CN113603368A - 一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：S01、将海泡石和玄武岩先熔化，再降温拉制玄武岩纤维；S02、将硅烷偶联剂加入乙醇溶液中，得到质量分数为2％的偶联剂溶液；S03、将玄武岩纤维浸泡于偶联剂溶液内；S04、待玄武岩纤维分散于偶联剂溶液内后，将所得溶液倒入容器中，并将其整体放入水浴装置中，于80℃恒温条件下加热1h；S05、取出短纤维，干燥，得到改性玄武岩纤维。本发明的有益效果为：通过玄武岩中添加一定量海泡石高温熔化后，玄武岩能与海泡石相熔，并发生化学反应，形成新网状结构的改性玄武岩。使玄武岩纤维的化学耐久性、柔韧性、耐热强度等均有显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂生产技术领域，尤其涉及一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法。
背景技术
随着建设工程项目的日渐增多，混凝土收缩开裂问题却日益突出，已经严重影响混凝土的耐久性、承载能力和防水性能。混凝土结构产生裂缝的原因主要是混凝土在凝结初期或硬化过程中会出现体积缩小现象，在结构内部产生收缩应力，该应力超过混凝土抗拉强度时就会导致混凝土开裂形成收缩裂缝。为避免混凝土开裂，现有技术主要采用优化混凝土配合比设计、增加配筋率、减少混凝土水化热、添加纤维和膨胀剂等方法。目前，添加含有纤维的膨胀剂是主要采用的手段，膨胀剂通过与混凝土中的水泥、水水化反应来产生体积变大的结晶，从而引起混凝土体积膨胀，产生一定预应力，有助于控制混凝土收缩开裂，纤维则均匀分散在混凝土中形成一种乱向支撑体系，分散了混凝土的定向应力，阻止早期混凝土塑性裂缝的发生和发展，大大提高了混凝土放裂缝抗渗能力，改善混凝土韧性，从而延长混凝土的使用寿命。但传统的纤维膨胀剂受掺量、使用条件、分散性能和养护条件等方面影响较大，易导致混凝土抗折强度降低，分散性不好，抗渗等级低，抗裂耐久性差等问题。
中国专利号CN201810947709.0公开了一种膨胀纤维抗裂防水剂，包括石膏粉和脱磷石膏粉的混合物、二氧化硅，氧化钙，矾酸铁泥、煅烧煤矸石、硬脂酸钙、纳米钛酸铝纤维，聚丙烯纤维、粉煤灰、氧化镁等组分；
又例如中国专利号CN200710035667.5公开了一种三膨胀源混凝土抗裂剂(CMA)，由煤矸石(煅烧)、硬石膏、活性激化剂、煅烧石灰石、氧化镁，共同粉磨至比表面积为250～350m2/Kg，再加入0.5％左右的高分子纤维素制成的混凝土外加剂。
然而，这两个专利都只能满足普通混凝土终凝后的抗裂需求，无法满足对特种混凝土：例如防辐射混凝土、高温混凝土等和沥青抗裂的需求。由于普通纤维不耐热，无法满足，而玄武岩纤维具有低容量、低导热率、低吸湿率等优点，可以满足所有环境下的建筑抗裂问题,同时玄武岩纤维原料成本低、能耗少、生产过程清洁,是一种生态环境材料。
但复合材料的性能不仅与纤维和基体本身特性有关，且与两相界面间的粘合状况密切相关。传统的玄武岩纤维表面十分光滑，总体呈化学惰性，不利于与聚合物基体之间的粘合，须针对性地加以改进。目前对玄武岩纤维研究较多的是酸刻蚀改性，但酸刻蚀改性在提高界面粘合性能的同时，会导致玄武岩纤维力学性能严重降低，在实际中必须予以解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：
S01、将海泡石和玄武岩先熔化，再降温拉制玄武岩纤维；
S02、将硅烷偶联剂加入乙醇溶液中，得到质量分数为2％的偶联剂溶液；
S03、将玄武岩纤维浸泡于偶联剂溶液内；
S04、待玄武岩纤维分散于偶联剂溶液内后，将所得溶液倒入容器中，并将其整体放入水浴装置中，于80℃恒温条件下加热1h；
S05、取出短纤维，干燥，得到改性玄武岩纤维。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，海泡石所占重量百分比为10％～20％，所述玄武岩所占重量百分比为80％～90％。
进一步，S01具体为：
S011、按质量分数海泡石10％～20％，玄武岩80％～90％称取原料，并粉碎成颗粒，获得混合粉料；
S012、将混合粉料以升温速率150℃/h～250℃/h升温至1450℃～1500℃，使其熔化；
S013、将溶液温度降至1300℃～1350℃，并拉制玄武岩纤维。
进一步，硅烷偶联剂为KH-570。
进一步，步骤S05中干燥温度为75℃～80℃，时间5h。
通过玄武岩中添加一定量海泡石高温熔化后，玄武岩能与海泡石相熔，并发生化学反应，形成新网状结构的改性玄武岩，其根本原因是化学组成和结构发生改变所导致的，二氧化硅是玄武岩纤维最重要的成分,被称为是网络形成物,它可保持玄武岩纤维的化学稳定性和机械强度,但其含量高时，玄武岩的熔融温度和粘度较高,给拉丝带来困难，玄武岩中添加海泡石其实质是MgO替代了CaO，当部分替代时可适当提高纤维的化学耐久性和表面张力并扩大熔体形成纤维时的粘度范围，对制造玄武岩纤维的工艺操作有利并赋予改性玄武岩纤维所需要的特性。
采用偶联剂KH-570对玄武岩纤维进行表面改性改性，玄武岩纤维表面产生很多凸起，变得非常粗糙，这可能是由于偶联剂粘附在玄武岩纤维表面，使得玄武岩纤维表面产生亲有机基团，进而使玄武岩纤维表面增加了许多凸起，理论上这些凸起能提高玄武岩纤维与混凝土界面的粘结性能，进而改善复合材料的力学性能。
本发明的优点为：
