[發(fā)明專利]一種螺旋形玄武巖微筋及制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110879260.0 | 申請日： | 2021-08-02 |
| 公開（公告）號： | CN113683331A | 公開（公告）日： | 2021-11-23 |
| 發(fā)明（設計）人： | 丁一寧;王慶軒;葛茂林;李東升;晏楚;陳佳軍 | 申請（專利權(quán)）人： | 大連理工大學 |
| 主分類號： | C04B20/12 | 分類號： | C04B20/12;C04B20/02 |
| 代理公司： | 大連理工大學專利中心 21200 | 代理人： | 李曉亮 |
| 地址： | 116024 遼*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 螺旋形 玄武巖 制備 方法 | ||
本發(fā)明提供一種螺旋形玄武巖微筋及制備方法，屬于新型復合材料領(lǐng)域。該微筋包括玄武巖單絲纖維和耐堿浸潤劑；將500～1500根平行的玄武巖單絲纖維通過耐堿浸潤劑集束粘結(jié)后，依次經(jīng)擠壓成形、螺旋扭轉(zhuǎn)、二次浸潤、烘干硬化、切斷后得到螺旋形玄武巖微筋。該微筋的制作工藝簡單，截面剛度高，摻入混凝土中不易結(jié)團與脆斷，可顯著提高微筋在新拌混凝土中的摻量上限；微筋的螺旋形結(jié)構(gòu)可改善其與混凝土之間的粘結(jié)性能，能夠更加有效地橋接裂縫和限制裂縫擴展，從而顯著改善混凝土的力學性能與耐久性；此外，微筋具有良好的耐堿、耐氯鹽腐蝕性能，有利于提高混凝土的耐久性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種螺旋形玄武巖微筋及制備方法，屬于新型復合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)
玄武巖纖維具有抗拉強度高(3000MPa)、耐腐蝕性好、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。相比于玻璃纖維，玄武巖纖維更加綠色、環(huán)保；生產(chǎn)每千克玄武巖纖維所需的總能耗(13MJ)比玻璃纖維(24MJ)降低46％，且玄武巖纖維的耐堿性能較高，與耐堿玻璃纖維(14.5wt％ZrO2)相當，更適合應用于混凝土基體的強堿性環(huán)境(pH12.5)中。相比于鋼纖維，玄武巖纖維的抗氯離子侵蝕性能更為出色，作為增強材料應用于混凝土時，可避免類似鋼纖維的銹蝕問題，保證玄武巖纖維在混凝土裂縫處具有良好的耐腐蝕性能，從而改善混凝土的耐久性與適用性。目前，短切玄武巖纖維主要有以下三種：單絲纖維、平直形微筋及帶肋微筋；其中，平直形微筋與帶肋微筋尚未投入工程應用。以上三種短切玄武巖纖維應用于混凝土時存在以下問題：
1)單絲纖維是目前應用于工程中的主要產(chǎn)品，其直徑一般小于20μm，其較小的截面剛度及單位質(zhì)量極高的纖維根數(shù)(表1)對新拌混凝土工作度的負面影響很大，極易引起纖維在混凝土中的結(jié)團現(xiàn)象(圖1a)及混凝土含氣量的明顯上升，導致纖維摻量難以提高。因此，單絲纖維對混凝土的增韌效果甚微，主要以較低的摻量在混凝土中限制收縮裂縫。
表1玄武巖單絲纖維與螺旋形玄武巖微筋的物理及幾何特征參數(shù)
2)平直形微筋與混凝土在脫粘前，二者的粘結(jié)性能主要取決于微筋與混凝土的化學和物理粘結(jié)力；在脫粘后，平直形微筋在混凝土中發(fā)生滑移，拔出荷載快速減小，粘結(jié)性能主要取決于摩擦力。平直形微筋的粘結(jié)-滑移曲線包圍的面積較小(圖2)，微筋的滑移耗能能力較弱，對混凝土的增韌效果較差。
3)帶肋微筋的制作工藝較復雜；此外，橫向肋在受力過程中可能與短切纖維束芯柱發(fā)生剝離，導致帶肋微筋對混凝土的增韌效果下降。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述短切玄武巖纖維應用于混凝土中的不足，本發(fā)明旨在提供一種具有螺旋形結(jié)構(gòu)的玄武巖微筋，如圖4所示。該微筋的截面剛度較單絲纖維提高了近8.76×105倍(表1)，摻入混凝土中不易結(jié)團與脆斷，可顯著提高微筋在混凝土中的摻量上限；與平直形微筋相比，該微筋與混凝土之間具有更好的粘結(jié)性能，如圖2所示。因此，該微筋能夠顯著改善混凝土的力學性能與耐久性。此外，與帶肋微筋相比，該微筋的制作工藝更為簡單且成本較低。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種螺旋形玄武巖微筋，其橫截面如圖3所示，包括單絲纖維1和耐堿浸潤劑5。所述的單絲纖維1為玄武巖單絲纖維；所述的耐堿浸潤劑5采用改性耐堿環(huán)氧樹脂、改性聚丙烯酸酯、改性聚醋酸乙烯酯等。將500～1500根平行的單絲纖維1通過耐堿浸潤劑5集束粘結(jié)后，依次經(jīng)擠壓成形、螺旋扭轉(zhuǎn)、二次浸潤、烘干硬化、切斷后得到螺旋形玄武巖微筋，其截面為矩形，長度為30～60mm、螺距為15～25mm；所述矩形的長寬比2～5、等效直徑0.5～0.8mm。
一種螺旋形玄武巖微筋的制備方法，包括以下步驟：
第一步，將500～1500根平行的單絲纖維1通過耐堿浸潤劑5集束粘結(jié)，然后采用專用模具將纖維束擠壓成矩形。
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