CN112694302B - 一种玻璃纤维混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，提出了一种玻璃纤维混凝土，按照重量份，包括以下组分：硅酸盐水泥300～400份、砂600～650份、碎石900～1200份、粉煤灰50～100份、耐碱玻璃纤维1～3份、改性聚丙烯纤维0.5～1.5份、减水剂5～10份、水160～200份、丙烯酰二甲基牛磺酸钠0.1～0.3份。本发明还提出一种玻璃纤维混凝土的制备工艺，包括以下步骤：S1、按照计量将砂、碎石、耐碱玻璃纤维、改性聚丙烯纤维、改性废旧鞋底回收橡胶粉、丙烯酰二甲基牛磺酸钠、水搅拌混合均匀，再加入硅酸盐水泥、粉煤灰；S2、将减水剂溶于水形成减水剂溶液，将减水剂溶液加入搅拌机中搅拌均匀，得玻璃纤维混凝土。通过上述技术方案，解决了现有技术中的抗压强度、韧性不好的问题。

Description

一种玻璃纤维混凝土及其制备工艺

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体的，涉及一种玻璃纤维混凝土及其制备工艺。

背景技术

随着社会的进步和人民生活水平的提高，道路和建筑的发展也越来越快，与此同时，混凝土的需求量也逐渐增多，混凝土的品质提升也迫在眉睫。由于传统混凝土的材料本身就存在着抗拉强度较低、延性很差、在冲击荷载或拉应力的作用下极为容易产生脆性破坏等缺陷，此外它的耐磨性、抗收缩性等耐久性能也普遍较差，以上这些缺点在极大的程度上影响并阻碍了混凝土的更进一步的应用。

玻璃纤维具有较高的抗拉强度和弹性模量，能提高水泥基复合材料的抗拉强度，但是目前，玻璃纤维对混凝土的抗压强度、韧性提升效果并不显著。

发明内容

本发明提出一种玻璃纤维混凝土及其制备工艺，解决了现有技术中的抗压强度、韧性不好的问题。

本发明的技术方案如下：

一种玻璃纤维混凝土，按照重量份，包括以下组分：硅酸盐水泥300～400份、砂600～650份、碎石900～1200份、粉煤灰50～100份、耐碱玻璃纤维1～3份、改性聚丙烯纤维0.5～1.5份、减水剂5～10份、水160～200份、丙烯酰二甲基牛磺酸钠0.1～0.3份。

作为进一步的技术方案，所述的一种玻璃纤维混凝土还包括改性废旧鞋底回收橡胶粉20～40份。

作为进一步的技术方案，所述改性废旧鞋底回收橡胶粉包括以下重量组分：废旧鞋底回收橡胶粉末80～100份、氢氧化钾0.1～0.2份、十二烷基苯磺酸钠1～2份、环氧大豆油0.5～1份、马来酸酐5～10份、纳米碳酸钙5～10份、过氧化苯甲酰0.5～1份、二苯基甲硅烷氧基苯基聚三甲基硅氧烷1～2份。

作为进一步的技术方案，所述的改性聚丙烯纤维的制备方法包括以下步骤：

S1、将碳酸钙与水按照质量比1:(2～3)配成悬浮液，加热至60～70℃，将丙烯酸钠加入悬浮液中强烈搅拌，温度控制在80～90℃，反应1.5～2小时，干燥至恒重，得到改性碳酸钙备用，其中碳酸钙与丙烯酸钠的质量比为1:(0.1～0.3)；

S2、将聚丙烯纤维、二甲苯、2,4-羧基吡啶按照质量比1:(5～6):(0.1～0.2)，置于反应器中，在50～60℃溶胀2～3小时，再加入改性碳酸钙和过氧化苯甲酰，温度控制在100～110℃，反应3～4小时，冷却到室温，丙酮、水洗涤，干燥至恒重，得到改性聚丙烯纤维备用；

其中，聚丙烯纤维、改性碳酸钙、过氧化苯甲酰三者的质量比为1:(0.1～0.2):(0.05～0.08)。

作为进一步的技术方案，所述砂的细度模数为2.4～3.2％，含泥量0～2％。

作为进一步的技术方案，所述碎石的粒径为5～25mm，含泥量0～1％。

作为进一步的技术方案，所述减水剂包括聚萘甲醛磺酸钠盐、赖氨酸噻唑烷羧酸钠，两者质量比为1:(0.5～0.6)。

本发明还提出一种玻璃纤维混凝土的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按照计量将砂、碎石、耐碱玻璃纤维、改性聚丙烯纤维、改性废旧鞋底回收橡胶粉、丙烯酰二甲基牛磺酸钠、水搅拌混合均匀，再加入硅酸盐水泥、粉煤灰；

