專利名稱：一種多孔纖維改性混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土材料，尤其是一種多孔纖維改性水泥基材料的混凝土或砂漿。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會，火災(zāi)事故經(jīng)常發(fā)生。對于那些發(fā)生在混凝土建筑物(如隧道、房屋、地下室等)內(nèi)的火災(zāi)事故，多數(shù)人員傷亡是由于混凝土爆炸或崩塌造成的。而導(dǎo)致混凝土爆炸或崩塌的主要原因往往是火災(zāi)發(fā)生時(shí)，混凝土溫度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到1200℃左右，混凝土中的水分瞬間膨脹為大量的水蒸氣，當(dāng)水蒸氣產(chǎn)生的膨脹壓力超過混凝土內(nèi)部的黏結(jié)力時(shí)，混凝土就會發(fā)生爆炸或崩塌。為此，要采取措施保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)混凝土不發(fā)生爆炸或崩塌。
目前常用的措施之一是在混凝土表面涂刷一層防火涂料。該方法只能改善混凝土表層的防火效果，不能從根本上改善混凝土的抗爆性能，而且會大量增加工程量。
目前常用的另外一個(gè)措施是在混凝土中添加纖維材料。目前，混凝土中常用的纖維材料有金屬纖維(如鋼纖維和不銹鋼纖維)、無機(jī)纖維(主要有石棉等天然礦物纖維和抗堿玻璃纖維、抗堿礦棉、碳纖維等人造礦物纖維)和實(shí)體有機(jī)纖維(主要有聚丙烯、尼龍、聚乙烯、芳族聚酰亞胺等合成纖維和西沙爾麻等天然植物纖維)。其中金屬纖維和無機(jī)纖維只能提高混凝土的內(nèi)部結(jié)合力，對防火抗爆沒有作用。有機(jī)纖維雖然在一定程度上可以提高混凝土的防火抗爆性能，但是由于它是實(shí)心的，因此這種作用并不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于當(dāng)在隧道等混凝土建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)能夠防止或減弱混凝土發(fā)生爆炸或崩塌，同時(shí)消除傳統(tǒng)混凝土材料脆性大易開裂、抗沖擊、抗拉以及韌性等機(jī)械性能差的缺點(diǎn)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于水泥基材料的多孔纖維混凝土或砂漿，它由多孔纖維和混凝土組成。多孔纖維是一種有機(jī)增強(qiáng)纖維，其原料可以是聚丙烯、聚丙烯腈、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚乙烯醇、碳纖維、芳綸纖維。多孔纖維具有延展性好、親水性好，耐酸堿腐蝕、耐候性、耐光等特點(diǎn)。其具體技術(shù)參數(shù)見表1。
本材料所需混凝土可以采用普通混凝土或砂漿、乳膠混凝土或砂漿、各種摻有化學(xué)外加劑的混凝土或砂漿(如自收縮性混凝土、高抗凍性混凝土)，以及摻有硅粉、粉煤灰、鋼纖維等材料的混凝土或砂漿。
表1 多孔纖維技術(shù)參數(shù)

根據(jù)實(shí)際工程的需要，多孔纖維在混凝土中的摻量范圍控制在0.5kg～2kg/m3之間。隨著纖維添加量的增加，混凝土的防爆性能、防裂性能、防滲性、防凍性、抗沖擊、抗磨性等性能逐漸改善。
生產(chǎn)多孔纖維混凝土就是在混凝土原料中添加多孔纖維，然后充分?jǐn)嚢杓纯伞?br> 使用本發(fā)明所述的多孔纖維混凝土施工，可以達(dá)到以下有益效果1、提高混凝土的防火抗爆性能目前，隧道內(nèi)的混凝土層厚度一般為0.3～0.5米。通常在火災(zāi)發(fā)生后的30分鐘內(nèi)這種混凝土層就會發(fā)生爆炸或崩塌。如果采用添加了多孔纖維的混凝土建造工程，火災(zāi)發(fā)生后，多孔纖維在溫度達(dá)到170℃時(shí)軟化，達(dá)到200℃時(shí)液化。多孔纖維液化后，混凝土中就會留下大量孔道，這些孔道可以釋放混凝土中由于水蒸氣膨脹而產(chǎn)生的壓力，這樣就減少了混凝土發(fā)生爆炸或崩塌的可能。當(dāng)溫度達(dá)到250℃時(shí)多孔纖維的原材料聚合物就會分解，這樣，在混凝土內(nèi)部就會空出更多的容積，這進(jìn)一步緩解了混凝土內(nèi)部的水蒸氣壓力，減少混凝土發(fā)生爆炸或崩塌的可能。
