[发明专利]一种改性纤维增韧水泥基材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种改性纤维增韧水泥基材料及其制备方法。

背景技术

自19世纪20年代波特兰水泥问世以来，由其配制成的混凝土材料以卓越的建筑性能成 为目前应用最广、使用最成功的结构工程材料之一。然而，由于混凝土材料自身缺乏高延性， 导致1)极端荷载下的脆性破坏、2)因耐久性不足引起的正常荷载下破坏，以及缺乏可持续 性等方面的不足限制了该材料的应用。而其工程结构性能随时间退化及其对使用寿命的影响 这一重要问题也引起了国内外工程界的广泛关注，特别是我国大量使用的低质量混凝土材料 所导致的结构普遍开裂使得结构的耐久性进一步严重降低，由于其远远达不到其设计寿命要 求，这些结构的重建又会造成新一轮资源耗费。

针对这些问题，VCLi教授和梁坚凝教授通过对材料微观结构进行调整，考虑纤维特性、 基体特性和纤维/基体的界面特性及其之间的相互作用，成功开发了一种具有高韧性的纤维增 强水泥基复合材料。该高韧水泥基材料具有良好的多缝开裂及应变硬化特性，其极限拉伸应 变最高约可达普通混凝土的230～450倍。

然而，由于该水泥基材料随着龄期的增长，其高应变能力会发生一些变化。研究发现， 高韧性水泥基材料的抗压强度会随着龄期的增长逐渐增加，但应变能力不会，而是在大约10d 龄期的时候达到一个峰值，即此时纤维、水泥基体和纤维/基体界面达到一个最佳平衡状态。 后续随着龄期的逐渐增加，水泥基体和界面过渡区水化程度的发展，其性能逐渐趋于稳定， 抗压性能达到较高的程度，而高韧性水泥基材料的应变能力则趋于衰减到一个更低的水平， 一般长期应变能力为应变能力发展峰值的50％～60％。

并且，目前国内所研究制备的高韧性水泥基材料的高应变能力主要依赖于高性能进口纤 维，尤其是日本可乐丽公司的REC-15型PVA纤维。目前我国该类别进口纤维价格较为昂贵， 导致高韧性水泥基材料成本居高不下，不利于该种对建筑结构极为有利的新型建筑材料的推 广。而国产同类型的纤维制备的水泥基复合材料极限拉伸性能一般只有0.5％，性能远不如进 口纤维，这主要是由于未进行改性处理的纤维表面亲水基团与水泥基材料粘结力较强，使得 裂缝处局部纤维更易被拔断，而无法完全发挥纤维的形变性能所致。

国内外亦针对这一问题进行了许多研究。一种目前国内使用较广泛的方法是在纤维增强 水泥基材料制备过程中掺入一定量聚合物乳液，来达到更好的增韧效果。但是聚合物乳液的 掺入，会使水泥基材料的抗压抗折强度明显降低，无法满足普遍的强度需求。国外VCLi教 授提出了一种纤维表面覆油处理的专利，并与Kuraray公司合作，进一步研发了使用PEW蜡 处理纤维表面的工艺，取得了极大的提升，目前ECC材料中使用较广泛的即是该种纤维。但 该进口纤维价格极为昂贵，在2％纤维体积掺量前提下，每立方米高韧水泥基材料成本达到数 千元(其中纤维成本约占九成)，远高于普通混凝土材料，导致其应用和推广受到较大阻碍。 因此非常有必要研究一种进一步提升纤维韧性效果的方法，在达到相同韧性的要求时，亦可 一定程度降低纤维用量，降低高韧水泥基材料成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，解决传统水泥基材料的脆性开裂问题，进一步提升现有 高韧性水泥基材料的韧性及降低高韧性水泥基材料的力学性能衰减，本发明提供了一种改性 纤维增韧水泥基材料及其制备方法。

本发明提出的技术方案是：一种改性纤维增韧水泥基材料，其特征在于它由水泥、掺合 料、砂、水、减水剂、增稠剂和改性增韧纤维制备而成，水泥、掺合料、砂、水、减水剂、 增稠剂按质量份数为：水泥20～30份、掺合料10～30份、砂20～40份、水10～25份、减水剂 0.1～1份、增稠剂0～0.1份，改性增韧纤维的加入量为上述材料总体积的0.3～3％；

所述的改性增韧纤维由增韧纤维浸润于酸性可成膜物质稀释液干燥制备而成。

上述一种改性纤维增韧水泥基材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1).将增韧纤 维浸润于酸性可成膜物质稀释液，0.5min～2h后，将液体滤去，置于10℃～105℃环境中干燥 1min～2h后，用水冲洗分散后再干燥，得到改性增韧纤维；

2).制备增韧水泥基材料浆体：