一种合成纤维混凝土及其制备方法与流程

1.本技术属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种合成纤维混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.合成纤维混凝土，是合成纤维和混凝土基料组成的复合材料的统称，混凝土基料(如：水泥、石、砂浆)具有抗拉强度低、极限延伸率小、性脆的缺点，加入合成纤维，可以克服这些缺点，合成纤维可提高混凝土的弯曲韧性，因此，合成纤维混凝土在建筑中被广泛使用。
3.但是，现有技术中，在混凝土中掺加合成纤维的同时必须要同时掺加一定量的分散剂，才能起到提高混凝土的弯曲韧性的效果。以在混凝土中掺加单丝纤维为例，根据工程经验，单丝纤维能够很好的分散在混凝土中掺加量为0.9kg/m3，但是，在混凝土中掺加0.9kg/m3的单丝纤维，根本起不到提高弯曲韧性的作用，因此，需要进一步提高单丝纤维在混凝土中掺加量，而为了将更多掺加量的单丝纤维能够在混凝土中分散开，就需要配合加入分散剂。
4.因此，现有技术中的合成纤维混凝土，需要同时加入适量的合成纤维和分散剂，才能起到提高混凝土的弯曲韧性的效果。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中需要同时加入适量的合成纤维和分散剂，才能起到提高混凝土的弯曲韧性的效果的技术问题，本技术提供一种合成纤维混凝土及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种合成纤维混凝土，所述合成纤维混凝土中掺加有合成纤维，所述合成纤维在所述合成纤维混凝土中的掺加量为0.9
‑
2.0kg/m3，其中，所述合成纤维包括纤维主干，以及，沿所述纤维主干的长度方向间隔排布的纤维枝干。
7.在一种实现方式中，所述纤维主干的直径为所述纤维枝干的2
‑
10倍，所述纤维主干的长度为所述纤维枝干的3.1
‑
3.4倍。
8.在一种实现方式中，所述纤维主干的长度为10mm～65mm，所述纤维主干的直径为100μm～1mm。
9.在一种实现方式中，所述纤维枝干的长度为3mm～20mm，所述纤维枝干的直径为50μm～100μm。
10.在一种实现方式中，沿所述纤维主干的长度方向间隔排布的8
‑
10根具有不同长度的纤维枝干。
11.在一种实现方式中，所述合成纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯晴纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维和聚甲醇纤维中任一种。
12.在一种实现方式中，所述合成纤维混凝土还包括混凝土基料和水，其中，所述混凝土基料包括水泥、粉煤灰、砂和碎石。
13.第二方面，本技术还提供一种合成纤维混凝土的制备方法，所述方法包括如下步
骤：
14.将第一方面所述的混凝土基料与所述合成纤维倒入搅拌设备中，以预设转速干搅拌第一预设时长，得到预混料；
15.向所述预混料中加入水，以预设转速干搅拌第二预设时长，得到合成纤维混凝土。
16.在一种实现方式中，所述预设转速为47r/min，所述第一预设时长为30～60s。
17.综上，本技术提供的一种合成纤维混凝土及其制备方法，仅通过改变掺入混凝土中纤维的形状构造，而无需添加其他具有分散作用的分散剂，即可在掺入0.9kg/m3的合成纤维的条件下，使混凝土的弯曲韧性满足一定要求。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本技术实施例提供的一种合成纤维的结构示意图；
20.图2为本技术实施例提供的一种合成纤维的压制模具的结构示意图；
21.图3为对比例一制备得到的混凝土的荷载
‑
挠度曲线；
22.图4为对比例二制备得到的混凝土的荷载
‑
挠度曲线；
23.图5为对比例三制备得到的混凝土的荷载
‑
挠度曲线；
24.图6为对比例四制备得到的混凝土的荷载
