

进一步的，所述轻骨料为粒径范围是16～19mm的轻质陶粒，所述轻质陶粒的密度为400～480kg/m³。

通过采用上述技术方案，轻质陶粒密度小，内部多孔，形态、成分均一，具有较好的强度和坚固性，可以在控制混凝土轻量化特性的同时进一步提高混凝土的抗压强度；另一方面，轻质陶粒的微孔结构使其具有很好的吸水性，有助于提高混凝土整体的抗渗防水性能。

进一步的，所述竹炭纤维的制备方法包括如下步骤：

S1、原竹剖片：将原竹锯断、剖片，原竹片的长度为10～40mm；

S2、煮练竹片：将原竹片放入沸水中煮练2～3h；

S3、碾碎成丝：将煮练后的原竹片捞出，碾碎成竹丝；

S4、碱煮：将步骤S3制得的竹丝浸入一定浓度的氢氧化钠溶液中，浴液温度为100～110℃，浸入时间3～4h，浴比为1:(25～30)；

S5、柔顺处理：将步骤S4碱煮后的竹纤维浸入一定浓度的柔软剂浴液中，浴液温度为45～55℃，处理时间为2～3h，浴比为1:(25～30)；

S6、清洗干燥：将步骤S5制得的竹纤维用无水乙醇浸泡，再用自来水清洗，自然晾干即可。

通过采用上述技术方案，将原竹锯断、剖成一定长度的竹片，方便进行煮练，同时也确定了竹纤维的基本长度；将竹片进行煮练可以提高纤维的韧性，使得竹纤维单丝之间更加松软，便于碾碎成丝；将竹纤维加入碱液中高温煮沸，通过碱性条件和高温条件将竹纤维表层的部分果胶去除，从而进一步增加竹纤维的韧性；再将竹纤维浸渍于柔顺处理液中，柔软剂吸附于竹纤维孔隙中，柔软剂与纤维分子之间相互作用，从而进一步增加竹纤维的韧性和柔软度。

进一步的，所述S1步骤中的原竹为楠竹。

通过采用上述技术方案，楠竹材质优良、纤维强度大，且生长周期短，作为竹纤维的加工原料，具有明显的实用和经济价值。

进一步的，所述分散剂包括质量比为1:1的一级粉煤灰和S95级矿粉。

通过采用上述技术方案，S95级矿粉具有良好的分散性、表面活性，与一级粉煤灰进行复配，可以提高混凝土的和易性和粘聚性，减少混凝土中连通孔的形成，从而达到提高混凝土密实性、抗渗性的效果。

进一步的，所述减水剂为木质素磺酸盐，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁中的至少一种。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸盐有良好的扩散性，易溶于水，加入混凝土中搅拌可以改善混凝土的和易性，减少作为溶剂的水的用量，并且可以提高混凝土的强度和抗龟裂性。

进一步的，所述引气剂为松香酸钠、三萜皂苷中的至少一种。

通过采用上述技术方案，松香酸钠属于三苯环结构阴离子表面活性剂，溶于水后会解离形成阴离子基团，可以有效降低液体表面张力，有高效稳定的起泡、发泡性能；三萜皂苷属于非离子表面活性剂，其分子结构包含单糖基、甙元基，其中单糖基含有能与水分子形成氢键的多羟基结构，具有很强的亲水性，而甙元基具有较强的亲油憎水性，因此也有助于降低溶液表面张力并产生气泡，同时三萜皂苷分子结构较大，可以形成较厚的分子膜，使气泡的弹性、尺寸能够相对稳定。

进一步的，一种竹纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按配比，称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合30～40s；

S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合20～30s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌20～30s，搅拌混合至颜色均一的料浆；

S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌20～30s制得竹纤维混凝土拌合物。

通过采用上述技术方案，将水泥、细沙和轻质陶粒预先搅拌混合，可以将细骨料与水泥进行充分混合，再将竹纤维与作为分散剂的粉煤灰、矿粉加入搅拌混合，粉煤灰与矿粉可以增加拌合料的流动性，从而提高竹纤维与拌合料混合的均匀性；水作为稀释剂起到将水泥、粉煤灰及矿粉等润湿并形成凝胶体的作用，可以将骨料粘结固定在混凝土内部，增加混凝土的基础强度；引气剂与混凝土拌合料一起搅拌混合，可以使混凝土拌合料中产生许多封闭且稳定的小气泡，起到润滑骨料的作用，提高混凝土拌合料的流动性和混合均匀性；减水剂配合引气剂，进一步增加混凝土拌合料中颗粒之间的分散均匀性，从而可以减少水的使用量，增加了混凝土的塑化效果，使得混凝土的坍落度损失较小。

