專利名稱：一種中空多孔纖維在水泥混凝土制品中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中空多孔纖維的應(yīng)用，特別涉及的是該纖維在水泥混凝土中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
工程中廣泛應(yīng)用的水泥混凝土制品，普遍存在著易收縮開(kāi)裂、抗拉抗折強(qiáng)度低、韌性差、脆性大、抗沖擊性能較低等缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)板角斷裂、邊角剝落等問(wèn)題，限制了它在工程中的更廣泛使用。為此，人們研究在制品的水泥基材料中摻入有機(jī)合成纖維來(lái)改善混凝土的上述性能。
目前，纖維混凝土中常用的纖維按其材料性質(zhì)可分為金屬纖維(如鋼纖維和不銹鋼纖維)、無(wú)機(jī)纖維(主要有石棉等天然礦物纖維和抗堿玻璃纖維、抗堿礦棉、碳纖維等人造礦物纖維)和有機(jī)纖維(主要有聚丙烯、尼龍、聚乙烯、芳族聚酰亞胺等合成纖維和西沙爾麻等天然植物纖維)。其中使用較多的有鋼纖維、石棉纖維、聚丙烯纖維、碳纖維和玻璃纖維。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是將中空多孔纖維應(yīng)用到水泥混凝土制品中，有效地阻止混凝土塑性裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，可提高混凝土制品的抗拉強(qiáng)度和韌性，提高其抗沖擊性能、抗?jié)B性、抗凍性等耐久性能。
一種中空多孔纖維在水泥混凝土制品中的應(yīng)用，該中空多孔纖維為聚丙烯類增強(qiáng)纖維，該纖維截面具有中空并帶有3～9個(gè)孔的結(jié)構(gòu)，中空度大于20％，纖維的成空率大于98％，纖維直徑20μm～50μm，強(qiáng)度＞500N/mm2，彈性模量＞3500N/mm2，延伸率為15～30％，長(zhǎng)度6～25mm，纖維根數(shù)76～200百萬(wàn)/kg，密度＞0.70g/cm3，應(yīng)用于混凝土構(gòu)件、輕質(zhì)水泥構(gòu)件等水泥混凝土制品中，可提高混凝土制品的抗拉強(qiáng)度和韌性，提高其抗沖擊性能、抗?jié)B性、抗凍性等耐久性能。
中空多孔纖維在混凝土制品中的摻量范圍控制在0.5kg～2kg/m3之間。
與現(xiàn)有聚丙烯纖維比較可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的聚丙烯纖維密度小，不會(huì)增加混凝土結(jié)構(gòu)的自重；抗拉強(qiáng)度高，延伸率高，抗裂性能更為突出，可提高混凝土制品的抗拉強(qiáng)度和韌性，提高其抗沖擊性能、抗?jié)B性、抗凍性等耐久性能。
具體實(shí)施方式現(xiàn)就本纖維對(duì)水泥混凝土性能改善的作用機(jī)理做出闡述摻入少量本纖維后，混凝土內(nèi)部形成三維交錯(cuò)的支撐網(wǎng)絡(luò)。因本纖維的彈性模量高于早期塑性的水泥基材，且纖維直徑較細(xì)，纖維間距較小，摻入后有助于抑制混凝土早期塑性收縮變形，減少了微裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的幾率，混凝土得以保持較好的完整性。隨著纖維摻量的增加，纖維混凝土塑性開(kāi)裂隨之下降。由于中空多孔纖維的抗拉強(qiáng)度要高于普通實(shí)心聚丙烯纖維，這個(gè)性能使得其在早期抗裂和后期抗裂過(guò)程中都會(huì)發(fā)揮更大的作用。
在混凝土中摻入分散性能良好的本纖維，可在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的三維亂向分布的網(wǎng)絡(luò)體系，這一均勻的亂向網(wǎng)絡(luò)體系有助于混凝土受沖擊時(shí)動(dòng)能的吸收，從而提高混凝土的抗沖擊性能。由于中空多孔纖維的抗拉強(qiáng)度要高于普通實(shí)心聚丙烯纖維，使得其傳遞和吸收外荷載的能力更強(qiáng)。
均勻分布于混凝土的本纖維起了“承托”作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中微孔隙含量大大降低；同時(shí)本纖維的摻入減少了混凝土中的初始原生裂隙，所帶來(lái)的明顯的阻裂效應(yīng)使纖維混凝土的抗?jié)B能力得以提高。由于中空多孔纖維的阻裂能力要比普通實(shí)心聚丙烯纖維的高，因而由此帶來(lái)的抗?jié)B性能的提高幅度也更顯著。
在混凝土中摻入本纖維，可以緩解溫度變化引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力的作用，防止溫度裂縫的擴(kuò)展；同時(shí)，在混凝土中摻入本纖維的過(guò)程中引入了空氣，使混凝土內(nèi)空氣含量增加，抗凍性能得以改善。由于纖維中多孔的存在，使得混凝土的保溫提高，熱量散發(fā)速度減慢，因而相對(duì)于實(shí)心聚丙烯纖維而言，混凝土的抗凍性能會(huì)有更大程度的提高。
