提高混凝土粘合強度的纖維的製作方法
2023-05-26 19:05:56 1
專利名稱：提高混凝土粘合強度的纖維的製作方法
技術領域：
本發明涉及用來增強混凝土的纖維，更具體地說，所使用的是用可提高混凝土粘合強度的物質諸如特定的二醇醚或甘油醚塗布的纖維。
背景技術：
從金屬、玻璃和諸如聚烯烴的合成材料制的纖維已應用於混凝土，以便提供附加的拉伸強度以及增強抵抗衝擊損壞和龜裂蔓延的能力，包括自發龜裂。諸如聚丙烯的聚烯烴纖維，由於材料的本性，往往是疏水的，因而需要潤溼劑，以便使其具有更易於在含水混凝土混合物中分散的表面張力特性。美國專利5399195(轉讓給Danaklon A/S)敘述了用潤溼劑處理的聚烯烴纖維，其處理方法包括使長絲束經過潤溼劑施加輥。潤溼劑能夠選自通常施加於合成纖維的使其成為親水的潤溼劑，例如，乳化劑、表面活性劑、洗滌劑及其混合物。′195專利中的例子包括脂肪酸甘油酯、脂肪酸醯胺、聚乙二醇酯、聚乙氧基醯胺、非離子表面活性劑和陽離子表面活性劑。然而，本發明者認為在應用於混凝土時現有技術的纖維塗料存在一些問題。一些自環氧乙烷的或含有脂肪族部分的塗布配方可以導致空氣或形成氣泡，如果與纖維表面相鄰，在形成龜裂時這可以使纖維撥脫的傾向增加。所以，需要新的塗層纖維、纖維塗布材料和應用新塗層纖維改進混凝土性能的方法。
發明概述為了克服現有技術的缺點，本發明提供了一種提高混凝土粘合強度並改善拔拉阻力的塗層纖維，並認為這種纖維有助於抑制滲混塗層纖維的水泥混合物挾帶空氣的能力。纖維，優選由聚丙烯製造者，採用選自下述的材料塗布，即在氧化烯基中有至少三個碳原子的特定的二醇醚，和甘油醚。所優選的二醇醚纖維塗布材料是二丙二醇-叔丁基醚；而所優選的甘油醚纖維塗料是二叔丁基甘油。本發明提出改進混凝土性能的典型方法包括將具有上述塗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)，更優選為0.1～5％(重量)，以水泥的總乾重為基礎計。本發明還涉及包含上述塗層纖維的水泥組合物。
典型實施方案詳述術語「漿料」「灰泥」和「混凝土」是技術術語漿料是由水硬水泥粘結劑(通常是，但不僅僅是，矽酸鹽水泥、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、和二氧化矽煙，或一般包含在這類水泥中的其他材料)和水組成的混合物；灰泥是還包含細粒料的漿料；而混凝土是還包含粗粒料的灰泥。本發明的「水泥」組合物的製備方法可以包括將需要量的某些材料，例如水硬水泥、水、以及細的或粗的粒料，按照需要，與下述的塗層纖維混合。
本發明改進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塗布材料的纖維加到混凝土、灰泥或水泥混合物中，加入量以水泥的總乾重為基礎計；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構中。更優選，塗層纖維的加入量為0.1～5％，再優選為0.5～2％，以水泥總乾重為基礎計。術語「結構」意指、指的是牆、地面、柵欄、塊體、路面、或通過澆鑄混凝土製成的建築結構或土木工程結構的其他構件，例如建築物、停車庫、橋面、隧道等。本發明的塗層纖維也可以應用在灰泥中。
本發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度和尺寸的束狀。纖維也可以採用機械或化學方法成束，或者甚至採用特殊的裝填方法進入水泥組合物(參見，例如，W.R.Grace的美國專利5224774)。本發明的纖維可以在採用已知方法製造纖維過程中或者在此之後進行塗布。
本發明的典型的塗層纖維是採用以下通式的二醇醚塗布的RO(AO)n-H式中，R包括C1～C7烷基或C5～C7環烷基；A包括C3～C4亞烷基；O是氧；n代表整數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，後者可以按嵌段或無規排列。本發明要求氧化烯基總含有至少三個碳原子。優選的二醇醚是二丙二醇叔丁基醚，其結構式為
二丙二醇正丁基醚，其結構式為
和二丙二醇正丙基醚，其結構式為
本發明的另一種典型的塗層纖維是用如下通式的甘油醚塗布的
式中，R1、R2和R3是氫或C1～C14烷基；所述的R1、R2和R3中的至少一個包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；x、y和z是整數0～10。
所優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例進一步舉例說明本發明。
