一種用于道面、橋面和工業(yè)地坪的環(huán)境友好型再生合成纖維增強(qiáng)混凝土的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及再生高性能合成纖維增強(qiáng)、增韌混凝土用于機(jī)場(chǎng)道面、公路道面、橋面和工業(yè)地坪的技術(shù)，屬于混凝土技術(shù)領(lǐng)域，適用于機(jī)場(chǎng)道面、橋梁、道路、工地坪等對(duì)韌性、抗裂、抗疲勞、抗沖擊、抗凍融要求較高的混凝土工程結(jié)構(gòu)，屬于混凝土技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)2013年歐洲塑料協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，全世界每年有3.8億噸的廢棄塑料制品，主要是聚丙烯、聚酯、聚乙烯、聚烯腈、聚乙烯醇等，但再生利用率不到5%。這樣給環(huán)境帶來(lái)巨大壓力，垃圾填埋場(chǎng)的溫室氣體、有害化學(xué)影響人的健康，污染地下水等；廢棄塑料破壞海洋物種多樣性。這些塑料制品自然降解過(guò)程很長(zhǎng)，給環(huán)境帶來(lái)了巨大污染。人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃芰袭a(chǎn)品品種非常眾多，如礦泉水瓶、各種塑料制品等產(chǎn)生大量的廢棄物，給環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。如何科學(xué)合理地應(yīng)用這些廢棄塑料物，是刻不容緩的重要問(wèn)題。用回收的各種廢棄塑料生產(chǎn)高性能聚丙烯、聚酯、聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維等，不但解決了環(huán)境污染的問(wèn)題，而且給廢棄物的綜合利用找到了新的出路。用廢棄塑料生產(chǎn)的聚丙烯、聚酯、聚乙烯、聚乙烯醇等纖維可以替代目前的原生合成纖維，在性能上滿(mǎn)足土木工程對(duì)于合成纖維的要求，同時(shí)達(dá)到降低成本、節(jié)省原材料的目的。再生纖維生產(chǎn)工藝是:通過(guò)多次牽引擠壓，使得纖維強(qiáng)度、彈性模量顯著提高；優(yōu)化再生合成材料與原生合成材料的比例，提高再生纖維的物理力學(xué)性能、耐久性和纖維粘結(jié)性能等。
[0003]由于原生合成纖維需要來(lái)源于石油的高分子原料，其生產(chǎn)成本高；混凝土工程體量較大，如果用原生纖維會(huì)造成工程成本高，這樣嚴(yán)重制約了纖維的工程應(yīng)用。因此，目前工程應(yīng)用纖維的較少，如果采用再生纖維不僅解決了廢棄塑料瓶、塑料盒等塑料制品等的回收利用，而且用廢棄物生產(chǎn)的纖維成本為原生纖維的22-28%，這樣節(jié)省成本約70%，具有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，將再生合成纖維應(yīng)用到混凝土中，并將添加有再生合成纖維的混凝土用于道面、橋面或工業(yè)地坪等。
[0005]將再生合成纖維應(yīng)用到混凝土中，得到混凝土基體中添加分散有再生合成纖維的再生合成纖維增強(qiáng)混凝土。所述再生合成纖維選自再生聚丙烯纖維、聚酯纖維、聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維、脂肪族聚酰胺纖維、聚萘二甲酸乙二醇酯纖維、芳香族聚酰胺纖維、聚烯烴纖維等。再生纖維幾何尺度包括細(xì)纖維和粗纖維，直徑大于0.1mm為粗纖維，小于等于0.1mm為細(xì)纖維。再生合成纖維是由再生聚合物、原生聚乙烯和中等模量原生聚乙烯醇混合制備的纖維。
[0006]所述再生合成纖維占混凝土總體積的0.05%?2.5%，纖維長(zhǎng)度為10?44mm、直徑為0.015?2.5mm ;再生合成纖維形狀包括平直型、波浪型、壓痕型、扭轉(zhuǎn)型、端部波浪型、端部增大型、端部帶鉤型、波浪與扭轉(zhuǎn)結(jié)合型等。
