CN111777348B

CN111777348B - 一种耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN111777348B
Application number: CN202010673490.7A
Authority: CN
Inventors: 薛晓薇; 单桂军; 刘畅; 张成勇
Original assignee: Jiangsu Tianlong Continuous Basalt Fiber Co ltd
Current assignee: Beijing Zhongdijiaoke New Material Technology Research Co ltd; Jiangsu Tianlong Continuous Basalt Fiber Co ltd
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: CN111777348A

Abstract

本发明公开了一种耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维及其制备方法，采6～12％的成膜剂、5～8％的聚醋酸乙烯酯、0.1～1％的表面活性剂、0.2～1.2％的偶联剂、1～2％的PH调节剂、0.2～0.3％的抗静电剂、0.1％～0.2％的润滑剂作为主要成分，对玄武岩纤维表面进行处理，在进行浸润涂覆处理时经过100～150℃/8～15h恒温加热工艺处理，提高玄武岩纤维自身的耐碱性。同时通过后期相应的加工手段，进一步的提高玄武岩纤维的耐碱性，从而增强其在水泥混凝土中的强韧化作用。

Description

一种耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维及其制备方法。

背景技术

随着中国建设进程的加速，现代水泥混凝土行业越发蓬勃。但是水泥混凝土自身存在许多的问题，如抗弯拉强度低、易开裂在冲击荷载的作用下易破坏等限制了其在工程领域中的应用，因此解决这些存在的问题也迫在眉睫。在水泥混凝土中掺加纤维,能提升水泥混凝土抗弯拉强度,延缓裂缝的产生及发展,延长混凝土的疲劳寿命。在公路工程中,己使用的纤维有钢纤维、玻璃纤维、炭纤维、聚丙烯纤维等。与其他纤维相比，玄武岩纤维具有与混凝土天然相容性,良好的物理力学性能，对混凝土的阻裂、增强效果显著。目前现有市场上的玄武岩纤维耐碱性较差，而水泥混凝土的碱性环境中pH较高，导致玄武岩纤维部分被侵蚀，丧失固有强度，在水泥混凝土中起不到相应强韧化作用，因此，需要对玄武岩纤维进行改进。

CN109369050A公开了一种增强水泥混凝土用短切玄武岩纤维束制备方法，包括步骤：(a)玄武岩纤维丝合股成束；(b)玄武岩纤维束浸胶、成形；(c)成形后的玄武岩纤维束切割，得到用于增强水泥混凝土的短切玄武岩纤维束。其可以有效提高水泥混凝土的强度。然而，所述专利使用的玄武岩纤维束，每根玄武岩纤维之间是相互平行的，它们之间主要是通过浸渍酚醛树脂等进行粘合的，加入水泥混凝土搅拌后玄武岩纤维容易被分散、起毛。同时，所述短切玄武岩纤维表面并未经过处理，其耐碱性仍然较低，在一定程度上降低了其对水泥混凝土增强效果。

CN110372244A公开了一种用于水泥混凝土的短切玄武岩纤维有捻纱及其制备方法，其将玄武岩纤维束进行加捻处理，得到玄武岩纤维有捻纱，有捻纱浸胶烘干，将烘干后的玄武岩纤维有捻纱短切，得到短切玄武岩纤维有捻纱。所述专利使用的玄武岩纤维也并未经过表面处理，不能提高其在水泥混凝土中的耐碱性；在水泥混凝土搅拌过程中，部分纤维会分散，表面的酚醛树脂等不能阻止其被侵蚀，在一定程度上仍然降低了其对水泥混凝土的增强效果。

CN102898044A公开了一种玄武岩纤维表面改性浸润剂及其制备方法，其中所述的浸润剂为用于沥青混合料的浸润剂，该浸润剂为亲油性浸润剂，如若用于水泥混凝土中，将会产生结团，不易分散的现象，影响水泥混凝土的力学性能。

CN108751748A公开了一种玄武岩短切纤维浸润剂，其成膜剂采用环氧树脂乳液、水溶性环氧树脂、聚氨酯乳液、不饱和聚酯树脂乳液、饱和聚酯树脂乳液、聚丙烯酸树脂乳液、苯丙树脂乳液、硅丙树脂乳液、酚醛树脂、石蜡乳液、聚四氟乙烯乳液中的一种或多种；但所述成膜剂中并没有考虑耐碱性以及后续对于胶的渗透因素。因此，采用此浸润剂改性的玄武岩短切纤维的改性效果也不佳。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维及其制备方法，主要通过玄武岩纤维表面浸润剂的改善，提高玄武岩纤维自身的耐碱性。同时通过后期相应的加工手段，进一步的提高玄武岩纤维的耐碱性，从而增强其在水泥混凝土中的强韧化作用。

