專利名稱：一種制備碳纖維廢絲混凝土的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種建筑材料的制備方法，特別是涉及一種制備碳纖維廢絲混凝土的方法。
背景技術：
在混凝土中加入適量的短切碳纖維廢絲，制備碳纖維廢絲混凝土，可以提高混凝土的抗拉強度、彎曲強度和抗沖擊性能，降低干縮，改善耐磨性能，提高混凝土的減震能力， 因而在實際建筑中使用有相當潛力。目前我國高強度混凝土裂縫問題較突出，而碳纖維廢絲能阻止混凝土構件裂縫的擴散展開，因而可研究嘗試采用碳纖維廢絲來改善高強度混凝土的性能。在混凝土中摻入碳纖維廢絲可顯著改善其導電性能，所以碳纖維廢絲混凝土可在工業(yè)防靜電、接地工程和鋼筋陰極保護等方面發(fā)揮重要作用。也可以應用于軍事、商業(yè)和民用建筑以防止電磁污染。利用碳纖維廢絲混凝土的力學機敏性，通過監(jiān)測碳纖維廢絲混凝土的電阻變化率，就能夠掌握碳纖維廢絲混凝土結構的應力應變狀態(tài)，以實現(xiàn)對結構物損傷的定位及損傷程度的評估，可用于大壩、橋梁及重要的建筑結構，實現(xiàn)對結構的實時在線監(jiān)測。此外，利用短切碳纖維廢絲混凝土，可以制成各種屋面、內外墻、地面及天花板的板材等?？梢?，碳纖維廢絲混凝土因其造價降低，性能優(yōu)良，具有廣闊的應用前景。但目前碳纖維絲的成本較高，碳纖維材料的價格相對于鋼筋、混凝土材料較為昂貴，影響了碳纖維廢絲混凝土的推廣使用。碳纖維混凝土作為一種新型的功能材料，在實際工程應用中還有很多問題需要進一步地研究，如碳纖維與基體的界面粘結強度和碳纖維在基體中的分散程度。由于碳纖維直徑細小、表面憎水所造成的無法較好均勻分散而導致的混凝土電阻率波動的問題，在很大程度上限制了此類材料的工程應用。目前混凝土基碳纖維機敏材料的研究還基本處于空白階段，骨料石子的加入，對碳纖維混凝土的導電性能影響較大，而碳纖維混凝土壓敏規(guī)律的研究目前還主要停留在水泥基和砂漿基的階段，所以加速研究帶有粗骨料的碳纖維混凝土的性能具有非常重要的意義?，F(xiàn)有的的碳纖維混凝土是將成品的碳纖維切成短狀結構，制成復合體材料，再通過樹脂與混凝土粘貼，這樣就增加了碳纖維混凝土的成本，只能用于少量行業(yè)，不能將其廣泛的應用到建筑行業(yè)中。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備碳纖維廢絲混凝土的方法，該方法將碳纖維原絲及碳化過程中產生的廢絲加入到混凝土中，形成碳纖維廢絲混凝土，既改善了混凝土的性能，又減少廢物占用有限的使用面積的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的
一種制備碳纖維廢絲混凝土的方法，該方法包括如下過程
