[發明專利]一種微納纖維增強混凝土及其制備方法

有效

• 申請號: 201811557424.2
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109626881B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 李從舉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B16/10;C04B16/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了微納纖維增強混凝土，該混凝土包括表面具有第一親水基團的微米纖維和表面具有第二親水基團的納米纖維，其中，微米纖維在混凝土中的含量設置為2～5％，納米纖維在混凝土中的含量設置為5～10％。納米纖維通過填充水泥水化產物之間的孔結構，將粗大孔細化，改善了混凝土內部的孔結構，使混凝土的微觀結構更加致密，有效地限制了有害孔的形成。微米纖維、納米纖維與水泥共混得到的增強混凝土克服了其多尺度斷裂的特性，表面具有親水基團、具有高彈性模量的納米纖維和微米纖維極大提高了混凝土的力學性能，外加劑的加入進一步增強了混凝土的力學性能和耐久性，得到具有高抗彎、高強度、高韌的微納纖維增強混凝土。

技術領域

本申請屬于建筑材料技術領域，具體涉及微納纖維增強混凝土及其制備方法。

背景技術

混凝土作為當今世界上使用最廣泛的土工材料，在工程領域受到了廣泛地應用，但傳統混凝土具有抗裂能力差、韌性低、脆性明顯等缺點，一定程度上影響了建筑的外觀和使用壽命，最主要的是會嚴重威脅人民的生命和財產安全。為了減少混凝土材料因自身的缺陷而引發的事故問題，需全面提升混凝土的品質。

通常利用摻入礦物、纖維和聚合物材料等來提高混凝土的強度和韌性，但目前還沒有高抗彎的混凝土。盡管纖維是比較理想的混凝土增強材料，但在摻雜過程中，纖維容易發生團聚，極大的影響了纖維與基材之間的結合力，影響混凝土的力學性能。

發明內容

至少針對以上所述問題之一，本發明公開了微納纖維增強的混凝土，該混凝土包括：

微米纖維，其表面具有第一親水基團；

納米纖維，其表面具有第二親水基團；

其中，微米纖維在混凝土中的含量設置為2～5％，納米纖維在混凝土中的含量設置為5～10％。

進一步地，所述第一親水基團包括氨基、羧基、酰胺基或羥基，第二親水基團包括氨基、羧基、酰胺基或羥基。進一步地，所述納米纖維包括熱塑性聚氨酯纖維、聚苯乙烯纖維、氟化熱塑性聚氨酯纖維、聚二甲基硅氧烷或碳纖維中的至少一種。

進一步地，所述納米纖維的直徑為50～500nm，孔隙率為70～80％。

進一步地，所述微米纖維包括聚乙烯纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯-丙烯共混纖維或玄武巖纖維中的至少一種。

進一步地，所述微米纖維的直徑為5～20μm。

進一步地，所述混凝土還包括外加劑，該外加劑包括納米二氧化硅、納米二氧化鈦或納米碳酸鈣中的至少一種，該外加劑的含量設置為1～2％。

另一方面，本發明還公開了微納纖維增強的混凝土的制備方法，該方法包括：

1)靜電紡絲制備納米纖維；

2)微米纖維表面改性，使其表面具有第一親水基團；

3)納米纖維表面親水改性，使其表面具有第二親水基團；

4)納米纖維、微米纖維、水、外加劑混合，利用超聲波進行處理，靜置；

5)與普通混凝土混合，攪拌均勻。

進一步地，所述制備方法中，靜電紡絲制備納米纖維具體包括：

高分子聚合物加入溶劑，磁力攪拌，得到靜電紡絲溶液；

將靜電紡絲溶液加入噴頭，進行靜電紡絲，得到納米纖維；

其中，靜電紡絲溶液的濃度設置為10～30％，磁力攪拌的時間設置為不小于為6小時，靜電紡絲的電壓設置為10～30kV，紡絲液的推進速度設置為0.3～5mL/h，噴絲頭到滾筒的接收距離設置為15～30cm，紡絲環境溫度設置為20～45℃，周圍環境相對濕度設置為30～80％。