[发明专利]一种铁晶须增韧水泥基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种铁晶须增韧水泥基复合材料的制备方法；包括：步骤1，以氯化亚铁为原料，利用氢气还原法在管式炉中合成细小铁晶须；步骤2，配制一定浓度的羧甲基纤维素钠水溶液，对铁晶须的表面进行包裹羧甲基纤维素钠处理；步骤3，利用湿法球磨工艺将表面包裹羧甲基纤维素钠的铁晶须均匀分散到水泥中，得到晶须与水泥的混合粉料；步骤4，将混合粉料经常规水化凝固，即得铁晶须增韧的水泥基复合材料。本发明铁晶须的直径仅为0.5‑2μm，远远小于钢纤维直径(相差约1000倍)。本发明所涉及的铁晶须具有良好的强度和塑性。所以除了无机纤维的拔出、桥接和偏转等增韧效应外，铁晶须还可以发生塑性变形，消耗更多断裂能，进而增加整体材料的断裂韧性。

技术领域

本发明属于道路工程材料领域；尤其涉及一种铁晶须增韧水泥基复合材料的制备方法。

背景技术

韧性是材料在静力加载、冲击往复的作用下抵抗断裂的综合性质，是反映其内部结构性质的重要属性之一。韧性不足是混凝土材料发生脆性破坏的关键因素。而脆性破坏往往时间极短、不可观察、难以预警。随着高强度混凝土的进一步应用，混凝土的韧性不足问题表现得更为突出，为工程安全埋下巨大隐患。

水泥混凝土材料是一种通过水泥水化反应将水泥浆体硬化后得到的块体材料，其内部含有大量的水分和气孔。水泥浆体硬化后的强度主要来源于的C-S-H凝胶网络。而形成该凝胶网络的化学结合力主要为硅酸盐之间的化学反应形成的共价键、离子键等。其成键力决定了硅酸盐自身几乎不能发生塑性变形，只能表现出高脆性。其中的水分和气孔，虽然对断裂时裂纹的偏转对提高材料的韧性有一定的促进作用，但是对强度的损害作用更加明显。所以，在制备高强度的水泥基材料上需要尽可能得避免水分和气孔的形成。为此，在增加高强度水泥基材料的韧性上，目前主要采用添加增韧相的方法。添加各种纤维作为增韧相，是最常用的脆性材料增韧方法。刘艳军等发明了一种高性能玄武岩纤维增强增韧混凝土及其制备方法(CN202210220193.6)。他们利用玄武岩纤维单丝组成纤维束，然后将纤维束(直径为0.6-0.9mm,长度为4-5cm)加入到水泥中，显著增加了材料的抗折强度、裂纹宽度控制能力和韧性。另外，玻璃纤维以其高强度(单丝抗拉强度可达2500MPa)也常作为增韧剂加入水泥中。但玻璃纤维需要提前进行耐碱性处理，如引入耐碱组分和耐碱涂覆处理，并且其本身不具有的韧性，也属于脆性材料。黄政宇等研究了不锈钢纤维(直径为0.2mm、长度为13-20mm)对UHPC力学性能的影响，结果表明，不锈钢纤维对UHPC的弯拉韧性、抗压强度有显著的改善作用，不锈钢纤维的最佳体积掺量为2％。

以上研究结果表明，纤维材料作为增韧相可以显著提升水泥的抗折强度和断裂韧性。相比脆性的无机纤维，钢纤维本身具有更好的韧性和塑性，其增韧效果更好。目前用于增韧的钢纤维直径集中在0.1-2mm之间。根据细晶强化理论，更小的纤维对基体材料理应具有更好的增韧增强效果。为此，显著细化增韧纤维的尺寸是进一步提升材料强韧性的重要手段。但更细小的纤维在添加时易于发生团聚现象，成为受力状态下的缺陷。为此，制备一种能够均匀分散在水泥基体材料中的微米级增韧纤维，是本发明的目的和需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种铁晶须增韧水泥基复合材料的制备方法，解决现有技术所用纤维粗大且易团聚的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种铁晶须增韧水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，以氯化亚铁为原料，利用氢气还原法在管式炉中合成细小铁晶须；

步骤2，配制一定浓度的羧甲基纤维素钠水溶液，对铁晶须的表面进行包裹羧甲基纤维素钠处理；

步骤3，利用湿法球磨工艺将表面包裹羧甲基纤维素钠的铁晶须均匀分散到水泥中，得到铁晶须与水泥的混合粉料；

步骤4，将混合粉料经常规水化凝固，即得铁晶须增韧的水泥基复合材料。