水泥防裂用聚丙烯纖維的製作方法

2023-09-21 08:07:35 1

專利名稱：水泥防裂用聚丙烯纖維的製作方法
技術領域：
本發明是關於抗裂、抗壓、抗折水泥混凝土製品的製備。它是在水泥混凝土中摻入少量多孔隙異形聚丙烯纖維(以下簡稱PPy纖維)，經混和、澆注或泵送成型製得抗裂、抗壓、抗折水泥混凝土製品的製備。
眾所周知，水泥在固化時的乾燥收縮導致基體內的應力不斷增加，在部分區域出現缺陷，即通常所謂的裂縫，由此導致水泥混凝土製品的強度、抗壓、抗折性下降，發生滲漏，影響在特殊領域(如地下建築、橋梁、水壩等)的應用。為防止水泥混凝土製品的開裂，提高製品的抗壓、抗折性能，最初人們在水泥混凝土中添加纖維(如無機石棉纖維、玻璃纖維或鋼纖維)。然而，石棉纖維的來源有限和致癌性、玻璃纖維和鋼纖維的耐腐蝕性差，其應用受到一定的限制。英國專利1,130,612針對上述增強纖維的缺陷，提出以裂膜聚丙烯纖維代替傳統的增強纖維。由於聚丙烯具有優良的抗腐蝕性，能與水泥基材相互粘著，故顯示出增強纖維應有的特性。但聚丙烯裂膜纖維表面的光滑，與水泥混和中不易分散，局部產生成團現象，因而影響了聚丙烯裂膜纖維的增強效果的發揮。美國專利4,261,754對英國專利1,130,612進行了改進，即先將裂膜纖維與純矽酸鹽水泥高速混和，使其在水泥中得以均勻分散，之後再加入沙、水攪和，澆注成型，由此達到了改善之目的。然而，裂膜纖維的纖維化是藉助於它與純水泥的高速攪和而實現的，這樣嚴格攪和和分二步的混和，對建築施工帶來困難與不便，而且聚丙烯裂膜纖維的纖維化與分散均勻性也較難控制。
剖析聚丙烯纖維作為增強水泥製品的關鍵是聚丙烯纖維與水泥材料間的粘合力，藉助於聚丙烯纖維的良好力學性能傳遞水泥固化過程中產生的應力，避免應力過於集中，達到防止裂縫的形成，並提高水泥混凝土的其它力學性能。由此可見，提高聚丙烯纖維的增強效果，應增大水泥與纖維之間的接觸面和其相互粘著力。
本發明為充分發揮聚丙烯纖維作為水泥混凝土增強纖維的作用，從以下三個方面著手1.以短纖維取代傳統的裂膜纖維，目的是改善纖維在水泥混凝土中的分散均勻性及改進均勻分散的工藝條件；2.以異形纖維取代裂膜纖維的扁平形式，目的是增大纖維與水泥間的接觸面積，從而提高兩者之間的粘著力；3.製備多孔隙纖維，目的是增加纖維表面的粗糙度，進一步提高水泥混凝土與纖維之間的粘著力。
眾所周知，由短纖維工藝製得的聚丙烯纖維較裂膜法製得的聚丙烯纖維的力學性能為優，另外，由於短纖維工藝所製得的聚丙烯短纖維彼此分開，且之間缺乏抱合力，極易在外力作用下相互分散。而相應的裂膜纖維分散需藉助於激烈的外力，使其彼此撕開，才能達到均勻分散的目的，兩者對比之下，顯然以短纖維為好。
增加短纖維與水泥混凝土之間的接觸面積是提高纖維增強作用的一個重要方面。減少短纖維的纖度是增加纖維表面積的簡捷方法，然而僅僅降低纖維的纖度，雖可大大地增加纖維的表面積，但纖維的剛性削弱，難以使其在水泥中挺直分布。為減少纖維在水泥中的捲曲，以異形(V、Y形)纖維取代常規的圓形纖維。這兩種纖維不僅保持了較大的表面積，纖維的剛性也遠大於圓形纖維。為使纖維更易分散，特選擇了Y形截面的聚丙烯短纖維(Y形截面詳見