S2、将减水剂溶于水形成减水剂溶液，将减水剂溶液加入搅拌机中搅拌均匀，得玻璃纤维混凝土。

根据任意一项所述的一种玻璃纤维混凝土在建筑、土木行业的应用。

本发明的原理及有益效果为：

1、本发明开创性的将废旧鞋底橡胶应用于混凝土中，不仅增强了混凝土的韧性和抗弯折能力，也实现的废旧鞋底橡胶的回收再利用，进一步实现了资源的循环，为建设环境友好型社会做出贡献。同时，使用马来酸酐改性废旧鞋底橡胶，改善了废旧鞋底橡胶的韧性等力学性能，提高再回收利用性。使用十二烷基苯磺酸钠、环氧大豆油、二苯基甲硅烷氧基苯基聚三甲基硅氧烷，引入硅氧基、苯环、长链等，改善废旧鞋底橡胶和混凝土基料的亲和性和界面效应，从而将橡胶的韧性更好的赋予混凝土中，实现增韧改性的效果，同时也增加了玻璃纤维混凝土的耐腐蚀性延长使用寿命。

2、本发明一方面添加玻璃纤维增强混凝土，一方面添加改性聚丙烯纤维，多方面高程度的提高混凝土的力学性能，其中聚丙烯纤维具有强度高、弹性好、耐磨等优良性能，但是由于聚丙烯纤维的非极性，导致对混凝土的增强效果不显著。本发明通过对碳酸钙进行表面处理，将其包覆于聚丙烯纤维的表面，使得聚丙烯纤维表面易润湿，在混凝土中分散性良好。同时，通过添加2,4-羧基吡啶对聚丙烯纤维进行改性，引入多个羧基和吡啶环，进一步改善了聚丙烯纤维和基体材料的结合能力，从而提高混凝土的力学性能。

3、本发明中将聚萘甲醛磺酸钠盐与赖氨酸噻唑烷羧酸钠复配得到减水剂，赖氨酸噻唑烷羧酸钠中的羧基可以增强亲水性减水剂中的亲水基，两者复配，更容易与水分子形成稳定的溶剂化水膜，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高，加工性能良好。赖氨酸噻唑烷羧酸钠增强了空间位阻作用，空间位阻斥力增大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。

4、本发明中添加丙烯酰二甲基牛磺酸钠，增强了各组分在混凝土中的分散性，充分保证各组分的优异力学性能赋予到混凝土中。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都涉及本发明保护的范围。

改性聚丙烯纤维的制备

将0.2kg碳酸钙中加入0.6kg水，升温至65℃，加入0.02kg丙烯酸钠，温度控制在89～90℃反应2小时，干燥至恒重，得到改性碳酸钙备用；在反应器中加入1kg聚丙烯纤维、5kg二甲苯、0.1kg2,4-羧基吡啶，在50～60℃溶胀2～3小时，再加入改性碳酸钙0.1kg、过氧化苯甲酰(BPO)0.05kg，温度控制在100～110℃，反应3～4小时，冷却到室温，丙酮、水洗涤，干燥至恒重，得到改性聚丙烯纤维备用。

改性废旧鞋底回收橡胶粉的制备

S1、将废旧橡胶鞋底清洗、粉碎，得到橡胶颗粒；

S2、将橡胶颗粒二次清洗、研磨、过滤，得橡胶粉末；

S3、在反应器中投入橡胶粉末200kg、0.4kg氢氧化钾、20kg马来酸酐，升温到60℃，加入2kg过氧化苯甲酰反应2小时，温度控制在60～70℃。

S4、在反应器中继续2kg环氧大豆油、4kg十二烷基苯磺酸钠、20kg纳米碳酸钙、4kg二苯基甲硅烷氧基苯基聚三甲基硅氧烷，搅拌2～4小时，温度50～100℃，干燥至恒重，得到改性废旧鞋底回收橡胶粉。

实施例1

将600kg砂、900kg碎石、1kg耐碱玻璃纤维、150kg水、0.5kg改性聚丙烯纤维、0.1kg丙烯酰二甲基牛磺酸钠搅拌混合均匀，再加入300kg硅酸盐水泥、50kg粉煤灰；将3.3kg聚萘甲醛磺酸钠盐、1.7kg赖氨酸噻唑烷羧酸钠溶于10kg水形成减水剂溶液，将减水剂溶液加入搅拌机中搅拌均匀，得玻璃纤维混凝土。

