CN111423192B - 一种改善高延性混凝土变形能力的方法 - Google Patents

一种改善高延性混凝土变形能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善高延性混凝土变形能力的方法，对PVA纤维进行表面处理，使得PVA纤维形成粗糙的表面；将纳米二氧化硅进行硅烷偶联剂表面改性，然后对改性后的纳米二氧化硅进行表面接枝聚己内酯；随后加入到混合有表面活性剂的去离子水中，经超声分散得到纳米二氧化硅分散溶液；以环氧氯丙烷为交联剂，对威兰胶进行交联改性，得到交联威兰胶溶液；以纳米二氧化硅分散溶液为改性剂，交联威兰胶溶液为交联剂，对PVA纤维进行表面改性，得到表面疏水的改性PVA纤维；最后以水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、废弃机油以及改性PVA纤维为原料，成型得到高延性混凝土。

Description

一种改善高延性混凝土变形能力的方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及高延性混凝土技术领域，特别是一种改善高延性混凝土变形能力的方法。
背景技术
作为最常见的一种建筑材料，水泥混凝土在拉伸或弯曲荷载作用下表现出了一种脆性特性。为了改善混凝土材料的脆性，在混凝土材料内添加一定量的短切纤维(即纤维混凝土)是一种较为常见的方式。
高延性混凝土材料(engineered cementitious composites,简称ECC)是一种特殊的纤维增强水泥基材料，它是基于微观力学与断裂力学设计理论通过对水泥基体、纤维、纤维/基体界面性能的系统设计与优化而成，通常其纤维掺量为2％左右。不同于普通混凝土或纤维混凝土的脆性破坏模式，在直接拉伸荷载下，ECC表现出了超高的延性与韧性，其拉伸应变可达3～8％，约为普通混凝土的300～800倍；在受拉过程中，ECC试件表面呈多缝开裂现象，且裂缝宽度可控制在100μm以下。ECC所表现出的高延性与极好的裂缝宽度控制能力，使其在作为建筑结构构件时可大幅度提高建筑物的安全性与耐久性。
在高延性混凝土材料的制备过程中，最常用的纤维是一种亲水基的聚乙烯醇(PVA)纤维。由于PVA纤维表面存在的羟基，使得其与周围的水化产物产生较强的化学粘结能。较大的化学粘结能使得PVA纤维在拔出的过程中被拔断，而不是拔出，进而不利于高延性混凝土材料的拉伸延性，大大制约了高延性混凝土材料在我国土木工程领域中的应用推广。
在过去二十多年，为了降低PVA纤维与水泥水化产物之间的化学粘结能，日本可乐丽贸易公司利用涂层技术对PVA纤维表面进行的预先处理，并在全球范围内垄断了该技术，而且此项技术较为复杂，增加了纤维的造价。对于其它PVA纤维生产厂家，还无法实现PVA纤维的表面处理技术。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可有效的降低PVA纤维与水泥水化产物之间的接触作用，降低化学粘结能，减少PVA纤维拔断几率，进而改善高延性混凝土材料的拉伸变形能力的方法。
为了实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：
一种改善高延性混凝土变形能力的方法，包括如下步骤：
(1)对PVA纤维进行表面处理，使得PVA纤维形成粗糙的表面；
(2)将纳米二氧化硅进行硅烷偶联剂表面改性，然后对改性后的纳米二氧化硅进行表面接枝聚己内酯；随后加入到混合有表面活性剂的去离子水中，经超声分散得到纳米二氧化硅分散溶液；
(3)以环氧氯丙烷为交联剂，对威兰胶进行交联改性，得到交联威兰胶溶液；
(4)以纳米二氧化硅分散溶液为改性剂，交联威兰胶溶液为交联剂，对步骤(1)得到的PVA纤维进行表面改性，得到表面疏水的改性PVA纤维；
(5)以水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、废弃机油以及步骤(4)得到的改性PVA纤维为原料，成型得到高延性混凝土。
具体地，步骤(1)中，所述的PVA纤维表面处理方法为：先将PVA纤维用酒精超声清洗，然后浸泡于NaOH溶液中2～3h，取出后烘干。PVA纤维本身具有良好的耐碱性能，经过碱液浸泡处理后，其表面变得粗糙，虽然有少量的点状或者片状凹痕出现，但是其拉伸强度保持率大于95％。表面处理后的粗糙表面为后续的改性提供活性位点，并能够增强纤维之间的缠连牢固度。
具体地，步骤(2)中，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、3-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)或3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的任意一种，优选KH570；所述的表面接枝是以SNPs-f-OH/Br为引发剂，进行开环聚合，在纳米纳米二氧化硅表面接枝聚己内酯。硅烷分子的硅醇基团能够相互缔合齐聚形成网络结构的膜并覆盖在颗粒表面，使得颗粒表面有机化；同时硅烷分子与-OH间容易发生化学偶联反应，因此可以在纳米颗粒表面形成外层氨基供能团或外层巯基功能团。从在二氧化硅颗粒表面形成的硅烷改性分子层一方面可以改善纳米二氧化硅的分散性能，另一方面可以显著提高其耐酸性，从而扩大其使用范围。在进行偶联时，KH570中的-Si(OCH3)3水解形成硅醇基团，进一步与二氧化硅颗粒表面的羟基反应，形成氢键，脱水后并缩合成-SiO-M共价键。表面改性后的纳米二氧化硅具有较强的亲水性，再以SNPs-f-OH/Br为引发剂，进行开环聚合，在纳米纳米二氧化硅表面接枝聚己内酯，从而实现表面的疏水改性。
