一种提高玄武岩纤维混凝土力学性能的方法
文献发布时间：2023-06-19 19:27:02
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别是涉及一种提高玄武岩纤维混凝土力学性能的方法。
背景技术
玄武岩纤维是一种新型环保材料，其具有强度高、耐腐蚀、电绝缘、耐高温、抗老化等诸多优异性能，同时环境相容性好、不产生二次污染，属于一种绿色高性能环保材料。玄武岩纤维是目前重点发展的四大纤维(碳纤维、超高分子量聚乙烯、芳纶、玄武岩纤维)之一，可满足交通、建筑、化工、节能、环保、电子、航空等诸多领域的需求，具有广阔的应用前景。
现有混凝土主要通过砂石加水泥搅拌制备而成，在建筑工程领域中应用极为广泛；然而随着城市化建设的不断发展，人们对建筑材料的要求也越来越高，普通混凝土的性能已经难以满足建设需求，更高的建筑质量及抗自然灾害性能要求混凝土具有更优异的力学性能，基于此现状，纤维增强混凝土应运而生。
然而，尽管目前的玄武岩纤维混凝土较现有常规混凝土在性能方面得到了较大改善，但如何进一步提升其力学性能一直是研究者不断研究的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高玄武岩纤维混凝土力学性能的方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现玄武岩纤维混凝土力学性能的改善。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种提高玄武岩纤维混凝土力学性能的方法，包括以下步骤：
(1)玄武岩纤维改性：
a.将硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在40-45℃下反应1.5-2h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液中，在55-65℃下反应0.5-2h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维；
(2)秸秆纤维改性：
对秸秆纤维进行碱处理，将处理后的秸秆纤维于盐酸多巴胺溶液中浸泡，之后洗涤、干燥，得到改性后的秸秆纤维；
(3)混凝土制备：
将所述改性玄武岩纤维、改性秸秆纤维与水泥、粉煤灰、砂、减水剂、矿粉、石膏和水按照质量份配比拌和均匀，即可。
进一步地，步骤a中硅烷偶联剂、聚丙烯酰胺和水的质量比为0.15-0.2：0.4-0.5:10。
进一步地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)。
进一步地，所述纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液中，纳米二氧化硅的质量分数为12-15％。
进一步地，步骤(2)中，所述碱处理所用碱液为质量浓度10-15wt％的氢氧化钠溶液，碱处理的温度为35-40℃；时间为15-20min。
进一步地，步骤(2)中，所述盐酸多巴胺溶液的质量浓度为7-9g/L；所述浸泡处理的温度为50-60℃，时间为15-20min。
进一步地，所述改性玄武岩纤维、改性秸秆纤维、水泥、粉煤灰、砂、减水剂、矿粉、石膏和水的混合质量比为5-6：3-4：200-245：165-180：250-350：1-8：90-115：1-3：130-150。
所述玄武岩纤维的长度为10-15mm，单丝直径为10-15μm；所述秸秆纤维为玉米秸秆纤维；
所述水泥为普通硅酸盐水泥PO42.5；所述粉煤灰为一级粉煤灰；
所述砂的细度模数为2.3-3.1，表观密度为2400-2600kg/m
所述减水剂为三(1-甲基乙基)萘磺酸钠；所述石膏为磷石膏。
秸秆纤维结构紧密，有较好的韧性和抗拉强度，本发明对秸秆纤维进行改性，不仅能利用秸秆纤维改善混凝土早期收缩应变产生的应力分布，以及当混凝土受到外力作用时提供拉应力，还能进一步保证与改性玄武岩纤维形成复合网络，显著提高混凝土的力学性能。
粉煤灰和矿粉属于火山灰效应的矿物掺合料，在混凝土的强度和硬度方面发挥重要作用，但研究发现，水泥、粉煤灰与矿粉在水化过程中，体积会发生微小缩减，本发明混凝土中添加的改性秸秆纤维与基体相容性好，能很好的抵抗这种缩减，保证最终混凝土的力学强度。
本发明对玄武岩纤维进行改性处理，进而提高玄武岩纤维混凝土的力学性能，加入的石膏组分能保证改性玄武岩纤维、改性秸秆纤维与混凝土材料的界面强度，改善玄武岩纤维混凝土土的力学性能。
本发明公开了以下技术效果：
本发明的方法可以有效提升玄武岩纤维混凝土的力学性能，进而满足复杂使用环境下对玄武岩纤维混凝土力学性能的工程需要。