综上所述，本发明专利具有以下有益效果：

1.本发明在混凝土配方中添加竹纤维，竹纤维属于有机材料，具有高抗拉强度、高极限延伸率和高抗碱性，掺混进混凝土拌合料中，可以弥补混凝土无机材料的脆性，在混凝土早期可以有效抑制裂缝的产生和扩展，从而有效提高混凝土的强度和延性；

2.本发明中选择以楠竹作为竹纤维的制备原材料，楠竹材质优良、纤维强度大，且生长周期短，作为竹纤维的加工原料，具有明显的实用和经济价值；

3.本发明中添加一级粉煤灰和S95级矿粉，S95级矿粉具有良好的分散性、表面活性，与一级粉煤灰进行复配，可以提高混凝土的和易性和粘聚性，减少混凝土中连通孔的形成，从而达到提高混凝土密实性、抗渗性的效果。

具体实施方式

以下结合实施列对本发明专利作进一步详细说明。

竹纤维制备例1～3

制备例1：

S1、原竹剖片：将原竹锯断、剖片，原竹片的长度为10～40mm；

S2、煮练竹片：将原竹片放入沸水中煮练2h；

S3、碾碎成丝：将煮练后的原竹片捞出，碾碎成竹丝；

S4、碱煮：将步骤S3制得的竹丝浸入一定浓度的氢氧化钠溶液中，浴液温度为100℃，浸入时间3h，浴比为1:25；

S5、柔顺处理：将步骤S4碱煮后的竹纤维浸入一定浓度的柔软剂浴液中，浴液温度为45℃，处理时间为2h，浴比为1:25；

S6、清洗干燥：将步骤S5制得的竹纤维用无水乙醇浸泡，再用自来水清洗，自然晾干即可。

制备例2：

S1、原竹剖片：将原竹锯断、剖片，原竹片的长度为10～40mm；

S2、煮练竹片：将原竹片放入沸水中煮练2.5h；

S3、碾碎成丝：将煮练后的原竹片捞出，碾碎成竹丝；

S4、碱煮：将步骤S3制得的竹丝浸入一定浓度的氢氧化钠溶液中，浴液温度为105℃，浸入时间3.5h，浴比为1:27；

S5、柔顺处理：将步骤S4碱煮后的竹纤维浸入一定浓度的柔软剂浴液中，浴液温度为50℃，处理时间为2.5h，浴比为1:27；

S6、清洗干燥：将步骤S5制得的竹纤维用无水乙醇浸泡，再用自来水清洗，自然晾干即可。

制备例3：

S1、原竹剖片：将原竹锯断、剖片，原竹片的长度为10～40mm；

S2、煮练竹片：将原竹片放入沸水中煮练3h；

S3、碾碎成丝：将煮练后的原竹片捞出，碾碎成竹丝；

S4、碱煮：将步骤S3制得的竹丝浸入一定浓度的氢氧化钠溶液中，浴液温度为110℃，浸入时间4h，浴比为1:30；

S5、柔顺处理：将步骤S4碱煮后的竹纤维浸入一定浓度的柔软剂浴液中，浴液温度为55℃，处理时间为3h，浴比为1: 30；

S6、清洗干燥：将步骤S5制得的竹纤维用无水乙醇浸泡，再用自来水清洗，自然晾干即可。

实施例

实施例1：一种竹纤维混凝土，包括以下重量份的组分：水泥230份、细沙110份、轻骨料50份、制备例2的竹纤维30份、一级粉煤灰18份、S95级矿粉18份、减水剂6份、引气剂1份、水110份；竹纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按配比，称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合30s；

S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合20s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌20s，搅拌混合至颜色均一的料浆；

S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌20s制得竹纤维混凝土拌合物。

实施例2：一种竹纤维混凝土，包括以下重量份的组分：水泥260份、细沙120份、轻骨料60份、制备例2的竹纤维33份、一级粉煤灰25份、S95级矿粉25份、减水剂7份、引气剂1.5份、水120份；竹纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按配比，称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合32s；

