一種多級(jí)混雜纖維及其水泥基修補(bǔ)材料、制備方法與應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)一種多級(jí)混雜纖維及其水泥基修補(bǔ)材料、制備方法與應(yīng)用。所述多級(jí)混雜纖維包括：毫米級(jí)聚丙烯纖維、微米級(jí)碳納米管和納米級(jí)AlOOH顆粒。其中：所述微米級(jí)碳納米管通過(guò)AlOOH偶聯(lián)結(jié)合在毫米級(jí)聚丙烯纖維上形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，且所述毫米級(jí)聚丙烯纖維、微米級(jí)碳納米管均負(fù)載有所述納米級(jí)AlOOH顆粒。所述水泥基修補(bǔ)材料包括硫鋁酸鹽水泥40～50份、粉煤灰10～20份、細(xì)骨料45～50份、超細(xì)礦粉5～10份、所述多級(jí)混雜纖維0.1～0.3份、粘接劑0.05～0.2份和水。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)構(gòu)建樹(shù)枝狀的納米

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種多級(jí)混雜纖維及其水泥基修補(bǔ)材料、制備方法與應(yīng)用


[0001]本專(zhuān)利技術(shù)涉及混凝土修補(bǔ)材料領(lǐng)域，具體涉及一種多級(jí)混雜纖維及其水泥基修補(bǔ)材料、制備方法與應(yīng)用。

技術(shù)介紹

[0002]公開(kāi)該
技術(shù)介紹
部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公共交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐年增多。但是，城市間的交通流量和車(chē)輛速度的不斷提高給水泥路面帶來(lái)了高負(fù)荷運(yùn)輸壓力，此外施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)儲(chǔ)備的不足以及前期養(yǎng)護(hù)的不到位，使許多水泥路面出現(xiàn)了開(kāi)裂等結(jié)構(gòu)性的破壞，或者表現(xiàn)為功能性的缺陷，以致表面起皮、露砂、露石等早期病害提前出現(xiàn)，破嚴(yán)重影響了道路設(shè)施的正常使用。所以如何修補(bǔ)水泥混凝土路面，延長(zhǎng)路面服役壽命和服役質(zhì)量是當(dāng)前公共交通領(lǐng)域面臨的最主要問(wèn)題之一。針對(duì)上述問(wèn)題，目前普遍采用普通水泥基材料進(jìn)行修補(bǔ)，但現(xiàn)有的水泥基修補(bǔ)材料存在修補(bǔ)混凝土與舊有混凝土粘接差、養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)等方面的問(wèn)題，嚴(yán)重制約了水泥基修補(bǔ)材料的推廣應(yīng)用。
[0004]目前，也有采用有機(jī)與無(wú)機(jī)類(lèi)材料結(jié)合形成的修補(bǔ)材料，但由于有機(jī)與無(wú)機(jī)類(lèi)材料的結(jié)合能力較低，再加上水泥基復(fù)合材料是典型的脆性材料，這種修補(bǔ)料存在韌性差，易開(kāi)裂，折壓比較小，變形能力不足等方面的缺陷，尤其對(duì)施工效率和耐久性要求較高的工程，修補(bǔ)效果較差，難以滿(mǎn)足要求。纖維改性是在水泥砂漿的成型過(guò)程中加入少量纖維，從而改善砂漿的性能，提高使用品質(zhì)，滿(mǎn)足實(shí)際工程的特殊需求，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和前景。但是現(xiàn)有的纖維改性砂漿存在韌性不足、抗?jié)B性能相對(duì)較低和耐腐蝕性能較弱等缺點(diǎn)，難以滿(mǎn)足工程修補(bǔ)的要求。本專(zhuān)利技術(shù)發(fā)現(xiàn)：這是由于未能考慮水泥基體中的裂紋的產(chǎn)生機(jī)理而導(dǎo)致的，造成添加到水泥砂漿中的纖維并未發(fā)揮預(yù)期的作用，修補(bǔ)效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0005]鑒于此，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種多級(jí)混雜纖維及其水泥基修補(bǔ)材料、制備方法與應(yīng)用。本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)構(gòu)建樹(shù)枝狀的納米
?
微米
?