按混凝土配合比1 :0. 43 1. 29 3. 01的要求，稱出碳纖維廢絲、水泥、砂子、石子、分散劑(MC)、消泡劑、減水劑、水，碳纖維廢絲的摻量以水泥的質量百分比計算；稱取0. 8%分散劑加入65%的80°C溫水中，震蕩3-5min，靜置20min，直至分散劑完全溶解；將稱取得碳纖維廢絲倒入分散劑溶液中，繼續(xù)震蕩，直到碳纖維廢絲單絲分布，再加入消泡劑0. 2%，溶液表面沒有碳纖維形成的波紋及甲基纖維素產生的氣泡；把水泥、石子、砂子材料按混凝土標號計算的配合比混合，再加入水泥質量15%的硅粉，在攪拌機中進行干拌3分鐘，再加入 1%-1. 5%減水劑和35%的水，形成混凝土濕料，然后將分散好的碳纖維廢絲加入攪拌機中進行攪拌，形成碳纖維廢絲混凝土即可。所述的一種制備碳纖維廢絲混凝土的方法，所述的廢絲短切長度值為6_20mm。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是
本發(fā)明的碳纖維完全是利用碳纖維廢絲，碳纖維廢絲混凝土的制備工藝不僅會使碳纖維廢絲成絲狀態(tài)，還要求碳纖維廢絲在混凝土中均勻分布。從而既改善了混凝土的性能，又提出了一種減少廢物占用有限的使用面積。
具體實施例方式本發(fā)明方法包括如下過程
按混凝土配合比1 :0. 43 1. 29 3. 01的要求，綜合考慮混凝土的坍落度、粘聚性、保水性等要求，稱出碳纖維廢絲質量為3. 35 Kg/m3—5. 03Kg/m3、水泥質量為419 Kg/m3、砂子 540 Kg/m3、石子 1261Kg/m3、分散劑(MC) 1. 68 Kg/m3—3. 35 Kg/m3、消泡劑 0. 84Kg/m3、減水劑4. 19一6. ^Kg/m3、水的質量為180Kg/m3，碳纖維廢絲的摻量以水泥的質量百分比計算； 稱取0. 8%分散劑加入65%的80°C溫水中，震蕩3-5min，靜置20min左右，直至分散劑完全溶解；
將稱取得碳纖維廢絲倒入分散劑溶液中，繼續(xù)震蕩，直到碳纖維廢絲單絲分布，再加入消泡劑0. 2%，溶液表面沒有碳纖維形成的波紋及甲基纖維素產生的氣泡；
把水泥、石子、砂子等材料按混凝土標號計算的配合比混合，再加入水泥質量15%的硅粉，在攪拌機中進行干拌3分鐘，再加入1%-1. 5%減水劑和35%的水，形成混凝土濕料，然后將分散好的碳纖維廢絲加入攪拌機中進行攪拌，形成碳纖維廢絲混凝土即可。廢絲短切長度值應為6-20mm (要與粗骨料的粒徑相匹配)。本發(fā)明的碳纖維完全是利用碳纖維廢絲，碳纖維廢絲混凝土的制備工藝不僅會使碳纖維廢絲成絲狀態(tài)，還要求碳纖維廢絲在混凝土中均勻分布。本發(fā)明的制作方法是改變用料的加入順序，將碳纖維廢絲加入參入分散劑的溫水中，進行攪拌，直至碳纖維成單絲狀態(tài)。在分散碳纖維廢絲的同時，進行石子、砂、減水劑、硅粉的原料的攪拌，再將碳纖維廢絲加入拌合均勻的混凝土中，進行攪拌。本發(fā)明的工藝
(1).將碳纖維廢絲加入混凝土，制備碳纖維廢絲混凝土
①按配合比要求，稱出碳纖維廢絲、水泥、砂子、石子、分散劑(MC)、減水劑、消泡劑、水的質量，碳纖維廢絲的摻量以水泥的質量百分比計算；
②將水倒入容器，再加入分散劑(MC)震蕩3-5min，靜置20min左右，直至分散劑完全溶
解；
③將稱取得碳纖維廢絲倒入分散劑溶液中，繼續(xù)震蕩，直到碳纖維廢絲單絲分布，再加入消泡劑，溶液表面沒有碳纖維形成的波紋及甲基纖維素產生的氣泡；
