聚丙烯粗纖維的製造方法及聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法
2023-06-04 10:20:31 1
專利名稱：聚丙烯粗纖維的製造方法及聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法
技術領域：
本發明公開一種噴射混凝土的實現方法，特別是一種在鐵路隧道、礦山礦井坑道、水利工程交通洞、引水洞、地下廠房洞室、工程邊坡、地鐵等工程應用中的聚丙烯粗纖維的製造方法及聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法。
背景技術：
現有的建築工程中，如鐵路隧道、礦山礦井坑道、水利工程交通洞、引水洞、地下廠房洞室、工程邊坡、地鐵等工程應用中，通常會採用到噴射混凝土工藝作為工程支護。現有技術中，普通常規的做法是採用摻鋼纖維的噴射混凝土，但是其存在一定的缺點，如鋼纖維價格高會導致加大工程造價，且存在回彈率高(常規鋼纖維噴射回彈率為25% -30% ),一次噴層薄(通常只有5mm左右)，噴射時粉塵大(粉塵質量濃度每立方米通常達到 270mg)，同時，由於混凝土中含有鋼纖維，導致噴射施工過程中容易損壞施工設備，容易結團堵管等，影響安全支護的及時性，影響施工進度，而且其在抗裂、抗滲、防火等性能也不足，以及鋼纖維抗腐蝕性差，長期耐久性也不理想。而另一種現有的施工方法掛鋼絲網噴射混凝土也存在施工麻煩，影響安全支護的及時性，影響施工進度的問題，以及存在抗腐蝕性差，長期耐久性不理想的不足。
發明內容
針對上述提到的現有技術中的噴射混凝土中的採用鋼纖維作為骨料容易產生的工程造價高、回彈率高、一次噴層薄、噴射時粉塵大等缺點，本發明提供一種新的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其採用聚丙烯粗纖維和有機納米材料作為骨料用於代替鋼絲網或鋼纖維，節約工程造價，提高施工進度，提高或改善粗纖維噴射混凝土的防裂、抗滲、抗折、韌性、抗疲勞、抗衝擊性以及抗凍融、耐火防爆裂性能。本發明解決其技術問題採用的技術方案是一種聚丙烯粗纖維的製造方法，該方法包括下述步驟a)聚丙烯粗纖維是將聚丙烯樹脂及其各組份投入到雙螺杆擠出機餵料倉，b)在溫度為200_230°C和壓力為65_85Mpa下進行融煉，c)經模頭由噴絲板擠出，進入恆溫浴槽冷卻至20-25 °C，d)然後進入第一七輥牽伸機進行牽伸，e)進入恆溫浴箱加溫至170°C -190°C左右，接著進入第二七輥牽伸機進行二次牽伸，f)再進入恆溫箱加溫至170-190°c左右，出來後進行再次牽伸，定型，g)再次進行加溫至120-125°C，將溫度為120-130°C的圓絲送入軋花機進行花型軋制，使其單纖維直徑或等效直徑為0. 5 I. 3mm，冷卻後形成粗纖維束；h)在完成拉伸後，對粗纖維束噴灑百分比濃度為3. 0% 5. 0%的常規聚丙烯紡絲用油劑後進行熱定型，i)再對纖維進行表面壓痕處理，j)對帶有花型的長絲進行短切，經計量後進行包裝入庫，k)最後按30mm 50mm的長度要求切斷、定量包裝。一種採用如上述的製造方法生產的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，該方法為按沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的投料順序進行投料，攪拌均勻後即成噴射混凝土，其中，沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子900份 1226份，石子80份 820份，聚丙烯粗纖維3 14份，水泥350份 516份，有機納米材料8 60份，水208份 312份。本發明解決其技術問題採用的技術方案進一步還包括
所述的聚丙烯粗纖維呈魚骨形。所述的有機納米材料包括矽鐵粉、多環磺酸鈉、速凝劑和石英粉，各組份按配比混合為粉狀，各組分的重量比為矽鐵粉6. 5份 21份，多環磺酸鈉0. 76份 2. I份，速凝劑4份 5. 5份，石英粉I份-8份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子920份 1206份，石子691份 816份，聚丙烯粗纖維3. 5 13. 5份，水泥356份 508份，有機納米材料9 58份，水215份 301份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子932份 1190份，石子699份 811份，聚丙烯粗纖維4 13份，水泥368份 499份，有機納米材料11 55份，水221份 293份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子943份 1182份，石子705份 806份，聚丙烯粗纖維4. 