CN113526933A - 一种预应力编织纤维增强型混凝土的制法 - Google Patents
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Abstract
一种预应力编织纤维增强型混凝土的制法，该制法包括以下步骤：步骤一、预制三维织物：采用碳纤维和抗碱玻璃纤维的缝编织物以第三轴向的有机纱线进行编制；步骤二、配置混凝土组分：40～70份水泥；10～20份耐碱玻璃纤维短切纱；10～25份石英砂；5～15份硅烷基憎水剂；3～8份丙烯基醚共聚物；1～2份步骤一中预制的三维织物；步骤三、将石英砂、水泥、硅烷基憎水剂、丙烯基醚共聚物搅拌成水泥砂浆；步骤四、对三维织物施加预应力，并将步骤三中所得混合物浇筑在三维织物上进行成型；步骤五、成型养护。通过该方法制成的混凝土增强其抗拉伸强度，延迟了裂缝的开展，增大了构件的刚度，提升了材料的利用效率和强度，有效高山高性能玻璃纤维增强混凝土薄板的抗变形性能。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种建筑行业的工艺技术，尤其涉及一种采用预应力编织纤维，将其加入到混凝土制作的工艺。
【背景技术】
在玻璃纤维增强水泥(简称GRC)是由耐碱玻璃纤维嵌入到水泥基材料中形成的水泥基复合材料，GRC制品广泛应用在古典建筑和建筑幕墙、名胜古迹的修复等领域。但是在实际应用中，普遍出现开裂和耐久性等问题。而且针对某些需要防水建筑防渗水场合中，混凝土的防水技术需要进一步拓展。
【发明内容】
本发明针对以上问题提出了一种可以作为卫浴隔板的混凝土薄板的制法，在其中加入预应力纤维织物，不仅防渗水能力强，且具有较好的耐久性，抗拉伸能力好具有较强的抗断裂开裂能力。
本发明所涉及的一种预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，该制法包括以下步骤：
步骤一、预制三维织物：采用碳纤维和抗碱玻璃纤维的缝编织物，缝编织物中的无捻粗纱沿荷载方向或者斜交方向平直定位，并以第三轴向的有机纱线进行编制；
步骤二、配置混凝土组分：
40～70份水泥；
10～20份耐碱玻璃纤维短切纱；
10～25份石英砂；
5～15份硅烷基憎水剂；
3～8份丙烯基醚共聚物；
1～2份步骤一中预制的三维织物；
步骤三、将石英砂、水泥、硅烷基憎水剂、丙烯基醚共聚物搅拌成水泥砂浆，再加入耐碱玻璃纤维短切纱，混合均匀；
步骤四、安装好底膜，涂刷脱模剂，对三维织物施加预应力，采用先张法工艺，对每根碳纤维施加2～5KN预应力，并将步骤三中所得混合物浇筑在三维织物上进行成型；
步骤五、成型养护。
其中步骤一中预制三维织物：其经纬向均为无捻粗纱，一束粗纱由数千根纤维单丝组成；而其中碳纤维为东里碳丝纤维，抗碱玻璃纤维包括耐碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维，此处的抗碱玻璃纤维采用无碱玻璃纤维；厚度5mm，面密度 1110g/m2，经向剪切强度为1.4MPa，纬向剪切强度为2.2MPa。
其中步骤二中，水泥优选为低碱度硫铝酸盐水泥(H-SAC)，低碱度硫铝酸盐水泥(H-SAC)，硫铝酸盐水泥熟料主要利用矾土原料(三氧化二铝的含量为 55％～65％)，与石灰石、石膏在较低的煅烧温度(1350℃左右)下制成熟料，其主要矿物成分为无水硫铝酸钙与硅酸二钙，是一种低碱性、高强(尤其是旱期强度)、低自由膨胀率和干缩率的水泥。
其中步骤二中，耐碱玻璃纤维短切纱成分是：氧化锌纤维30％，二氧化硅纤维40％，氧化钙20％、纺丝助剂10％。
其中步骤二中的石英砂优选地级配为：1.18mm～0.6mm：14.8％～17.3％； 0.6mm～0.3mm：31.5％～35.7％；0.3mm～0.15mm：21.6％～26.4％；0.15mm～0.075mm： 8.9％～14.6％；0.075mm～0mm：6.7％-9.1％。
其中步骤二中，硅烷基憎水剂(SHP50)包含硅烷偶联剂1份～3份；小分子长链甲氧基硅烷5份～15份；司盘60，0.5份-1.5份；水60份～78份。
