一种玄武岩纤维增强水泥基材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及水泥基材料，具体设及一种玄武岩纤维增强水泥基材料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 水泥基材料具有强度高、耐久性好、成本低等一系列优点，但是，水泥基材料自身 存在着收缩变形大，脆性大易开裂等不可忽视的缺点，尤其是渗入化学外加剂开发出的新 型高性能水泥基材料，虽然强度得W提高但同时出现初性差、裂缝、干缩与脆性大等问题。 前，通过添加纤维改善水泥基材料性能研究较多，添加玄武岩纤维是常用方法之一。玄武岩 纤维是用天然的玄武岩矿石通过高溫烙融、拉丝而成的一种纯天然的无机非金属材料，其 具有抗拉强度高、弹性模量大等优点。玄武岩的加入，在水泥基材料基体内部中会行成一种 均匀的Ξ维乱向分布的网络体系，可W防止基体收缩裂缝的产生和扩展，提高材料的综合 性能。
[0003] 现有技术中，专利CN 103771795A公开了一种玄武岩纤维增强抗裂饰面砂浆，该砂 浆水泥、石英砂和玄武岩短切纤维按照一定比例混合而成，具有抗裂、耐候、耐紫外线好、色 泽均匀持久等优点。专利CN 103435305A公开了一种玄武岩纤维混凝±及其制备方法，由水 泥、砂、石子、活性渗合料、玄武岩短纤维、其他短纤维、水、CT巧曽效剂和减水剂按照一定比 例混合而成，有效提高混凝±的初性、防裂性能、抗冻性和抗冲击性。但是，随着玄武岩纤维 或其他纤维的添入，严重改变了水泥基材料的堆积结构原理，一定程度上增加了水泥基材 料的孔隙率，同时纤维与水泥胶结物质会存在一个界面层，所述界面层中二者的界面粘结 强度通常较低，故玄武岩纤维的加入在基本力学性能的增强效果上并不明显，甚至导致强 度的降低，集中的体现就是加入玄武岩纤维的水泥基材料脆性大，抗折强度较低。
[0004] 为了克服上述不足，亟需添加其他物质改善材料的结构性能，促进材料的密实度、 增加玄武岩纤维与水泥胶结物质界面粘结强度，从而改善材料的脆性大的性能，提高其抗 压、抗折强度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是开发一种具有较高的密实度、初性好，抗压抗折强度高的玄武岩 纤维增强水泥基材料及其制备方法。
[0006] 上述目的是通过如下技术方案实现:一种玄武岩纤维增强水泥基材料，其原料包 括如下组分:水泥400~800kg/m3，娃灰50~120kg/m3，正娃酸乙醋3~12kg/m 3，细骨料800~ 1600kg/m3，高效聚簇酸减水剂10~40kg/m3，缓凝剂0.01~0.05kg/m 3，玄武岩纤维2.5 %~ 7.0%(体积比）。由于玄武岩纤维的加入，水泥基材料的孔隙率增大，尤其是玄武岩纤维与 水泥基胶凝材料的结合处附近会存在较多的空隙，直接导致材料脆。本发明采用娃灰和正 娃酸乙醋水解的纳米二氧化娃颗粒协同作用，充分发挥二者的微填充效应；玄武岩纤维增 强水泥基材料中填充于水泥浆体中的娃灰使水泥浆体匀质性提高，促进玄武岩纤维在基体 中的均匀分散，加强了玄武岩纤维与基体间的粘结，基体内的大毛细孔会减少，但是超细空 隙增加，本发明中用正娃酸乙醋水解的纳米二氧化娃颗粒填充运些超细空隙，综合娃灰的 填充效应改善了水泥基体的孔结构，使水泥基体更加的密实，提高抗压强度。实验表明，加 入正娃酸乙醋后，水泥硬化浆体内部孔桐变少，且巧抓石与玄武岩纤维相互搭接互为连生、 交叉形成构成密集良好体。发明人通过大量实验发现，尤其是先让正娃酸乙醋的水解溶液 与玄武岩纤维表面接触的情况下正娃酸乙醋水解的纳米二氧化娃颗粒具有极佳的界面填 充效果。同时，正娃酸乙醋水解的纳米二氧化娃颗粒分散在水泥中，为水泥水化体系起到晶 核的作用，形成W纳米二氧化娃颗粒为核屯、的团块胶凝物，改善了水化产物分布均匀性，界 面过渡层合理分布，故加入正娃酸乙醋的玄武岩纤维增强水泥基材料结构更加致密。