專利名稱：提高混凝土粘合強(qiáng)度的纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來增強(qiáng)混凝土的纖維，更具體地說，所使用的是用可提高混凝土粘合強(qiáng)度的物質(zhì)諸如特定的二醇醚或甘油醚涂布的纖維。
背景技術(shù)：
從金屬、玻璃和諸如聚烯烴的合成材料制的纖維已應(yīng)用于混凝土，以便提供附加的拉伸強(qiáng)度以及增強(qiáng)抵抗沖擊損壞和龜裂蔓延的能力，包括自發(fā)龜裂。諸如聚丙烯的聚烯烴纖維，由于材料的本性，往往是疏水的，因而需要潤濕劑，以便使其具有更易于在含水混凝土混合物中分散的表面張力特性。美國專利5399195(轉(zhuǎn)讓給Danaklon A/S)敘述了用潤濕劑處理的聚烯烴纖維，其處理方法包括使長絲束經(jīng)過潤濕劑施加輥。潤濕劑能夠選自通常施加于合成纖維的使其成為親水的潤濕劑，例如，乳化劑、表面活性劑、洗滌劑及其混合物?！?95專利中的例子包括脂肪酸甘油酯、脂肪酸酰胺、聚乙二醇酯、聚乙氧基酰胺、非離子表面活性劑和陽離子表面活性劑。然而，本發(fā)明者認(rèn)為在應(yīng)用于混凝土?xí)r現(xiàn)有技術(shù)的纖維涂料存在一些問題。一些自環(huán)氧乙烷的或含有脂肪族部分的涂布配方可以導(dǎo)致空氣或形成氣泡，如果與纖維表面相鄰，在形成龜裂時(shí)這可以使纖維撥脫的傾向增加。所以，需要新的涂層纖維、纖維涂布材料和應(yīng)用新涂層纖維改進(jìn)混凝土性能的方法。
發(fā)明概述為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種提高混凝土粘合強(qiáng)度并改善拔拉阻力的涂層纖維，并認(rèn)為這種纖維有助于抑制滲混涂層纖維的水泥混合物挾帶空氣的能力。纖維，優(yōu)選由聚丙烯制造者，采用選自下述的材料涂布，即在氧化烯基中有至少三個(gè)碳原子的特定的二醇醚，和甘油醚。所優(yōu)選的二醇醚纖維涂布材料是二丙二醇-叔丁基醚；而所優(yōu)選的甘油醚纖維涂料是二叔丁基甘油。本發(fā)明提出改進(jìn)混凝土性能的典型方法包括將具有上述涂布材料的纖維加到混凝土、灰泥或水泥混合物中，加入量為0.05～10％(重量)，更優(yōu)選為0.1～5％(重量)，以水泥的總干重為基礎(chǔ)計(jì)。本發(fā)明還涉及包含上述涂層纖維的水泥組合物。
典型實(shí)施方案詳述術(shù)語“漿料”“灰泥”和“混凝土”是技術(shù)術(shù)語漿料是由水硬水泥粘結(jié)劑(通常是，但不僅僅是，硅酸鹽水泥、圬工水泥、或灰砂水泥，以及也可以包含石灰石、熟石灰、飄塵、高爐礦渣、和二氧化硅煙，或一般包含在這類水泥中的其他材料)和水組成的混合物；灰泥是還包含細(xì)粒料的漿料；而混凝土是還包含粗粒料的灰泥。本發(fā)明的“水泥”組合物的制備方法可以包括將需要量的某些材料，例如水硬水泥、水、以及細(xì)的或粗的粒料，按照需要，與下述的涂層纖維混合。
本發(fā)明改進(jìn)混凝土性能的方法包括將0.05～10％(重量)的具有選自二醇醚和甘油醚的涂布材料的纖維加到混凝土、灰泥或水泥混合物中，加入量以水泥的總干重為基礎(chǔ)計(jì)；混合所得混合物，得到單根纖維均勻分布在其中的混凝土，灰泥或漿料；將所得混合物澆鑄到結(jié)構(gòu)中。更優(yōu)選，涂層纖維的加入量為0.1～5％，再優(yōu)選為0.5～2％，以水泥總干重為基礎(chǔ)計(jì)。術(shù)語“結(jié)構(gòu)”意指、指的是墻、地面、柵欄、塊體、路面、或通過澆鑄混凝土制成的建筑結(jié)構(gòu)或土木工程結(jié)構(gòu)的其他構(gòu)件，例如建筑物、停車庫、橋面、隧道等。本發(fā)明的涂層纖維也可以應(yīng)用在灰泥中。
本發(fā)明的典型的纖維包括鋼、玻璃、碳纖維、纖維素、人造纖維，或合成材料，如聚烯烴、尼龍、聚酯和丙烯酸系。優(yōu)選聚烯烴，例如聚丙烯。聚丙烯纖維的形式可以是單絲、依序整理的原纖化的、纖維條、或者具有其他形狀和成為不同細(xì)度和尺寸的束狀。纖維也可以采用機(jī)械或化學(xué)方法成束，或者甚至采用特殊的裝填方法進(jìn)入水泥組合物(參見，例如，W.R.Grace的美國專利5224774)。本發(fā)明的纖維可以在采用已知方法制造纖維過程中或者在此之后進(jìn)行涂布。