5 12. 5份，水泥379份 492份，有機納米材料16 47份，水227份 287份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子956份 1167份，石子712份 794份，聚丙烯粗纖維5 12份，水泥389份 486份，有機納米材料16 47份，水231份 278份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子970份 1152份，石子723份 789份，聚丙烯粗纖維5. 5 11. 5份，水泥395份 480份，有機納米材料17 44. 8份，水234份 262份。所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子985份 1145份，石子729份 781份，聚丙烯粗纖維5. 8 10份，水泥410份 478份，有機納米材料18 44. I份，水236份 259份。本發明的有益效果是本發明能大幅降低噴射混凝土的回彈率、提高工程的施工進度、縮短工程周期、減少工程材料浪費、降低工程造價、延長噴射施工設備的使用年限、提高或改善粗纖維噴射混凝土的防裂、抗滲、抗折、韌性、抗疲勞、抗衝擊性以及抗凍融、耐火防爆裂性能等，同時，本發明還能提高噴射混凝土工程質量和耐久性，特別能對巖爆發生頻率高的工程提供的支護作用效果明顯。本發明中採用的聚丙烯粗纖維是針對鋼纖維的用途進行研製的，它的截面形狀及比表面積和鋼纖維相似，聚丙烯粗纖維比重為0. 95kg/cm3，鋼的比重為7. 8kg/cm3,同樣體積摻量下，鋼纖維重量是聚丙烯粗纖維重量的8. O倍。因此，採用聚丙烯粗纖維代替鋼纖維可較大幅度降低成本，同時與鋼纖維比較，聚丙烯粗纖維的重量很輕，減少了材料運輸與混凝土拌合的工作量。本發明中採用的聚丙烯粗纖維的表面經過特別處理，所以聚丙烯粗纖維表面具有親和性，與水泥基體有極好的親和力和握裹力，在混凝土中分散性好，和易性佳，纖維不會結團，加上纖維間隔有壓痕呈不平狀態，提高了纖維與混凝土的黏結力和摩擦力，這樣混凝土在破壞的過程中聚丙烯粗纖維不易被拔出，纖維不易脫離混凝土基體，纖維混凝土抗彎韌性也提高。同鋼纖維相比，聚丙烯粗纖維減少了泵送設備、軟管和噴嘴的磨損，聚丙烯粗纖維具有很強的抗鹼性能，不像鋼纖維存在生鏽的問題。本發明中，採用聚丙烯粗纖維作為骨料做成的混凝土在火災後，纖維具有阻止混凝土膨脹爆裂的效用；且當它燃燒時，不會產生氮氣、硫、氯氣等有害氣體(合成纖維可以提高混凝土抗高溫爆裂的機理是高溫融化了纖維，形成氣體散失的通道，混凝土內部的溫度及氣體壓力明顯減小，使混凝土抵抗膨脹爆裂的能力和耐火性增強)。研究證明，採用聚 丙烯粗纖維的噴射混凝土的早期抗彎韌性及能量吸收能力高於鋼纖維混凝土和鋼絲網混凝土，即在各種纖維中，聚丙烯粗纖維對早齡期混凝土韌性和能量吸收能力的改善效果最為顯著，當隧道巖石變形大時用聚丙烯粗纖維噴射混凝土代替鋼纖維混凝土和鋼絲網混凝土是最合適的選擇，特別是對巖爆發生頻率高的工程提供的支護作用效果明顯。聚丙烯粗纖維具有很好的抗腐蝕性，用於惡劣環境下比鋼纖維更合適，聚丙烯粗纖維的使用是安全的，不會給人帶來任何傷害。總之，聚丙烯粗纖維用於溼噴射混凝土，代替鋼絲網或鋼纖維，具有耐久性好、抗彎曲韌性與鋼纖維混凝土相當，施工時輕且安全和減少了纖維混凝土噴射中對設備的磨損等優點。下面將結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。
圖I為本發明中聚丙烯粗纖維結構示意圖。圖2為本發明實施工藝流程圖。
具體實施例方式本實施例為本發明優選實施方式，其他凡其原理和基本結構與本實施例相同或近似的，均在本發明保護範圍之內。本發明中保護一種聚丙烯粗纖維的製造方法，其步驟如下I)聚丙烯粗纖維是將聚丙烯樹脂及其各組份投入到雙螺杆擠出機餵料倉，m)在溫度為200_230°C和壓力為65_85Mpa下進行融煉，n)經模頭由噴絲板擠出，進入恆溫浴槽冷卻至20-25 °C，0)然後進入第一^t輥牽伸機進行牽伸，p)進入恆溫浴箱加溫至170°C -190°C左右，接著進入第二七輥牽伸機進行二次牽伸，q)再進入恆溫箱加溫至170-190°C左右，出來後進行再次牽伸，定型，