1)通过玄武岩中添加一定量海泡石高温熔化后，玄武岩能与海泡石相熔，并发生化学反应，形成新网状结构的改性玄武岩，使玄武岩纤维的化学耐久性、柔韧性、耐热强度等均有显著提高，保持工作性的同时也可加强混凝土的抗裂性能；
2)通过采用偶联剂KH-570对玄武岩纤维进行表面改性改性，玄武岩纤维表面产生很多凸起，变得非常粗糙，能提高玄武岩纤维与混凝土界面的粘结性能，进而改善复合材料的力学性能；
3)本发明原料易得，价格低廉，玄武岩纤维原料成本低、能耗少、生产过程清洁,是一种生态环境材料。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：
将选出的玄武岩、海泡石进行粉碎到2.5mm颗粒，并按质量分数海泡石10％，玄武岩90％称取，均匀混合，获得混合粉料；
将混合粉料装入氧化锆甘埚中,然后整体转移入高温电阻炉内；
高温电阻炉的升温速率为150℃/h～250℃/h，当炉温达到1450℃～1500℃时混合粉料全部熔化；
将温度降至1300℃～1350℃，拉制玄武岩纤维；
分别将玄武岩纤维切成长度为12mm或19mm的短纤维，待用；
取10g水，加入90g无水乙醇，搅拌均匀，得到乙醇溶液；
称取2g偶联剂KH-570，将其加入配制好的乙醇溶液中，使其充分溶解，得到质量分数为2％的偶联剂溶液；
将长度为12mm或19mm的短纤维放入配制好的偶联剂溶液中，浸泡5min，使其完全分散；
将溶液倒入容器中，将容器放入水浴锅中，于80℃恒温条件下加热1h；
取出短纤维，放入干燥箱中，于75℃～80℃干燥5h，得到表面改性玄武岩纤维。
实施例2
一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：
将选出的玄武岩、海泡石进行粉碎到2.5mm颗粒，并按质量分数海泡石15％，玄武岩85％称取，均匀混合，获得混合粉料；
将混合粉料装入氧化锆甘埚中,然后整体转移入高温电阻炉内；
高温电阻炉的升温速率为150℃/h～250℃/h，当炉温达到1450℃～1500℃时混合粉料全部熔化；
将温度降至1300℃～1350℃，拉制玄武岩纤维；
分别将玄武岩纤维切成长度为12mm或19mm的短纤维，待用；
取10g水，加入90g无水乙醇，搅拌均匀，得到乙醇溶液；
称取2g偶联剂KH-570，将其加入配制好的乙醇溶液中，使其充分溶解，得到质量分数为2％的偶联剂溶液；
将长度为12mm或19mm的短纤维放入配制好的偶联剂溶液中，浸泡5min，使其完全分散；
将溶液倒入容器中，将容器放入水浴锅中，于80℃恒温条件下加热1h；
取出短纤维，放入干燥箱中，于75℃～80℃干燥5h，得到表面改性玄武岩纤维。
实施例3
一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：
将选出的玄武岩、海泡石进行粉碎到2.5mm颗粒，并按质量分数海泡石20％，玄武岩80％称取，均匀混合，获得混合粉料；
将混合粉料装入氧化锆甘埚中,然后整体转移入高温电阻炉内；
高温电阻炉的升温速率为150℃/h～250℃/h，当炉温达到1450℃～1500℃时混合粉料全部熔化；
将温度降至1300℃～1350℃，拉制玄武岩纤维；
分别将玄武岩纤维切成长度为12mm或19mm的短纤维，待用；
取10g水，加入90g无水乙醇，搅拌均匀，得到乙醇溶液；
称取2g偶联剂KH-570，将其加入配制好的乙醇溶液中，使其充分溶解，得到质量分数为2％的偶联剂溶液；
将长度为12mm或19mm的短纤维放入配制好的偶联剂溶液中，浸泡5min，使其完全分散；
将溶液倒入容器中，将容器放入水浴锅中，于80℃恒温条件下加热1h；
取出短纤维，放入干燥箱中，于75℃～80℃干燥5h，得到表面改性玄武岩纤维。
以上实施例均参考以下标准中的方法对各个实施例进行各项性能进测试：
GB/T 23265水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、将海泡石和玄武岩先熔化，再降温拉制玄武岩纤维；
S02、将硅烷偶联剂加入乙醇溶液中，得到质量分数为2％的偶联剂溶液；
S03、将玄武岩纤维浸泡于偶联剂溶液内；
S04、待玄武岩纤维分散于偶联剂溶液内后，将所得溶液倒入容器中，并将其整体放入水浴装置中，于80℃恒温条件下加热1h；
S05、取出短纤维，干燥，得到改性玄武岩纤维。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，所述海泡石所占重量百分比为10％～20％，所述玄武岩所占重量百分比为80％～90％。
3.根据权利要求2所述的一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，所述S01具体为：
S011、按质量分数海泡石10％～20％，玄武岩80％～90％称取原料，并粉碎成颗粒，获得混合粉料；
S012、将混合粉料以升温速率150℃/h～250℃/h升温至1450℃～1500℃，使其熔化；
S013、将溶液温度降至1300℃～1350℃，并拉制玄武岩纤维。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-570。
5.根据权利要求1所述的一种膨胀纤维抗裂防水剂用改性玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S05中干燥温度为75℃～80℃，时间5h。
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