CN115368080B - 一种纤维预应力uhpc装饰板及其制备方法 - Google Patents

一种纤维预应力uhpc装饰板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纤维预应力UHPC装饰板及其制备方法，本发明通过对短切碳纤维进行改性处理，改性短切碳纤维的表面含有大量的羟基和羧基，改性减水剂分子的表面含有较多的羟基和氨基，在注浆成型的过程中，其中羧基与羟基发生酯化反应，反应过程是吸热反应，酯化反应产物是水，既节约了水分加入量，同时充分利用了水泥水化所释放的热量，减少了热应力差裂纹，增强了整体的结合度，达到了水泥逐步水化的效果，减少了最终成型模型的尺寸收缩，同时，改性短切碳纤维填充到混凝土中，能够有效约束微裂缝扩展，提高混凝土的韧性，减少干缩变形，可以明显地改善混凝土结构的力学特性。

Description

一种纤维预应力UHPC装饰板及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种纤维预应力UHPC装饰板及其制备方法。
背景技术
在现有建筑特别是公共建筑的装饰板中，以石材装饰板为主，然而石材的采取、运输及加工难度大，成本高；且石材属于不可再生资源，采矿严重破坏生态环境。因此，基于混凝土的装饰板成为目前装饰板领域的重点研究对象，然而由于混凝土装饰板的服役环境恶劣，目前的混凝土装饰板最主要的问题是耐久性不理想，容易出现裂纹、破损等问题，进而影响其性能。
超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，是一种水泥基工程材料，由于UHPC的耐久性好，具有优良的耐磨、抗暴性能，因此UHPC广泛应用于建筑装饰领域。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纤维预应力UHPC装饰板及其制备方法，通过对添加成分进行调整与改性，提升混凝土的流动性与机械性能。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维网的制作：制作预制模具，预制模具的四侧外壁均设有可调节的张紧螺杆，张紧螺杆内设有细孔，将束状玻璃纤维依次穿入张紧螺杆内，形成十字交叉的纤维网，然后调节张紧螺杆，形成预应力玻璃纤维网；
(2)预制UHPC混凝土的制备：以重量份计，将300～500份硅酸盐水泥、70～90份矿粉、80～100份粉煤灰、10～20份硅灰、60～80份硅砂、20～30份色粉和60～80份水加入到搅拌机中搅拌20-30min；再加入30～50份改性减水剂和5～6份引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入60～80份水和60～80份改性短切碳纤维，搅拌均匀，得到预制UHPC混凝土；
(3)UHPC装饰板的制备：取20～30份混凝土水性脱模剂，均匀喷洒在预制模具的内表面，向预制模具中倒入步骤(2)所得到的预制UHPC混凝土，将预制模具进行振动引气，随后静置待其凝固，将束状玻璃纤维切断，成型的UHPC板材脱模，然后转至养护架静置养护，即得到纤维预应力UHPC装饰板。
优选的，所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：将对氨基苯磺酸钠和碱木质素加入到去离子水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入甲醛，进行曼尼希反应，待反应完成后，调节反应液的pH为中性，即得到改性减水剂。
优选的，所述对氨基苯磺酸钠、碱木质素和甲醛的质量比为10-20:8-15:10-18。
优选的，曼尼希反应的温度为60-80℃，曼尼希反应的时间为3-5h。
优选的，所述改性短切碳纤维的制备方法，包括如下步骤：将短切碳纤维加入到水杨酸溶液中，超声分散均匀，然后向其中加入环氧氯丙烷，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性短切碳纤维。
优选的，所述短切碳纤维、水杨酸溶液和环氧氯丙烷的质量比为1:1-1.5:0.4-0.8。
优选的，所述水杨酸溶液的质量分数为10-20％。
优选的，反应温度为40-50℃，反应时间为30-60min。
优选的，步骤(1)中，束状玻璃纤维的直径为0.3-0.4mm。
本发明还提供由上述制备方法所制备得到的纤维预应力UHPC装饰板。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)碱木质素分子具有三维网状结构，同时碱木质素分子上含有大量的酚羟基，通过曼尼希反应，利用碱木质素改性对氨基苯磺酸钠，提高了减水剂的主链长度和结构稳定性，在水泥孔溶液中不易发生收缩，同时水泥质点的表面因改性减水剂分子的定向吸附作用带有同性电荷，彼此间产生的斥力会使水泥颗粒的絮凝结构分散解体，增强水泥的分散性，释放其中的水，使水泥净浆的流动性增大。