实施例2

将600kg砂、900kg碎石、1kg耐碱玻璃纤维、150kg水、0.5kg改性聚丙烯纤维、20kg改性废旧鞋底回收橡胶粉、0.1kg丙烯酰二甲基牛磺酸钠搅拌混合均匀，再加入300kg硅酸盐水泥、50kg粉煤灰；将3.3kg聚萘甲醛磺酸钠盐、1.7kg赖氨酸噻唑烷羧酸钠溶于10kg水形成减水剂溶液，将减水剂溶液加入搅拌机中搅拌均匀，得玻璃纤维混凝土。

实施例3

将625kg砂、1100kg碎石、2kg耐碱玻璃纤维、160kg水、1kg改性聚丙烯纤维、30kg改性废旧鞋底回收橡胶粉、0.2kg丙烯酰二甲基牛磺酸钠搅拌混合均匀，再加入350kg硅酸盐水泥、75kg粉煤灰；将4.7kg聚萘甲醛磺酸钠盐、2.8kg赖氨酸噻唑烷羧酸钠溶于10kg水形成减水剂溶液，将减水剂溶液加入搅拌机中搅拌均匀，得玻璃纤维混凝土。

实施例4

将650kg砂、1200kg碎石、3kg耐碱玻璃纤维、180kg水、1.5kg改性聚丙烯纤维、40kg改性废旧鞋底回收橡胶粉、0.3kg丙烯酰二甲基牛磺酸钠搅拌混合均匀，再加入400kg硅酸盐水泥、100kg粉煤灰；将6.7kg聚萘甲醛磺酸钠盐、2.3kg赖氨酸噻唑烷羧酸钠溶于20kg水形成减水剂溶液，将减水剂溶液加入搅拌机中搅拌均匀，得玻璃纤维混凝土。

实施例5

将1kg玻璃纤维浸泡于3kg过氧化氢水溶液中，1小时后取出挤干，加入1kg处理后的玻璃纤维、0.05kg乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、0.1kg聚羟基硬脂酸于反应器中，升温到90℃，保温3小时，然后丙酮、水洗涤，干燥至恒重，得到改性玻璃纤维；

将600kg砂、900kg碎石、1kg耐碱玻璃纤维、0.5kg改性玻璃纤维、150kg水、0.5kg改性聚丙烯纤维、20kg改性废旧鞋底回收橡胶粉、0.1kg丙烯酰二甲基牛磺酸钠搅拌混合均匀，再加入300kg硅酸盐水泥、50kg粉煤灰；将3.3kg聚萘甲醛磺酸钠盐、1.7kg赖氨酸噻唑烷羧酸钠溶于10kg水形成减水剂溶液，将减水剂溶液加入搅拌机中搅拌均匀，得玻璃纤维混凝土。

对比例1

与实施例2不同的是聚丙烯纤维不进行改性，其他配方和制备方法与实施例2相同，得到玻璃纤维混凝土。

对比例2

与实施例2不同的是废旧鞋底回收橡胶粉不进行改性，其他配方和制备方法与实施例2相同，得到玻璃纤维混凝土。

对比例3

与实施例2不同的减水剂溶液由5kg聚萘甲醛磺酸钠盐溶于10kg水配置，其他组分配方和制备方法与实施例2相同，得到玻璃纤维混凝土，采用该方法时，搅拌难度较实施例2增大，混凝土流动性较差。

对比例4

与实施例2不同的减水剂溶液由5kg赖氨酸噻唑烷羧酸钠溶于10kg水配置，其他组分配方和制备方法与实施例2相同，得到玻璃纤维混凝土，采用该方法时，搅拌难度较对比例3增大，混凝土流动性较差。

对比例5

与实施例2不同的是不添加丙烯酰二甲基牛磺酸钠，其他配方和制备方法与实施例2相同，得到玻璃纤维混凝土。

表1实施例1～5与对比例1～5配方汇总

性能测试按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002标准进行测试。

表2实施例1～5与对比例1～5性能数据

	抗压强度(MPa)	抗折强度(MPa)	劈裂强度(MPa)
				实施例1	35.8	4.38	5.24
实施例2	46.9	6.54	7.65
				实施例3	47.5	6.61	7.78
实施例4	47.1	6.56	7.71
				实施例5	47.7	6.66	7.82
对比例1	35.3	4.50	5.61
				对比例2	39.1	5.34	5.32
对比例3	36.8	4.49	5.78
				对比例4	35.0	4.31	5.66
对比例5	40.9	5.65	6.03

本发明的实施例5通过添加改性玻璃纤维，所得混凝土的力学性能在实施例和对比例中最好。玻璃纤维的强度高，通过硅烷偶联剂和聚羟基硬脂酸，改善玻璃纤维与集体的界面结合能力，增强玻璃纤维在混凝土中的分散性，将玻璃纤维的高力学性能更好的赋予混凝土中。