毫米多級(jí)混雜纖維材料，含有該纖維材料的水泥基修補(bǔ)材料具有高韌性、高粘接性和快速硬化等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)如下所示的技術(shù)方案。
[0006]第一方面，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)一種多級(jí)混雜纖維，包括：毫米級(jí)聚丙烯纖維、微米級(jí)碳納米管和納米級(jí)AlOOH顆粒。其中：所述微米級(jí)碳納米管通過(guò)AlOOH偶聯(lián)結(jié)合在毫米級(jí)聚丙烯纖維上形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，且所述毫米級(jí)聚丙烯纖維、微米級(jí)碳納米管均負(fù)載有所述納米級(jí)AlOOH顆粒。
[0007]進(jìn)一步地，所述毫米級(jí)纖維的長(zhǎng)度為6～15毫米，長(zhǎng)徑比為6～50。
[0008]進(jìn)一步地，所述毫米級(jí)纖維的材質(zhì)包括聚丙烯、聚乙烯醇纖維中的至少一種。
[0009]進(jìn)一步地，所述微米級(jí)碳納米管的長(zhǎng)度為1～5微米。
[0010]第二方面，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)所述多級(jí)混雜纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0011](1)將鋁源、尿素或者氨水、微米級(jí)碳納米管、毫米級(jí)纖維與水混勻，得混合料，備用。
[0012](2)將所述混合料進(jìn)行水熱反應(yīng)，完成后分離出固體產(chǎn)應(yīng)產(chǎn)物，干燥、即得所述多級(jí)混雜纖維。
[0013]進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述鋁源、尿素或者氨水、微米級(jí)碳納米管、毫米級(jí)纖維的重量份比為1～3：5～10：4～12：80～120。可選地，所述氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25～28％。所述水的添加量可根據(jù)上述原料的用量靈活調(diào)節(jié)，能夠滿(mǎn)足后續(xù)水熱反應(yīng)即可，本專(zhuān)利技術(shù)不做具體限定。
[0014]進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述鋁源包括氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁、醋酸鋁等中至少一種。
[0015]進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述水熱反應(yīng)的溫度范圍為150～220℃，時(shí)間范圍為6～18。在反應(yīng)過(guò)程中，所述尿素發(fā)生水解(CO(NH2)2+3H2O
→
2NH
4+
+2OH
?
+CO2)，并與鋁源提供的鋁離子反應(yīng)生成AlOOH，并在碳納米管和毫米級(jí)纖維表面的懸垂化學(xué)鍵的誘導(dǎo)下負(fù)載在微米級(jí)碳納米管和毫米級(jí)纖維表面，且部分AlOOH充當(dāng)偶聯(lián)劑將碳納米管和毫米級(jí)纖維通過(guò)聯(lián)接在一起，從而構(gòu)建出樹(shù)枝狀的納米
?
微米
?
毫米多級(jí)混雜纖維材料。
[0016]進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述干燥的方式包括烘干、凍干等中的任意一種。通過(guò)干燥去除所述固體產(chǎn)應(yīng)產(chǎn)物中的水分，得到粉狀的所述多級(jí)混雜纖維。
[0017]第三方面，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)一種水泥基修補(bǔ)材料，以重量份計(jì)，其原料組成主要包括：硫鋁酸鹽水泥40～50份、粉煤灰或者炭黑10～30份、細(xì)骨料30～60份、超細(xì)礦粉10～20份、所述多級(jí)混雜纖維0.1～1.0份、粘接劑0.05～1.0份、水灰比為0.16～0.3。
[0018]進(jìn)一步地，所述粘接劑為6800E膠或者乙烯
?
