一種玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水泥基材料，具體涉及一種玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水泥基材料具有強(qiáng)度高、耐久性好、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是，水泥基材料自身 存在著收縮變形大，脆性大易開裂等不可忽視的缺點(diǎn)，尤其是摻入化學(xué)外加劑開發(fā)出的新 型高性能水泥基材料，雖然強(qiáng)度得以提高但同時(shí)出現(xiàn)韌性差、裂縫、干縮與脆性大等問題。 前，通過添加纖維改善水泥基材料性能研究較多，添加玄武巖纖維是常用方法之一。玄武巖 纖維是用天然的玄武巖礦石通過高溫熔融、拉絲而成的一種純天然的無機(jī)非金屬材料，其 具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量大等優(yōu)點(diǎn)。玄武巖的加入，在水泥基材料基體內(nèi)部中會行成一種 均勻的三維亂向分布的網(wǎng)絡(luò)體系，可以防止基體收縮裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高材料的綜合 性能。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，專利CN 103771795A公開了一種玄武巖纖維增強(qiáng)抗裂飾面砂漿，該砂 漿水泥、石英砂和玄武巖短切纖維按照一定比例混合而成，具有抗裂、耐候、耐紫外線好、色 澤均勻持久等優(yōu)點(diǎn)。專利CN 103435305A公開了一種玄武巖纖維混凝土及其制備方法，由水 泥、砂、石子、活性摻合料、玄武巖短纖維、其他短纖維、水、CTF增效劑和減水劑按照一定比 例混合而成，有效提高混凝土的韌性、防裂性能、抗凍性和抗沖擊性。但是，隨著玄武巖纖維 或其他纖維的添入，嚴(yán)重改變了水泥基材料的堆積結(jié)構(gòu)原理，一定程度上增加了水泥基材 料的孔隙率，同時(shí)纖維與水泥膠結(jié)物質(zhì)會存在一個(gè)界面層，所述界面層中二者的界面豁結(jié) 強(qiáng)度通常較低，故玄武巖纖維的加入在基本力學(xué)性能的增強(qiáng)效果上并不明顯，甚至導(dǎo)致強(qiáng) 度的降低，集中的體現(xiàn)就是加入玄武巖纖維的水泥基材料脆性大，抗折強(qiáng)度較低。
[0004]為了彌補(bǔ)上述不足，亟需添加其他物質(zhì)改善材料的結(jié)構(gòu)性能，促進(jìn)材料的密實(shí)度、 增加玄武巖纖維與水泥膠結(jié)物質(zhì)界面豁結(jié)強(qiáng)度，從而改善材料的脆性大的性能，提高其抗 壓、抗折強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是開發(fā)一種具有較高的密實(shí)度、韌性好，抗壓抗折強(qiáng)度高的玄武巖 纖維增強(qiáng)水泥基材料及其制備方法。
[0006] 上述目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料，其原料包 括如下組分:水泥400~800kg/m3，活性礦物摻合料150~330kg/m 3，細(xì)骨料800~1500kg/m3， 減水劑10~40kg/m3，緩凝劑0.01~0.05kg/m 3，玄武巖纖維0.5 %~3.0 % (體積比），纖維表 面改性劑0.2%~1.0%(質(zhì)量比）。通過加入纖維表面改性劑，依附在玄武巖纖維表面，首先 避免制備過程攪拌操作導(dǎo)致纖維表面受損，還可以改善纖維單絲間的相互作用，提供一定 的集束作用，即改善了玄武巖纖維自身的性質(zhì)，使其斷裂強(qiáng)力高;其次，玄武巖纖維在堿性 環(huán)境下易腐蝕，而水泥基材料，PH-般在12以上，此條件下，玄武巖纖維中網(wǎng)絡(luò)形成體元素 滲出，并且開始逐層腐蝕，故纖維表面改性劑的使用可以避免玄武巖纖維的堿性腐蝕，提高 玄武巖纖維的耐堿腐蝕性能或延長其在堿性環(huán)境下的使用壽命;再次，玄武巖纖維表面呈 化學(xué)惰性，與水泥膠凝材料的界面結(jié)合性能較差，纖維表面改性劑使得玄武巖纖維表面具 