[發(fā)明專利]一種具有增強(qiáng)效果的改性亞麻纖維的制備方法及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113277770B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙暉;黃冬輝;徐海生;陳達(dá);廖迎娣;歐陽峰
• 申請（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號: C04B20/12
• 分類號: C04B20/12;C04B28/04
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王楠

本發(fā)明提供一種具有增強(qiáng)效果的改性亞麻纖維的制備方法及應(yīng)用，廢棄玻璃粉溶解在過量氫氧化鈉溶液中得硅酸鈉與氫氧化鈉混和液，亞麻纖維浸泡其中預(yù)處理；甲醛、二羥基聚二甲基硅氧烷低聚物、聚乙烯醇單體發(fā)生縮聚，制得含有端羥基的甲醛?水溶性硅烷?聚乙烯醇縮合物；預(yù)處理過的亞麻纖維表面羥基與甲醛?水溶性硅烷?聚乙烯醇縮合物中端羥基發(fā)生高溫脫水反應(yīng)得改性亞麻纖維；摻加改性亞麻纖維到混凝土中制得纖維復(fù)合材料。本技術(shù)提高了亞麻纖維密實度、剛度、強(qiáng)度、彈性模量和抗拉伸能力，改性亞麻纖維混凝土復(fù)合材料體積穩(wěn)定性、力學(xué)性能、界面粘結(jié)性能好，能產(chǎn)生良好技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)保效益，有利于資源利用、節(jié)能減排和綠色建材生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于天然亞麻纖維高效利用和改性亞麻纖維混凝土材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有增強(qiáng)效果的改性亞麻纖維的制備方法及在其混凝土材料制備中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

自從波特蘭水泥問世以來，混凝土材料因其具有原材料來源廣泛、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)、綜合性能好等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于高層建筑、高速公路、港口碼頭、海底隧道、跨海大橋、島礁工程等土木工程結(jié)構(gòu)中。近幾年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市基本建設(shè)速度不斷加快，全國混凝土使用量持續(xù)增長。混凝土材料應(yīng)用在結(jié)構(gòu)工程中，其抗拉強(qiáng)度低，極限拉應(yīng)變小，同時混凝土材料硬化過程中因化學(xué)收縮、溫度收縮、塑性收縮、干縮和自收縮增加，混凝土表面會產(chǎn)生微裂紋，細(xì)微裂紋隨時間推移不斷擴(kuò)展，最終發(fā)展為較大裂縫。混凝土材料還易受到骨料、鋼筋、模板等不同部位收縮約束，混凝土拉應(yīng)力超過混凝土極限應(yīng)變將產(chǎn)生裂縫。這導(dǎo)致在實際使用過程中，混凝土結(jié)構(gòu)易開裂和耐久性能下降。

先前研究表明，混凝土材料中摻入纖維是改善混凝土脆性和提高混凝土材料抗裂性的有效措施。目前可供使用的纖維材料，按材質(zhì)可分為金屬纖維(鋼纖維)，無機(jī)纖維(玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維)和有機(jī)纖維(聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、芳香聚酰胺纖維)；按彈性模量可分為高彈性模量纖維(鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維)和低彈性模量纖維(有機(jī)纖維)。高彈性模量纖維的剛度大于混凝土，硬化混凝土產(chǎn)生微裂縫后，纖維開始受力，分擔(dān)混凝土所受應(yīng)力，可提高混凝土材料強(qiáng)度。纖維剛度越大，混凝土強(qiáng)度提高越明顯。低彈性模量的纖維剛度小于混凝土，在混凝土開裂之后受力，摻低彈性模量纖維是為了提高混凝土材料的延性、韌性、抗疲勞、抗沖擊性能。現(xiàn)有纖維材料中，鋼纖維因其具有優(yōu)良的增強(qiáng)效果，在土木工程領(lǐng)域已有應(yīng)用，但將長度過長、密度高的鋼纖維摻加到混凝土中易結(jié)團(tuán)，導(dǎo)致水泥漿體分層，降低了鋼纖維混凝土流動性和施工和易性。且鋼纖維與混凝土界面的粘結(jié)程度較低，鋼纖維混凝土破壞以拉斷和撥出為主。鋼纖維混凝土中的鋼纖維還易受到環(huán)境中氯離子腐蝕破壞，鋼纖維的銹蝕會影響混凝土耐久性和降低鋼纖維混凝土使用壽命，這些問題限制了鋼纖維混凝土的應(yīng)用。玻璃纖維雖具有較高的彈性模量，但其易折斷而改變玻璃纖維的長徑比。同時玻璃纖維在堿性環(huán)境中存在腐蝕的可能性，需與其他纖維混雜來制備纖維混凝土。碳纖維具有質(zhì)量輕，力學(xué)強(qiáng)度高、承受變形能力強(qiáng)、韌性、粘結(jié)性好、耐酸堿腐蝕、潮濕循環(huán)環(huán)境下耐久性好等特點(diǎn)，是一種理想的混凝土增強(qiáng)增韌材料。但碳纖維價格昂貴且碳纖維混凝土的施工難度較大，碳纖維在實際土木工程中的應(yīng)用受到一定限制。玄武巖纖維韌性和延伸率低，使用過程中易發(fā)生彎折破壞，不利于控制混凝土收縮變形，摻加玄武巖纖維還降低了混凝土和易性。更為重要的是，玄武巖纖維對礦源要求高，投資周期長，年產(chǎn)量低，這導(dǎo)致了玄武巖纖維難以在混凝土材料中大規(guī)模推廣應(yīng)用。有機(jī)合成纖維具有抗裂性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好、摻加工藝簡單、耐腐蝕，能改善混凝土延性、耐磨性、抗沖擊性好、用量少、自重輕、價格低等優(yōu)點(diǎn)。但是，有機(jī)合成纖維應(yīng)用過程還存在：如彈性模量低，變形大，摻加有機(jī)合成纖維到混凝土中對提高混凝土抗壓、抗拉、抗彎、抗折強(qiáng)度等力學(xué)性能不明顯、易老化，耐久性不好，有機(jī)合成纖維憎水表面與水泥界面粘結(jié)性弱，有機(jī)合成纖維達(dá)到最高拉伸強(qiáng)度前已和混凝土分離，達(dá)不到理想的增強(qiáng)效果等問題。有機(jī)合成纖維一般使用在力學(xué)性能要求不高、對耐久性要求高的土木工程結(jié)構(gòu)中。目前纖維混凝土材料在應(yīng)用過程中存在各種各樣的問題，阻礙了其推廣與應(yīng)用。開發(fā)出環(huán)境友好、來源廣、價格低廉、密度低、比強(qiáng)度、比模量高的新型纖維材料已引起人們的高度重視。