與現(xiàn)有聚丙烯纖維的比較(1)抗拉強(qiáng)度高目前常用的聚丙烯纖維的抗拉強(qiáng)度較低，一般只有270～330Mpa，本發(fā)明所提供的中空多孔聚丙烯纖維的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到500MPa以上，較高的抗拉強(qiáng)度不僅對(duì)提高混凝土制品的早期抗裂性能有益，而且對(duì)混凝土制品的抗拉強(qiáng)度、韌性的增加都有提高作用。
(2)密度小通常聚丙烯纖維的密度在0.91g/cm3，本發(fā)明的中空多孔聚丙烯纖維的密度僅為0.7g/cm3左右，較低的密度不會(huì)增加混凝土結(jié)構(gòu)的自重。
(3)延伸率高通常的聚丙烯纖維的抗拉強(qiáng)度僅為15％左右，本發(fā)明的中空多孔聚丙烯纖維的延伸率在25％左右，較高的纖維延伸率對(duì)提高混凝土的變形能力有更好的作用。
(4)抗裂性能更為突出常用的聚丙烯纖維對(duì)混凝土的抗裂性能提高的幅度通常為60～70％左右，本發(fā)明的多孔中空纖維對(duì)混凝土的抗裂性能提高幅度可達(dá)到95％以上。
現(xiàn)以實(shí)施例具體闡述本發(fā)明實(shí)施例1中空多孔聚丙烯纖維可有效地提高混凝土的抗裂性能試驗(yàn)表明，中空多孔聚丙烯纖維對(duì)混凝土的抗裂性能提高幅度達(dá)到99.5％。較之于目前常用的實(shí)心聚丙烯纖維提高程度高出30％左右；實(shí)施例2中空多孔聚丙烯纖維可提高混凝土的早期強(qiáng)度在混凝土中加入了中空多孔聚丙烯纖維后，由于孔的存在，纖維可以鎖住混凝土中的部分水分，使得混凝土在硬化過(guò)程中可以有效抵抗塑性收縮裂縫的產(chǎn)生。這樣，也可以使得在混凝土的表面聚集的水分減少，有利于提高混凝土的早期強(qiáng)度。
實(shí)施例3加入本纖維可提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。較之于未摻纖維的混凝土，每立方米C20混凝土中本纖維的摻量為0.9kg/m3時(shí)，其劈裂抗拉強(qiáng)度可提高15％；而普通的聚丙烯纖維對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度僅提高5～10％；實(shí)施例4加入該纖維可大大提高混凝土的抗凍性能。較之于未摻纖維的混凝土，每立方C50混凝土中纖維的摻量為0.9kg/m3時(shí)，50次凍融循環(huán)強(qiáng)度損失率降低100％，明顯高于實(shí)心聚丙烯纖維混凝土的抗凍能力。
實(shí)施例5加入該纖維可提高混凝土的抗?jié)B性能。較之于未摻纖維的混凝土，每立方米C25混凝土中該纖維摻量為0.9kg/m3時(shí)，混凝土的抗?jié)B性能提高60％。普通聚丙烯實(shí)心纖維對(duì)混凝土抗?jié)B性能可提高50％左右。
實(shí)施例6加入本纖維可大幅度提高混凝土的抗沖擊性能。較之于未摻纖維的混凝土，每立方米C50混凝土中本纖維摻量為0.9kg/m3時(shí)，混凝土的抗沖擊能力可提高65％。普通聚丙烯實(shí)心纖維對(duì)混凝土抗沖擊性能的提高程度在50％左右。
權(quán)利要求
1.一種中空多孔纖維在水泥混凝土制品中的應(yīng)用，其特征是該中空多孔纖維為聚丙烯類增強(qiáng)纖維，該纖維截面具有中空并帶有3～9個(gè)孔的結(jié)構(gòu)，中空度大于20％，纖維的成空率大于98％，纖維直徑20μm～50μm，強(qiáng)度＞500N/mm2，彈性模量＞3500N/mm2，延伸率為15～30％，長(zhǎng)度6～25mm，纖維根數(shù)76～200百萬(wàn)/kg，密度＞0.70g/cm3，應(yīng)用于混凝土構(gòu)件、輕質(zhì)水泥構(gòu)件等水泥混凝土制品中，可提高混凝土制品的抗拉強(qiáng)度和韌性，提高其抗沖擊性能、抗?jié)B性、抗凍性等耐久性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空多孔纖維在水泥混凝土制品中的應(yīng)用，其特征是中空多孔纖維在水泥混凝土制品中的摻量范圍控制在0.5kg～2kg/m3之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種中空多孔纖維在水泥混凝土制品中的應(yīng)用，該中空多孔纖維為聚丙烯類增強(qiáng)纖維，該纖維截面具有中空并帶有3～9個(gè)孔的結(jié)構(gòu)，中空度大于20％，纖維的成空率大于98％，纖維直徑20μm～50μm，強(qiáng)度＞500N/mm
文檔編號(hào)C04B28/00GK1994951SQ20061000525
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者張海文, 何唯平 申請(qǐng)人:深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司