r)再次進行加溫至120_125°C，將溫度為120_130°C的圓絲送入軋花機進行花型軋制，使其單纖維直徑或等效直徑為0. 5 I. 3mm，冷卻後形成粗纖維束；s)在完成拉伸後，對粗纖維束噴灑百分比濃度為3. 0% 5. 0%的常規聚丙烯紡絲用油劑後進行熱定型，t)再對纖維進行表面壓痕處理，u)對帶有花型的 長絲進行短切，經計量後進行包裝入庫，V)最後按30mm 50mm的長度要求切斷、定量包裝。本發明中，按沙子(本實施例中的沙子採用常規的混凝土用沙子，通常沙子的細度模數為2. 4-2. 8)、石子(本實施例中的沙子採用常規的混凝土用米石，米石的超徑小於5%，遜徑小於10% )、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的投料順序進行投料，攪拌均勻後即成噴射混凝土，其中，沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子900份 1226份，石子80份 820份，聚丙烯粗纖維3 14份，水泥350份 516份，有機納米材料8 60份，水208份 312份。本實施例中，聚丙烯粗纖維為將聚丙烯及其各組分投入到雙螺杆擠出機餵料倉後，在溫度為200-230°C和壓力為65-85Mpa下進行融煉，經模頭由噴絲板擠出，進入恆溫浴槽冷卻至20-25°C，然後進入第一七輥牽伸機進行牽伸，進入恆溫浴箱加溫至170°C -190°C左右，接著進入第二七輥牽伸機進行二次牽伸，再進入恆溫箱加溫至170-190°C左右，出來後進行再次牽伸，定型，再次進行加溫至120-125°C，將溫度為120-130°C的圓絲送入軋花機進行花型軋制，使其單纖維直徑或等效直徑為0. 5 I. Omm,冷卻後形成粗纖維束；再次進行加溫至120-125°C，將溫度為120-130°C的圓絲送入軋花機進行花型軋制，使其單纖維直徑或等效直徑為0. 5 I. 0mm，冷卻後形成粗纖維束；再對纖維進行表面壓痕處理，對帶有花型的長絲進行短切，經計量後進行包裝入庫，最後按30mm 50mm的長度要求切斷、定量包裝。聚丙烯粗合成纖維由100%聚丙烯製成，其單纖維直徑或等效直徑為0. 5-1. 3mm,其抗拉強度為大於或等於450Mpa，彈性模量大於或等於5000Mpa，斷裂伸長率為15% -30%，耐鹼性能為95%以上。聚丙烯粗纖維是以優質的100%聚丙烯原膠為原料，經上述特殊的生產工藝生產的聚丙烯粗纖維再進行表面處理，請參看附圖1，本實施例中，聚丙烯粗纖維採用魚骨形，即聚丙烯粗纖維為粗細間隔設置形式，其同水泥基料有極強的結合力。當聚丙烯粗纖維摻入混凝土後，通過攪拌、在混凝土中分散均勻、縱橫交錯、亂向分布、相互搭接成為一張三維網狀撐託系統，在混凝土中起到一種純物理的加筋增強作用，同時，均勻分布在混凝土中的大量纖維，由於魚骨形的纖維表面呈凹凸狀，在混凝土之間握裹力極強，故可降低回彈率，降低粉塵濃度，可以有效地提高混凝土的密實度和抗滲透能力，提高了混凝土的斷裂韌性，從而提高了混凝土的抗拉強度。當纖維混凝土受到拉伸和衝擊力作用時，均勻分布且數目巨大的聚丙烯粗纖維起到吸收能量和分擔拉力的加強筋作用。因此，聚丙烯粗纖維混凝土具有抗衝擊及抗震的能力。本實施例中，有機納米材料包括矽鐵粉、多環磺酸鈉、速凝劑和石英粉，各組份按配比混合為粉狀，各組分的重量比為矽鐵粉6. 5份 21份，多環磺酸鈉0. 76份 2. I份，速凝劑4份 5. 5份，石英粉I份-8份。施工中根據工程強度要求，結合水泥標號確定使用不同牌號的添加材料。採用機械研磨法進行細化的納米材料，顆粒尺寸小，約(10±5)nm ；比表面積大,體積百分比(指在一立方米的膠凝材料中納米材料所佔的體積的本分比)達到30 % 40 %，它在粉碎的過程中顆粒與衝擊板及顆粒間的碰撞能量大部分轉化成顆粒的內能和表面能，致使顆粒比表面積和比表面能增大，其力學性能發生明顯變化，使其強度、硬度、抗老化性、耐久性等性能指標成倍提高。有機納米材料摻入水泥，加快了水泥誘導期和加速期的水化反應，使汽-液-固三相通過飽和度達到相應的濃度梯度，改善了水泥凝固的三維結構；同時改善水泥混凝土的堆積密度，既減表面水又減間隙水，使膠團產生聚合再聚合的作用。本發明採用的有機納米材料減水率為28% -33%，粘結力為3. 89Mpa(純水泥0. 8Mpa)。常規噴射混凝土的噴射回彈率為30% -40%，而本發明中摻入有機納米材料，噴射回彈率9%左右，一次噴層厚度可以達到350mm-1000mm，粉塵濃度降低30% -50%。利用本發明製造噴射混凝土時，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度為18Mpa左右，慘入有機納米材料後，28天強度可提聞到40Mpa以上。本發明中的新型複合材料中兩種材料(即聚丙烯粗纖維和有機納米材料)的組合配比是聚丙烯粗纖維6-8公斤，有機納米材料20-41. 9公斤，有機納米材料的摻量為水泥用量的5% _10%，使用時分別單獨摻加到每立方噴射混凝土中。