有較多的活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)易于水泥膠凝材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過化學(xué)鍵的形式牢 固的結(jié)合在一起，使得玄武巖纖維與水泥膠凝材料基體之間的結(jié)合力大大增強(qiáng)，提高界面 間作用力，進(jìn)而提高界面層的界面豁結(jié)強(qiáng)度，增加玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料的韌性，抗折 強(qiáng)度顯著增加。
[0007] 另外，適量摻加活性礦物摻合料如硅粉、礦渣微粉、粉煤灰等，其中的微細(xì)顆?？?發(fā)揮微填充效應(yīng)，細(xì)化水泥基材料中硬化水泥石基體和玄武巖纖維界面過渡區(qū)孔結(jié)構(gòu)，同 時(shí)減少水泥基材料的孔隙率，增加密實(shí)度，大幅度提高玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料的抗壓 強(qiáng)度和耐久性。
[0008] 作為優(yōu)選，進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述的玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料其原料包括 如下組分：水泥600~700kg/m3，活性礦物摻合料200~300kg/m 3，細(xì)骨料1300~1450kg/m3， 減水劑20~30kg/m3，緩凝劑0.03~0.04kg/m 3，玄武巖纖維2.0 %~2.8% (體積比），纖維表 面改性劑〇. 5 %~0.85 % (質(zhì)量比）。
[0009] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述纖維表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑或成膜劑中一種或兩 種。成膜劑于可在玄武巖纖維表面成膜，保護(hù)其不受堿性腐蝕、提高了其柔軟性和光潔度以 及達(dá)到上述其他的技術(shù)效果;硅烷偶聯(lián)劑能夠使玄武巖纖維上的基團(tuán)發(fā)生偶聯(lián)作用，然后 通過硅烷偶聯(lián)劑上的其他基團(tuán)與水泥膠結(jié)材料反應(yīng)，提高界面豁結(jié)強(qiáng)度，使作用后的玄武 巖纖維增強(qiáng)水泥基材料抗拉強(qiáng)度大為提高。尤其是當(dāng)成膜劑與硅烷偶聯(lián)劑同時(shí)使用時(shí)，在 玄武巖纖維表面成膜之前，硅烷偶聯(lián)劑先與玄武巖纖維表面的基團(tuán)和原子發(fā)生偶聯(lián)作用， 然后通過硅烷偶聯(lián)劑上的其他基團(tuán)與成膜劑反應(yīng)，這樣，成膜劑不是簡單的粘結(jié)在玄武巖 纖維表面，是通過偶聯(lián)劑鏈接在纖維表面，對提高玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料的性能起到 更大的作用。
[0010] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述成膜劑為環(huán)氧型乳液和水性聚氨酯乳液中的一種或 兩種配合潤滑劑、抗靜電劑組合而成。環(huán)氧型乳液中含有反應(yīng)性活潑的環(huán)氧基團(tuán)以及極性 羥基等，具有較好的粘接性和集束性，以環(huán)氧型乳液為成膜劑處理后，玄武巖纖維的斷裂強(qiáng) 力高，玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料的力學(xué)性能也有一定程度上有所提高。聚氨酯乳液中含 有強(qiáng)極性的異氰酸酯基團(tuán)，對玄武巖纖維的粘結(jié)集束性好，同時(shí)聚氨酯分子中又有醚基和 酯基作為分子鏈中的軟段和硬段，可以實(shí)現(xiàn)膜的韌性設(shè)計(jì)，從而提高材料的力學(xué)性能。潤滑 劑提高玄武巖與水泥基材料的相容性，使玄武巖在水泥基材料中更容易分散。加入抗靜電 劑的目的降低摩擦系數(shù)，使纖維難于產(chǎn)生靜電；同時(shí)也會形成導(dǎo)電通道，是電荷能很快地從 纖維表面移走，這樣就減弱了纖維之間的斥力，使纖維的集束性能增強(qiáng)。