圖1.噴絲孔截面圖)。由於Y形聚丙烯短纖維的挺直度獲得了很大的提高，克服了細旦短纖維易捲曲的缺點；與此同時，Y形具有一邊較長的特徵，防止了纖維相互靠攏和相互鑲嵌之排列，大大地提高了纖維的蓬鬆性，由此進一步改善纖維在水泥混凝土中分散性及其實施的簡捷。由本發明製得的Y形聚丙烯短纖維在與水泥混凝土混和時，不必有高速搗和的要求，且可一次混和完成，從而在提高聚丙烯短纖維摻入水泥混凝土中均勻性的同時，又簡化了混和工藝過程。
本發明為提高聚丙烯短纖維與水泥混凝土間的粘著力的措施為製備多孔隙的聚丙烯纖維，增加纖維表面的粗糙度。提高纖維孔隙率的原理是在紡絲過程中添加聚丙烯β晶系成核劑，憑藉β晶一般僅在成核劑存在下，從熔融結晶中獲得，且屬不穩定狀態，在拉伸時由β晶向α晶轉變，在這種轉變中晶核體積發生收縮，故在拉伸後纖維中留下孔隙。這種孔隙使原來光滑的表面變得粗糙，從而提高它與水泥混凝土之間的粘著力。
多孔隙聚丙烯纖維(PP纖維)的製備方法將MI＝23的PP切片(揚子石化廠S-904)添加0.1％喹啶酮E3B成核劑混和，造粒再經短纖維熔融紡絲擠出機進行紡絲(噴絲板孔形有圓形、Y形兩種，噴絲板孔數400f或800f)，拉伸(拉伸倍數7.5-8倍)，切斷(短纖維6-40mm)，測得纖維纖度6.6dtex，強度5cN/dtex，伸長＝22％，取向因子fx＝0.81，密度0.89g/cm3，聲模量＝125N/dtex，吸潮率0.12％。實施例一在水泥膠砂漿攪拌機中，以下述組分進行水泥混凝土的配製水泥 普通矽酸鹽水泥，上海水泥廠象牌525中砂 細度模數2.7石 5-25mm連續級配碎石粉煤灰 I級粉煤灰，上海石洞口電廠外加劑 符合JC473-92標準水 飲用水PP纖維 Y形、多孔隙纖維(孔隙率為3％；纖維長度6-40mm單纖纖度6.6dtex；纖維強度＞5CN/dtex；纖維模量＞125N/tex；纖維伸長＞20％；結晶度＞50％；取向度＞0.81)
水泥混凝土配製過程在攪拌機中先加入水泥與PPy纖維進行幹攪半分鐘，其後緩慢加入一定量水與其它物料攪拌均勻3分鐘後取出，供試驗。
(1)○形環試驗將上述物料澆注入外圓Ф250mm，內圓Ф190mm，高50mm的有底圓環，待水泥混凝土初凝後，鬆開外模和底模，將○形環置於溫度20±3℃，相對溼度60-70％環境下用風扇鼓風24小時後觀察○型環開裂情況。此○形環經一晝夜風吹未見有裂縫產生。(圖2，標號1為○形環開裂情況)。由此表明PPy纖維的摻入對控制、減少水泥硬化早期裂縫產生很大的作用，試樣在完全乾固後仍無裂縫。
(2)C30大流動混凝土試驗將上述物料調節水灰比，控制坍落度在12±2cm澆注成型。按普通混凝土聯合性能試驗方法GB-81對此水泥混凝土製品進行抗壓和抗折強度的測試，詳見表1。由表1與比較例比較可見，摻入PPy纖維的水泥混凝土抗壓較摻入普通聚丙烯纖維為佳，強度提高了23％以上，抗折強度提高10％左右。而較不加纖維的樣品相比則分別提高33％和83％左右。
表1 C30大流動混凝土中PPy纖維摻入混凝土性能的影響
比較例按實施例一的水泥混凝土的配比，僅改變其中聚丙烯短纖維的摻入情況，並進行水泥製品的製備。
1、○形環試驗(1)在水泥混凝土中不摻入聚丙烯短纖維，在○形環成型2小時即產生數條裂縫，24小時已呈明顯的開裂現象。(圖2 標號為空白的試驗)(2)在水泥混凝土中摻入普通聚丙烯纖維(纖維旦數6.6dtex)，在○形環成型後經一晝夜鼓風已見三條裂縫。(圖2 標號為2)(3)在水泥混凝土中摻入美國產纖維NYCON聚醯胺纖維，旦數6.6dtex)，在○形環成型後一晝夜鼓風，也見2條裂縫。(圖2 標號3)2、C30大流動混凝土試驗將上述物料調節水灰比及控制坍落度後澆注成型，按普通混凝土聯合性能測試方法GB-81對上述三種水泥製品進行抗壓和抗折強度試驗。水泥混凝土製品抗壓、抗折強度測試結果詳見表2。表2 C30大流動混凝土摻入不同纖維對混凝土性能的影響纖維品種纖維用量 水灰比 坍落度 抗壓強度(MPa) 抗折強度(MPa)(kg/m3) (％)(cm)7天28天 28天普通PP纖維 0.28 0.638 11.024.2 367.9美NYCON纖維 0.28 0.618 13.418.9 29.8 8.2無 0 0.618 14.522.2 33.3 4.7表2與表1比較可見，以普通PP纖維為增強纖維的水泥混凝土製品的抗壓和抗折強度均低於PPy纖維的水泥混凝土製品。
綜合○形環和C30大流動混凝土測試結果表明以PPy纖維為水泥混凝土製品的增強纖維具有分散性好、抗裂性佳、水泥製品的抗壓、抗折強度均有較大幅度的提高。
權利要求
1.一種包含聚丙烯纖維為增強纖維製備抗裂、抗壓、抗折水泥混凝土製品。其特徵在於以多孔隙、異形短纖維為水泥混凝土製品的增強纖維。
2.按權利項1所述的多孔纖維，其孔隙率為3％。
3.按權利項1所述的異形纖維是Y形纖維。
4.按權利項1、3所述的Y形纖維，其分枝夾角為120。其中一枝為另二枝的1.5倍。
5.按權利項1所述的聚丙烯短纖維(單纖纖度6.6dtex；纖維強度5cN/dtex結晶度＞50％；取向度＞0.81；纖維長度6-40mm)
全文摘要
本發明是關於抗裂、抗壓、抗折水泥混凝土製品的製備，屬建築材料類。它是在水泥混凝土中摻入0.9kg/m
文檔編號D06M17/00GK1152054SQ96116519
公開日1997年6月18日 申請日期1996年9月28日 優先權日1996年9月28日
發明者倪建華, 姜能升, 潘湘慶, 胡柏如, 王依民 申請人:山東虎山實業集團有限公司, 中國紡織大學