(2)本发明通过对短切碳纤维进行改性处理，改性短切碳纤维的表面含有大量的羟基和羧基，改性减水剂分子的表面含有较多的羟基和氨基，在注浆成型的过程中，其中羧基与羟基发生酯化反应，反应过程是吸热反应，酯化反应产物是水，既节约了水分加入量，同时充分利用了水泥水化所释放的热量，减少了热应力差裂纹，增强了整体的结合度，达到了水泥逐步水化的效果，减少了最终成型模型的尺寸收缩，同时，改性短切碳纤维填充到混凝土中，能够有效约束微裂缝扩展，提高混凝土的韧性，减少干缩变形，可以明显地改善混凝土结构的力学特性；此外，由于改性减水剂分子和改性短切碳纤维均具有络合吸附作用，能改善其与混凝土中其它组分的粘结性能，提高混凝土的密实度，进一步改善强度。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
本发明中所使用硅酸盐水泥的型号为P.W42.5；
矿粉的规格等级为S95级；
粉煤灰为II级粉煤灰；
硅灰的粒径为0.1-0.3μm；
硅砂的粒径为0.5-2mm；
色粉为氧化铁红颜料，产品规格为325目；
引气剂的型号为XY-A02，购自南京新义合成科技有限公司；
短切碳纤维的产品型号为CF-SMC，购自贵州至当科技有限公司；
束状玻璃纤维的性质：氧化锆含量16.7％，单丝直径12μm，线密度2758tex，单丝刚度160mm，抗拉强度1760MPa，弹性模量72GPa。
实施例1
一种纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维网的制作：制作预制模具，预制模具的四侧外壁均设有可调节的张紧螺杆，张紧螺杆内设有细孔，将直径为0.4mm的束状玻璃纤维依次穿入张紧螺杆内，形成十字交叉的纤维网，然后调节张紧螺杆，形成预应力玻璃纤维网，纤维网的网格尺寸为40mm×40mm，纤维束长度方向配筋率0.36％，宽度方向配筋率0.36％；
(2)预制UHPC混凝土的制备：将300g硅酸盐水泥、70g矿粉、80g粉煤灰、10g份硅灰、60g硅砂、20g色粉和60g水加入到搅拌机中搅拌20min；再加入30g改性减水剂和5g引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入60g水和60g改性短切碳纤维，搅拌均匀，得到预制UHPC混凝土；
其中，改性减水剂的制备方法如下：将10g对氨基苯磺酸钠和8g碱木质素加入到150mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入10g，30wt％的甲醛，在60℃下进行反应3h，待反应完成后，调节反应液的pH为中性，即得到改性减水剂；
改性短切碳纤维的制备方法如下：将10g短切碳纤维加入到10g，10wt％的水杨酸溶液中，超声分散均匀，然后向其中加入4g环氧氯丙烷，在50℃下搅拌反应30min，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性短切碳纤维。
(3)UHPC装饰板的制备：取20g混凝土水性脱模剂，均匀喷洒在预制模具的内表面，向预制模具中倒入步骤(2)所得到的预制UHPC混凝土，将预制模具进行振动引气10min，随后静置待其凝固，将束状玻璃纤维切断，成型的UHPC板材脱模，然后转至养护架静置养护28d，即得到纤维预应力UHPC装饰板。
实施例2
一种纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维网的制作：制作预制模具，预制模具的四侧外壁均设有可调节的张紧螺杆，张紧螺杆内设有细孔，将直径为0.4mm的束状玻璃纤维依次穿入张紧螺杆内，形成十字交叉的纤维网，然后调节张紧螺杆，形成预应力玻璃纤维网，纤维网的网格尺寸为40mm×40mm，纤维束长度方向配筋率0.36％，宽度方向配筋率0.36％；
(2)预制UHPC混凝土的制备：将500g硅酸盐水泥、80g矿粉、90g粉煤灰、15g份硅灰、80g硅砂、25g色粉和70g水加入到搅拌机中搅拌20min；再加入30g改性减水剂和6g引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入60g水和60g改性短切碳纤维，搅拌均匀，得到预制UHPC混凝土；
其中，改性减水剂的制备方法如下：将20g对氨基苯磺酸钠和10g碱木质素加入到150mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入15g，30wt％的甲醛，在80℃下进行反应3h，待反应完成后，调节反应液的pH为中性，即得到改性减水剂；
改性短切碳纤维的制备方法如下：将10g短切碳纤维加入到15g，20wt％的水杨酸溶液中，超声分散均匀，然后向其中加入6g环氧氯丙烷，在50℃下搅拌反应45min，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性短切碳纤维。
(3)UHPC装饰板的制备：取30g混凝土水性脱模剂，均匀喷洒在预制模具的内表面，向预制模具中倒入步骤(2)所得到的预制UHPC混凝土，将预制模具进行振动引气10min，随后静置待其凝固，将束状玻璃纤维切断，成型的UHPC板材脱模，然后转至养护架静置养护28d，即得到纤维预应力UHPC装饰板。