2、提高混凝土的防裂性能混凝土中摻入多孔纖維后，在混凝土內(nèi)部形成三維交錯的支撐網(wǎng)絡(luò)。由于多孔纖維的彈性模量高于已有的塑性水泥基材，且直徑細(xì)，纖維間距小，因此摻入混凝土后有助于抑制混凝土早期塑性收縮變形，減少了細(xì)微裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展的可能，從而提高了混凝土的防裂性能。
另外，混凝土或砂漿中加入多孔纖維，既降低了混凝土的收縮能力，又提高了混凝土的粘聚性，從而有效阻止了混凝土的離析和內(nèi)部水分的遷移，減少了由于水泥漿體塑性收縮而產(chǎn)生開裂的可能性。隨著纖維摻量的增加，收縮的能量被分散到具有高抗拉強(qiáng)度而彈性模量較低的纖維上，混凝土的韌性增強(qiáng)，混凝土細(xì)微裂縫受到抑制，開裂隨之減少，。
3、提高混凝土的防滲性、防凍性能均勻分布于混凝土中的多孔纖維起了“承托”作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中微孔含量大大降低；
多孔纖維的摻入減少了混凝土中的初始原生裂隙，產(chǎn)生了明顯的阻裂效應(yīng)，使纖維混凝土的抗?jié)B能力大大提高；混凝土內(nèi)的多孔纖維還可以緩解由于溫度變化而產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部應(yīng)力，阻止裂縫擴(kuò)展；摻入多孔纖維的過程中為混凝土內(nèi)部引入了空氣，使混凝土抗凍性能得以改善。
4、提高混凝土的抗沖擊性能親水性顯著的多孔纖維可與混凝土材料充分混合，在混凝土內(nèi)部形成一種均勻的三維亂向分布的網(wǎng)絡(luò)體系。在混凝土受沖擊荷載作用時(shí)，這一網(wǎng)絡(luò)體系可緩和內(nèi)部裂縫尖端的應(yīng)力集中，有助于吸收由于沖擊荷載所產(chǎn)生的動能，進(jìn)而有效阻礙裂縫的產(chǎn)生。
5、提高混凝土的抗磨性能高速并含泥沙的水流對建筑物的破壞是嚴(yán)重的。這種破壞是由于水流對建筑物的沖擊、摩擦和切削作用。由于多孔纖維減少了混凝土的脆性，增強(qiáng)了混凝土的抗沖擊能力，提高了混凝土的韌性，從而提高了抗高速夾砂水流沖擊的能力，而且纖維可以和水泥共同承擔(dān)沖磨荷載，延緩機(jī)體的破損。纖維使混凝土內(nèi)部相互搭接、牽連，整體性強(qiáng)，阻礙了由于沖擊和磨損導(dǎo)致裂縫的發(fā)生。此外，纖維還牽制了水泥塊的剝落，提高了混凝土的抗沖磨能力。
本發(fā)明所述的多孔纖維混凝土用途廣泛，包括1.各類交通隧道；2.混凝土構(gòu)件水泥管、電線桿、樁頭、混凝土預(yù)制板；3.輕質(zhì)水泥構(gòu)件墻體裝飾板、絕緣板、泡沫混凝土；4.混凝土澆筑基礎(chǔ)工程(結(jié)構(gòu)性防水工程如地下室側(cè)墻、底板等)；混凝土路面(公路、街道等)；混凝土薄板(停車場、球場等)；機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)；地震區(qū)建筑物及其它抗震用途建筑；外墻砂漿抹灰及其他溫差補(bǔ)償性抗裂用途；安全擋墻、沖擊擋板、水池、防水屋面、輸水渠道、水壩、碼頭；5.罩面層金屬板混凝土(水泥)罩面層(如橋面等)；其他混凝土(水泥)超薄罩層；6.噴射、泵送混凝土斜坡加固、管道修復(fù)、灌溉水渠。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合兩個(gè)實(shí)例詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式實(shí)施例一提高混凝土的防火抗爆性能的對比實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證多孔纖維混凝土的防火防爆效果，分別對普通混凝土和多孔纖維混凝土進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，情況如下試件1普通混凝土試件1)混凝土標(biāo)號C25。
2)混凝土配合比參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，JGJ55-2000》，無其它外加劑。
3)在28天養(yǎng)護(hù)期后進(jìn)行試驗(yàn)。
4)攪拌制度細(xì)集料+水泥+纖維+粗集料干拌1分鐘，加水后濕拌2分鐘。
試件2多孔纖維混凝土試件1)混凝土的配合比同上；2)在混凝土中加入摻量為2kg/m3的聚丙烯多孔纖維。