‑
挠度曲线；
25.图7为实施例一制备得到的混凝土的荷载
‑
挠度曲线；
26.图8为实施例二制备得到的混凝土的荷载
‑
挠度曲线；
27.图9为实施例三制备得到的混凝土的荷载
‑
挠度曲线。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域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，都属于本技术保护的范围。
29.本技术提供一种合成纤维，将该合成纤维应用于混凝土中时，可以不掺加分散剂，就起到提高混凝土的弯曲韧性的效果。
30.下面结合附图对本技术提供的合成纤维进行介绍。
31.如图1所示，本技术提供的合成纤维包括纤维主干1，以及，沿所述纤维主干1的长度方向间隔排布的纤维枝干2。
32.本技术在纤维主干1上设置多个纤维枝干2，其中，分布在纤维主干1的长度方向的各纤维枝干2可以向相同或不同的方向延伸，本技术对此不进行限定。
33.本技术中纤维主干1的直径大于纤维枝干2的直径，纤维主干1的长度大于纤维枝干2的长度。
34.在一种实现方式中，纤维主干1的直径为所述纤维枝干2的2
‑
10倍，所述纤维主干1
的长度为所述纤维枝干2的3.1
‑
3.4倍。例如，所述纤维主干1的长度为10mm～65mm，所述纤维主干1的直径为100μm～1mm。所述纤维枝干2的长度为3mm～20mm，所述纤维枝干2的直径为50μm～100μm。
35.在一具体例子中，每一根纤维主干1上分布8～10根长度不同的纤维枝干2，其中，纤维主干1为直径100μm，长度65mm的粗纤维，纤维枝干2的长度为3mm～20mm不等，纤维枝干2的直径为50μm，每一根纤维主干1上分布8～10根长度不同的纤维枝干2。
36.本技术对合成纤维的材料不进行限定，合成纤维可以采用为聚丙烯纤维、聚丙烯晴纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维和聚甲醇纤维中任一种。
37.需要说明的是，本技术对合成纤维的制备方法不进行限定，可以采用现有技术中任一种可实现的制备方法。在一种实现方式中，如图2所示，将原材料在熔融状态下灌入压制模具3中，上盖对称压板，施加0.1mpa的压力，待冷却后取出成型结构即为合成纤维。
38.本技术还提供一种合成纤维混凝土，该合成纤维混凝土中使用本技术实施例提供的合成纤维，其中，所述合成纤维在所述合成纤维混凝土中的掺加量为0.9
‑
2.0kg/m3，即每立方米的合成纤维混凝土中掺入0.9
‑
2.0kg的合成纤维。
39.本技术通过改变掺入混凝土中合成纤维的形状构造(具体参见上述对本技术实施例提供的合成纤维的介绍，此处不再赘述)，来提高混凝土的弯曲韧性。试验表明，在每立方米合成纤维混凝土中掺入0.9
‑
2.0kg/m3本技术实施例提供的合成纤维，且不掺加任何分散剂的情况下，制备得到的合成纤维混凝土的韧性指数大于3，即本技术实施例提供的合成纤维混凝土的弯曲性能满足要求。
40.应理解，本技术提供的合成纤维混凝土中还包括混凝土基料和水。
41.需要说明的是，本技术对合成纤维混凝土中的混凝土基料的组成和配比不进行限定，一般的，混凝土基料包括颗粒状骨料(如砂、碎石等)和胶凝材料(如水泥)。在一具体例子中，混凝土基料包括水泥、粉煤灰、砂和碎石。
42.本技术实施例还提供一种合成纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
43.步骤1、将混凝土基料与所述合成纤维倒入搅拌设备中，以预设转速干搅拌第一预设时长，得到预混料。
44.步骤1中预先将除水之外的原料进行干搅拌，这样，通过干搅拌将合成纤维打散，然后使其尽量均匀的分布在预混料里，同时通过混凝土基料与合成纤维搅拌时的摩擦，使合成纤维表面变得粗糙，提高合成纤维与混凝土基料中的胶凝材料之间的粘结性能。
