一種玄武巖纖維增強水泥基材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及水泥基材料，具體設(shè)及一種玄武巖纖維增強水泥基材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水泥基材料具有強度高、耐久性好、成本低等一系列優(yōu)點，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，尤其是滲入化學(xué)外加劑開發(fā)出的新 型高性能水泥基材料，雖然強度得W提高但同時出現(xiàn)初性差、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烙融、拉絲而成的一種純天然的無機非金屬材料，其 具有抗拉強度高、彈性模量大等優(yōu)點。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Ξ維亂向分布的網(wǎng)絡(luò)體系，可W防止基體收縮裂縫的產(chǎn)生和擴展，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。專利CN 103435305A公開了一種玄武巖纖維混凝±及其制備方法，由水 泥、砂、石子、活性滲合料、玄武巖短纖維、其他短纖維、水、CT巧曽效劑和減水劑按照一定比 例混合而成，有效提高混凝±的初性、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，同時纖維與水泥膠結(jié)物質(zhì)會存在一個界面層，所述界面層中二者的界面粘結(jié) 強度通常較低，故玄武巖纖維的加入在基本力學(xué)性能的增強效果上并不明顯，甚至導(dǎo)致強 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，抗折強度較低。
[0004] 為了克服上述不足，亟需添加其他物質(zhì)改善材料的結(jié)構(gòu)性能，促進材料的密實度、 增加玄武巖纖維與水泥膠結(jié)物質(zhì)界面粘結(jié)強度，從而改善材料的脆性大的性能，提高其抗 壓、抗折強度。

【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度、初性好，抗壓抗折強度高的玄武巖 纖維增強水泥基材料及其制備方法。
[0006] 上述目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種玄武巖纖維增強水泥基材料，其原料包 括如下組分:水泥400~800kg/m3，娃灰50~120kg/m3，正娃酸乙醋3~12kg/m 3，細骨料800~ 1600kg/m3，高效聚簇酸減水劑10~40kg/m3，緩凝劑0.01~0.05kg/m 3，玄武巖纖維2.5 %~ 7.0%(體積比）。由于玄武巖纖維的加入，水泥基材料的孔隙率增大，尤其是玄武巖纖維與 水泥基膠凝材料的結(jié)合處附近會存在較多的空隙，直接導(dǎo)致材料脆。本發(fā)明采用娃灰和正 娃酸乙醋水解的納米二氧化娃顆粒協(xié)同作用，充分發(fā)揮二者的微填充效應(yīng)；玄武巖纖維增 強水泥基材料中填充于水泥漿體中的娃灰使水泥漿體勻質(zhì)性提高，促進玄武巖纖維在基體 中的均勻分散，加強了玄武巖纖維與基體間的粘結(jié)，基體內(nèi)的大毛細孔會減少，但是超細空 隙增加，本發(fā)明中用正娃酸乙醋水解的納米二氧化娃顆粒填充運些超細空隙，綜合娃灰的 填充效應(yīng)改善了水泥基體的孔結(jié)構(gòu)，使水泥基體更加的密實，提高抗壓強度。實驗表明，加 入正娃酸乙醋后，水泥硬化漿體內(nèi)部孔桐變少，且巧抓石與玄武巖纖維相互搭接互為連生、 交叉形成構(gòu)成密集良好體。發(fā)明人通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，尤其是先讓正娃酸乙醋的水解溶液 與玄武巖纖維表面接觸的情況下正娃酸乙醋水解的納米二氧化娃顆粒具有極佳的界面填 充效果。同時，正娃酸乙醋水解的納米二氧化娃顆粒分散在水泥中，為水泥水化體系起到晶 核的作用，形成W納米二氧化娃顆粒為核屯、的團塊膠凝物，改善了水化產(chǎn)物分布均勻性，界 面過渡層合理分布，故加入正娃酸乙醋的玄武巖纖維增強水泥基材料結(jié)構(gòu)更加致密。