优选地，步骤(2)中，所述表面活性剂为三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺或单乙醇二异丙醇胺中的任意一种，以0.04～0.1wt％的浓度与去离子水混合；接枝聚己内酯的纳米二氧化硅以质量体积比15～35g/100ml加入到混合有表面活性剂的去离子水中。醇胺类表面活性剂一方面有利于纳米二氧化硅颗粒的分散，另一方面引入水泥体系中，可以促进水泥颗粒早期的水化。
优选地，步骤(3)中，所述环氧氯丙烷的添加量为15～20μL/g威兰胶，向威兰胶中边搅拌边加入环氧氯丙烷，反应pH值为7～10，反应温度为30～50℃，反应时间控制在0.2～1h。以上条件制备得到的交联威兰胶具有很好的耐酸碱性，且相比未改性的威兰胶有更好的黏弹性、耐盐性以及保水性，能够提高纳米纳米二氧化硅在PVA纤维表面的附着能力。同时对威兰胶和交联威兰胶进行高温处理发现交联提高了威兰胶的耐温性。
优选地，步骤(4)中，先将纳米二氧化硅分散溶液和交联威兰胶溶液按照混合体积比为1:15～30混合均匀，然后搅拌状态下加入PVA纤维，于40～60℃下浸泡5～10h，然后将PVA纤维取出，烘干后得到改性PVA纤维。所得改性PVA纤维表面附着有一层疏水性纳米二氧化硅，且纳米二氧化硅和改性PVA纤维上均有一层胶膜。PVA纤维表面附着的疏水性纳米二氧化硅和威兰胶胶膜，能够避免PVA纤维表面羟基与水泥水化产物(主要是棒状的钙矾石和C-S-H凝胶)发生反应，增大纤维与水泥基体的接触面积，使得纤维与水泥基体之间的化学粘结能过大。当纤维与水泥基体粘结强度大于纤维的拉伸强度时，埋入的纤维不容易发生滑移，在微裂纹产生时，纤维容易发生断裂。而ECC材料中，微裂纹产生时纤维的滑移响应尤其重要。在滑移过程中，纤维表面被粗糙的基体通道剥离，由于滑动距离最长，最深处的纤维端会经历最大的破坏。纤维的这种剥离将会导致对于相互缠连的纤维产生膨胀效应，使得纤维与基体通道更紧实，从而需要更大的力才能将纤维拔出。
进一步地，步骤(5)中，高延性混凝土除了传统的组份水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、PVA纤维外，还添加了废弃机油作为界面改善剂。各原料质量份数如下：
Figure BDA0002518372120000031
Figure BDA0002518372120000041
以及占高延性混凝土总体积1.5～2.5％的改性PVA纤维。
其中，所述废弃机油为汽车保养维修时所排出的牌号为20、30或40的废弃机油。
废弃机油的加入，主要起到改善PVA纤维与水泥基体界面性能。PVA纤维在滑动的过程中，会产生磨损，而废弃机油的加入，能够起到一定的润滑效果，减少PVA纤维的磨损。
具体地，本发明高延性混凝土的成型步骤主要包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂加入到水中混匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌；
S3：将改性PVA纤维加入到废弃机油中，超声分散均匀，然后加入到步骤S2的搅拌锅中继续搅拌，直至纤维分散均匀，并且浆体流动性达到要求；
S4：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护。
有益效果：
1、本发明通过纳米二氧化硅和交联威兰胶对PVA纤维进行改性处理，得到表面疏水的改性PVA纤维，利用纳米二氧化硅和威兰胶在PVA纤维附着，避免水泥水化产物在PVA纤维表面附着，降低纤维与水泥基体之间的化学粘结能，从而在混凝土微裂纹产生过程中，PVA纤维能够较好的滑移，防止PVA纤维直接被拉断而失去作用。
2、本发明在传统的高延性混凝土配方中，引入了废弃机油作为界面改善剂，通过废弃机油对PVA纤维的润滑作用，能够有效避免PVA纤维在滑移过程中的磨损，从而改善PVA纤维与水泥基体界面性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为试样28d的拉伸应力和应变关系图。
图2为试样经拉伸试验后的外观照片。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
对比例1：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表1。
表1
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 PVA纤维
100 220 100 80 0.30 高延性混凝土总体积的2.0％
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％。
成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂加入到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂、PVA纤维加入到水中超声分散均匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌，直至浆体流动性达到要求；