45.本技术对干搅拌的第一预设时长不进行限定，在一种实现方式中，可以以47r/min的预设转速干搅拌30～60s，如果干搅拌时长超过60s，则会对合成纤维本身造成伤害，严重的可能会将合成纤维打断。而30～60s的搅拌时长，既能使合成纤维初步分散，又能增加合成纤维表面的粗糙度，还不至于使合成纤维受到损伤。
46.步骤2、向所述预混料中加入水，以预设转速干搅拌第二预设时长，得到合成纤维混凝土。
47.下面结合三组实施例和四组对比例的试验数据，对本技术实施例提供的合成纤维在混凝土中的应用效果进行说明。
48.按照如下表1中各对比例和实施例中各组分配比准备原料：水泥、粉煤灰、砂、碎石、水、合成纤维、单丝纤维和分散剂。
49.需要说明的是，其中水泥、粉煤灰、砂和碎石，分别选用gb 8076
‑
2008《混凝土外加剂》中规定的类别。具体的，水泥选用基准水泥(p.i425硅酸盐水泥)；粉煤灰选用f类ii级粉煤灰；砂选用ii区天然砂，中砂，细度模数2.9；碎石选用5mm～20mm连续粒级碎石，其中5mm～10mm占40％，10mm～20mm占60％。合成纤维是指本技术实施例提供的改进的合成纤维。
50.将上述准备的原料按照各自的配比称量好后，按照本技术实施例提供的合成纤维混凝土的制备方法，制备得到合成纤维混凝土。
51.将上述各组试验样品，按照cecs13：2009《纤维混凝土试验方法标准》中的6.9弯曲韧性和初裂强度试验进行测试，结果见下表1。
52.表1对比例和实施例中各组分配及实验结果
[0053][0054]
首先，对上述表1中韧性指数i5进行说明。
[0055]
本技术根据cecs13：2009《纤维混凝土试验方法标准》中的6.9弯曲韧性和初裂强度试验，对各组试验样品进行测试，得到如图3至图9所示的荷载
‑
挠度曲线，然后根据弯曲韧性指数计算公式，计算得到每个试验样品的韧性指数i5，即表1中韧性指数i5这一列对应的数值。其中，图3为对比例一的荷载
‑
挠度曲线，图4为对比例二的荷载
‑
挠度曲线，图5为对比例三的荷载
‑
挠度曲线，图6为对比例四的荷载
‑
挠度曲线，图7为实施例一的荷载
‑
挠度曲线，图8为实施例二的荷载
‑
挠度曲线，图9为实施例三的荷载
‑
挠度曲线。
[0056]
由上述表1可知，试验中，对比例和实施例中采用相同组分和配比的混凝土基料(包括水泥、粉煤灰、砂和碎石)，以相同组分和配比的混凝土基料为基础，分别对比掺入不同种类纤维(单丝纤维和本技术实施例提供的合成纤维)及纤维掺入量对混凝土性能的影响。
[0057]
对比例一中，当在混凝土中掺入0.9kg/m3单丝纤维，而不加分散剂时，其对应的等
效弯曲强度为0mpa，韧性指数为脆断。也就是说，只在混凝土中掺入0.9kg/m3单丝纤维，根本起不到提高混凝土的弯曲韧性的作用。
[0058]
对比例二中，将掺入混凝土中单丝纤维的量提升至1.5kg/m3，从试验结果来看，等效弯曲强度为1.7mpa，韧性指数为2.5。
[0059]
分析对比例一和对比例二可知，对比例一起不到提高弯曲韧性的原因是掺入的单丝纤维的量不够。
[0060]
对比例三中，将掺入混凝土中单丝纤维的量继续提升至2.0kg/m3，从试验结果来看，等效弯曲强度为1.7mpa，韧性指数为2.2。
[0061]
分析对比例二和对比例三可知，对比例三虽然加入了比对比例二更多的单丝纤维，但是其韧性指数反而下降，这说明掺入量为2.0kg/m3单丝纤维在混凝土中的分散性不好，从而导致其韧性指数反而下降。也就是说，继续向混凝土中加入更多的单丝纤维，也不能将混凝土的韧性指数提升至3.0，因此，通过在混凝土中单独加单丝纤维的方式，不能使混凝土中韧性指数满足要求。
[0062]
此处需要说明的是，在混凝土性能检测指标中，混凝土的韧性指数要求大于等于3.0。
[0063]
对比例四中，在混凝土中掺入2.0kg/m3单丝纤维，同时掺入0.3kg/m3分散剂，从试验结果来看，等效弯曲强度为1.7mpa，韧性指数为2.2。
[0064]
分析对比例三和对比例四可知，在相同单丝纤维掺入量的条件下，加入分散剂能够提高韧性指数，这也再次证明了对比例三中韧性指数下降是单丝纤维在混凝土中分散性不好导致的。