本发明方法简单、高效，在建筑工程领域具有极大的推广应用前景。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
本发明以下实施例中所用玄武岩纤维的长度为10-15mm，单丝直径为10-15μm；水泥为普通硅酸盐水泥PO42.5，粉煤灰为一级粉煤灰；砂的细度模数为2.3-3.1，表观密度为2400-2600kg/m
实施例1
(1)玄武岩纤维改性：
a.将硅烷偶联剂(KH-550)、聚丙烯酰胺和水按照质量比0.15:0.5:10混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在42℃下反应2h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液(纳米二氧化硅的质量分数为15％)中，在60℃下反应1h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维；
(2)秸秆纤维改性：
将玉米秸秆纤维在35℃、质量浓度12wt％的氢氧化钠溶液中浸泡20min，将处理后的秸秆纤维于55℃、7g/L盐酸多巴胺溶液中浸泡18min，之后洗涤、干燥，得到改性后的秸秆纤维；
(3)混凝土制备：
将所述改性玄武岩纤维、改性秸秆纤维与水泥、粉煤灰、砂、减水剂、矿粉、石膏和水按照质量比为5：4：220：170：300：5：95：2：135拌和均匀，即得改性玄武岩纤维混凝土。
实施例2
(1)玄武岩纤维改性：
a.将硅烷偶联剂(KH-560)、聚丙烯酰胺和水按照质量比0.2：0.45:10混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在45℃下反应2h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液(纳米二氧化硅的质量分数为12％)中，在55℃下反应0.5h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维；
(2)秸秆纤维改性：
将玉米秸秆纤维在35℃、质量浓度15wt％的氢氧化钠溶液中浸泡15min，将处理后的秸秆纤维于50℃、9g/L盐酸多巴胺溶液中浸泡18min，之后洗涤、干燥，得到改性后的秸秆纤维；
(3)混凝土制备：
将所述改性玄武岩纤维、改性秸秆纤维与水泥、粉煤灰、砂、减水剂、矿粉、石膏和水按照质量比为5：3：210：165：285：6：105：2：145拌和均匀，即得改性玄武岩纤维混凝土。
实施例3
(1)玄武岩纤维改性：
a.将硅烷偶联剂(KH-550)、聚丙烯酰胺和水按照质量比0.2：0.5:10混合，将玄武岩纤维加入得到的混合溶液中，在40℃下反应1.5h，之后洗净、烘干；
b.将步骤a处理后的玄武岩纤维加入纳米二氧化硅乙酸乙酯分散液(纳米二氧化硅的质量分数为13％)中，在65℃下反应1h，过滤，干燥，得到改性玄武岩纤维；
(2)秸秆纤维改性：
将玉米秸秆纤维在40℃、质量浓度10wt％的氢氧化钠溶液中浸泡18min，将处理后的秸秆纤维于56℃、7g/L盐酸多巴胺溶液中浸泡15min，之后洗涤、干燥，得到改性后的秸秆纤维；
(3)混凝土制备：
将所述改性玄武岩纤维、改性秸秆纤维与水泥、粉煤灰、砂、减水剂、矿粉、石膏和水按照质量比为5：4：235：175：265：5：98：2：135拌和均匀，即得改性玄武岩纤维混凝土。
对比例1
与实施例1不同之处仅在于，不对玄武岩纤维进行改性处理。
对比例2
与实施例1不同之处仅在于，不对秸秆纤维进行改性处理。
对比例3
与实施例1不同之处仅在于，不添加石膏。
效果验证例：
对本发明制备得到的混凝土进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1
其中：坍落度、流动性测试标准：GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验标准》；抗压强度、抗折强度测试标准：GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》；劈裂强度测试标准：按照JTG 3420-2020《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》；抗弯拉强度测试标准：按照JTG 3420-2020《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测试；限制收缩率测试标准：按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。