[发明专利]一种增强混凝土用改性聚丙烯粗纤维及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯纤维，特别是涉及一种增强混凝土用改性聚丙烯粗纤维及制备方法，属于纤维技术领域。

背景技术

混凝土是世界上应用最广泛的建筑材料。混凝土具有很高的压缩强度，但其拉伸强度却很低，这导致了混凝土脆性大、韧性差、抗变形能力差等缺点。为了弥补混凝土在拉伸强度上的缺陷，钢筋通常被使用增强混凝土。除了钢筋外，各种各样的纤维，如钢纤维、植物纤维、玻璃纤维、合成纤维，也会被使用来提高混凝土的拉伸强度和韧性。

聚丙烯粗纤维，作为一种合成纤维，已经逐渐开始被使用在矿井、隧道衬里用的喷射混凝土，轻交通混凝土路面和预制混凝土构件中。混凝土衬里是隧道和矿井的最外层，用于支撑岩体，防止碎石滑落。在沿着隧道和矿井架好钢筋后，钢纤维增强的混凝土通常会被喷射到隧道和矿井的墙壁上。然而，钢纤维除了价格昂贵外，在潮湿的地下工程中，钢纤维很容易生锈腐蚀，降低增强效果。对于岩体松散的隧道和矿井，高用量的纤维十分必要的，然后钢纤维质地坚硬，高用量的钢纤维会抱团，很难分散在混凝土中。钢纤维在使用时还会磨损喷射机器，也会划伤工人。由于聚丙烯粗纤维可以有效的提高混凝土的韧性和混凝土裂后性能，已经开始逐步取代钢纤维在喷射混凝土中的应用。聚丙烯粗纤维还可以有效的减少混凝土的干缩裂纹，因此被广泛用于人行道、城市广场、户外停车场、园林景观道路、校园道路、操场等轻交通混凝土路面中，而取代常用的钢筋网。由于减少钢筋网的运输、搭架、切割、焊接等工作，使用聚丙烯粗纤维，可以减少施工和材料成本，加快施工进程。

中国专利ZL200410033670.X公开了一种混凝土用增强型改性聚丙烯粗纤维，纤维当量直径为0.1–1.2mm，拉伸强度为280–500MPa，弹性模量3.8–5GPa，纤维表面具有凹凸螺纹，并有亲水基团，来提高和混凝土之间的结合力。

中国专利ZL200810021644.3公开了一种混凝土用聚丙烯粗纤维及其制备方法，纤维直径为0.08–1.5mm，拉伸强度大于450MPa，弹性模量大于5GPa，纤维表面压痕处理，最后按长度要求切断打包。

中国专利ZL200510002624.8公开了一种异形塑钢纤维的生产方法，通过先进的生产工艺和纤维结构的特殊处理，以获得纤维表面粗糙、断面为五叶、六叶及多棱形状，横截面为凹凸型、波浪形、锯齿形的纤维。

从对聚丙烯粗纤维的改性方法可以看出，现有技术的研究都集中在通过使用物理方法形成粗糙的纤维表面、对纤维表面压痕和制备异形截面的粗纤维来提高纤维和混凝土的结合力。然而，这种物理处理方法制得的纤维，一般无法提供与混凝土足够的结合力，混凝土断裂后，大部分纤维都会被拔出，而不是被拉断。此外，物理处理的手段都大大降低纤维的拉伸强度和弹性模量。通过添加亲水性聚合物来改善纤维与混凝土之间的界面也存在着局限性。过多的亲水性聚合物会使纤维表面存在水膜聚集，使局部水灰比过大，也使混凝土基材无法充分的包裹纤维，从而影响纤维的增强效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型增强混凝土用改性聚丙烯粗纤维，该纤维表面因具有亲水基团或/和硅氧基团或/和SiO₂，可以与混凝土发生化学界面结合，从而大大提高了纤维和混凝土的界面结合力。由于界面结合力的大幅度提高，混凝土断裂时，纤维不再是被拔出，而是被拔断，因此纤维的拉伸强度被充分开发和利用，进而纤维的增强效果被大幅度提高。由于化学界面结合，纤维不必再通过物理手段制成异形截面来提高与混凝土的结合，表面光滑的纤维就可以提供很好的界面结合，并保持了纤维原本的高拉伸强度和高弹性模量。本发明的聚丙烯粗塑料纤维与混凝土有很好化学界面结合，并保持了自身的高力学性能，因此可以有效的提高混凝土的韧性和裂后性能，从而取代钢纤维和钢筋，应用于隧道、矿井衬里用喷射混凝土、轻交通混凝土路面和预制混凝土构件。

本发明的增强混凝土用改性聚丙烯粗纤维，其特征在于：该纤维为聚丙烯和重量为聚丙烯质量0.1％–40％的改性填料熔融共混、拉伸后制备而成。

所述的聚丙烯为等规度大于97％的均聚聚丙烯，熔融指数(MFI)在载重2.6kg、温度230℃条件下小于4dg/min。

所述的改性填料为有机改性剂、偶联剂、无机改性填料中的一种或一种以上的混合物。优选，单一的改性填料添加量不高于30％。

所述的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。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吸水的缺陷，从而提高了与混凝土的亲和力。