一种耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)、以重量百分比计，6～12％的成膜剂、5～8％的聚醋酸乙烯酯、0.1～1％的表面活性剂、0.2～1.2％的偶联剂、1～2％的PH调节剂、0.2～0.3％的抗静电剂、0.1％～0.2％的润滑剂，余量为蒸馏水或去离子水，将上述组分配制成浸润剂；

(2)、在100～150℃的恒温加热条件下，利用步骤(1)的浸润剂对玄武岩纤维表面进行浸润改性处理；

(3)、将处理后的玄武岩纤维束进行合股和加捻，先将单股玄武岩纤维束加捻，然后将已加捻的玄武岩纤维束合股再次加捻，两次加捻方向相反，且总捻度相同；

(4)、将步骤(3)得到的合股纤维束进行浸胶、烘干、短切，即得到耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维。

优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570中的一种或几种；所述成膜剂为聚氨酯乳液、聚酯乳液以及硬脂酸中的一种或几种；所述抗静电剂为聚季铵盐或氯化铵；所述润滑剂为植物多烯酚聚氧乙烯醚、多元醇聚氧乙烯醚、脂肪醇嵌段聚醚中的一种或几种；表面活性剂为季铵化物。

优选地，步骤(1)中控制浸润剂的pH保持在7-8之间。

优选地，步骤(2)的处理时间为8～15小时。

优选地，步骤(3)中采用退1并2、退1并3、退2并2或退2并3的方式进行加捻。

优选地，步骤(4)中的胶为聚醋酸乙烯酯、酚醛、环氧、不饱和、乙烯基乳液或树脂中的一种或多种，烘干温度在300℃以下，短切长度为1mm-30mm。

作为本发明的另一个发明目的，本发明还提供了采用上述方法制备得到的耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维。

优选地，所述耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维在碱浸处理后单纤维拉伸强度保留率为90％以上，质量损失率在14％以下。

本发明的有益效果：本发明通过对玄武岩纤维本身表面浸润剂进行调试，改善玄武岩纤维的耐碱性，提高集束性，以及树脂的穿透力，同时在在加捻方式及捻度上做了调整，增加了玄武岩纤维束的握裹力，使其浸胶后不易被分散，从而进一步提高耐碱性，从而提高对水泥混凝土的强化作用。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

一种耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维的制备方法，采用6～12％的成膜剂、5～8％的聚醋酸乙烯酯、0.1～1％的表面活性剂、0.2～1.2％的偶联剂、1～2％的PH调节剂、0.2～0.3％的抗静电剂、0.1％～0.2％的润滑剂，作为主要功能成分，其余为蒸馏水或去离子水，将上述组分配置成浸润剂，将玄武岩纤维放入其中进行浸润涂覆处理，期间温度保持在100～150℃之间，时间为8～15h。

所述偶联剂包含并且不限于硅烷偶联剂KH550\KH560\KH570中的一种或几种。

成膜剂可采用聚氨酯乳液、聚酯乳液。成膜剂主要是具有良好弹性、耐磨性和粘结性，对纤维起到良好的保护作用，短切时确保不开纤，不散丝。

聚醋酸乙烯酯可以提高玄武岩纤维的集束性，切割时不发毛团聚，提高树脂的纵向穿透力，为后续加工提供便利，增加后续纤维表面树脂包覆。同时在后续加工后纤维在搅拌过程中不容易被打散，提高整体耐碱性。

抗静电剂为聚季铵盐、氯化铵等。

有机胺：用于调节浸润剂的pH值，使得浸润剂处于弱碱性环境，优选pH取值为8。

润滑剂为植物多烯酚聚氧乙烯醚、多元醇聚氧乙烯醚、脂肪醇嵌段聚醚等；表面活性剂为季铵化物。

所述浸润剂的调试不仅提高玄武岩纤维的耐碱性，同时提高它的集束性，提高树脂的纵向穿透力，从而提高后期树脂的浸润效果。

之后将得到的玄武岩纤维束进行合股和加捻，先将单股玄武岩纤维束加捻，然后将已加捻的玄武岩纤维束合股再次加捻，两次加捻方向相反，且总捻度相同，可采用退1并2、退1并3、退2并2或退2并3等方式。之后将得到的合股有捻纱浸胶、烘干、短切，即可得到耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维。所述胶为聚醋酸乙烯酯、酚醛、环氧中乳液或树脂的一种或多种，烘干温度在300℃以下，短切长度为1mm-30mm。