其中步骤二中，丙烯基醚共聚物含有不饱和双键的丙烯基聚氧乙烯醚30份～35份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚35份～40份和带有功能基团的不饱和小单体(乙烯基乙二醇醚与环氧化合物)10份～25份、水80份～150份，由上述成分共聚反应而得，所述丙烯基醚共聚物是醚类聚羧酸系聚合物。
丙烯基醚共聚物理性能为：熔点-4℃，沸点248℃，折射率：1.533-1.535，闪点117℃，密度1.036g/mLat25℃。
在步骤四中，以制备1200mm*1200mm*10mm的薄板论，预应力张拉共设置40台千斤顶，每边各10台千斤顶，浇筑3mm厚混凝土，并用微型振动器振动，安放织物网，碳纤维粗纱端部夹入夹具，整平织物并拉紧夹具，预应力张拉并持荷2min，设置预拱度2mm，浇筑上层混凝土7mm，整平压实上层混凝土。
在步骤五中，该所述养护方法：在静停期间应保持环境温度不低于5℃，灌筑结束4～6h且混凝土终凝后方可升温。升温速度不宜大于10℃/h，每15min 测量一次温度，根据温度的变化情况采取增大和减小阀门放汽量来调节升温速度。恒温期间混凝土内部温度不宜超过50℃，最大不得超过55℃，恒温养护时间应根据构件脱模强度要求、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定。降温速度不宜大于10℃/h。罩内各部位的温度应尽量一致，温差不超过15℃。
通过该方法制成的混凝土增强其抗拉伸强度，延迟了裂缝的开展，增大了构件的刚度，提升了材料的利用效率和强度，有效高山高性能玻璃纤维增强混凝土薄板的抗变形性能。
【具体实施方式】
下面将结合实施例对本发明进行详细说明，下面通过描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明需要制作高性能玻璃纤维增强型混凝土薄板，在其浇筑成型时对其施加预应力而延迟了裂缝的开展，增大了构件的强度，提高了材料的利用率，预应力能有效改善高性能玻璃纤维增强混凝土薄板的受力及变形性能。
一种预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，该制法包括以下步骤：
步骤一、预制三维织物：采用碳纤维和抗碱玻璃纤维的缝编织物，缝编织物中的无捻粗纱沿荷载方向或者斜交方向平直定位，并以第三轴向的有机纱线进行编制；当受到荷载时，缝编的纱线比机织的纱线受力更加直接，而且不会因经纬纱线垂直于纱线的集中应力和摩擦阻力而使受力粗纱受损。
步骤二、配置混凝土组分：
40～70份水泥；
10～20份耐碱玻璃纤维短切纱；
10～25份石英砂；
5～15份硅烷基憎水剂；
3～8份丙烯基醚共聚物；
1～2份步骤一中预制的三维织物；
步骤三、将石英砂、水泥、硅烷基憎水剂、丙烯基醚共聚物搅拌成水泥砂浆，再加入耐碱玻璃纤维短切纱，混合均匀；
步骤四、安装好底膜，涂刷脱模剂，对三维织物施加预应力，采用先张法工艺，对每根碳纤维施加2～5KN预应力，并将步骤三中所得混合物浇筑在三维织物上进行成型；
步骤五、成型养护。主要包括静止期、升温期、恒温期、降温期，主要通过控制升降温阶段温差，高温下混凝土早期抗压强度增长较快，若降温梯度过大，砼结构中产生较大拉应力，从而产生裂缝。
其中步骤一中预制三维织物：其经纬向均为无捻粗纱，一束粗纱由数千根纤维单丝组成；而其中碳纤维为东里碳丝纤维，抗碱玻璃纤维包括耐碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维，此处抗碱玻璃纤维采用无碱玻璃纤维；厚度5mm，面密度 1110g/m2，经向剪切强度为1.4MPa，纬向剪切强度为2.2MPa。
其中步骤二中，水泥优选为低碱度硫铝酸盐水泥(H-SAC)，低碱度硫铝酸盐水泥(H-SAC)，硫铝酸盐水泥熟料主要利用矾土原料(三氧化二铝的含量为 55％～65％)，与石灰石、石膏在较低的煅烧温度(1350℃左右)下制成熟料，其主要矿物成分为无水硫铝酸钙与硅酸二钙，是一种低碱性、高强(尤其是旱期强度)、低自由膨胀率和干缩率的水泥。
其中步骤二中，耐碱玻璃纤维短切纱成分是：氧化锌纤维30％，二氧化硅纤维40％，氧化钙20％、纺丝助剂10％。
其中步骤二中的石英砂优选地级配为：1.18mm～0.6mm：14.8％～17.3％； 0.6mm～0.3mm：31.5％～35.7％；0.3mm～0.15mm：21.6％～26.4％；0.15mm～0.075mm： 8.9％～14.6％；0.075mm～0mm：6.7％-9.1％。