配製噴射混凝土時，採用強制式的機械攪拌設備，按沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的投料順序進行投料，把攪拌時間控制比平時延長10-30秒，適當增加減水劑用量來調節噴射混凝土的坍落度以達到現場噴射的施工要求。觀察至出機口纖維分散均勻再裝車運送至施工地點噴射應用。下面將以幾種具體的實施方式對本發明進行具體說明實施例一本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14_18cm，採用沙子900份，石子680份，聚丙烯粗纖維3份，水泥350份，有機納米材料8份，水208份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為7%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為30%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例二 本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14_18cm，採用沙子942份，石子691份，聚丙烯粗纖維4份，水泥221份，有機納米材料11份，水260份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為7%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為35%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例三本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14_18cm，採用沙子987份，石子701份，聚丙烯粗纖維5份，水泥388份，有機納米材料13份，水230份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為8%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為35%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例四本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1026份，石子712份，聚丙烯粗纖維6份，水泥413份，有機納米材料16份，水235份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為6. 5%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為38%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例五本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1055份，石子716份，聚丙烯粗纖維7份，水泥427份，有機納米材料21份，水240份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為6. 7%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為39%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例六本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1076份，石子719份，聚丙烯粗纖維8份，水泥439份，有機納米材料25份，水255份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為7. 5 %左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為40 %， 其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例七本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1089份，石子720份，聚丙烯粗纖維9份，水泥448份，有機納米材料35份，水267份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為7. 