CN114716209A - 一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料及制备方法，按质量份数配比由水泥458~532份、粉煤灰667~824份、砂子222~301份、水287~402份、高效减水剂8~10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维33~45份，纤维素醚1~2份组成。本发明掺入了纤维素醚，能够使得纤维均匀地分散在基体之中，提升水泥基材料的工作性能，弥补传统PET纤维增强水泥基材料分散性差、工作性能不足、难以实现多缝开裂的缺陷，为工程实际提供了一种低成本、高性能的水泥基复合材料；该材料成本低廉，绿色环保，性能良好，能够极大拓展传统水泥基材料的使用场景。

Description

一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料及制备方法

技术领域

本发明属于水泥基复合材料技术领域，特别涉及一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料及制备方法。

背景技术

纤维增强水泥基复合材料是一种性质优良的工程材料，在各种使用环境的建筑物和构筑物中都有较好的适用性，因为其纤维独特的桥接作用，使得其拥有良好的抗拉性能，能够实现多缝开裂和应变硬化，有着良好的耐久性和工作性。纤维增强水泥基复合材料广泛使用各种纤维，其中一种即是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维。在纤维增强水泥基材料的整体成本中纤维的成本占了相当大的比例，而PET纤维与常用的其他纤维如PVA相较，价格仅为其三成，在成本上具有巨大的优势。同时PET纤维能够从塑料片、废旧衣物中回收进行再生产，是良好的绿色材料。但是其存在分散性差，与水泥基材料基体协作性不足的问题，在实际制造过程中只能掺入较低比例的纤维，导致不能实现足够的多缝开裂和应变硬化效果，性能不能很好满足工程实际的需求，因此，如何提高PET纤维在水泥基体中的分散性和与基体的协作性，从而提高PET纤维的工作性能有着重大意义。

纤维素醚是一种由纤维素通过醚化产生的具有醚结构的高分子化合物，已经广泛地运用于医药、日化、服装等产业之中，它能够有效地提高砂浆的黏结性和保水性，显著增强砂浆与其他物体如纤维的黏结效果，加强纤维的分散性，同时其引气的效果可以增加基体的孔隙率，从而提高水泥基材料的多缝开裂性能，因此纤维素醚被引入水泥基材料的研究中，并在混凝土3D打印中被频繁使用。

中国专利CN110627445B公开了一种用于隧道工程的高抗渗水泥基修复材料，由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、钢渣粉、岩石粉、尾矿砂、石英砂、凹凸棒土、丙烯酸酯乳液、纤维素醚、聚丙烯酰胺、PVA纤维、PET纤维、聚羧酸系减水剂和消泡剂组成。该发明制作工艺较为复杂，掺和料种类和数量较多，纤维混掺了PVA，导致生产成本较高、工艺复杂、不能充分发挥PET纤维本身成本低、绿色环保的优势，同时混掺也导致纤维的工作性能低于预期。因此，开发出一款只掺入PET一种纤维和较少种类拌合物的水泥基材料是非常有意义的。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对有PET纤维分散性差，与水泥基材料基体协作性不足等技术方面的不足，提供一种增强聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维水泥基材料工作性能的方法，能够实现只掺入PET一种纤维和较少种类拌合物的前提下，使得该材料呈现低成本，高强度，高韧性，绿色环保等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，原料按质量份数配比如下：水泥458~532份、粉煤灰667~824份、砂子222~301份、水287~402份、高效减水剂8~10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维33~45份，纤维素醚1~2份。

优选地，所述水泥为P.O 42.5的普通硅酸盐水泥。

优选地，所述粉煤灰为一级粉煤灰。

优选地，所述砂子为60-120目的机制石英砂。

优选地，所述水为市政供水，其含氯量小于0.5毫克/升。

优选地，所述高效减水剂为液态聚羧酸系高性能减水剂。

优选地，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维的直径为20微米，长度为12毫米，拉伸强度900MPa，弹性模量6GPa，极限伸长率14%。

