[发明专利]一种多孔纤维改性混凝土

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土材料，尤其是一种多孔纤维改性水泥基材料的混凝土或砂浆。

背景技术

当今社会，火灾事故经常发生。对于那些发生在混凝土建筑物(如隧道、房屋、地下室等) 内的火灾事故，多数人员伤亡是由于混凝土爆炸或崩塌造成的。而导致混凝土爆炸或崩塌的主要 原因往往是：火灾发生时，混凝土温度在短时间内达到1200℃左右，混凝土中的水分瞬间膨胀为 大量的水蒸气，当水蒸气产生的膨胀压力超过混凝土内部的黏结力时，混凝土就会发生爆炸或崩 塌。为此，要采取措施保证火灾发生时混凝土不发生爆炸或崩塌。

目前常用的措施之一是在混凝土表面涂刷一层防火涂料。该方法只能改善混凝土表层的防火 效果，不能从根本上改善混凝土的抗爆性能，而且会大量增加工程量。

目前常用的另外一个措施是在混凝土中添加纤维材料。目前，混凝土中常用的纤维材料有金 属纤维(如钢纤维和不锈钢纤维)、无机纤维(主要有石棉等天然矿物纤维和抗碱玻璃纤维、抗 碱矿棉、碳纤维等人造矿物纤维)和实体有机纤维(主要有聚丙烯、尼龙、聚乙烯、芳族聚酰亚 胺等合成纤维和西沙尔麻等天然植物纤维)。其中金属纤维和无机纤维只能提高混凝土的内部结 合力，对防火抗爆没有作用。有机纤维虽然在一定程度上可以提高混凝土的防火抗爆性能，但是 由于它是实心的，因此这种作用并不明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：当在隧道等混凝土建筑物内发生火灾时能够防止或减弱混凝 土发生爆炸或崩塌，同时消除传统混凝土材料脆性大易开裂、抗冲击、抗拉以及韧性等机械性能 差的缺点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于水泥基材料的多孔纤维混凝土或砂浆，它由多 孔纤维和混凝土组成。多孔纤维是一种有机增强纤维，其原料可以是聚丙烯、聚丙烯腈、聚酯、 聚酰胺、聚乙烯、聚乙烯醇、碳纤维、芳纶纤维。多孔纤维具有延展性好、亲水性好，耐酸碱腐 蚀、耐候性、耐光等特点。其具体技术参数见表1。

本材料所需混凝土可以采用普通混凝土或砂浆、乳胶混凝土或砂浆、各种掺有化学外加剂的 混凝土或砂浆(如自收缩性混凝土、高抗冻性混凝土)，以及掺有硅粉、粉煤灰、钢纤维等材料 的混凝土或砂浆。

表1 多孔纤维技术参数

纤维截面 带2-17孔的圆形或异形截面

纤维直径 22m～56m

强度(N/mm²)＞250

极限延伸率(％) 10～30％

长度(mm) 6～25

纤维根数(百万/kg)76～200

密度(g/cm³)＞0.50

分散性 好。

根据实际工程的需要，多孔纤维在混凝土中的掺量范围控制在0.5kg～2kg/m³之间。随着纤 维添加量的增加，混凝土的防爆性能、防裂性能、防渗性、防冻性、抗冲击、抗磨性等性能逐渐 改善。

生产多孔纤维混凝土就是在混凝土原料中添加多孔纤维，然后充分搅拌即可。

使用本发明所述的多孔纤维混凝土施工，可以达到以下有益效果：

1、提高混凝土的防火抗爆性能

目前，隧道内的混凝土层厚度一般为0.3～0.5米。通常在火灾发生后的30分钟内这种混凝 土层就会发生爆炸或崩塌。如果采用添加了多孔纤维的混凝土建造工程，火灾发生后，多孔纤维 在温度达到170℃时软化，达到200℃时液化。多孔纤维液化后，混凝土中就会留下大量孔道， 这些孔道可以释放混凝土中由于水蒸气膨胀而产生的压力，这样就减少了混凝土发生爆炸或崩塌 的可能。当温度达到250℃时多孔纤维的原材料聚合物就会分解，这样，在混凝土内部就会空出 更多的容积，这进一步缓解了混凝土内部的水蒸气压力，减少混凝土发生爆炸或崩塌的可能。

2、提高混凝土的防裂性能

混凝土中掺入多孔纤维后，在混凝土内部形成三维交错的支撑网络。由于多孔纤维的弹性模 量高于已有的塑性水泥基材，且直径细，纤维间距小，因此掺入混凝土后有助于抑制混凝土早期 塑性收缩变形，减少了细微裂缝产生和扩展的可能，从而提高了混凝土的防裂性能。

另外，混凝土或砂浆中加入多孔纤维，既降低了混凝土的收缩能力，又提高了混凝土的粘聚 性，从而有效阻止了混凝土的离析和内部水分的迁移，减少了由于水泥浆体塑性收缩而产生开裂 的可能性。随着纤维掺量的增加，收缩的能量被分散到具有高抗拉强度而弹性模量较低的纤维上， 混凝土的韧性增强，混凝土细微裂缝受到抑制，开裂随之减少，。

3、提高混凝土的防渗性、防冻性能