S3：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
对比例2：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表2。
表2
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 PVA纤维 废弃机油
100 220 100 80 0.30 高延性混凝土总体积的2.0％ 1份
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％；废弃机油为牌号为30的汽车保养维修时所排出的废弃机油。
成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂加入到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂加入到水中混匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌；
S3：将PVA纤维加入到废弃机油中，超声分散均匀，然后加入到步骤S2的搅拌锅中继续搅拌，直至纤维分散均匀，并且浆体流动性达到要求；
S4：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
对比例3：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表3。
表3
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 PVA纤维 废弃机油
100 220 100 80 0.30 高延性混凝土总体积的2.0％ 3份
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％；废弃机油与对比例2相同。
成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂加入到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂加入到水中混匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌；
S3：将PVA纤维加入到废弃机油中，超声分散均匀，然后加入到步骤S2的搅拌锅中继续搅拌，直至纤维分散均匀，并且浆体流动性达到要求；
S4：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
对比例4：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表4。
表4
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 改性PVA纤维
100 220 100 80 0.30 高延性混凝土总体积的2.0％
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％。
改性PVA纤维通过如下方法进行改性：
(1)将PVA纤维用酒精超声清洗，然后浸泡于NaOH溶液中3h，取出后烘干使得PVA纤维形成粗糙的表面；
(2)将步骤(1)得到得PVA纤维浸泡在质量分数为5％的环氧树脂-酒精溶液中，50℃下浸泡2h，然后取出烘干；
(3)将纳米二氧化硅进行硅烷偶联剂(KH570)表面改性，然后以SNPs-f-OH/Br为引发剂，对改性后的纳米二氧化硅进行表面接枝聚己内酯；随后加入到混合有三乙醇胺的去离子水中，经超声分散得到纳米二氧化硅分散溶液；
(4)将步骤(2)所得PVA纤维浸泡在步骤(3)纳米二氧化硅分散溶液中，于50℃下浸泡6h，然后将PVA纤维取出，烘干后得到改性PVA纤维。
高延性混凝土成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂加入到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂、改性PVA加入到水中超声分散均匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌，直至浆体流动性达到要求；
S3：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
对比例5：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表5。
表5
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 改性PVA纤维
100 220 100 80 0.30 高延性混凝土总体积的2.0％
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％。
改性PVA纤维通过如下方法进行改性：
(1)将PVA纤维用酒精超声清洗，然后浸泡于NaOH溶液中3h，取出后烘干使得PVA纤维形成粗糙的表面；
(2)将步骤(1)得到得PVA纤维浸泡在质量分数为5％的威兰胶水溶液中，50℃下浸泡2h，然后取出烘干；