以下结合具体实施例对本发明进行更全面的描述。

实施例1

本实施例中浸润剂包括6％聚氨酯乳液和2％的聚酯乳液作为成膜剂，5％聚醋酸乙烯酯、、0.3％的表面活性剂季铵化物、0.4％的硅烷偶联剂KH550，1％的有机胺，0.2％的氯化铵、0.1％的润滑剂植物多烯酚聚氧乙烯醚，其余为蒸馏水或去离子水。对玄武岩纤维表面进行浸润处理，在进行浸润涂覆处理时经过100℃/8H恒温加热工艺处理得到改性浸润剂玄武岩纤维，通过退2并2的方式进行加捻，得到加捻纱，表面涂覆酚醛树脂后得到耐碱性混凝土用玄武岩纤维。然后进行烘干，烘干温度为260℃，短切长度为10mm。所得玄武岩纤维检测结果参见表1。

对比例1

在本对比例中，采用普通水泥混凝土用浸润剂酚醛树脂浸润玄武岩纤维，烘干、短切长度为10mm，即得。普通水泥混凝土用玄武岩纤维浸润剂的主要组成成分为6％的成膜剂聚氨酯乳液，0.6％的硅烷偶联剂KH550，0.1％润滑剂植物多烯酚聚氧乙烯醚。

所得玄武岩纤维检测结果参见表1对比例1。

对比例2

将对比例1得到玄武岩纤维采用退2并2的方式进行加捻，得到加捻纱，表面涂覆酚醛树脂，其余步骤与实施例1相同。所得玄武岩纤维检测结果参见表1对比例2。

对比例3

基本步骤与实施例1相同，不同点在于省略合股加捻以及涂胶步骤。所得玄武岩纤维检测结果参见表1对比例3。

表1玄武岩纤维检测结果

从表1中可以看出浸润剂改性后的玄武岩纤维耐碱性提高，在1mol/L NaOH 60℃浸泡120min拉伸强度保留率提高至84.7％，100g/L NaOH 90℃浸泡5h)的质量损失率降低至40.05％。加捻浸润涂覆后其耐碱性进一步提高，相同环境下拉伸强度保留率提高至90.3％，质量损失率降低至14.01％。与普通混凝土用玄武岩纤维相比，拉伸强度有小幅度提高，相同环境下耐碱性提高，强度保留率由66.3％提高至90.3％，质量损失率由56.45％降低至14.01％。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）、以重量百分比计，准确称量6~12%的成膜剂、5~8%的聚醋酸乙烯酯、0.1~1%的表面活性剂、0.2~1.2%的偶联剂、1~2%的pH调节剂、0.2~0.3%的抗静电剂、0.1%~0.2%的润滑剂，余量为蒸馏水或去离子水，将上述组分配制成浸润剂；浸润剂的pH保持在7-8之间；

所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH550 、KH560、KH570 中的一种或几种；所述成膜剂为聚氨酯乳液、聚酯乳液以及硬脂酸中的一种或几种；所述pH调节剂为有机胺；所述抗静电剂为聚季铵盐或氯化铵；所述润滑剂为植物多烯酚聚氧乙烯醚、多元醇聚氧乙烯醚、脂肪醇嵌段聚醚中的一种或几种；表面活性剂为季铵化物；

（2）、在100~150℃的恒温加热条件下，利用步骤（1）的浸润剂对玄武岩纤维表面进行浸润改性处理；

（3）、将处理后的玄武岩纤维束进行合股和加捻，先将单股玄武岩纤维束加捻，然后将已加捻的玄武岩纤维束合股再次加捻，两次加捻方向相反，且总捻度相同；其中，采用退1并2、退1并3、退2并2或退2并3的方式进行加捻；

（4）、将步骤（3）得到的合股纤维束进行浸胶、烘干、短切，即得到耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维；胶为聚醋酸乙烯酯、酚醛、环氧乳液或树脂中的一种或多种，烘干温度在300℃以下，短切长度为1mm-30mm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）的处理时间为8~15小时。

3.利用权利要求1或2所述的制备方法制备得到的耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维。

4.根据权利要求3所述的耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维，其特征在于，所述耐碱性水泥混凝土用玄武岩纤维在碱浸处理后单纤维拉伸强度保留率为90%以上，质量损失率在14%以下。