[发明专利]一种用于混凝土的非晶合金纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于非晶合金制备领域，涉及一种用于混凝土的非晶合金纤维及其制备方法。

背景技术

采用超急冷凝固技术制备的非晶合金，具有短程有序而长程无序的独特结构，表现出比传统的晶态合金更优异的物理和化学性能。非晶合金成分和组织均匀，无晶界、位错等晶体缺陷，因而具有强度高、韧性好、耐腐蚀性强等特点，使其非常适合添加到混凝土中用作增强材料。

混凝土经浇注以后，表面水分大量蒸发，出现快速脱水而产生收缩，这种收缩受到基底、模板和钢筋不同程度的约束，是一种不均匀的收缩过程，因而在混凝土内部产生不均匀的拉应力，在拉应力的作用下产生大量收缩微裂纹。当混凝土基体受到外力时，收缩微裂纹将逐渐扩展并相互贯通形成宏观大裂纹，最终导致混凝土结构破坏。控制混凝土裂纹最有效的办法就是向混凝土基体中加入一定体积比的纤维材料，纤维材料的加入可以提高混凝土的抗裂强度、改善韧性和阻止微裂纹扩展，延长混凝土的耐久性。

目前常用的混凝土增强纤维材料主要有：玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维和钢纤维等。玻璃纤维易折断、耐碱腐蚀差，在混凝土碱性环境中10年就溶蚀损坏；碳纤维性能优良，但每束碳纤维有1000根以上，在混凝土中搅拌分散困难，而且价格太高限制其应用范围；聚丙烯纤维与水泥相溶性差，水泥不易附在纤维表面；钢纤维在混凝土中易生锈，影响混凝土的使用寿命。

相比之下，用非晶合金纤维增强混凝土具有不可比拟的优势：（1）非晶合金纤维强度高，抗拉强度约为1400～2500MPa；（2）非晶合金纤维韧性好，可以反复弯曲，在混凝土中搅拌不会折断；（3）非晶合金纤维表面粗糙，与混凝土结合牢固；（4）非晶合金纤维耐腐蚀性极好，能提高混凝土抗酸碱盐侵蚀，延长使用寿命；（5）非晶合金纤维制作过程简便，从钢液到纤维成品一次成形。

中国实用新型专利ZL94213321.8公开了一种‘快速冷凝法制取纤维的装置’（冶金工业部钢铁研究总院于1994年6月10日申请），根据该装置先将熔化的钢水置于容器中，在液面上方装有高速旋转的辊轮，当轮缘接触钢水时，轮缘上粘附一定厚度的冷凝钢水，在离心力的作用下被甩出，从而获得一定长度的钢纤维。但该制备方法存在如下缺点：（1）液面直接接触空气易氧化，成分不易控制；（2）该装置制备的钢纤维只能得到微晶结构，不能制备出完全的非晶结构；（3）辊轮的下降速度和钢液液面的下降速度难以精确保持一致，导致制备的钢纤维厚度不均匀，且钢纤维的宽度无法控制。

发明内容

本发明的目的是得到一种尺寸可控、具有完全非晶结构的、用于混凝土的非晶合金纤维。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于混凝土的非晶合金纤维，采用单辊急冷法制备，其特征在于：该非晶合金纤维的成分按原子百分比为Fe_aCr_bM_cP_dC_e，M为Ni、Co、Mo、Mn、Nb、Ti、V、W、Cu、Al、Si、B中的至少一种，其中a为65～75%、b为3～15%、c为0.05～2%、d为4～15%、e为5～10%。

非晶合金纤维长度为5～40mm，宽度约为0.5～3mm，厚度约为20～40μm。

本发明的另一目的是提出一种用于混凝土的非晶合金纤维的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于混凝土的非晶合金纤维的制备方法，采用单辊急冷法，其特征在于，所述方法步骤为：

①按非晶合金纤维的成分式Fe_aCr_bM_cP_dC_e进行配料，其中a、b、c、d和e为原子百分比，M为Ni、Co、Mo、Mn、Nb、Ti、V、W、Cu、Al、Si、B中的至少一种，成分范围a为65～75%、b为3～15%、c为0.05～2%、d为4～15%、e为5～10%；

②将配比好的原料装入感应加热炉1中进行熔炼，形成成分均匀的钢液；

③将钢液浇入喷嘴包2，钢液从喷嘴包底部的喷嘴3开口处喷出；

④钢液喷到其下方高速旋转的冷却铜辊4表面，迅速冷却形成非晶合金纤维，所述冷却铜辊4工作面有多个等距分布的刻痕，通过调节喷嘴3大小和冷却铜辊4表面刻痕间距，控制非晶合金纤维长度、宽度和厚度。