④把水泥、石子、砂子、硅粉等材料按配合比混合，在攪拌機中進行干拌3分鐘，再加入減水劑和部分水，形成混凝土濕料，然后將分散好的碳纖維廢絲加入攪拌機中進行攪拌，形成碳纖維廢絲混凝土；
(2)通過對碳纖維廢絲混凝土立方體試件的抗壓試驗，探索碳纖維廢絲混凝土抗壓試件的破壞形態(tài)，相對于基體混凝土，研究碳纖維廢絲混凝土的受壓韌性、混凝土脆性破壞形態(tài)。 在水灰比的條件下，碳纖維廢絲作為基本參數(shù)，將制備的試件進行檢測3d，7d, 28d 抗壓強度。通過分析隨著碳纖維廢絲的增加，其抗壓強度比相同配合比條件下的普通混凝土有所提高，同時還發(fā)現(xiàn)隨著碳纖維廢絲含量的增加，碳纖維廢絲混凝土的劈拉強度不斷提高。同時碳纖維廢絲混凝土的拉壓比也有較大提高，證明碳纖維廢絲混凝土的脆性明顯低于普通混凝土，韌性得以提高，根據(jù)碳纖維廢絲混凝土壓折比的下降，還說明碳纖維廢絲混凝土的脆性也有所降低。
編號 3d抗壓強度 7d抗壓強度 28d抗壓強度1 19.829.2 40.82 20.230.1 42.13 20.129.8 40.5(3)碳纖維廢絲短切長度對混凝土性能的影響規(guī)律試驗，提出最優(yōu)廢絲短切長度。碳纖維廢絲的長度對混凝土的影響很大。為了確定最優(yōu)碳纖維廢絲短切長度，對其一定范圍內的纖維長度進行了試驗，在確定配合比的條件下，將碳纖維廢絲的長度作為一個基本參量，進行試件制作。為了減少攪拌時攪拌機對碳纖維的影響，本實驗用的是無葉片柔性攪拌機。這種方法不會使纖維相互纏繞成團，同時在攪拌過程中還會有揉搓作用， 使碳纖維分布更加均勻。通過實驗的數(shù)據(jù)分析，隨著碳纖維廢絲長度的增加，碳纖維廢絲混凝土的強度呈上升趨勢，尤其是碳纖維廢絲混凝土的抗拉強度；但是達到一定長度時再繼續(xù)增加，其強度趨于平穩(wěn)，甚至有下降的趨勢。從宏觀角度分析原因如下1.隨著碳纖維廢絲的長度的增加，在攪拌過程中會出現(xiàn)一定的難度；2.攪拌過程中長纖維廢絲會出現(xiàn)折斷現(xiàn)象；3.當纖維過長時，其粘結強度超過了纖維本身的抗拉強度，絕大部分纖維是被拉斷的，而不是拔出的，同時隨著纖維長度的增加，單位面積混凝土內纖維的根數(shù)也會減少，所以抗壓強度會呈下降趨勢。(4)分析碳纖維廢絲與混凝土的界面強度影響因素，提出改善界面性能的方法。碳纖維廢絲與混凝土的界面強度是影響碳纖維廢絲混凝土強度的主要因素，而這種強度有主要體現(xiàn)在碳纖維廢絲與混凝土的粘結強度上。從客觀的角度來說，隨著兩者之間的粘結強度的提高，碳纖維廢絲混凝土的增韌性效果會更好；而達到一定強度，碳纖維廢絲不是被拔出，而是被拔斷或是被折斷。碳纖維廢絲在混凝土中的主要作用就是延緩混凝土裂縫的擴展，一旦出現(xiàn)裂縫，當拉力超過兩者的最小粘結力時。碳纖維廢絲將會被拔出，或者是沒達到粘結力而超過了碳纖維廢絲的抗拉強度，碳纖維廢絲被拉斷。碳纖維可以提高混凝土強度，其影響因素如下 1.碳纖維廢絲的力學性能參數(shù)