将实施例2与对比例1对比，对比例1对聚丙烯纤维不进行改性，仅添加聚丙烯纤维而不进行改性，玻璃纤维混凝土的力学性能较差。本发明的是实施例对聚丙烯纤维改性，增强了聚丙烯纤维与基体材料的结合能力，从而提高了混凝土的力学性能。

将实施例2与对比例2对比，对比例2没有对废旧鞋底回收橡胶粉进行改性，力学性能显著降低。可见本发明通过添加改性废旧鞋底回收橡胶粉，改善了混凝土的力学性能，也实现了废物的回收利用，同时，本发明通过改善废旧鞋底橡胶和混凝土基料的亲和性和界面效应，从而将橡胶的韧性更好的赋予混凝土中，实现增韧改性的效果。

将实施例2与对比例3、4对比，对比例3未添加赖氨酸噻唑烷羧酸钠，但是聚萘甲醛磺酸钠盐的量相当于实施例2两者的量，在添加量相同的情况下，对比例3的混凝土流动性依然有所降低，力学性能也有所降低，而对比例4两者都不添加，流动性较差。可见赖氨酸噻唑烷羧酸钠和聚萘甲醛磺酸钠盐两者复配，起了协同作用，起到了一加一大于二的效果。

将实施例2与对比例5对比，对比例5未添加丙烯酰二甲基牛磺酸钠，力学性能较差，可见对比例5增强了混凝土的力学性能，这主要是因为丙烯酰二甲基牛磺酸钠保证了各组分在混凝土中的分散性，充分保证各组分的优异力学性能赋予到混凝土中。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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 (6)

1.一种玻璃纤维混凝土，其特征在于，按照重量份，包括以下组分：硅酸盐水泥300~400份、砂600~650份、碎石900~1200份、粉煤灰50~100份、耐碱玻璃纤维1~3份、改性聚丙烯纤维0.5~1.5份、减水剂5~10份、水160~200份、丙烯酰二甲基牛磺酸钠0.1~0.3份，还包括改性废旧鞋底回收橡胶粉20~40份；

所述的改性聚丙烯纤维的制备方法包括以下步骤：

S1、将碳酸钙与水按照质量比1:（2~3）配成悬浮液，加热至60~70℃，将丙烯酸钠加入悬浮液中强烈搅拌，温度控制在80~90℃，反应1.5~2小时，干燥至恒重，得到改性碳酸钙备用，其中碳酸钙与丙烯酸钠的质量比为1:（0.1~0.3）；

S2、将聚丙烯纤维、二甲苯、2,4-羧基吡啶按照质量比1:（5~6）:（0.1~0.2），置于反应器中，在50~60℃溶胀2~3小时，再加入改性碳酸钙和过氧化苯甲酰，温度控制在100~110℃，反应3~4小时，冷却到室温，丙酮、水洗涤，干燥至恒重，得到改性聚丙烯纤维备用；

其中，聚丙烯纤维、改性碳酸钙、过氧化苯甲酰三者的质量比为1:（0.1~0.2）:（0.05~0.08）；

所述改性废旧鞋底回收橡胶粉由以下步骤制备：

S1、将废旧橡胶鞋底清洗、粉碎，得到橡胶颗粒；

S2、将橡胶颗粒二次清洗、研磨、过滤，得橡胶粉末；

S3、在反应器中投入橡胶粉末200kg、0.4kg氢氧化钾、20kg马来酸酐，升温到60℃，加入2kg过氧化苯甲酰反应2小时，温度控制在60~70℃；

S4、在反应器中继续2kg环氧大豆油、4kg十二烷基苯磺酸钠、20kg纳米碳酸钙、4kg二苯基甲硅烷氧基苯基聚三甲基硅氧烷，搅拌2~4小时，温度50~100℃，干燥至恒重，得到改性废旧鞋底回收橡胶粉。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维混凝土，其特征在于，所述砂的细度模数为2.4~3.2%，含泥量0~2%。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维混凝土，其特征在于，所述碎石的粒径为5~25mm，含泥量0~1％。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维混凝土，其特征在于，所述减水剂包括聚萘甲醛磺酸钠盐、赖氨酸噻唑烷羧酸钠，两者质量比为1:（0.5~0.6）。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维混凝土的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按照计量将砂、碎石、耐碱玻璃纤维、改性聚丙烯纤维、改性废旧鞋底回收橡胶粉、丙烯酰二甲基牛磺酸钠、水搅拌混合均匀，再加入硅酸盐水泥、粉煤灰；

S2、将减水剂溶于水形成减水剂溶液，将减水剂溶液加入搅拌机中搅拌均匀，得玻璃纤维混凝土。

6.根据权利要求1~4任意一项所述的一种玻璃纤维混凝土在建筑、土木行业的应用。