本發(fā)明的典型的涂層纖維是采用以下通式的二醇醚涂布的RO(AO)n-H式中，R包括C1～C7烷基或C5～C7環(huán)烷基；A包括C3～C4亞烷基；O是氧；n代表整數(shù)1～10,H是氫。形成這類二醇的鏈的AO基(例如“氧化烯”)可以包含單一類型的亞烷基醚基或亞烷基醚基的混合物，后者可以按嵌段或無規(guī)排列。本發(fā)明要求氧化烯基總含有至少三個(gè)碳原子。優(yōu)選的二醇醚是二丙二醇叔丁基醚，其結(jié)構(gòu)式為
二丙二醇正丁基醚，其結(jié)構(gòu)式為
和二丙二醇正丙基醚，其結(jié)構(gòu)式為
本發(fā)明的另一種典型的涂層纖維是用如下通式的甘油醚涂布的
式中，R1、R2和R3是氫或C1～C14烷基；所述的R1、R2和R3中的至少一個(gè)包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；x、y和z是整數(shù)0～10。
所優(yōu)選的甘油醚是二叔丁基甘油，其通式如下
通過如下非限制性的實(shí)例進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明。
實(shí)例1本實(shí)例說明，一種乙二醇，即，二縮三乙二醇單丁基醚(UnionCarbide公司出品，名稱“丁氧基二縮三乙二醇”(butoxytriglycol))，其在化學(xué)性能上與已知潤濕劑聚乙二醇-月桂基醚相似(參見，例如，美國專利5399195，第8欄，11.10～12)，與本發(fā)明所設(shè)想的二丙二醇叔丁基醚相比較的相對(duì)挾帶空氣性能。比較樣品灰泥是使用2％(重量)空氣挾帶劑制備的(以水泥干重為基礎(chǔ)計(jì))?？諝鈷稁┯蒞.R.Grace&Co-Conn(麻薩諸塞州·劍橋)出品，名稱為DARAVAIR1000。第二個(gè)灰泥樣品采用2％(重量)二縮三乙二醇單丁基醚(“butoxytriglycol”)制備。第三個(gè)灰泥樣品以含有也是2％(重量)的二丙二醇正丁基醚(“DPTB”)制備。將樣品混合9分鐘，按照ASTM C185(1994)測定空氣含量。結(jié)果總結(jié)于下表中，說明乙二醇(“butoxytriglycol”)所挾帶的空氣量與比較樣品相似。然而，含有DPTB的樣品3令人驚異地表明所挾帶的空氣約少2/3。
表1
實(shí)例2本試驗(yàn)測定各種涂層纖維的拔拉阻力。應(yīng)用長度為2英寸、直徑為0.0255×0.0395英寸的聚丙烯纖維制備三種樣品。樣品1包含具有包含聚乙二醇單月桂酯(“PEG單月桂酯”)的涂層的聚丙烯纖維，所述酯的分子量約400～500。樣品2是采用另外的以“butoxytriglycol”涂布的相同數(shù)量的聚丙烯纖維制備的。樣品3是采用另外的以二丙二醇叔丁基醚(“DPTB”)涂布的相同批的纖維制備的。將2英寸的纖維浸漬在涂布材料中進(jìn)行涂布，經(jīng)空氣干燥，然后，將涂布部分埋入相同的水泥漿料(淤漿)中，所埋入的纖維長度為1英寸。使水泥在相對(duì)濕度100％下固化24小時(shí)。用Instron 1011檢測三種樣品，測定把纖維從水泥中移出所需要的負(fù)荷(以磅計(jì))。通過測定移動(dòng)纖維所需要的平均峰值負(fù)荷，將該負(fù)荷除以纖維接觸水泥基體的平均表面面積，計(jì)算出拔拉阻力，或粘合強(qiáng)度(psi)。下表總結(jié)了所計(jì)算出的三種纖維樣品每一種的相對(duì)粘合強(qiáng)度。
表2
<p>樣品1顯示的粘合強(qiáng)度為12.48psi(標(biāo)準(zhǔn)偏差0.53)。樣品2顯示相似的粘合強(qiáng)度，為13.02psi(標(biāo)準(zhǔn)偏差0.54)。然而，樣品3，其包含涂布材料二丙醇叔丁基醚(“DPTB”)，顯示較高的粘合強(qiáng)度15.32psi(標(biāo)準(zhǔn)偏差0.37)。