碳纖維廢絲也是隨著碳纖維種類的不同而各有差異的，可以根據(jù)碳纖維的性能分為高性能碳纖維廢絲高強度碳纖維廢絲，高模量碳纖維廢絲，中模量碳纖維廢絲；低性能碳纖維廢絲耐火碳纖維廢絲，石墨碳纖維廢絲，碳質碳纖維廢絲。他們之間的不同主要體現(xiàn)在抗拉強度、楊氏模量、極限延伸率。2.碳纖維廢絲的幾何特征
碳纖維廢絲的表面積、截面形狀是影響其粘結強度主要特征。碳纖維廢絲與混凝土接觸的表面積越大，其相應的粘結強度也越大。現(xiàn)有相應的技術來增大表面積，如碳纖維的微刻痕技術、氣相氧化、液氧氧化、表面涂層、液相氣相雙效應法，電解氧化處理等。同時，還增加了碳纖維廢絲的增韌強度。碳纖維廢絲的截面形狀也是影響表面積的影響因素，根據(jù)所做實驗在相同體積摻量條件下，C型比其他形狀的碳纖維有更好的增強效果。3.碳纖維廢絲在混凝土中的分布與取向
在碳纖維廢絲混凝土中碳纖維廢絲的分布基本上可分為三種方式①在基體中均勻分布；②集中在復合材料的關鍵受拉力的部位；③基本是均勻分布，但在重點受力部位加密處理。在碳纖維廢絲混凝土中碳纖維廢絲的取向基本有四種①一維定向，全部碳纖維都沿著一個方向；②二維定向，碳纖維廢絲都在一個平面內，在垂直方向上定向分布；③二位亂向，所有纖維都在一個平面上不確定性分布；④三維亂向，碳纖維廢絲在混凝土基體中任意分布。在碳纖維廢絲混凝土中碳纖維是三維亂向分布的，其分散程度可用分散度來衡量，以碳纖維廢絲混凝土受彎構件來說明，當所有纖維在混凝土中和軸以上受壓區(qū)時，其效果是最差的，其分布在中和軸以下受拉區(qū)時，效果是最好的。根據(jù)相關試驗表明當纖維在混凝土中均勻分布時效果是最好的。4.碳纖維體積率和纖維平均間距
碳纖維體積率即在碳纖維廢絲混凝土中全部纖維的體積占復合材料體積的百分率。纖維的體積率反映了碳纖維廢絲在混凝土中摻量的多少。為了達到其增強效果，其體積率必須超過臨界體積率，但是體積率過大也會影響到纖維在集體中的分散情況，容易出現(xiàn)成堆現(xiàn)象，這樣也會降低碳纖維廢絲混凝土的強度。因此，在確定混凝土制備工藝時，要采取適當?shù)睦w維體積率。纖維間距理論認為在混凝土內部有許多不同程度的微裂痕，當施加外力時，在內部裂痕部位兩端會產生較大的應力集中現(xiàn)象，導致裂縫的擴展，最終混凝土破壞。當有一定量的纖維加入時，會延遲裂縫的擴展，其阻裂作用的大小與纖維的間距有密切的關系。當纖維的平均間距適當時其增強作用越明顯，當纖維間距過小時會影響纖維與混凝土的粘結強度。5.纖維與混凝土界面微結構及二者的界面黏結
通過用電子顯微鏡觀察混凝土發(fā)現(xiàn)水泥與集料之間有一層界面層，并提出了相應的模型，而纖維增強水泥復合材料也相應的存在這種現(xiàn)象。認為其界面面層與水泥基本體相比有以下特征①水泥比較高；②空隙率較大；③網絡結構較疏松；④存在薄弱區(qū)。為了增強碳纖維廢絲與水泥及材料的界面粘結強度，應盡量使此界面層減薄，可以采取一定的措施；①當用預拌法制造碳纖維廢絲混凝土材料時，可以適當?shù)募尤霚p水劑， 提高水灰比；②可以加入一定量的細料如硅粉等，他們不僅會和水泥發(fā)生化學反應，還會填充界面區(qū)的空隙；③對其制備過程中，要采取相應工藝，如加壓、熱壓、噴射-真空脫水、抽真空-高壓擠壓，盡量使其密實。