S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合22s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌22s，搅拌混合至颜色均一的料浆；

S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌22s制得竹纤维混凝土拌合物。

实施例3：一种竹纤维混凝土，包括以下重量份的组分：水泥290份、细沙130份、轻骨料70份、制备例3的竹纤维36份、一级粉煤灰34份、S95级矿粉34份、减水剂8份、引气剂2份、水130份；竹纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按配比，称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合34s；

S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合24s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌24s，搅拌混合至颜色均一的料浆；

S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌24s制得竹纤维混凝土拌合物。

实施例4：一种竹纤维混凝土，包括以下重量份的组分：水泥320份、细沙140份、轻骨料80份、制备例1的竹纤维39份、一级粉煤灰44份、S95级矿粉44份、减水剂9份、引气剂2.5份、水140份；竹纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按配比，称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合36s；

S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合26s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌26s，搅拌混合至颜色均一的料浆；

S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌26s制得竹纤维混凝土拌合物。

实施例5：一种竹纤维混凝土，包括以下重量份的组分：水泥340份、细沙145份、轻骨料85份、制备例1的竹纤维42份、一级粉煤灰48份、S95级矿粉48份、减水剂10份、引气剂3份、水150份；竹纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按配比，称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合38s；

S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合28s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌28s，搅拌混合至颜色均一的料浆；

S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌28s制得竹纤维混凝土拌合物。

实施例6：一种竹纤维混凝土，包括以下重量份的组分：水泥360份、细沙150份、轻骨料90份、制备例1的竹纤维45份、一级粉煤灰50份、S95级矿粉50份、减水剂12份、引气剂3份、水160份；竹纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按配比，称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合40s；

S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合30s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌30s，搅拌混合至颜色均一的料浆；

S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌30s制得竹纤维混凝土拌合物。

本具体实施例仅仅是对本发明专利的解释，其并不是对本发明专利的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明专利的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种竹纤维混凝土，其特征在于：包括以下重量份的组分：水泥230～360份、细沙110～150份、轻骨料50～90份、竹纤维30～45份、分散剂36～100份、减水剂6～12份、引气剂1～3份、水110～160份；

所述竹纤维的长度为6～18mm，直径为10～18μm。

2.根据权利要求1所述的一种竹纤维混凝土，其特征在于：所述轻骨料为粒径范围是16～19mm的轻质陶粒，所述轻质陶粒的密度为400～480kg/m³。

3.根据权利要求1所述的一种竹纤维混凝土，其特征在于：所述竹纤维的制备方法包括如下步骤：

S1、原竹剖片：将原竹锯断、剖片，原竹片的长度为10～40mm；

S2、煮练竹片：将原竹片放入沸水中煮练2～3h；

S3、碾碎成丝：将煮练后的原竹片捞出，碾碎成竹丝；

S4、碱煮：将步骤S3制得的竹丝浸入一定浓度的氢氧化钠溶液中，浴液温度为100～110℃，浸入时间3～4h，浴比为1:(25～30)；

S5、柔顺处理：将步骤S4碱煮后的竹纤维浸入一定浓度的柔软剂处理液中，浴液温度为45～55℃，处理时间为2～3h，浴比为1:(25～30)；

S6、清洗干燥：将步骤S5制得的竹纤维用无水乙醇浸泡，再用自来水清洗，自然晾干即可。

4.根据权利要求3所述的一种竹纤维混凝土，其特征在于：所述S1步骤中的原竹为楠竹。

5.根据权利要求1所述的一种竹纤维混凝土，其特征在于：所述分散剂包括质量比为1:1的一级粉煤灰和S95级矿粉。

6.根据权利要求1所述的一种竹纤维混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种竹纤维混凝土，其特征在于：所述引气剂为松香酸钠、三萜皂苷中的至少一种。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种竹纤维混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、按配比，称取相应分量水泥、细沙和轻质陶粒投入搅拌机搅拌混合30～40s；

S2、称取相应分量的竹纤维、分散剂加入S1步骤中的搅拌机继续搅拌混合20～30s，再加入三分之二配比分量的水继续搅拌20～30s，搅拌混合至颜色均一的料浆；

S3、向S2步骤中加入剩余配比分量的水，并将称取好的减水剂、引气剂加入搅拌机，继续搅拌20～30s制得竹纤维混凝土拌合物。