(3)将纳米二氧化硅进行硅烷偶联剂(KH570)表面改性，然后以SNPs-f-OH/Br为引发剂，对改性后的纳米二氧化硅进行表面接枝聚己内酯；随后加入到混合有三乙醇胺的去离子水中，经超声分散得到纳米二氧化硅分散溶液；
(4)将步骤(2)所得PVA纤维浸泡在步骤(3)纳米二氧化硅分散溶液中，于50℃下浸泡6h，然后将PVA纤维取出，烘干后得到改性PVA纤维。
高延性混凝土成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂加入到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂、改性PVA加入到水中超声分散均匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌，直至浆体流动性达到要求；
S3：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
对比例6：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表6。
表6
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 改性PVA纤维 废弃机油
100 220 100 80 0.30 高延性混凝土总体积的2.0％ 3份
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％。
改性PVA纤维制备方法同对比例5。
高延性混凝土成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂加入到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂加入到水中混匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌；
S3：将改性PVA纤维加入到废弃机油中，超声分散均匀，然后加入到步骤S2的搅拌锅中继续搅拌，直至纤维分散均匀，并且浆体流动性达到要求；
S4：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
实施例1：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表7。
表7
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 改性PVA纤维 废弃机油
100 220 100 80 0.30 高延性混凝土总体积的2.0％ 3份
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％。
改性PVA纤维通过如下方法进行改性：
(1)将PVA纤维用酒精超声清洗，然后浸泡于NaOH溶液中3h，取出后烘干使得PVA纤维形成粗糙的表面；
(2)将纳米二氧化硅进行硅烷偶联剂(KH570)表面改性，然后以SNPs-f-OH/Br为引发剂，对改性后的纳米二氧化硅进行表面接枝聚己内酯；随后加入到混合有表面活性剂三乙醇胺的去离子水中，经超声分散得到纳米二氧化硅分散溶液；
(3)取5g威兰胶加入到100ml的去离子中，搅拌下加入4μL环氧氯丙烷，控制反应pH值为7～10，反应温度为30～50℃，反应1h，得到交联威兰胶溶液；
(4)将步骤(2)制备的纳米二氧化硅分散溶液和步骤(3)制备的交联威兰胶溶液按照混合体积比为1:20混合均匀，然后搅拌状态下加入PVA纤维(质量体积比为20g/100ml)，于50℃下浸泡6h，然后将PVA纤维取出，烘干后得到改性PVA纤维。
高延性混凝土成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂加入到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂加入到水中混匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌；
S3：将改性PVA纤维加入到废弃机油中，超声分散均匀，然后加入到步骤S2的搅拌锅中继续搅拌，直至纤维分散均匀，并且浆体流动性达到要求；
S4：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
实施例2：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表8。
表8
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 改性PVA纤维 废弃机油
100 100 200 55 0.10 高延性混凝土总体积的1.5％ 3份
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％。
改性PVA纤维通过如下方法进行改性：
(1)将PVA纤维用酒精超声清洗，然后浸泡于NaOH溶液中3h，取出后烘干使得PVA纤维形成粗糙的表面；
(2)将纳米二氧化硅进行硅烷偶联剂(KH570)表面改性，然后以SNPs-f-OH/Br为引发剂，对改性后的纳米二氧化硅进行表面接枝聚己内酯；随后加入到混合有表面活性剂三乙醇胺的去离子水中，经超声分散得到纳米二氧化硅分散溶液；
(3)取5g威兰胶加入到100ml的去离子中，搅拌下加入4μL环氧氯丙烷，控制反应pH值为7～10，反应温度为30～50℃，反应1h，得到交联威兰胶溶液；