6.研究碳纖維廢絲在混凝土中均勻度的評價方法，提出改善碳纖維廢絲分布均勻化的方法。碳纖維廢絲在混凝土中的分散情況，其測試結果基本上有六種①新拌料漿法，此方法簡便快捷實用，利用分散系數(shù)定量的評價碳纖維廢絲混凝土中碳纖維廢絲的分散均勻程度；②硬化試件電阻測試法，通過試件兩端加入電流，測定電阻情況，可以一定程度上定性的測出不同硬化碳纖維廢絲混凝土的電阻情況，從而反映出碳纖維的分散情況；③硬化試件斷面形貌法，此方法較為直觀，就是在硬化的試件的斷面觀察碳纖維的分布情況。但是只能從小范圍內進行觀察；④分散性模擬實驗法，該方法可直接的觀察碳纖維廢絲在拌和水溶液中的分散情況，尤其是是在研究分散劑的效果時；⑤新拌料漿電阻率測試法，是對新拌料漿法和硬化試件電阻測試法的改進，通過對新拌漿體在交流電作用下電阻測試，快速檢測出碳纖維分散情況；⑥力學性能法，通過有關實驗，碳纖維混凝土的試件的力學性能可間接的反映出碳纖維的分散情況。雖然這種方法的適用范圍較小，但是操作簡單，便于理解。本實驗也是采用這種方法進行檢驗纖維廢絲是否均勻的，并取得了一定的效果。
權利要求
1.一種制備碳纖維廢絲混凝土的方法，其特征在于，該方法包括如下過程按混凝土配合比1 :0. 43 1. 29 3. 01的要求，稱出碳纖維廢絲、水泥、砂子、石子、分散劑(MC)、消泡劑、減水劑、水，碳纖維廢絲的摻量以水泥的質量百分比計算；稱取0. 8%分散劑加入65%的80°C溫水中，震蕩3-5min，靜置20min，直至分散劑完全溶解；將稱取得碳纖維廢絲倒入分散劑溶液中，繼續(xù)震蕩，直到碳纖維廢絲單絲分布，再加入消泡劑0. 2%，溶液表面沒有碳纖維形成的波紋及甲基纖維素產生的氣泡；把水泥、石子、砂子材料按混凝土標號計算的配合比混合，再加入水泥質量15%的硅粉，在攪拌機中進行干拌3分鐘，再加入 1%-1. 5%減水劑和35%的水，形成混凝土濕料，然后將分散好的碳纖維廢絲加入攪拌機中進行攪拌，形成碳纖維廢絲混凝土即可。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種制備碳纖維廢絲混凝土的方法，其特征在于，所述的廢絲短切長度值為6-20mm。
全文摘要
一種制備碳纖維廢絲混凝土的方法，涉及一種建筑材料的制備方法，包括如下過程按混凝土配合比10.431.293.01的要求，稱出碳纖維廢絲、水泥、砂子、石、分散劑(MC)、減水劑、水3；將稱取得碳纖維廢絲倒入分散劑溶液中;把水泥、石子、砂子材料按混凝土標號計算的配合比混合，再加入水泥質量15%的硅粉攪拌，再加入1%-1.5%減水劑和35%的水，形成混凝土濕料，然后將分散好的碳纖維廢絲加入攪拌機中進行攪拌，形成碳纖維廢絲混凝土即可。該方法將碳纖維原絲及碳化過程中產生的廢絲加入到混凝土中，形成碳纖維廢絲混凝土，既改善了混凝土的性能，又減少廢物占用有限的使用面積的方法。
文檔編號C04B14/38GK102381860SQ20111021281
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者周樂, 李偉, 梁振宇, 王曉初 申請人:沈陽大學