优选地，所述纤维素醚主体成分为羟丙基甲基纤维素。

优选地，所述材料的养护方式为20摄氏度，90~98%湿度养护28天。

本申请还公开了所述一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：按质量份数配比称取水泥458~532份、粉煤灰667~824份、砂子222~301份、水287~402份、高效减水剂8~10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维33~45份，纤维素醚1~2份；

第二步：将所有的水泥、粉煤灰和砂子加入一个5升的搅拌锅内，60-90r/min慢速搅拌至均匀；

第三步：将高效减水剂加入水中充分搅拌至均匀得到减水剂混合液；

第四步：等到水泥、粉煤灰和砂子搅拌均匀后，以300ml/min的速率加入减水剂混合液，继续慢速搅拌浆体2分钟，再用150-180r/min快速搅拌2分钟后，立刻加入聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维进行搅拌，继续搅拌3分钟使得纤维均匀分散在浆体中，然后加入纤维素醚，继续搅拌2分钟后浇筑入模；

第五步：24小时后脱模，放入相对湿度为95%、温度为20℃的养护箱中，养护28天得到使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料。

有益效果：

与现有技术相比，本申请具有以下优势：

1.解决了现有技术中PET纤维增强水泥基复合材料中纤维分散性差、不易拌合的问题，不仅使得纤维更均匀地分散在基体中，更高的纤维掺量成为可能，还使得纤维与基体的黏结性能得以提高，从而增强了材料的工作性能特别是强度和韧性，也降低了搅拌和振捣工序的难度。

2.同时，其独特的引气效果也一定程度上加强了其多缝开裂的能力，与现有技术相比进一步提高材料抗拉伸的能力，其耐久性如抗渗性也有相应的提升。

3.最后，使用单一的PET纤维可以充分发挥PET纤维本身的优势，PET低廉的价格使得该材料的性价比极为优秀，其可由回收材料如塑料片、废旧衣物制成的特性使得该材料具有绿色环保的独特价值。

附图说明

图1为按照本申请制成的PET纤维增强水泥基复合材料在抗拉试验中所得的应力-应变图（左，六个试件的配合比相同）和现有技术中未掺入纤维素醚的普通PET纤维增强水泥基复合材料的应力-应变图（右），可见本申请制得的水泥基材料的抗拉强度和极限拉伸应变均有较大的提升；

图2为本申请在抗拉试验后的多缝开裂情况，可见其有着非常优秀的多缝开裂性能图。

具体实施方式

下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。应当指出，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不限制本发明的范围及应用。

实施例1：

一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：按质量份数配比称取水泥458份、粉煤灰667份、砂子222份、水287份、高效减水剂8份、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维33份，纤维素醚1份；第二步：将所有的水泥、粉煤灰和砂子加入一个5升的搅拌锅内，60-90r/min慢速搅拌至均匀；

第三步：将高效减水剂加入水中充分搅拌至均匀得到减水剂混合液；

第四步：等到水泥、粉煤灰和砂子搅拌均匀后，以300ml/min的速率加入减水剂混合液，继续慢速搅拌浆体2分钟，再用150-180r/min快速搅拌2分钟后，立刻加入聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维进行搅拌，继续搅拌3分钟使得纤维均匀分散在浆体中，然后加入纤维素醚，继续搅拌2分钟后浇筑入模；

第五步：24小时后脱模，放入相对湿度为95%、温度为20℃的养护箱中，养护28天得到使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料。

实施例2：

一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：按质量份数配比称取水泥501份、粉煤灰804份、砂子281份、水380份、高效减水剂9份、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维42份，纤维素醚2份；