(4)将步骤(2)制备的纳米二氧化硅分散溶液和步骤(3)制备的交联威兰胶溶液按照混合体积比为1:15混合均匀，然后搅拌状态下加入PVA纤维(质量体积比为20g/100ml)，于50℃下浸泡6h，然后将PVA纤维取出，烘干后得到改性PVA纤维。
高延性混凝土成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂加入到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂加入到水中混匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌；
S3：将改性PVA纤维加入到废弃机油中，超声分散均匀，然后加入到步骤S2的搅拌锅中继续搅拌，直至纤维分散均匀，并且浆体流动性达到要求；
S4：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
实施例3：
按照传统高延性混凝土材料进行配料，各原料配比(按重量份数计)见表9。
表9
水泥 粉煤灰 石英砂 水 减水剂 改性PVA纤维 废弃机油
100 400 100 125 0.30 高延性混凝土总体积的2.5％ 3份
其中，水泥为标号52.5的普通硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥800m2/kg，密度为2.8g/cm3；石英砂采用标准砂；减水剂为聚羧酸型高效减水剂；PVA纤维公称长度为8～15mm，当量直径为30～45μm，抗拉强度≥1200N/mm2，断裂伸长率为3～5％。
改性PVA纤维通过如下方法进行改性：
(1)将PVA纤维用酒精超声清洗，然后浸泡于NaOH溶液中3h，取出后烘干使得PVA纤维形成粗糙的表面；
(2)将纳米二氧化硅进行硅烷偶联剂(KH570)表面改性，然后以SNPs-f-OH/Br为引发剂，对改性后的纳米二氧化硅进行表面接枝聚己内酯；随后加入到混合有表面活性剂三乙醇胺的去离子水中，经超声分散得到纳米二氧化硅分散溶液；
(3)取5g威兰胶加入到100ml的去离子中，搅拌下加入4μL环氧氯丙烷，控制反应pH值为7～10，反应温度为30～50℃，反应1h，得到交联威兰胶溶液；
(4)将步骤(2)制备的纳米二氧化硅分散溶液和步骤(3)制备的交联威兰胶溶液按照混合体积比为1:30混合均匀，然后搅拌状态下加入PVA纤维(质量体积比为20g/100ml)，于50℃下浸泡6h，然后将PVA纤维取出，烘干后得到改性PVA纤维。
高延性混凝土成型步骤包括：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂加入加入到水中混匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌；
S3：将改性PVA纤维加入到废弃机油中，超声分散均匀，然后加入到步骤S2的搅拌锅中继续搅拌，直至纤维分散均匀，并且浆体流动性达到要求；
S4：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护，得到40mm×40mm×160mm的试块。
按照《水泥胶砂强度检测方法》GB/T 1761进行三点抗折试验，分别测定对比例1～5和实施例1～3试样不同龄期的抗折强度(MPa)，结果见表10。
表10
龄期 1d 3d 7d 28d
对比例1 5.35±0.2 7.02±0.3 8.74±0.3 10.89±0.3
对比例2 5.64±0.2 7.21±0.3 9.03±0.2 11.21±0.2
对比例3 5.98±0.1 7.87±0.3 9.86±0.2 11.78±0.4
对比例4 6.03±0.1 8.03±0.2 9.84±0.1 11.86±0.4
对比例5 6.21±0.1 7.89±0.2 9.38±0.2 11.23±0.3
对比例6 6.31±0.1 8.27±0.1 10.33±0.1 12.04±0.1
实施例1 7.34±0.2 9.24±0.2 11.36±0.3 14.37±0.3
实施例2 7.31±0.2 9.34±0.3 11.27±0.1 14.05±0.2
实施例3 7.21±0.2 8.79±0.1 11.03±0.2 13.89±0.2
从表10的对比例1～3可以看出，通过在传统高延性混凝土配方中添加少量的废弃机油，不会对混凝土强度造成不利影响。相反能够提高高延性混凝土的抗折强度，且在合理的掺量范围内，这种改善效果随着废弃机油掺量的增加愈发明显。
从对比例4和对比例5可以看出，对PVA纤维进行改性，能够显著提高混凝土的抗折性能。通过环氧树脂和威兰胶在PVA纤维表面形成一层胶膜，有利于纳米二氧化硅在PVA纤维表面的附着。相比环氧树脂，威兰胶的后期表现略有不足，这是因为随着水化的进行，威兰胶中的中涵蓄的水分补充了水泥硬化所需的水分，可能导致PVA纤维表面聚集水化产物。
从对比例6可知，同时搭配废弃机油的引入，能够进一步提升混凝土的抗折强度。与传统高延性混凝土对比例1相比，通过纳米二氧化硅改性后的PVA纤维，能够在水泥基体中实现更好的滑移，不易在微裂纹产生时，直接被拔断。
但若直接将PVA纤维浸泡在纳米二氧化硅分散溶液中，改性的纤维表面纳米二氧化硅颗粒分布不均，同时由于纳米二氧化硅的高火山灰活性，容易参与到水泥水化的过程中，因此后期的作用效果不够明显。