[0065]
实施例一中，在混凝土中掺入0.9kg/m3合成纤维，从试验结果来看，等效弯曲强度为1.7mpa，韧性指数为3.1。
[0066]
分析对比例一和实施例一可知，在纤维掺入量相同的条件下，采用本技术提供的合成纤维代替单丝纤维，制备得到的混凝土的韧性指数达到了3.1，满足韧性指数要求。再结合对比例四可知，在混凝土中只掺入0.9kg/m3本技术提供的合成纤维，而不掺入分散剂，即可制备得到韧性指数满足要求的混凝土，这是现有就是无法实现的技术效果。
[0067]
实施例二中，将合成纤维在混凝土中的掺入量提升至1.8kg/m3，从试验结果来看，等效弯曲强度提升至为2.9mpa，韧性指数提升至6.1。
[0068]
分析实施例一和实施例二可知，1.8kg/m3掺入量的合成纤维在混凝土中的分散性依然很好，使制备得到的混凝土的韧性指数达到了6.1。
[0069]
实施例三中，将合成纤维在混凝土中的掺入量继续提升至2.0kg/m3，从试验结果来看，等效弯曲强度降至为2.1mpa，韧性指数降至5.4。
[0070]
分析实施例二和实施例三可知，当向混凝土中掺入量大于等于2.0kg/m3时，混凝土的韧性指数开始呈下降趋势，由此说明，在混凝土中掺入1.8kg/m3合成纤维时，合成纤维在混凝土中的分散性更好。
[0071]
综上，仅在混凝土中掺入本技术实施例提供的合成纤维，即可提高混凝土的弯曲韧性。进一步的，本技术仅通过改变掺入混凝土中纤维的形状构造，而无需添加其他具有分散作用的分散剂，即可在掺入0.9kg/m3的合成纤维的条件下，使混凝土的弯曲韧性满足一定要求。其主要原因在于：本技术提供的合成纤维包括纤维主干和纤维枝干，纤维枝干与纤
维主干之间成一定角度，这样可以大大降低合成纤维在混凝土中平行分布的几率，使合成纤维最大限度的发挥作用。纤维枝干主要增加合成纤维与混凝土的结合能力，纤维枝干受力后将力传递给纤维主干，与纤维主干一起抵抗拉力。其中，合成纤维的纤维主干和纤维枝干较普通单丝纤维直径变大，长度变长，这样单位重量的合成纤维根数变少，分散性变好，同时，压制模具制作出的合成纤维表面光滑，在一定程度上也可以增加纤维的分散性。
[0072]
本技术实施例提供的合成纤维混凝土，当水泥凝固后，合成纤维在混凝土中呈三维乱向分布，能有效提高混凝土构件的力学性能。合成纤维可以吸收水泥固化或冷冻过程中形成的张力，从而延缓水泥固化过程中微裂纹的形成和扩散，提高混凝土的抗冻性。均匀乱向分布在混凝土中的大量合成纤维起了承托作用，降低混凝土表面的析水与集料的离析，使混凝土中直径约100纳米左右的孔隙含量大大降低，极大地提高混凝土抗渗防水能力。合成纤维与水泥基材料充分混合，在水泥净浆或混凝土砂浆中形成多向分布的网络支撑体系，降低水泥或混凝土在塑性收缩及冷冻时形成的张力。在混凝土收缩时，其收缩能量被合成纤维所吸收，有效增加了混凝土的韧性，抑制其裂纹的产生和发展。由此可知，合成纤维不与混凝土中的组分发生化学反应，合成纤维在混凝土中的分布犹如一张彼此间断又彼此连接的网，这网一层又一层，一层叠加一层，给混凝土以环箍效应，其所有达到的效果均为物理作用产生，因此，本技术对合成纤维混凝土中的混凝土基料不进行限定，
[0073]
需要说明的是，上述实施例中的合成纤维混凝土中，只需掺入本技术中的合成纤维即可达到提高弯曲韧性的效果，但是，这并不表示对合成纤维混凝土中原料的限定，在实际应用中，也可以掺入具有分散性的分散剂，例如在混凝土中掺入2.0kg/m3的合成纤维时，可以在混凝土中掺入适量的分散剂，也就是说，本技术强调的是在混凝土中掺入0.9
‑
2.0kg/m3的合成纤维，即可实现提高弯曲韧性，无需加入其它分散剂。
[0074]
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0075]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。