阅读说明：本技术 一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土及其制备方法 (High-performance anti-cracking impact-resistant modified concrete and preparation method thereof ) 是由 季汉琪 于 2020-05-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土及其制备方法,混凝土中掺入了增强纤维,所述增强纤维由尺寸不同的改性聚丙烯粗纤维和改性聚丙烯腈纤维组成。本发明中,改性聚丙烯腈纤维可以提高早期混凝土抵抗应力的能力,阻止早期裂缝产生,提高混凝土早期的抗裂性能,且改性聚丙烯腈纤维可对外增加应力能量的吸收,提高整体混凝土对冲击能量的吸收,从而提高混凝土的抗冲击能力,改性聚丙烯粗纤维增加了其与混凝土的接触面积,粗糙的纤维表面使得改性混凝土在后期破坏的过程中吸收更多的能量,从而达到增韧的目的,实现混凝土从脆性破坏到韧性破坏的改变,两种纤维在普通混凝土中发挥不同作用,最终通过得到抗裂抗冲击性能好的改性混凝土。(The invention discloses high-performance anti-cracking impact-resistant modified concrete and a preparation method thereof. According to the invention, the modified polyacrylonitrile fiber can improve the stress resistance of early concrete, prevent early cracks from being generated and improve the early crack resistance of the concrete, the modified polyacrylonitrile fiber can increase the absorption of stress energy to the outside and improve the absorption of impact energy of the whole concrete, so that the impact resistance of the concrete is improved, the contact area of the modified polypropylene coarse fiber and the concrete is increased, the rough fiber surface enables the modified concrete to absorb more energy in the later-stage damage process, so that the toughening purpose is achieved, the change of the concrete from brittle damage to ductile damage is realized, the two fibers play different roles in the common concrete, and finally the modified concrete with good crack resistance and impact resistance is obtained.)

一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土改性技术领域，尤其涉及一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称，通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水(加或不加外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。

然而，由于混凝土抗裂抗冲击性等性能关乎着建筑施工的工程质量，为了进一步提高混凝土的使用性能，提高施工质量，针对使用要求对混凝土某方面性能(强度)通过添加改性剂进行改善，使得混凝土具有优异的性能，得到的改性混凝土以满足实际建筑施工要求，因此，现需要一种高性能改性混凝土来提高普通混凝土的抗裂抗冲击能力。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，而提出的一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土及其制备方法，混凝土中掺入了增强纤维，以提高混凝土的抗裂抗冲击能力，所述增强纤维由尺寸不同的改性聚丙烯粗纤维和改性聚丙烯腈纤维组成。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述改性聚丙烯粗纤维的长度在45-55mm之间，直径在1.0-1.5mm之间。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述改性聚丙烯腈纤维的长度在6-8mm之间，直径在0.06-0.09mm之间。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述改性聚丙烯纤维在混凝土中的含量为5kg/m³-10kg/m³，所述改性聚丙烯腈纤维在混凝土中的含量为0kg/m³-5kg/m³。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述改性聚丙烯粗纤维通过有机改性剂、硅烷偶联剂、无极改性填料的一种或一种以上的混合物对聚丙烯颗粒进行化学表面改性后得到。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述有机改性剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚乙二醇中的一种或一种以上的混合物，所述的偶联剂为硅烷偶联剂Si-69、KH570、KH550、KH151、硅胶抗粘连剂、正硅酸乙酯(TEOS)中的一种或一种以上的混合物，所述偶联剂为硅烷偶联剂Si-69、KH570、KH550、KH151、硅胶抗粘连剂、正硅酸乙酯(TEOS)中的一种或一种以上的混合物，所述无机改性填料为滑石粉、高岭土、硅土、硅藻土、蒙脱土、水滑石中的一种或一种以上的混合物。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述改性聚丙烯腈纤维由淀粉、氧化铈纳米粉、二甲基亚砜、聚丙烯腈、二甲基甲酰胺、石墨烯纳米粉体和粉状活性炭按照比例混合后采用湿纺法纺丝，并置于3-18KV/cm的电场中制得。

作为上述技术方案的进一步描述：

一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1，先将有机改性剂、硅烷偶联剂和无机改性填料中的一种或者一种以上与聚丙烯颗粒按比例混合，进行熔融拉伸，制备成改性聚丙纤维；