第二步：将所有的水泥、粉煤灰和砂子加入一个5升的搅拌锅内，60-90r/min慢速搅拌至均匀；

第三步：将高效减水剂加入水中充分搅拌至均匀得到减水剂混合液；

第四步：等到水泥、粉煤灰和砂子搅拌均匀后，以300ml/min的速率加入减水剂混合液，继续慢速搅拌浆体2分钟，再用150-180r/min快速搅拌2分钟后，立刻加入聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维进行搅拌，继续搅拌3分钟使得纤维均匀分散在浆体中，然后加入纤维素醚，继续搅拌2分钟后浇筑入模；

第五步：24小时后脱模，放入相对湿度为95%、温度为20℃的养护箱中，养护28天得到使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料。

实施例3

一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：按质量份数配比称取水泥532份、粉煤灰824份、砂子301份、水402份、高效减水剂10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维45份，纤维素醚2份；

第二步：将所有的水泥、粉煤灰和砂子加入一个5升的搅拌锅内，60-90r/min慢速搅拌至均匀；

第三步：将高效减水剂加入水中充分搅拌至均匀得到减水剂混合液；

第四步：等到水泥、粉煤灰和砂子搅拌均匀后，以300ml/min的速率加入减水剂混合液，继续慢速搅拌浆体2分钟，再用150-180r/min快速搅拌2分钟后，立刻加入聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维进行搅拌，继续搅拌3分钟使得纤维均匀分散在浆体中，然后加入纤维素醚，继续搅拌2分钟后浇筑入模；

第五步：24小时后脱模，放入相对湿度为95%、温度为20℃的养护箱中，养护28天得到使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料。

图1为本申请在抗拉试验中应力-应变图（左，六个试件为同一批）和现有技术中未掺入纤维素醚的PET纤维增强水泥基复合材料的应力-应变图（右），可见本申请制得的水泥基材料的抗拉强度和极限拉伸应变均有较大的提升；图2为本申请在抗拉试验后的多缝开裂情况，可见其有着出色的多缝开裂性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已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，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动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的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于，原料按质量份数配比如下：水泥458~532份、粉煤灰667~824份、砂子222~301份、水287~402份、高效减水剂8~10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维33~45份，纤维素醚1~2份。

2.根据权利要求1所述的使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于：所述水泥为P.O 42.5的普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于：所述粉煤灰为一级粉煤灰。

4.根据权利要求1所述的使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于：所述砂子为60-120目的机制石英砂。

5.根据权利要求1所述的使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于：水为市政供水，其含氯量小于0.5毫克/升。

6.根据权利要求1所述的使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于：所述高效减水剂为液态聚羧酸系高性能减水剂。

7.根据权利要求1所述的使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于：所述聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维的直径为20微米，长度为12毫米，拉伸强度900MPa，弹性模量6GPa，极限伸长率14%。

8.根据权利要求1所述的使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于：所述纤维素醚主体成分为羟丙基甲基纤维素。

9.根据权利要求1所述的使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料，其特征在于：所述使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料的养护方式为20摄氏度，90~98%湿度养护28天。

10.一种权利要求1-9任一所述使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：按质量份数配比称取水泥458~532份、粉煤灰667~824份、砂子222~301份、水287~402份、高效减水剂8~10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维33~45份，纤维素醚1~2份；

第二步：将所有的水泥、粉煤灰和砂子加入一个5升的搅拌锅内，60-90r/min慢速搅拌至均匀；

第三步：将高效减水剂加入水中充分搅拌至均匀得到减水剂混合液；

第四步：等到水泥、粉煤灰和砂子搅拌均匀后，以300ml/min的速率加入减水剂混合液，继续慢速搅拌浆体2分钟，再用150-180r/min快速搅拌2分钟后，立刻加入聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维进行搅拌，继续搅拌3分钟使得纤维均匀分散在浆体中，然后加入纤维素醚，继续搅拌2分钟后浇筑入模；

第五步：24小时后脱模，放入相对湿度为95%、温度为20℃的养护箱中，养护28天得到使用纤维素醚的低成本高性能水泥基材料。

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