其次， 玄武岩纤维表面呈化学惰性，与水泥胶凝材料的界面结合性能较差，而正娃酸乙醋水解的 纳米二氧化娃颗粒具有较多的活性径基，其沉积玄武岩纤维表面，运些活性基团易于水泥 胶凝材料发生化学反应，通过化学键的形式牢固的结合在一起，使得玄武岩纤维与水泥胶 凝材料基体之间的结合力大大增强，提高界面间作用力，进而提高界面层的界面粘结强度， 增加玄武岩纤维增强水泥基材料的初性，抗折强度显著增加。再次，由于玄武岩纤维在碱性 环境下易腐蚀，而水泥基材料，pH-般在12W上，此条件下，玄武岩纤维中网络形成体元素 渗出，并且开始逐层腐蚀;正娃酸乙醋水解的纳米二氧化娃颗粒附着在玄武岩纤维表面，可 W避免玄武岩纤维的碱性腐蚀，提高玄武岩纤维的耐碱腐蚀性能或延长其在碱性环境下的 使用寿命。
[0007] 另外，由于而正娃酸乙醋水解的纳米二氧化娃颗粒的分散体系具有较大的比表面 积，表面能很大，导致颗粒发生团聚，进而影响甚至达不到本发明的技术效果。而减水剂的 加入不仅可W起到降低水灰比的作用，同时颗粒表面带有同一种电荷，形成静电排斥作用， 促使颗粒相互分散，尤其是高效聚簇酸减水剂，其分子支链提供空间位阻效应，抑制或减轻 纳米二氧化娃颗粒团聚。
[0008] 作为优选，进一步的技术方案是:所述的玄武岩纤维增强水泥基材料，其原料包括 如下组分:水泥600~700kg/m3，娃灰80~lOOkg/m3，细骨料1200~1400kg/m 3，正娃酸乙醋6 ~lOkg/m3，高效聚簇酸减水剂25~35kg/V，缓凝剂0.02~0.04kg/m3，玄武岩纤维4.5 %~ 6.5% (体积比）。
[0009] 更进一步的技术方案是:所述的玄武岩纤维增强水泥基材料，其原料包括如下组 分:水泥650kg/m3，娃灰90kg/m3，正娃酸乙醋8kg/m3，细骨料1300kg/V，高效聚簇酸减水剂 30kg/m3，缓凝剂0.03kg/m3，玄武岩纤维5.0% (体积比）。
[0010] 更进一步的技术方案是:所述的玄武岩纤维增强水泥基材料，其原料还包括粉煤 灰90~180kg/m3。。研究表明，渗加粉煤灰可优化水泥和玄武岩纤维的孔结构，提高材料结 构的体积稳定性、强度和抗渗透性。
[0011] 更进一步的技术方案是:所述的缓凝剂为巧樣酸、葡萄糖酸钢、酒石酸中的一种或 多种。
[0012] 更进一步的技术方案是:所述的玄武岩纤维增强水泥基材料，其原料还包括硅烷 偶联剂1.0~3.Okg/m3。硅烷偶联剂能够与沉积在玄武岩纤维上的纳米二氧化娃颗粒的活 性基团发生偶联作用，然后通过硅烷偶联剂上的其他基团与水泥胶结材料反应，提高界面 粘结强度，使作用后的玄武岩纤维增强水泥基材料抗拉强度大为提高，对提高玄武岩纤维 增强水泥基材料的性能起到更大的作用。同时，实验表明，添加硅烷偶联剂后，纳米二氧化 娃颗粒的分散性明显要好，主要原因是纳米二氧化娃颗粒表面径基与硅烷偶联剂水解后的 娃醇基发生反应并连接到一起，阻止原有的活性径基形成氨键而团聚，同时而硅烷偶联剂 的有机部分可起到空间位阻碍效益。
[0013] 更进一步的技术方案是:所述的玄武岩纤维增强水泥基材料，其原料包括如下组 分:水泥650kg/m3，粉煤灰150kg/m3，正娃酸乙醋8kg/m3，娃灰90kg/m 3，细骨料1300kg/m3，高 效聚簇酸减水剂30kg/m3,巧樣酸：0.03kg/m3,玄武岩纤维5.0%(体积比），硅烷偶联剂 2.Okg/m^ 〇
[0014] 本发明另一方面还提供了一种上述玄武岩纤维增强水泥基材料的制备方法，包括 如下步骤：
[001引（1)按水灰比0.2~0.28取相应量的水，根据权利要求1~7任意一项所述的比例称 量正娃酸乙醋并加入水中揽拌至分散均匀。如此，正娃酸乙醋在水中水解成纳米二氧化娃 颗粒。
[0016] (2)根据比例称量高效聚簇酸减水剂投入到步骤（1)中的混合物中继续拌合至分 散均匀;加入高效聚簇酸减水剂抑制步骤(1)中的纳米二氧化娃颗粒团聚。
[0017] (3)在步骤(2)中的混合物中加入水泥至抑值至8~9，继续拌合；由于正娃酸乙醋 在弱碱性环境下水解速度急剧增加，即此