S2，首先，将充分干燥的淀粉和氧化铈分体按照质量比溶于二甲基亚砜中，制得溶液A，其次，将聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺中形成溶液B，接着，按比例混合溶液A和溶液B得到溶液C，然后，在溶液C中加入石墨烯纳米粉体和粉状活性炭，得到溶液D，最后，对溶液D采用湿纺法纺丝，纺丝期间辅加3-18KV/cm的电场；

S3，按照上述方法制得改性聚丙烯粗纤维和改性聚丙烯腈纤维后，将二者放入混凝土中充分搅拌，直至均匀，得到改性混凝土。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过将不同尺寸的改性聚丙烯粗纤维和改性聚丙烯腈纤维加入到普通混凝土中搅拌均匀，以得到改性混凝土，其中，改性聚丙烯腈纤维可以提高早期混凝土抵抗应力的能力，从而阻止早期裂缝产生，提高混凝土早期的抗裂性能，且改性聚丙烯腈纤维可对外增加应力能量的吸收，提高整体混凝土对冲击能量的吸收，从而提高混凝土的抗冲击能力，而改性聚丙烯粗纤维增加了其与混凝土的接触面积，粗糙的纤维表面使得改性混凝土在后期破坏的过程中吸收更多的能量，从而达到增韧的目的，实现混凝土从脆性破坏到韧性破坏的改变，两种纤维在普通混凝土中发挥不同作用，最终通过得到抗裂抗冲击性能好的改性混凝土。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土及其制备方法，混凝土中掺入了增强纤维，以提高混凝土的抗裂抗冲击能力，增强纤维由尺寸不同的改性聚丙烯粗纤维和改性聚丙烯腈纤维组成，混凝土早期塑形裂缝产生主要是因离析造成水分或者水泥浆的泌出，粗骨料的沉降以及温度应力等，这种结果的应力大于混凝土的强度时就会产生裂缝，通过在混凝土中加入改性聚丙烯腈纤维的加入提高早期混凝土抵抗应力的能力，从而阻止早期裂缝产生，提高混凝土早期的抗裂性能，此外，混凝土是一种脆性材料，在受到冲击时易发生脆性断裂，通过加入改性聚丙烯腈纤维可对外增加应力能量的吸收，提高整体混凝土对冲击能量的吸收，从而提高混凝土的抗冲击能力；改性聚丙烯粗纤维的纤维形态主要以波浪形、表面刻痕、“X”形截面或者矩形膜状居多，使得其纤维表面为非光滑表面，增加了改性聚丙烯粗纤维与混凝土的接触面积，而混合了改性聚丙纤维的混凝土的破坏形式是以纤维的拔出为主，粗糙的纤维表面使得改性混凝土在后期破坏的过程中吸收更多的能量，从而达到增韧的目的，实现混凝土从脆性破坏到韧性破坏的改变，最终通过加入改性聚丙纤维和改性聚丙烯腈纤维得到抗裂抗冲击性能好的改性混凝土。

实施例二：

与实施例一不同的是

请参阅表1，改性聚丙烯粗纤维的长度在45-55mm之间，直径在1.0-1.5mm之间。

请参阅表2，改性聚丙烯腈纤维的长度在6-8mm之间，直径在0.06-0.09mm之间。

混凝土的抗裂性：混凝土抗裂性是指混凝土抵抗开裂的能力，混凝土的抗裂性能是一项综合性能，与断裂强度、极限拉伸变形能力、抗拉弹性模量、自生体积变形、徐变、热学性能均有一定的关系。

断裂强度：断裂强度，是指材料发生断裂时的拉力与断裂横截面积的比值，即应力。

抗拉弹性模量：是指材料在受力状态下拉伸应力与应变之比，意义：弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料抗拉强度越大。

下表为相同实现情况下，分别测得的改性聚丙烯粗纤维和改性聚丙烯腈纤维的断裂强度和抗拉弹性模量的试验数据：

表1不同尺寸的改性聚丙烯粗纤维的断裂强度和抗拉弹性模量的试验数据

表2不同尺寸的改性聚丙烯腈纤维的断裂强度和抗拉弹性模量试验数据

由上表的试验数据可得：改性聚丙烯粗纤维长度为45-55mm，直径为1.0-1.5mm，改性聚丙烯腈纤维长度6-8mm，直径为0.06-0.09mm时，其断裂强度和抗拉伸模量最大，即加入混凝土中得到的改性混凝土的抗裂抗冲击能力最好。