[0007]所述的再生聚丙烯纖維強(qiáng)度300_650MPa，彈性模量3.1-4.9GPa ;再生聚乙烯纖維強(qiáng)度600-950MPa，彈性模量41_49GPa ;再生聚酯纖維強(qiáng)度390_490MPa，彈性模量14-2IGPa ;再生聚丙烯腈纖維400_650MPa，彈性模量3.9-4.9GPa ;再生聚乙烯醇纖維強(qiáng)度690-790MPa,彈性模量21_44GPa ;再生脂肪族聚酰胺纖維抗拉強(qiáng)度400_550MPa，彈性模量
3.8-6.9GPa ;再生聚萘二甲酸乙二醇酯纖維強(qiáng)度490_570MPa，彈性模量2.1-4.6GPa ;再生聚烯烴纖維抗拉強(qiáng)度440-510MPa，彈性模量4.2-6.4GPa。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選所述的再生合成纖維聚丙烯纖維生產(chǎn)時(shí)，再生聚丙烯:原生聚乙烯:中等模量原生聚乙烯醇的體積比例為91%:7%:2% ;再生聚酯纖維比例為再生聚酯:原生聚乙烯:中等模量原生聚乙烯醇的體積比例為92%:5%:3% ;再生聚乙烯醇纖維生產(chǎn)時(shí)，比例為再生聚乙烯醇與原生聚乙烯的體積比例為97.5%:2.5% ;再生聚丙烯腈纖維生產(chǎn)時(shí)，比例為再生聚丙烯腈:原生聚乙烯:中等模量原生聚乙烯醇的體積比例為94%:4%:2% ;再生脂肪族聚酰胺纖維生產(chǎn)時(shí)，比例為再生脂肪族聚酰胺:高模量原生聚乙烯:中等模量原生聚乙烯醇的體積比例為95%:3%:2%;再生聚萘二甲酸乙二醇酯纖維生產(chǎn)時(shí)，比例為再生聚萘二甲酸乙二醇酯:高模量原生聚乙烯:中等模量原生聚乙烯醇的體積比例為94%:3%:3%;再生聚烯烴纖維生產(chǎn)時(shí)，比例為再生聚烯烴與高模量原生聚乙烯、中等模量原生聚乙烯醇的體積比例為96%:2%:2%。
[0009]本發(fā)明的再生合成纖維，可以二種或者三種不同品種再生合成纖維混雜、或者同種再生合成纖維不同幾何尺度的纖維混雜，通過(guò)混雜技術(shù)提高再生纖維在混凝土中的增強(qiáng)增韌效率。
[0010]所述的混凝土基體(即不添加再生合成纖維的混凝土)可以是普通強(qiáng)度混凝土，也可以是高強(qiáng)度混凝土；可以是輕質(zhì)混凝土、普通重度混凝土和聚合物混凝土等。
[0011]混凝土基體的原材料組成包括:粗骨料、砂、水泥、摻合料、外加劑和水。
[0012]將添加有再生合成纖維的混凝土用于道面、橋面、工業(yè)地坪、屋面防水等工程。
[0013]再生纖維混凝土基體中粗骨料粒徑可以是三級(jí)配或者二級(jí)配。
[0014]—種新型再生合成纖維增強(qiáng)混凝土制備方法為:將粗骨料、砂和水泥、摻合料等倒入攪拌機(jī)，攪拌I?2分鐘，均勻后，將水和外加劑混合液體緩慢倒入攪拌機(jī)里，倒入過(guò)程控制在50秒-1分鐘；當(dāng)拌合物由顆粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)槟z體狀態(tài)時(shí)，均勻的摻入纖維進(jìn)行攪拌，攪拌I?2分鐘待纖維分散均勻后進(jìn)行澆筑。
[0015]再生纖維在生產(chǎn)時(shí)，纖維表面嫁接羥基或羥基材料，纖維表面聚合物材料不同于核心材料，表面聚合物材料不但有羥基，而且強(qiáng)度高、彈性模量高，提高了再生纖維的強(qiáng)度、彈性模量和粘結(jié)性能，同時(shí)增加纖維與混凝土基體的界面粘結(jié)性能，其粘結(jié)強(qiáng)度比未嫁接羥基的纖維增加45.5%，當(dāng)粘結(jié)性能提高后，纖維對(duì)混凝土的阻裂能力，纖維拔出過(guò)程中吸收的能量顯著提高，提高了纖維的增強(qiáng)增韌效率。本發(fā)明纖維混凝土用于機(jī)場(chǎng)道面、橋梁、道路、工地坪，進(jìn)一步提高韌性、抗裂、抗疲勞、抗沖擊、抗凍融性，滿(mǎn)足要求較高的混凝土工程結(jié)構(gòu)。再生高性能合成纖維增強(qiáng)混凝土，可以部分或者全部代替構(gòu)造鋼筋，解決鋼筋銹蝕的技術(shù)難題。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例1