前述實(shí)例僅為舉例說明而提供，并不想以此象權(quán)利要求那樣限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種改進(jìn)混凝土性能的方法，包括將0.05～10％(重量)的具有選自二醇醚和甘油醚的涂布材料的纖維加到混凝土、灰泥或水泥混合物中，加入量以水泥的總干重為基礎(chǔ)計(jì)；混所得混合物，得到單根纖維均勻分布在其中的混凝土，灰泥或漿料混合物；將所得混合物澆鑄到結(jié)構(gòu)中。所述的二醇醚具有以下通式RO(AO)n-H式中，R包括C1～C7烷基或C5～C7環(huán)烷基；A包括C3～C4亞烷基；O是氧；n代表整數(shù)1～10,H是氫。所述的甘油醚具有以下通式
式中，R1、R2和R3是氫或C1～C14烷基；所述的R1、R2和R3中的至少一個(gè)包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；和x、y和z是整數(shù)0～10。
2．權(quán)利要求1的方法，其中所述纖維包含選自鋼、玻璃、丙烯酸系和聚烯烴的材料。
3．權(quán)利要求1的方法，其中所述纖維包括聚丙烯。
4．權(quán)利要求3的方法，其中所述纖維涂布材料包括選自二丙二醇叔丁基醚、二丙二醇正丁基醚和二丙二醇正丙基醚的二醇醚。
5．權(quán)利要求4的方法，其中所述二醇醚包括二丙二醇叔丁基醚。
6．權(quán)利要求4的方法，其中所述纖維涂布材料包括如下通式的甘油醚
式中，R1、R2和R3是氫或C1～C14烷基；所述的R1、R2和R3中的至少一個(gè)包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；和x、y和z是整數(shù)0～10。
7．權(quán)利要求6的方法，其中所述甘油醚是二叔丁基甘油，和所述纖維包括聚丙烯。
8．用于改善混凝土性能的涂布纖維，包含許多采用選自二醇醚和甘油醚的材料涂布的纖維；所述的二醇醚具有以下通式RO(AO)n-H式中，R包括C1～C7烷基或C5～C7環(huán)烷基；A包括C3～C4亞烷基；O是氧；n代表整數(shù)1～10,H是氫；所述甘油醚具有以下通式
式中，R1、R2和R3是氫或C1～C14烷基；所述的R1、R2和R3中的至少一個(gè)包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；和x、y和z是整數(shù)0～10。
9．權(quán)利要求8的涂層纖維，其中所述纖維涂布材料包括選自二丙二醇叔丁基醚、二丙二醇正丁基醚和二丙二醇正丙基醚的二醇醚。
10．權(quán)利要求9的涂層纖維，其中所述纖維包括聚丙烯，和所述纖維涂布材料是二丙二醇叔丁基醚。
11．一種水泥組合物，包含水硬水泥粘合劑，水、細(xì)粒料、和采用選自二醇醚和甘油醚的材料涂布的纖維；所述的二醇醚具有以下通式RO(AO)n-H式中，R包括C1～C7烷基或C5～C7環(huán)烷基；A包括C3～C4亞烷基；O是氧；n代表整數(shù)1～10,H是氫；所述甘油醚具有以下通式
式中，R1、R2和R3是氫或C1～C14烷基；所述的R1、R2和R3中的至少一個(gè)包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；和x、y和z是整數(shù)0～10。
全文摘要
通過采用選自在氧化烯基中含有至少三個(gè)碳原子的某些二醇醚、和甘油醚的纖維涂布材料提高了混凝土和纖維的粘合。本發(fā)明涉及這類涂層纖維、應(yīng)用該涂層纖維改性混凝土的方法,和含有涂層纖維的水泥組合物。
文檔編號(hào)D06M13/192GK1234013SQ97198993
公開日1999年11月3日 申請(qǐng)日期1997年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月22日
發(fā)明者N·S·貝爾克, K·J·福利爾德, A·V·克爾卡, B·S·吉爾伯特 申請(qǐng)人:格雷斯公司