[发明专利]一种碳纤维复合混凝土及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，尤其是一种碳纤维复合混凝土及其制备方法。

背景技术

纤维增强混凝土按纤维力学性能可分为高弹性模量纤维混凝土和低弹性模量纤维混凝土。高弹性模量纤维混凝土在未产生裂纹之前，因纤维弹性模量较高，根据“混合定律”，复合材料的弹性模量岁纤维掺量增加而增加，开裂后主要是纤维受力。低弹性模量纤维混凝土一般易发生较大的蠕变，在裂缝形成发展阶段，纤维承受大部分应力，在持续的高应力作用一定时间后，复合材料会产生显著的变形。在混凝土中加入纤维的类型主要有钢纤维、聚酯纤维、碳纤维等，但钢纤维不耐腐蚀且自重大，拌合难度大，不易施工；聚酯纤维具有碱性，可与混凝土在内部发生碱化反应，影响混凝土的使用性能；而碳纤维具有高弹性模量、高强度、低密度、耐腐蚀的有点，在普通混凝土中加入碳纤维制成的碳纤维内约束混凝土，具有良好的力学性和耐久性能，运用前景十分广阔。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种抗裂、抗拉性能高，能满足不同施工要求的碳纤维复合混凝土及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种碳纤维复合混凝土，所述复合混凝土的质量份组成如下：硅酸盐水泥5-10份、天然细河砂10-20份、碎石15-30份、硅灰3-6份、粉煤灰1-2份、减水剂3.5-7份，所述天然细河砂的最大粒径小于3mm，所述碎石的最大粒径小于8mm；所述复合混凝土中还添加有短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维，所述短切碳纤维的用量为混凝土总体积的0.8-2.1％，钢纤维的用量为混凝土总体积的0.2-0.5％，所述棒状X型聚丙烯纤维的用量为混凝土总体积的0.1-0.3％，所述碳纤维复合混凝土中水料比为0.6-0.7。

进一步的，所述短切碳纤维的性能指标如下：纤维直径6.8μm，拉伸强度3900MPa，拉伸模量238GPa，伸长率1.72％，密度1.79g/cm³。

进一步的，所述短切碳纤维采用PAN基碳纤维或沥青基碳纤维中的至少一种。

进一步的，所述短切碳纤维采用PAN基碳纤维和沥青基碳纤维的混合物，其质量比为1:1.2-1.3。

进一步的，所述减水剂的质量份组成如下：β-萘磺酸盐甲醛缩合物15-25份、羟丙基甲基纤维素8-12份、烯丙醇聚氧乙烯醚5-8份、丙烯酸聚乙二醇酯3-5份、聚二甲基硅氧烷3-5份、肌醇六磷酸酯1.2-1.8份、茶皂素1.2-2.8份。

进一步的，所述减水剂的质量份组成如下：β-萘磺酸盐甲醛缩合物20份、羟丙基甲基纤维素10份、烯丙醇聚氧乙烯醚7份、丙烯酸聚乙二醇酯4份、聚二甲基硅氧烷4份、肌醇六磷酸酯1.5份、茶皂素2份。

进一步的，所述钢纤维为多锚点的弓形钢纤维。

进一步的，所述复合混凝土中短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维三者的合计添加量为混凝土总体积的1.2％。

进一步的，所述复合混凝土的质量份组成如下：硅酸盐水泥8份、天然细河砂15份、碎石28份、硅灰5份、粉煤灰1.5份、减水剂5份，所述天然细河砂的最大粒径小于3mm，所述碎石的最大粒径小于8mm；所述复合混凝土中还添加有短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维，所述短切碳纤维的用量为混凝土总体积的0.8％，钢纤维的用量为混凝土总体积的0.3％，所述棒状X型聚丙烯纤维的用量为混凝土总体积的0.1％，所述碳纤维复合混凝土中水料比为0.65。

制备一种碳纤维复合混凝土的方法，包括以下步骤：

(1)将短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维与硅灰、粉煤灰混合搅拌均匀后加入硅酸盐水泥中，混合搅拌均匀的到混合物；

(2)将天然细河砂、碎石与步骤(1)中得到的混合物加入搅拌机中进行干拌，然后加入减水剂和水，搅拌混合均与得到碳纤维复合混凝土。

本发明中钢纤维的规格：50mm×Φ1.0mm，Q195^#冷轧薄板材质。

本发明中棒状X型聚丙烯纤维的规格：19mm×Φ18μm。

采用本发明的技术方案的有益效果是：

1、本发明中将短切碳纤维、钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维三元混杂添加于混凝土中，能够进一步挖掘钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维的潜力，发挥出三种纤维的混杂效应以及尺寸效应，相对于钢纤维和棒状X型聚丙烯纤维二元混杂使用的方式，在保留聚丙烯单丝纤维优良的混凝土前期阻裂以及开裂后期增韧作用的同时，能够充分发挥塑钢纤维的微筋材效应，发挥其增强增韧效用；