[发明专利]一种自生长纳米钙矾石纤维增韧剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种自生长纳米钙矾石纤维增韧剂，由硫铝酸盐水泥熟料、石膏类原材料和氧化钙类原材料组成，其质量比为1∶1.0~3.1∶0.05~0.5；或者由硫铝酸盐水泥、石膏类原材料和氧化钙类原材料组成，其质量比为1∶0.4~1.6∶0.03~0.3。本发明增韧剂可与水泥共同使用，制备混凝土、砂浆和水泥制品。本发明增韧剂遇水后在混凝土内部自生长出的纳米纤维可对水泥基体起到增韧作用，可解决传统纤维混凝土中增韧纤维团聚、在混凝土中分散不均匀等问题，且与水化产物之间结合更紧密，粘结性能更好，故增韧效果更优。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种纳米纤维增韧剂，更具体地涉及一种自生长纳米钙矾纤维增韧剂粉末及其制备方法和应用。

背景技术

传统混凝土内部存在尺寸不同的大量原生微裂缝、空隙和缺陷，使其破坏多从内部缺陷或者微裂缝开始，在龄期、受力等因素作用下逐渐扩展成宏观裂缝，造成结构承载力下降，耐久性受到严重威胁。因此，混凝土具有韧性差、抗拉强度低和易开裂等缺点。

纤维的引入是提高混凝土韧性的有效途径之一。一方面，纤维由有效阻止裂缝的扩展，一旦混凝土发生开裂，连接裂缝两端的纤维将承担拉应力，从而起到抑制开裂的作用；另一方面，与基体结合紧密的纤维，还可起到抗裂的作用。因此，纤维混凝土抗拉强度和韧性相较于普通混凝土均有一定提高。引入混凝土中的纤维种类丰富，常用的有钢纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等，也有碳酸钙晶须、碳纳米管等微/纳米纤维。其中，掺加高弹模纤维如钢纤维可阻止混凝土裂缝扩展，有效地提高混凝土的抗拉强度和断裂韧性；掺入高延性的有机纤维如聚乙烯醇纤维，经合理设计纤维、基体以及纤维/基体界面过渡区三者性能，在纤维体积掺量仅为2%时，从受力开裂到极限破坏过程中产生的应变可达普通混凝土的150~300倍，具备显著的应变硬化能力以及裂缝宽度可控性。由此可见，纤维混凝土可在高荷载、大变形条件下持续工作，有效提高混凝土结构安全性。

目前，混凝土中纤维的引入多以外掺已制备完好纤维的方式，纤维存在分散不均匀、易结团、与基体结合不紧密等问题；而且，这种掺入已制备好纤维的方式限制了纤维掺量，通常，纤维掺量多在2%以下，限制了纤维的增韧效果。为了实现纤维尽可能地均匀分散，需在混凝土中掺加大量减水剂、增稠剂等外加剂组分，不可避免地增加了纤维混凝土的经济成本。因此，亟需研发一种新型纤维及其加入方式，解决混凝土中纤维难分散、掺量受限的问题，高效、经济地提高混凝土的抗拉强度和韧性。

发明内容

本发明的首要目的在于：提供一种可以均匀分散在胶凝材料中且与水化产物协调生长、紧密结合的自生长纳米钙矾石纤维增韧剂，本材料可提高混凝土抗拉强度。

本发明的第二个目的在于提供一种自生长纳米钙矾石纤维增韧剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供应用所述自生长纳米钙矾石纤维增韧剂增韧水泥的方法，该方法具有工艺简单、成本低廉、适于工业化生产的优点，且增韧效果显著。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供一种自生长纳米钙矾石纤维增韧剂粉末，由硫铝酸盐水泥熟料、石膏类原材料和氧化钙类原材料组成，其质量比为1∶1.0~3.1∶0.05~0.5；优选的质量比为1∶1.1~2.7∶ 0.10~0.4；更优选的质量比为1∶1.2~2.3∶0.15~0.3。

本发明所述增韧剂粉末方案中，硫铝酸盐水泥熟料包括以下质量百分比的化学组成：氧化钙38%~45%、三氧化二铝28%~38%、二氧化硅5%~10%、三氧化二铁1%~3%和三氧化硫8%~12%。

本发明所述增韧剂粉末方案中，硫铝酸盐水泥熟料包括以下矿物组成：无水硫铝酸钙、贝利特、铁铝酸四钙。