实施例三：

与实施例二不同的是

请参阅表3和表4，改性聚丙烯粗纤维在混凝土中的含量为5kg/m³-10kg/m³，改性聚丙烯腈纤维在混凝土中的含量为0kg/m³-5kg/m³。

下表为相同实现情况下，分别测得的在普通混凝土中添加不同含量的改性聚丙烯粗纤维和改性聚丙烯腈纤维的断裂强度和抗拉弹性模量的试验数据：

表3不同含量的改性聚丙烯粗纤维添加在混凝土中得到的改性混凝土的断裂强度和抗拉弹性模量的试验数据

表4不同含量的改性聚丙烯腈纤维添加在混凝土中得到的改性混凝土的断裂强度和抗拉弹性模量试验数据

根据上述试验数据所得：推荐混凝土中掺杂的改性聚丙烯粗纤维在混凝土中的添加含量为5kg/m³-10kg/m³，改性聚丙烯腈纤维在混凝土中的添加含量为0kg/m³-5kg/m³时，可以最大程度的改善混凝土的性能，提高改性混凝土的抗裂抗冲击能力。

实施例四：

与实施例一不同的是

改性聚丙烯粗纤维通过有机改性剂、硅烷偶联剂、无极改性填料的一种或一种以上的混合物对聚丙烯颗粒进行化学表面改性后得到，有机改性剂为聚丙烯纤维提供亲水基团，改善了聚丙烯纤维不亲水的缺陷，从而提高了与混凝土的亲和力，硅烷偶联剂会使聚丙烯纤维表面出现硅氧基团Si-O，当混凝土发生水化反应硬化时，纤维上的硅氧基团也会参与反应，从而与混凝土发生化学交联，无机改性填料会使聚丙烯纤维表面出现二氧化硅，当混凝土发生水化反应硬化时，纤维上的二氧化硅也会参与反应，从而进一步提高与混凝土发生化学交联，改性后的聚丙烯粗纤维与混凝土具有很好的亲和力和粘结力，因而大幅度提高了纤维在混凝土中的增强效果。

有机改性剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚乙二醇中的一种或一种以上的混合物，无机改性填料为滑石粉、高岭土、硅土、硅藻土、蒙脱土、水滑石中的一种或一种以上的混合物，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂Si-69、KH570、KH550、KH151、硅胶抗粘连剂、正硅酸乙酯(TEOS)中的一种或一种以上的混合物，无机改性填料为滑石粉、高岭土、硅土、硅藻土、蒙脱土、水滑石中的一种或一种以上的混合物。

改性聚丙烯腈纤维由淀粉、氧化铈纳米粉、二甲基亚砜、聚丙烯腈、二甲基甲酰胺、石墨烯纳米粉体和粉状活性炭按照比例混合后采用湿纺法纺丝，并置于3-18KV/cm的电场中制得，石墨烯纳米粉体可辅助提高聚丙烯腈的改性效果，粉状活性炭可以起到稳定溶液并增强石墨烯纳米粉体性能的作用。

实施例五：

一种高性能抗裂抗冲击改性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1，先将有机改性剂、硅烷偶联剂和无机改性填料中的一种或者一种以上与聚丙烯颗粒按比例混合，进行熔融拉伸，制备成改性聚丙纤维；

S2，首先，将充分干燥的淀粉和氧化铈分体按照质量比溶于二甲基亚砜中，制得溶液A，其次，将聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺中形成溶液B，接着，按比例混合溶液A和溶液B得到溶液C，然后，在溶液C中加入石墨烯纳米粉体和粉状活性炭，得到溶液D，最后，采用湿纺法纺丝，纺丝期间辅加3-18KV/cm的电场；

S3，按照上述方法制得改性聚丙烯粗纤维和改性聚丙烯腈纤维后，将二者放入混凝土中充分搅拌，直至均匀，得到改性混凝土。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。