通过在PVA纤维改性过程中，引入交联威兰胶，使得PVA纤维和纳米二氧化硅的表面均能形成稳定的胶层，一方面能够增强纳米二氧化硅的附着，另一方面能够抑制纳米二氧化硅的火山灰活性，从而避免水泥水化产物在PVA纤维表面附着，降低纤维与水泥基体之间的化学粘结能，从而在混凝土微裂纹产生过程中，PVA纤维能够较好的滑移，防止PVA纤维直接被拉断而失去作用。
分别取对比例1、对比例3、对比例6和实施例1龄期为28d的试样进行拉伸试验，结果见图1。从图中可以看出，传统高延性混凝土(对比例1)的极限拉伸率在3.5％左右，配方中引入废弃机油后(对比例3)极限拉伸率提高到了5.2％左右；通过对PVA纤维进行纳米二氧化硅改性(对比例6)，试块的极限拉伸率能够进一步提升，达到6％左右。最后在PVA纤维改性过程中，引入交联威兰胶，试块的极限拉伸率能够进一步提升至7.2％，相比传统高延性混凝土提升了一倍多，显著改善了高延性混凝土的变形能力。
经拉伸试验后，各试样的外观如图2所示。根据统计试样上裂纹的数量以及裂纹性质，可以直观的反应试块的变形能力。从图中可以看出，对比例1和对比例3的裂纹数量相对较为稀疏，且出现了导致试块最终断裂的大裂纹。对比例6和实施例1的试块上裂纹较为密集，尤其实施例1上的裂纹数量最多，且裂纹的宽度更为细小，相邻更加紧密。以上结果证明了采用本发明方法，能够显著地改善高延性混凝土变形能力。
本发明提供了一种改善高延性混凝土变形能力的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对PVA纤维进行表面处理，使得PVA纤维形成粗糙的表面；
（2）将纳米二氧化硅进行硅烷偶联剂表面改性，然后对改性后的纳米二氧化硅进行表面接枝聚己内酯；随后加入到混合有表面活性剂的去离子水中，经超声分散得到纳米二氧化硅分散溶液；
（3）以环氧氯丙烷为交联剂，对威兰胶进行交联改性，得到交联威兰胶溶液；
（4）以纳米二氧化硅分散溶液为改性剂，交联威兰胶溶液为交联剂，对步骤（1）得到的PVA纤维进行表面改性，得到表面疏水的改性PVA纤维；
（5）以水泥、粉煤灰、石英砂、水、减水剂、废弃机油以及步骤（4）得到的改性PVA纤维为原料，成型得到高延性混凝土。
2.根据权利要求1所述改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的PVA纤维表面处理方法为：先将PVA纤维用酒精超声清洗，然后浸泡于NaOH溶液中2~3h，取出后烘干。
3.根据权利要求1所述改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷或3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种；所述的表面接枝是以SNPs-f-OH/Br为引发剂，进行开环聚合，在纳米二氧化硅表面接枝聚己内酯。
4.根据权利要求3所述改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述表面活性剂为三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺或单乙醇二异丙醇胺中的任意一种，以0.04~0.1 wt%的浓度与去离子水混合；接枝聚己内酯的纳米二氧化硅以质量体积比15~35g/100ml加入到混合有表面活性剂的去离子水中。
5.根据权利要求1所述改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述环氧氯丙烷的添加量为15~20 μL/g威兰胶，向威兰胶中边搅拌边加入环氧氯丙烷，反应pH值为7~10，反应温度为30~50℃，反应时间控制在0.2~1 h。
6.根据权利要求1所述改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，步骤（4）中，先将纳米二氧化硅分散溶液和交联威兰胶溶液按照混合体积比为1:15~30混合均匀，然后搅拌状态下加入PVA纤维，于40~60℃下浸泡5~10h，然后将PVA纤维取出，烘干后得到改性PVA纤维。
7.根据权利要求1所述改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，步骤（5）中，各原料质量份数如下：
水泥： 100份；
粉煤灰： 100~400份；
石英砂： 100~200份；
水： 55~125份；
减水剂： 0.1~0.3份；
废弃机油： 1~3份；
以及占高延性混凝土总体积1.5~2.5%的改性PVA纤维。
8.根据权利要求7所述改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，所述废弃机油为汽车保养维修时所排出的牌号为20、30或40的废弃机油。
9.根据权利要求7所述改善高延性混凝土变形能力的方法，其特征在于，步骤（5）中，高延性混凝土的成型步骤为：
S1：将水泥、粉煤灰和石英砂到搅拌锅中，持续搅拌；
S2：将减水剂加入到水中混匀，然后加入到步骤S1的搅拌锅中继续搅拌；
S3：将改性PVA纤维加入到废弃机油中，超声分散均匀，然后加入到步骤 S2的搅拌锅中继续搅拌，直至纤维分散均匀，并且浆体流动性达到要求；
S4：将搅拌均匀的浆体倒入模具中成型，取出后进行标准养护。
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