其中步骤二中，硅烷基憎水剂(SHP50)包含硅烷偶联剂1份～3份；小分子长链甲氧基硅烷5份～15份；司盘60，0.5份～1.5份；水60份～78份。
其中步骤二中，丙烯基醚共聚物含有不饱和双键的丙烯基聚氧乙烯醚30份～35份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚35份～40份和带有功能基团的不饱和小单体(乙烯基乙二醇醚与环氧化合物)10份～25份、水80份～150份，由上述成分共聚反应而得，所述丙烯基醚共聚物是醚类聚羧酸系聚合物。
丙烯基醚共聚物理性能为：熔点-4℃，沸点248℃，折射率：1.533-1.535，闪点117℃，密度1.036g/mLat25℃。
在步骤四中，以制备1200mm*1200mm*10mm的薄板论，预应力张拉共设置40台千斤顶，每边各10台千斤顶，浇筑3mm厚混凝土，并用微型振动器振动，安放织物网，碳纤维粗纱端部夹入夹具，整平织物并拉紧夹具，预应力张拉并持荷2min，设置预拱度2mm，浇筑上层混凝土7mm，整平压实上层混凝土。
在步骤五中，该所述养护方法：养护期主要包括静止期、升温期、恒温期、降温期，主要通过控制升降温阶段温差，高温下混凝土早期抗压强度增长较快，若降温梯度过大，砼结构中产生较大拉应力，从而产生裂缝。在静停期间应保持环境温度不低于5℃，灌筑结束4～6h且混凝土终凝后方可升温。升温速度不宜大于10℃/h，每15min测量一次温度，根据温度的变化情况采取增大和减小阀门放汽量来调节升温速度。恒温期间混凝土内部温度不宜超过50℃，最大不得超过55℃，恒温养护时间应根据构件脱模强度要求、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定。
降温速度不宜大于10℃/h。罩内各部位的温度应尽量一致，温差不超过15℃。
在该整体方案上，按照不同的配比进行的实施例1～3如下：
实施例1：
一种预应力编织纤维增强型混凝土制备方法，由以下质量份数的组分配制而成：
水泥可采用低碱度铝酸盐水泥，低碱度硫铝酸盐水泥(H-SAC)可由无锡轩亚建筑材料有限公司或登电集团水泥有限公司提供，硫铝酸盐水泥熟料主要利用矾土原料(Al2O3的含量为55％～65％)，与石灰石、石膏在较低的煅烧温度 (1350℃左右)下制成熟料，其主要矿物成分为无水硫铝酸钙与硅酸二钙，是一种低碱性、高强(尤其是旱期强度)、低自由膨胀率和干缩率的水泥。
耐碱玻璃纤维短切纱可由常州市凌腾复合材料有限公司或者泰安市嘉程纤维有限公司提供。
硅烷基憎水剂(SHP50)由山东晟晞新材料有限公司或者广州工师化工材料有限公司提供。
丙烯基醚共聚物由厦门科之杰集团或山东万山化工有限公司、广州工师化工材料有限公司或者济南金华峰辉生物科技有限公司提供。具有高分散、高适应性特点，能够实现上述组分的均匀分散，保障本发明憎水型纤维混凝土具备良好的工作特性和流动性，提高粘接力。
三维织物由常州伯龙三维复合材料有限公司提供。
实施例2：
实施列2：一种预应力编织纤维增强型混凝土制备方法，跟实施例1的区别在于，由以下质量份数的组分配制而成：
实施例3：一种预应力编织纤维增强型混凝土制备方法，跟实施例1和2的区别在于
将以上三种不同配方制成的混凝土进行测试，得出对比数据如下：
其中测试方法：力学性能测试：用RGT30A型微机控制电子万能材料试验机；挠度：防水盘外底面的中央设置百分表，在防水盘内底面相应部位放置橡胶板；然后在橡胶板上加放质量为100kg的砝码(如有浴缸，加水至80％)，1h后测量防水盘的中央挠度。
表1：为实施例1～3中不同成品的测试数据
通过该方法制成的混凝土增强其抗拉伸强度，延迟了裂缝的开展，增大了构件的刚度，提升了材料的利用效率和强度，有效高山高性能玻璃纤维增强混凝土薄板的抗变形性能。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，该制法包括以下步骤：
步骤一、预制三维织物：采用碳纤维和抗碱玻璃纤维的缝编织物，缝编织物中的无捻粗纱沿荷载方向或者斜交方向平直定位，并以第三轴向的有机纱线进行编制；
步骤二、配置混凝土组分：
40~70份水泥；
10~20份耐碱玻璃纤维短切纱；