5%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為40%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例八本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1120份，石子750份，聚丙烯粗纖維10份，水泥459份，有機納米材料43份，水273份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為8 %左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為40 %，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例九本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1159份，石子781份，聚丙烯粗纖維11份，水泥471份，有機納米材料48份，水289份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為8. 2%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為45%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例十本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1173份，石子789份，聚丙烯粗纖維12份，水泥483份，有機納米材料50份，水296份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為8. 5%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為45%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。
實施例i^一 本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1195份，石子802份，聚丙烯粗纖維13份，水泥496份，有機納米材料55份，水305份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為8. 6%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為45%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例十二 本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1211份，石子814份，聚丙烯粗纖維13. 5份，水泥505份，有機納米材料58份，水307份，將物料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為8. 8%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為50%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。實施例十三本實施例中，配製強度等級為CF30的噴射混凝土，採用標號為P. 042. 5R普通矽酸鹽水泥，水膠比為0. 48，砂率為60%，坍落度為14-18cm，採用沙子1226份，石子820份，聚丙烯粗纖維14份，水泥516份，有機納米材料60份，水312份，將物·料按照順序投入強制式的機械攪拌設備中，至攪拌均勻，採用本實施例配比生產的噴射混凝土，噴射回彈率為9%左右，一次噴層厚度可以達到500mm以上，粉塵濃度降低為50%，其採用普通矽酸鹽42. 5#的水泥時，28天強度可達到45Mpa以上。本發明涉及應用於鐵路隧道、礦山礦井坑道、水利工程交通洞、引水洞、地下廠房洞室、工程邊坡、地鐵等工程噴射支護新型材料，是由聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合而成。採用本發明，可以實現如下好處I、本發明解決上述工程常規施工方法用摻鋼纖維噴射混凝土回彈率高、一次噴層薄、粉塵大、噴射施工過程中損壞設備、容易結團堵管、影響施工進度的不足，使噴射滑潤不堵管、支護及時、在保障施工安全性的同時提高施工進度。2、本發明解決常規施工方法用摻鋼纖維噴射混凝土一次噴射厚度偏薄、回彈率高、粉塵大、圍巖粘結強度較差、混凝土支護效果不理想、加大工程造價、造成工程材料浪費的不足，常規噴射回彈率為25% _30%，摻入聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合材料回彈率為6 % -8 %，噴射厚度可達500mm以上，粉塵濃度降低50 %，28天抗壓強度可達45Mpa以上，圍巖粘結強度高，混凝土韌性指數I5大於3，混凝土不掉塊。