实施例3
一种纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维网的制作：制作预制模具，预制模具的四侧外壁均设有可调节的张紧螺杆，张紧螺杆内设有细孔，将直径为0.4mm的束状玻璃纤维依次穿入张紧螺杆内，形成十字交叉的纤维网，然后调节张紧螺杆，形成预应力玻璃纤维网，纤维网的网格尺寸为40mm×40mm，纤维束长度方向配筋率0.36％，宽度方向配筋率0.36％；
(2)预制UHPC混凝土的制备：将400g硅酸盐水泥、90g矿粉、80g粉煤灰、20g份硅灰、60g硅砂、30g色粉和80g水加入到搅拌机中搅拌30min；再加入50g改性减水剂和6g引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入80g水和80g改性短切碳纤维，搅拌均匀，得到预制UHPC混凝土；
其中，改性减水剂的制备方法如下：将20g对氨基苯磺酸钠和15g碱木质素加入到150mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入18g，30wt％的甲醛，在60℃下进行反应5h，待反应完成后，调节反应液的pH为中性，即得到改性减水剂；
改性短切碳纤维的制备方法如下：将10g短切碳纤维加入到12g，20wt％的水杨酸溶液中，超声分散均匀，然后向其中加入8g环氧氯丙烷，在50℃下搅拌反应45min，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性短切碳纤维。
(3)UHPC装饰板的制备：取30g混凝土水性脱模剂，均匀喷洒在预制模具的内表面，向预制模具中倒入步骤(2)所得到的预制UHPC混凝土，将预制模具进行振动引气10min，随后静置待其凝固，将束状玻璃纤维切断，成型的UHPC板材脱模，然后转至养护架静置养护28d，即得到纤维预应力UHPC装饰板。
实施例4
一种纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维网的制作：制作预制模具，预制模具的四侧外壁均设有可调节的张紧螺杆，张紧螺杆内设有细孔，将直径为0.4mm的束状玻璃纤维依次穿入张紧螺杆内，形成十字交叉的纤维网，然后调节张紧螺杆，形成预应力玻璃纤维网，纤维网的网格尺寸为40mm×40mm，纤维束长度方向配筋率0.36％，宽度方向配筋率0.36％；
(2)预制UHPC混凝土的制备：将450g硅酸盐水泥、80g矿粉、100g粉煤灰、10g份硅灰、80g硅砂、20g色粉和60g水加入到搅拌机中搅拌30min；再加入40g改性减水剂和6g引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入80g水和60g改性短切碳纤维，搅拌均匀，得到预制UHPC混凝土；
其中，改性减水剂的制备方法如下：将15g对氨基苯磺酸钠和12g碱木质素加入到150mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入16g，30wt％的甲醛，在70℃下进行反应4h，待反应完成后，调节反应液的pH为中性，即得到改性减水剂；
改性短切碳纤维的制备方法如下：将10g短切碳纤维加入到15g，10wt％的水杨酸溶液中，超声分散均匀，然后向其中加入6g环氧氯丙烷，在40℃下搅拌反应60min，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性短切碳纤维。
(3)UHPC装饰板的制备：取30g混凝土水性脱模剂，均匀喷洒在预制模具的内表面，向预制模具中倒入步骤(2)所得到的预制UHPC混凝土，将预制模具进行振动引气10min，随后静置待其凝固，将束状玻璃纤维切断，成型的UHPC板材脱模，然后转至养护架静置养护28d，即得到纤维预应力UHPC装饰板。
对比例1
一种混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将400g硅酸盐水泥、90g矿粉、80g粉煤灰、20g份硅灰、60g硅砂、30g色粉和80g水加入到搅拌机中搅拌30min；再加入50g对氨基苯磺酸钠和6g引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入80g水和80g短切碳纤维，搅拌均匀，即得到混凝土。
对比例2
一种混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将400g硅酸盐水泥、90g矿粉、80g粉煤灰、20g份硅灰、60g硅砂、30g色粉和80g水加入到搅拌机中搅拌30min；再加入50g改性减水剂和6g引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入80g水和80g短切碳纤维，搅拌均匀，即得到混凝土；