其次， 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，而正娃酸乙醋水解的 納米二氧化娃顆粒具有較多的活性徑基，其沉積玄武巖纖維表面，運些活性基團易于水泥 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，提高界面間作用力，進而提高界面層的界面粘結(jié)強度， 增加玄武巖纖維增強水泥基材料的初性，抗折強度顯著增加。再次，由于玄武巖纖維在堿性 環(huán)境下易腐蝕，而水泥基材料，pH-般在12W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;正娃酸乙醋水解的納米二氧化娃顆粒附著在玄武巖纖維表面，可 W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。
[0007] 另外，由于而正娃酸乙醋水解的納米二氧化娃顆粒的分散體系具有較大的比表面 積，表面能很大，導(dǎo)致顆粒發(fā)生團聚，進而影響甚至達不到本發(fā)明的技術(shù)效果。而減水劑的 加入不僅可W起到降低水灰比的作用，同時顆粒表面帶有同一種電荷，形成靜電排斥作用， 促使顆粒相互分散，尤其是高效聚簇酸減水劑，其分子支鏈提供空間位阻效應(yīng)，抑制或減輕 納米二氧化娃顆粒團聚。
[0008] 作為優(yōu)選，進一步的技術(shù)方案是:所述的玄武巖纖維增強水泥基材料，其原料包括 如下組分:水泥600~700kg/m3，娃灰80~lOOkg/m3，細骨料1200~1400kg/m 3，正娃酸乙醋6 ~lOkg/m3，高效聚簇酸減水劑25~35kg/V，緩凝劑0.02~0.04kg/m3，玄武巖纖維4.5 %~ 6.5% (體積比）。
[0009] 更進一步的技術(shù)方案是:所述的玄武巖纖維增強水泥基材料，其原料包括如下組 分:水泥650kg/m3，娃灰90kg/m3，正娃酸乙醋8kg/m3，細骨料1300kg/V，高效聚簇酸減水劑 30kg/m3，緩凝劑0.03kg/m3，玄武巖纖維5.0% (體積比）。
[0010] 更進一步的技術(shù)方案是:所述的玄武巖纖維增強水泥基材料，其原料還包括粉煤 灰90~180kg/m3。。研究表明，滲加粉煤灰可優(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、強度和抗?jié)B透性。
[0011] 更進一步的技術(shù)方案是:所述的緩凝劑為巧樣酸、葡萄糖酸鋼、酒石酸中的一種或 多種。
[0012] 更進一步的技術(shù)方案是:所述的玄武巖纖維增強水泥基材料，其原料還包括硅烷 偶聯(lián)劑1.0~3.Okg/m3。硅烷偶聯(lián)劑能夠與沉積在玄武巖纖維上的納米二氧化娃顆粒的活 性基團發(fā)生偶聯(lián)作用，然后通過硅烷偶聯(lián)劑上的其他基團與水泥膠結(jié)材料反應(yīng)，提高界面 粘結(jié)強度，使作用后的玄武巖纖維增強水泥基材料抗拉強度大為提高，對提高玄武巖纖維 增強水泥基材料的性能起到更大的作用。同時，實驗表明，添加硅烷偶聯(lián)劑后，納米二氧化 娃顆粒的分散性明顯要好，主要原因是納米二氧化娃顆粒表面徑基與硅烷偶聯(lián)劑水解后的 娃醇基發(fā)生反應(yīng)并連接到一起，阻止原有的活性徑基形成氨鍵而團聚，同時而硅烷偶聯(lián)劑 的有機部分可起到空間位阻礙效益。
[0013] 更進一步的技術(shù)方案是:所述的玄武巖纖維增強水泥基材料，其原料包括如下組 分:水泥650kg/m3，粉煤灰150kg/m3，正娃酸乙醋8kg/m3，娃灰90kg/m 3，細骨料1300kg/m3，高 效聚簇酸減水劑30kg/m3,巧樣酸：0.03kg/m3,玄武巖纖維5.0%(體積比），硅烷偶聯(lián)劑 2.Okg/m^ 〇
[0014] 本發(fā)明另一方面還提供了一種上述玄武巖纖維增強水泥基材料的制備方法，包括 如下步驟：
[001引（1)按水灰比0.2~0.28取相應(yīng)量的水，根據(jù)權(quán)利要求1~7任意一項所述的比例稱 量正娃酸乙醋并加入水中攬拌至分散均勻。如此，正娃酸乙醋在水中水解成納米二氧化娃 顆粒。
[0016] (2)根據(jù)比例稱量高效聚簇酸減水劑投入到步驟（1)中的混合物中繼續(xù)拌合至分 散均勻;加入高效聚簇酸減水劑抑制步驟(1)中的納米二氧化娃顆粒團聚。
[0017] (3)在步驟(2)中的混合物中加入水泥至抑值至8~9，繼續(xù)拌合；由于正娃酸乙醋 在弱堿性環(huán)境下水解速度急劇增加，即此