3、本發明解決用鋼纖維抗腐蝕性差，長期耐久性不理想的技術問題，聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合材料具有很強的抗鹼性能，不像鋼纖維存在生鏽的問題。4、本發明採用聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合材料代替了部分水泥，減少了水化熱(指水泥發生水化反應時所產生的熱量)，有利於混凝土早期塑性收縮裂縫的控制，有利於工程的耐久性。5、改善混凝土堆積密度，提高噴射混凝土的抗滲能力，使抗滲等級可達到S8以上。本發明主要應用於鐵路隧道、礦山礦井坑道、水利工程交通洞、引水洞、地下廠房洞室、工程邊坡、地鐵等工程應用的噴射支護複合新型工程材料，解決常規施工方法摻鋼纖維噴射混凝土回彈率高、一次噴層薄、粉塵大、噴射施工過程中損壞設備、容易結團堵管、影響施工進度等的不足，解決用鋼纖維抗腐蝕性差，長期耐久性不理想的不足.用於代替代替鋼絲網或鋼纖維，節約工程造價，提高施工進度，提高或改善粗纖維噴射混凝土的防裂、抗滲、抗折、韌性、抗疲勞，抗衝擊性以及抗凍融、耐火防爆裂性能。本發明能大幅降低噴射混凝土的回彈率、提高工程的施工進度、縮短工程周期、減少工程材料浪費、降低工程造價、延長噴射施工設備的使用年限、提高或改善粗纖維噴射混凝土的防裂、抗滲、抗折、韌性、抗疲勞、抗衝擊性以及抗凍融、耐火防爆裂性能等，同時，本發明還能提高噴射混凝土工程質量和耐久性，特別能對巖爆發生頻率高的工程提供的支護作用效果明顯。本發明中採用的聚丙烯粗纖維是針對鋼纖維的用途進行研製的，它的截面形狀及比表面積和鋼纖維相似，聚丙烯粗纖維比重為0. 95kg/cm3，鋼的比重為7. 8kg/cm3,同樣體積摻量下，鋼纖維重量是聚丙烯粗纖維重量的8. 0倍。因此，採用聚丙烯粗纖維代替鋼纖維可較大幅度降低成本，同時與鋼纖維比較，聚丙烯粗纖維的重量很輕，減少了材料運輸與混 凝土拌合的工作量。本發明中採用的聚丙烯粗纖維的表面經過特別處理，所以聚丙烯粗纖維表面具有親和性，與水泥基體有良好的親和力和握裹力，在混凝土中分散性好，和易性佳，纖維不會結團，加上纖維間隔有壓痕呈不平狀態，提高了纖維與混凝土的黏結力和摩擦力，這樣混凝土在破壞的過程中聚丙烯粗纖維不易被拔出，纖維不易脫離混凝土基體，纖維混凝土抗彎韌性也提高。同鋼纖維相比，聚丙烯粗纖維減少了泵送設備、軟管和噴嘴的磨損，聚丙烯粗纖維具有很強的抗鹼性能，不像鋼纖維存在生鏽的問題。本發明中，採用聚丙烯粗纖維作為骨料做成的混凝土在火災後，纖維具有阻止混凝土膨脹爆裂的效用；且當它燃燒時，不會產生氮氣、硫、氯氣等有害氣體(合成纖維可以提高混凝土抗高溫爆裂的機理是高溫融化了纖維，形成氣體散失的通道，混凝土內部的溫度及氣體壓力明顯減小，使混凝土抵抗膨脹爆裂的能力和耐火性增強)。研究證明，採用聚丙烯粗纖維的噴射混凝土的早期抗彎韌性及能量吸收能力高於鋼纖維混凝土和鋼絲網混凝土，即在各種纖維中，聚丙烯粗纖維對早齡期混凝土韌性和能量吸收能力的改善效果最為顯著，當隧道巖石變形大時用聚丙烯粗纖維噴射混凝土代替鋼纖維混凝土和鋼絲網混凝土是最合適的選擇，特別是對巖爆發生頻率高的工程提供的支護作用效果明顯。聚丙烯粗纖維具有很好的抗腐蝕性，用於惡劣環境下比鋼纖維更合適，聚丙烯粗纖維的使用是安全的，不會給人帶來任何傷害。總之，聚丙烯粗纖維用於溼噴射混凝土，代替鋼絲網或鋼纖維，具有耐久性好、抗彎曲韌性與鋼纖維混凝土相當，施工時輕且安全和減少了纖維混凝土噴射中對設備的磨損等優點。
權利要求
1. 一種聚丙烯粗纖維的製造方法，其特徵是所述的方法包括下述步驟 A、聚丙烯粗纖維是將聚丙烯樹脂及其各組份投入到雙螺杆擠出機餵料倉， B、在溫度為200-230°C和壓力為65-85Mpa下進行融煉， C、經模頭由噴絲板擠出，進入恆溫浴槽冷卻至20-25°C， D、然後進入第一七輥牽伸機進行牽伸， E、進入恆溫浴箱加溫至170°C-190°C左右，接著進入第二七輥牽伸機進行二次牽伸， F、再進入恆溫箱加溫至170-190°C左右，出來後進行再次牽伸，定型， G、再次進行加溫至120-125°C，將溫度為120-130°C的圓絲送入軋花機進行花型軋制，使其單纖維直徑或等效直徑為0. 5 I. 3mm，冷卻後形成粗纖維束； H、在完成拉伸後，對粗纖維束噴灑百分比濃度為3.0% 5. 0%的常規聚丙烯紡絲用油劑後進行熱定型， I、再對纖維進行表面壓痕處理， J、對帶有花型的長絲進行短切，經計量後進行包裝入庫， K、最後按30mm 50mm的長度要求切斷、定量包裝。
2.根據權利要求I所述的聚丙烯粗纖維的製造方法，其特徵是所述的聚丙烯粗纖維呈魚骨形。