[0011] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述活性礦物摻合料為粉煤灰、礦渣和硅灰中的一種或 多種。研究表明，摻加粉煤灰可優(yōu)化水泥和玄武巖纖維的孔結(jié)構(gòu)，提高材料結(jié)構(gòu)的體積穩(wěn)定 性、強(qiáng)度和抗?jié)B透性;摻加礦渣后本發(fā)明的耐磨性增加，孔隙率變小，結(jié)構(gòu)更加致密。與粉煤 灰及礦渣相比，硅粉具有較高的細(xì)度和火山灰活性，其密實(shí)填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)更為顯 著。
[0012] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述的緩凝劑為檸檬酸、葡萄糖酸鈉、酒石酸中的一種或 多種;所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鈉鹽減水劑、高效萘系減水劑、高效脂肪族減水劑、高效聚 羧酸減水劑中的一種或多種。緩凝劑和減水劑的配合使用，一方面降低水灰比減小孔隙率 增加密實(shí)度提高抗壓強(qiáng)度，另一方面增加水泥基膠凝材料的和易性。
[0013] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料其原料包括如下組 分：水泥600~7001^/1113，粉煤灰130~1601^/111 3，娃灰70~1401^/1113，細(xì)骨料1300~14501^/ m3，高效聚羧酸減水劑20~30kg/m3，梓檬酸0.03~0.04kg/m3，玄武巖纖維2.0%~2.8% (體 積比），環(huán)氧型乳液0.15%~0.2%(質(zhì)量比），水性聚氨酯乳液0.1 %~0.2% (質(zhì)量比），硅烷 偶聯(lián)劑〇 . 15%~0.3 % (質(zhì)量比），潤滑劑0.06 %~0.08 % (質(zhì)量比），抗靜電劑0.04%~ 〇.〇7%(質(zhì)量比）。
[0014] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料其原料包括如下組 分：水泥6501^/1113，粉煤灰1501^/111 3，娃灰901^/1113，細(xì)骨料14001^/1113，高效聚羧酸減水劑 25kg/m 3，檸檬酸0.035kg/m3，玄武巖纖維2.5 % (體積比），環(huán)氧型乳液0.18 % (質(zhì)量比），水性 聚氨酯乳液〇. 15 % (質(zhì)量比），硅烷偶聯(lián)劑0.2 % (質(zhì)量比），潤滑劑0.07 % (質(zhì)量比），抗靜電 劑0.05% (質(zhì)量比）。
[0015] 本發(fā)明另一方面還提供了一種上述玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料的制備方法，包括 如下步驟：
[0016] (1)將水泥、活性礦物摻合料、細(xì)骨料按比例稱量，并在混凝土攪拌機(jī)內(nèi)攪拌至混 合均勻；
[0017] (2)按水灰比0.2~0.28加水并將減水劑和緩凝劑分散至水中后加入至步驟（1)中 的攪拌機(jī)中繼續(xù)拌合外加劑分散均勻；
[0018] (3)按比例將玄武巖纖維與纖維表面改性劑混合，然后加入至步驟(2)中的攪拌機(jī) 中拌合均勻；
[0019] (4)將步驟(3)攪拌機(jī)內(nèi)的拌合物倒入模具內(nèi)，并在振動(dòng)臺上振動(dòng)密實(shí)；
[0020] (5)將步驟(4)模具中的材料在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，待其硬化后，拆模，將制得的玄武 巖纖維增強(qiáng)水泥基材料標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至強(qiáng)度達(dá)到要求。
[0021 ]作為優(yōu)選，進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述攪拌機(jī)的下料裝置上設(shè)有防止纖維結(jié)團(tuán)的 裝置。如此，避免拌