3)攪拌制度拌合方法同上，適當(dāng)延長攪拌時(shí)間，使纖維分散均勻。
實(shí)驗(yàn)過程將兩組試件在1200℃的條件下耐熱120分鐘，觀測兩個(gè)試件的破壞情況。
實(shí)驗(yàn)效果沒有加入多孔纖維的混凝土(試件1)，遇火后在120分鐘內(nèi)爆裂；加入多孔纖維的混凝土(試件2)，遇火后沒有爆裂。
實(shí)施例二抗干縮性能的對比實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證多孔纖維混凝土的抗裂防滲效果，分別對普通混凝土和多孔纖維混凝土進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，情況如下試件1普通混凝土試件4)混凝土標(biāo)號C25。
5)混凝土配合比參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，JGJ55-2000》，無其它外加劑。
6)攪拌制度細(xì)集料+水泥+纖維+粗集料干拌1分鐘，加水后濕拌2分鐘。
試件2多孔纖維混凝土試件1)混凝土的配合比及拌制工藝同上。
2)在混凝土中加入摻量為2kg/m3的聚丙烯多孔纖維。
3)攪拌制度適當(dāng)延長攪拌時(shí)間，使纖維分散均勻。
實(shí)驗(yàn)過程參照美國ACI 544.2R-1989《Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete》(ACI-544《纖維增強(qiáng)混凝土性能測試報(bào)告》)中提到的“砂漿及混凝土干燥收縮裂縫測試方法”進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)工具是一個(gè)914mm×610mm×19mm的木模，模板底部襯有聚乙烯薄膜，以減小底模對試件收縮變形的影響。木模內(nèi)的四壁上釘有一圈金屬網(wǎng)，用于限制收縮變形。該金屬網(wǎng)用寬25mm、網(wǎng)眼為2mm的金屬網(wǎng)沿中線彎折90°制成。
混凝土拌制好后，澆注在木模中，用刮刀刮平試件表面，開啟電風(fēng)扇和碘鎢燈，電風(fēng)扇位于木模邊約150mm處，風(fēng)速約為4.5m/s～5.5m/s，連續(xù)吹24小時(shí)；三只功率為1000W的碘鎢燈位于木模上方約1.5m處，光照4小時(shí)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后試件的裂縫寬度把試件分為四個(gè)等級，每一級對應(yīng)一個(gè)權(quán)值。以每個(gè)等級試件的裂縫長度分別乘以其相應(yīng)的權(quán)值，再相加起來得到的總和稱為開裂指數(shù)，據(jù)此衡量開裂程度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果為試件1的開裂指數(shù)為1029，試件2的開裂指數(shù)為30。這說明，在混凝土中加入多孔纖維可顯著提高混凝土的抗裂性能。
權(quán)利要求
1.一種多孔纖維改性混凝土，主要由普通混凝土或砂漿、或乳膠混凝土或砂漿組成，還可以含有化學(xué)外加劑或硅粉或粉煤灰或鋼纖維，其特征在于它還含有多孔纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔纖維混凝土，其特征在于多孔纖維的原料可以是聚丙烯、聚丙烯腈、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚乙烯醇、碳纖維、芳綸纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水泥基材料的多孔纖維改性混凝土。把多孔纖維材料按一定比例加入到混凝土或砂漿中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢柚瞥梢环N含有多孔纖維的混凝土。該多孔纖維混凝土具有良好的防火防爆性能、防裂性能、防滲性能、防凍性能、抗沖擊性能、抗磨性能，是理想的建筑工程材料。
文檔編號C04B16/08GK1887768SQ20051003542
公開日2007年1月3日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者劉鳳茹, 張海文, 何唯平 申請人:深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司