10~25份石英砂；
5~15份硅烷基憎水剂；
3~8份丙烯基醚共聚物；
1~2份步骤一中预制的三维织物；
步骤三、将石英砂、水泥、硅烷基憎水剂、丙烯基醚共聚物搅拌成水泥砂浆，再加入耐碱玻璃纤维短切纱，混合均匀；
步骤四、安装好底膜，涂刷脱模剂，对三维织物施加预应力，采用先张法工艺，对每根碳纤维施加2~5KN预应力，并将步骤三中所得混合物浇筑在三维织物上进行成型；
步骤五、成型养护。
2.根据权利要求1所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，其中步骤一中预制三维织物：其经纬向均为无捻粗纱，一束粗纱由数千根纤维单丝组成；而其中碳纤维为东里碳丝纤维，抗碱玻璃纤维采用无碱玻璃纤维；厚度5mm，面密度1110g/m²，经向剪切强度为1.4MPa，纬向剪切强度为2.2MPa。
3.根据权利要求1所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，其中步骤二中，水泥优选为低碱度硫铝酸盐水泥（H-SAC），低碱度硫铝酸盐水泥（H-SAC），硫铝酸盐水泥熟料利用三氧化铝含量为55%~65%的矾土原料、石灰石、石膏在较低的煅烧温度下制成熟料，其主要矿物成分为无水硫铝酸钙与硅酸二钙，是一种低碱性、高强、低自由膨胀率和干缩率的水泥。
4.根据权利要求1所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，其中步骤二中，耐碱玻璃纤维短切纱成分是：氧化锌纤维30%，二氧化硅纤维 40%，氧化钙20%、纺丝助剂10%。
5.根据权利要求1所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，其中步骤二中的石英砂优选地级配为：1.18mm~0.6mm：14.8%~17.3%；0.6mm~0.3mm：31.5%~35.7%；0.3mm~0.15mm：21.6%~26.4%；0.15mm~0.075mm：8.9%~14.6%；0.075mm~0mm：6.7%-9.1%。
6.根据权利要求1所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，其中步骤二中，硅烷基憎水剂(SHP50)包含硅烷偶联剂1份~3份；小分子长链甲氧基硅烷5份~15份；司盘60，0.5份~1.5份；水 60份~78份。
7.根据权利要求1所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，其中步骤二中，丙烯基醚共聚物含有不饱和双键的丙烯基聚氧乙烯醚30份~35份、甲基丙烯基聚氧乙烯醚35份~40份和乙烯基乙二醇醚与环氧化合物10份~25份、水80份~150份，由上述成分共聚反应而得，所述丙烯基醚共聚物是醚类聚羧酸系聚合物。
8.根据权利要求7所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，丙烯基醚共聚物理性能为：熔点- 4℃，沸点248℃，折射率：1.533-1.535，闪点117℃，密度1.036g/mL（25℃）。
9.根据权利要求1所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，在步骤四中，当制备1200mm*1200mm*10mm的薄板时，预应力张拉共设置40台千斤顶，每边各10台千斤顶，浇筑3mm厚混凝土，并用微型振动器振动，安放织物网，碳纤维粗纱端部夹入夹具，整平织物并拉紧夹具，预应力张拉并持荷2min，设置预拱度2mm，浇筑上层混凝土7mm，整平压实上层混凝土。
10.根据权利要求1所述预应力编织纤维增强型混凝土的制法，其特征在于，在步骤五中，该所述养护方法：在静停期间应保持环境温度不低于5℃，灌筑结束4～6h且混凝土终凝后方可升温；升温速度不宜大于10℃/h，每15min测量一次温度，根据温度的变化情况采取增大和减小阀门放汽量来调节升温速度；恒温期间混凝土内部温度不宜超过50℃，最大不得超过55℃；降温速度不宜大于10℃/h；罩内各部位的温度应尽量一致，温差不超过15℃。
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