其中，改性减水剂的制备方法如下：将20g对氨基苯磺酸钠和15g碱木质素加入到150mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入18g，30wt％的甲醛，在60℃下进行反应5h，待反应完成后，调节反应液的pH为中性，即得到改性减水剂。
对比例3
一种混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将400g硅酸盐水泥、90g矿粉、80g粉煤灰、20g份硅灰、60g硅砂、30g色粉和80g水加入到搅拌机中搅拌30min；再加入50g对氨基苯磺酸钠和6g引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入80g水和80g改性短切碳纤维，搅拌均匀，即得到混凝土；
其中，改性短切碳纤维的制备方法如下：将10g短切碳纤维加入到12g，20wt％的水杨酸溶液中，超声分散均匀，然后向其中加入8g环氧氯丙烷，在50℃下搅拌反应45min，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性短切碳纤维。
将实施例1-4中步骤(2)得到的预制UHPC混凝土以及对比例1-3制备得到的混凝土进行性能测试，具体如下：
流动度测试：参照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试；
抗压强度测试：参照GB/T 50081-2019标准进行测定；测试结果如下表所示：
Figure BDA0003829613210000091
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）玻璃纤维网的制作：制作预制模具，预制模具的四侧外壁均设有可调节的张紧螺杆，张紧螺杆内设有细孔，将束状玻璃纤维依次穿入张紧螺杆内，形成十字交叉的纤维网，然后调节张紧螺杆，形成预应力玻璃纤维网；
（2）预制UHPC混凝土的制备：以重量份计，将300～500份硅酸盐水泥、70～90份矿粉、80～100份粉煤灰、10～20份硅灰、60～80份硅砂、20～30份色粉和60～80份水加入到搅拌机中搅拌20-30min；再加入30～50份改性减水剂和5～6份引气剂，进一步搅拌混合均匀，然后向其中加入60～80份水和60～80份改性短切碳纤维，搅拌均匀，得到预制UHPC混凝土；
（3）UHPC装饰板的制备：取20～30份混凝土水性脱模剂，均匀喷洒在预制模具的内表面，向预制模具中倒入步骤（2）所得到的预制UHPC混凝土，将预制模具进行振动引气，随后静置待其凝固，将束状玻璃纤维切断，成型的UHPC板材脱模，然后转至养护架静置养护，即得到纤维预应力UHPC装饰板；
其中，所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：将对氨基苯磺酸钠和碱木质素加入到去离子水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入甲醛，进行曼尼希反应，待反应完成后，调节反应液的pH为中性，即得到改性减水剂；
所述改性短切碳纤维的制备方法，包括如下步骤：将短切碳纤维加入到水杨酸溶液中，超声分散均匀，然后向其中加入环氧氯丙烷，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性短切碳纤维。
2.根据权利要求1所述的纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，其特征在于，所述对氨基苯磺酸钠、碱木质素和甲醛的质量比为10-20:8-15:10-18。
3.根据权利要求1所述的纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，其特征在于，曼尼希反应的温度为60-80℃，曼尼希反应的时间为3-5h。
4.根据权利要求1所述的纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，其特征在于，所述短切碳纤维、水杨酸溶液和环氧氯丙烷的质量比为1:1-1.5:0.4-0.8。
5.根据权利要求1所述的纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，其特征在于，所述水杨酸溶液的质量分数为10-20%。
6.根据权利要求1所述的纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，其特征在于，反应温度为40-50℃，反应时间为30-60min。
7.根据权利要求1所述的纤维预应力UHPC装饰板的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，束状玻璃纤维的直径为0.3-0.4mm。
8.如权利要求1-7任一项所述制备方法所制备得到的纤维预应力UHPC装饰板。
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