3.一種採用如權利要求I所述的製造方法生產的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其特徵是所述的方法為按沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的投料順序進行投料，攪拌均勻後即成噴射混凝土，其中，沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子900份 1226份，石子680份 820份，聚丙烯粗纖維3 14份，水泥350份 516份，有機納米材料8 60份，水208份 312 份。
4.根據權利要求3所述的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其特徵是所述的有機納米材料包括矽鐵粉、多環磺酸鈉、速凝劑和石英粉，各組份按配比混合為粉狀，各組分的重量比為矽鐵粉6. 5份 21份，多環磺酸鈉0. 76份 2. I份，速凝劑4份 5. 5份,石英粉I份_8份。
5.根據權利要求I所述的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其特徵是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子920份 1206份，石子691份 816份，聚丙烯粗纖維3. 5 13. 5份，水泥356份 508份，有機納米材料9 58份，水215份 301份。
6.根據權利要求5所述的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其特徵是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子932份 1190份，石子699份 811份，聚丙烯粗纖維4 13份，水泥368份 499份，有機納米材料11 55份，水221份 293份。
7.根據權利要求6所述的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其特徵是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子943份 1182份，石子705份 806份，聚丙烯粗纖維4. 5 12. 5份，水泥379份 492份，有機納米材料16 47份，水227份 287份。
8.根據權利要求7所述的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其特徵是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子956份 1167份，石子712份 794份，聚丙烯粗纖維5 12份，水泥389份 486份，有機納米材料16 47份，水231份 278份。
9.根據權利要求8所述的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其特徵是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子970份 1152份，石子723份 789份，聚丙烯粗纖維5. 5 11. 5份，水泥395份 480份，有機納米材料17 44. 8份，水234份 262份。
10.根據權利要求9所述的聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，其特徵是所述的沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子985份 1145份，石子729份 781份，聚丙烯粗纖維5. 8 10份，水泥410份 478份，有機納米材料18 44. I份，水236份 259份。
全文摘要
一種聚丙烯粗纖維的製造方法及聚丙烯粗纖維和有機納米材料複合在噴射混凝土中的應用方法，該方法為按沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水、外加劑的投料順序進行投料，攪拌均勻後即成噴射混凝土，其中，沙子、石子、聚丙烯粗纖維、水泥、有機納米材料、水的重量比為沙子900份～1226份，石子680份～820份，聚丙烯粗纖維3～14份，水泥350份～516份，有機納米材料8～60份，水208份～312份。總之採用聚丙烯粗合成纖維和有機納米材料複合材料可明顯提高或改善粗纖維噴射混凝土的防裂、抗滲、抗折、韌性、抗疲勞，抗衝擊性以及抗凍融、耐火防爆裂性能。
文檔編號D02J3/00GK102797051SQ201210249608
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月18日 優先權日2012年7月18日
發明者林英男 申請人:林英男