醋酸乙烯膠粉等，其在本專(zhuān)利技術(shù)中的主要作用是在修補(bǔ)料中快速形成交織的三維網(wǎng)絡(luò)，提高修補(bǔ)料對(duì)基材的附著力和施工性。
[0019]進(jìn)一步地，所述細(xì)骨料包括石英砂、河沙等中的至少一種。
[0020]進(jìn)一步地，所述水泥基修補(bǔ)材料中還包括助劑。優(yōu)選地，所述助劑包括減水劑1～5重量份、消泡劑0.5～5重量份、早強(qiáng)劑0.1～1.5重量份、膨脹劑1～5重量份等中的至少一種。
[0021]可選地，所述減水劑包括聚羧酸減水劑、萘系減水劑、脂肪族減水劑等中的任意一種。在本專(zhuān)利技術(shù)中，所述減水劑的主要作用為增加漿體工作性能。
[0022]可選地，所述消泡劑包括炔二醇、聚醚、磷酸三丁酯等中的任意一種。在本專(zhuān)利技術(shù)中，所述消泡劑的主要作用為消除氣泡。
[0023]可選地，所述早強(qiáng)劑包括三乙醇胺，亞硝酸鹽等中的任意一種。在本專(zhuān)利技術(shù)中，所述早強(qiáng)劑的作用為增加早期強(qiáng)度。
[0024]可選地，所述膨脹劑包括硫鋁酸鈣、氧化鈣等中的任意一種。在本專(zhuān)利技術(shù)中，所述膨脹劑的作用為抵消修補(bǔ)料收縮帶來(lái)的不利影響。
[0025]第四方面，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)所述水泥基修補(bǔ)材料在建筑、橋梁、公路等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0026]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案至少具有以下方面的有益效果：
[0027]本專(zhuān)利技術(shù)以鋁源、尿素、微米級(jí)碳納米管、毫米級(jí)纖維水熱構(gòu)建了具有特殊組成以及
微觀結(jié)構(gòu)的多級(jí)混雜纖維，通過(guò)該纖維材料有效提高了水泥基修補(bǔ)材料的韌性、力學(xué)強(qiáng)度和硬化速率，其主要原因在于：
[0028](1)水泥基體開(kāi)裂的主要由納米裂紋的逐步演化造成，而本專(zhuān)利技術(shù)的多級(jí)混雜纖維具有納米
?
微米
?
毫米三個(gè)維度的尺寸特點(diǎn)，從而能夠在混凝土中納米裂紋的早期、中期、末期各個(gè)演化階段進(jìn)行全程干預(yù)，阻滯裂紋的演化、發(fā)展，有效提升了修補(bǔ)材料的韌性。
[0029](2)負(fù)載在所述毫米級(jí)纖維表面的AlOOH納米顆粒和碳納米管并起到阻斷劑作用從而提高毫米級(jí)纖維的分散性，防止其在修補(bǔ)材料中團(tuán)聚，不僅影響發(fā)揮提升修補(bǔ)材料韌性的作用，而且還容易對(duì)修補(bǔ)材料的力學(xué)強(qiáng)度產(chǎn)生本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種多級(jí)混雜纖維，其特征在于，包括：毫米級(jí)聚丙烯纖維、微米級(jí)碳納米管和納米級(jí)AlOOH顆粒；其中：所述微米級(jí)碳納米管通過(guò)AlOOH偶聯(lián)結(jié)合在毫米級(jí)聚丙烯纖維上形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，且所述毫米級(jí)聚丙烯纖維、微米級(jí)碳納米管均負(fù)載有所述納米級(jí)AlOOH顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)混雜纖維，其特征在于，所述毫米級(jí)纖維的材質(zhì)包括聚丙烯、聚乙烯醇纖維中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)混雜纖維，其特征在于，所述微米級(jí)碳納米管的長(zhǎng)度為1～5微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的多級(jí)混雜纖維，其特征在于，所述毫米級(jí)纖維的長(zhǎng)度為6～15毫米，長(zhǎng)徑比為6～50。5.權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的多級(jí)混雜纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將鋁源、尿素或者氨水、微米級(jí)碳納米管、毫米級(jí)纖維與水混勻，得混合料，備用；(2)將所述混合料進(jìn)行水熱反應(yīng)，完成后分離出固體產(chǎn)應(yīng)產(chǎn)物，干燥、即得所述多級(jí)混雜纖維。6.權(quán)利要求5所述的多級(jí)混雜纖維的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鋁源、尿素或氨水、微米級(jí)碳納米管、毫米級(jí)纖維的重量份比為1～3：5～10：4～12：80～120；優(yōu)選地，所述氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25～28％；優(yōu)選地，步驟(1)中，所述鋁源包括氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁、醋酸鋁中至少一種；優(yōu)選地，步驟(2)中，所述水熱反應(yīng)的溫度范圍150～...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬秋成，劉金宇，魏永學(xué)，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：辰龍新材料科技發(fā)展山東有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：