[0018]再生聚丙烯纖維增強(qiáng)三級(jí)配混凝土的再生合成纖維體積摻率為0.3%，纖維直徑0.1mm，長(zhǎng)度25-33mm，混凝土基體強(qiáng)度C35，再生合成纖維增強(qiáng)混凝土的彎曲韌性指數(shù)(ASTM (^川…方法丨^“-^^了^安照日本標(biāo)準(zhǔn)(JCI SF4)的剩余強(qiáng)度>2.1MPa，按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)彎曲韌性指標(biāo)PCSm (Post-crack strength) >4.18MPa,疲勞壽命大于290萬(wàn)次，沖擊壽命比未摻纖維提高11.2倍；按照ASTM C1550，當(dāng)撓度為40mm時(shí)，圓板能量吸收為379焦耳；拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有應(yīng)變硬化行為。
[0019]實(shí)施例2
[0020]再生聚乙烯醇纖維增強(qiáng)三級(jí)配混凝土的再生合成纖維體積摻率為0.4%，纖維直徑0.11mm，長(zhǎng)度35-38mm，混凝土基體強(qiáng)度C38，再生合成纖維增強(qiáng)混凝土的彎曲韌性指數(shù)I5M.5、110>8.7，按照日本標(biāo)準(zhǔn)的剩余強(qiáng)度>2.7MPa,按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)彎曲韌性指標(biāo)PCSJ5.16MPa,疲勞壽命大于310萬(wàn)次，沖擊壽命比未摻纖維提高13.2倍，按照ASTMC1550，當(dāng)撓度為40mm時(shí)，圓板能量吸收為421焦耳；拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有應(yīng)變硬化行為。
[0021]實(shí)施例3
[0022]再生聚萘二甲酸乙二醇酯纖維增強(qiáng)二級(jí)配混凝土的再生合成纖維體積摻率為0.5%，纖維直徑0.12mm，長(zhǎng)度31_38mm，混凝土基體強(qiáng)度C37，再生合成纖維增強(qiáng)混凝土的彎曲韌性指數(shù)I5M.1、I10>7.7，按照日本標(biāo)準(zhǔn)的剩余強(qiáng)度>2.8MPa,按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)彎曲韌性指標(biāo)PCSniM.46MPa,疲勞壽命大于260.7萬(wàn)次，沖擊壽命比未摻纖維提高12.4倍.按照ASTM C1550，當(dāng)撓度為40mm時(shí)，圓板能量吸收為327焦耳.拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有應(yīng)變硬化行為。
[0023]實(shí)施例4
[0024]再生聚酯纖維增強(qiáng)二級(jí)配混凝土的再生合成纖維體積摻率為0.34%，纖維直徑0.07mm，長(zhǎng)度21_30mm，混凝土基體強(qiáng)度C35，再生合成纖維增強(qiáng)混凝土的彎曲韌性指數(shù)I5>3.13、I10>4.7、按照日本標(biāo)準(zhǔn)的剩余強(qiáng)度>1.83MPa,按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)彎曲韌性指標(biāo)PCSniM.0lMPa,疲勞壽命大于240.5萬(wàn)次，沖擊壽命比未摻纖維提高10.4倍.按照ASTMC1550，當(dāng)撓度為40mm時(shí)，圓板能量吸收為