[发明专利]一种制造短切碳纤维增强混凝土的方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种碳纤维增强混凝土的制备方法。

背景技术

水泥混凝土是当今消耗最多的建筑材料，但水泥混凝土又存在抗拉强度低、干缩率大、脆性大和抗冲击性能差等缺点，而碳纤维以其高强、高模、质轻、耐腐蚀性好等优点能改善普通水泥混凝土的不足。短切碳纤维填充到混凝土中，约束微裂缝扩展，提高混凝土的抗裂性、抗渗性和抗冻性，提高韧性，减少干缩变形，可以明显地改善混凝土结构的力学特性。再者，短切碳纤维的掺入可以提高混凝土的导电性，使得短切碳纤维增强混凝土(以下所述的“碳纤维混凝土”均指“短切碳纤维增强混凝土”)兼具结构材料和功能材料的特性。如将碳纤维混凝土用于各种公路路面、桥梁路面工程，利用短切碳纤维增强混凝土良好的导电性，将电能转化为热能，制成可融雪化冰的功能路面，用于机场、桥面、坡道等；利用碳纤维混凝土良好的电磁屏蔽特性，用于信息保密机构的建筑围护结构；碳纤维混凝土还具有感知应力应变、结构损伤、裂纹等的能力，可制成传感器用于土木工程结构的健康监测、路面交通测速、称重等。随着工业技术的进步，碳纤维价格降低较快，将有利于碳纤维混凝土在工程领域的应用。

目前碳纤维的分散主要采用物理方法、化学方法或两者兼有的分散方法。物理分散方法方面，如专利200520050437公开了一种专门用于碳纤维混凝土搅拌的设备；专利200610046791采用风吹吸方法将短切碳纤维与混凝土混合的方法制备碳纤维混凝土。这些方法需要配备新的搅拌设备，并且由于每束碳纤维有1000根以上，单靠采用物理拌合工艺难使水泥等微细颗粒进入碳纤维间，碳纤维分散比较困难。碳纤维成团一方面不能发挥碳纤维的作用，另一方面将会在混凝土内引入较大的孔洞，降低其耐久性和力学性能。碳纤维分散不均匀还会引起材料性能的离散性大。化学分散方法方面，一般采用强氧化剂、硅烷等对碳纤维进行表面处理，增加其含氧官能团数量，提高亲水性。除此之外，还使用纤维素醚类高分子材料作分散剂，降低水的表面张力，提高水的粘度以增加纤维间空间位阻，避免纤维分散后的重新团聚。如专利03128010.2公开了一种含温度补偿的高灵敏度短切碳纤维水泥基电阻应变传感系统，采用羟甲基纤维素纳作为分散剂，材料配合比为水泥∶碳纤维∶硅粉∶水∶分散剂＝100∶0.2～1∶15∶55∶0.4。专利200620097627.4公开了一种路面承载机敏传导装置，采用甲基纤维素作为碳纤维分散剂制备碳纤维混凝土，甲基纤维素用量为配制材料总质量的0.4％。采用上述方法，一般分散剂的用量与碳纤维用量相同，高粘性分散剂的加入使得混凝土拌合料粘性大、流动性变差。另外，分散剂包裹较多的水，使得混凝土拌合时水灰比提高。并且，分散剂吸附在水泥颗粒表面阻止水泥水化。因此，这样制造的碳纤维混凝土结构比较松散、孔隙率较高、抗压强度较低、硬化时间长。在制备工艺流程上，须先将短切碳纤维与分散剂水溶液混合，再将混合物与其它原材料混合。存在的问题是：受水灰比的限 制，分散剂水溶液的量过少，而碳纤维的根数巨大，难以分散碳纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的问题，提供一种能够大批量制备性能稳定、均一的碳纤维混凝土的新方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：将短切碳纤维在水溶性纤维素醚的水溶液中分散，再采用抄纸方法将碳纤维用过滤网或拖布从碳纤维悬浮液中滤出，待碳纤维烘干后从过滤网上的滤布或拖布上取下，即得一种碳纤维毡，然后将碳纤维毡切成边长为4～8cm的小方块，先使其与水泥混凝土原料干拌1～4min，再加水在搅拌机内混合1～4min，最后将混合料浇注密实成型后，即得碳纤维混凝土；碳纤维用量为碳纤维混凝土总体积的0.2～2.5％。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

第一，分散碳纤维的分散剂溶液总量较现有方法多，增加了碳纤维间的距离，更易分散碳纤维。

第二，第一次分散(即短切碳纤维在分散剂溶液中分散)、采用水溶性纤维素醚作为碳纤维毡中单根碳纤维之间的粘结剂等为第二次分散(即碳纤维毡遇水重新解体为短切碳纤维，均匀分散在水泥混凝土中)奠定了基础，有利于碳纤维与混凝土的拌合与分散。

第三，分散剂水溶液可以多次重复使用，降低了生产成本。

第四，本方法直接带入到混凝土中的分散剂量较少，降低了分散剂对混凝土性能的负面影响；

第五，混凝土搅拌时用水量比现有方法少，有利于提高混凝土的密实性。

第六，本发明有利于现场大量拌制性能稳定、均一的碳纤维混凝土，实现商品化生产。

附图说明