實例1本實例說明，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))，其在化學性能上與已知潤溼劑聚乙二醇-月桂基醚相似(參見，例如，美國專利5399195，第8欄，11.10～12)，與本發明所設想的二丙二醇叔丁基醚相比較的相對挾帶空氣性能。比較樣品灰泥是使用2％(重量)空氣挾帶劑製備的(以水泥乾重為基礎計)。空氣挾帶劑由W.R.GraceCo-Conn(麻薩諸塞州·劍橋)出品，名稱為DARAVAIR1000。第二個灰泥樣品採用2％(重量)二縮三乙二醇單丁基醚(「butoxytriglycol」)製備。第三個灰泥樣品以含有也是2％(重量)的二丙二醇正丁基醚(「DPTB」)製備。將樣品混合9分鐘，按照ASTM C185(1994)測定空氣含量。結果總結於下表中，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
實例2本試驗測定各種塗層纖維的拔拉阻力。應用長度為2英寸、直徑為0.0255×0.0395英寸的聚丙烯纖維製備三種樣品。樣品1包含具有包含聚乙二醇單月桂酯(「PEG單月桂酯」)的塗層的聚丙烯纖維，所述酯的分子量約400～500。樣品2是採用另外的以「butoxytriglycol」塗布的相同數量的聚丙烯纖維製備的。樣品3是採用另外的以二丙二醇叔丁基醚(「DPTB」)塗布的相同批的纖維製備的。將2英寸的纖維浸漬在塗布材料中進行塗布，經空氣乾燥，然後，將塗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。使水泥在相對溼度100％下固化24小時。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荷(以磅計)。通過測定移動纖維所需要的平均峰值負荷，將該負荷除以纖維接觸水泥基體的平均表面面積，計算出拔拉阻力，或粘合強度(psi)。下表總結了所計算出的三種纖維樣品每一種的相對粘合強度。
表2
樣品1顯示的粘合強度為12.48psi(標準偏差0.53)。樣品2顯示相似的粘合強度，為13.02psi(標準偏差0.54)。然而，樣品3，其包含塗布材料二丙醇叔丁基醚(「DPTB」)，顯示較高的粘合強度15.32psi(標準偏差0.37)。
前述實例僅為舉例說明而提供，並不想以此象權利要求那樣限制本發明的範圍。
權利要求
1．一種改進混凝土性能的方法，包括將0.05～10％(重量)的具有選自二醇醚和甘油醚的塗布材料的纖維加到混凝土、灰泥或水泥混合物中，加入量以水泥的總乾重為基礎計；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構中。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環烷基；A包括C3～C4亞烷基；O是氧；n代表整數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中的至少一個包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；和x、y和z是整數0～10。
2．權利要求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．權利要求1的方法，其中所述纖維包括聚丙烯。
4．權利要求3的方法，其中所述纖維塗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．權利要求4的方法，其中所述纖維塗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中的至少一個包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；和x、y和z是整數0～10。
7．權利要求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．用於改善混凝土性能的塗布纖維，包含許多採用選自二醇醚和甘油醚的材料塗布的纖維；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環烷基；A包括C3～C4亞烷基；O是氧；n代表整數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中的至少一個包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；和x、y和z是整數0～10。
9．權利要求8的塗層纖維，其中所述纖維塗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．權利要求9的塗層纖維，其中所述纖維包括聚丙烯，和所述纖維塗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、細粒料、和採用選自二醇醚和甘油醚的材料塗布的纖維；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環烷基；A包括C3～C4亞烷基；O是氧；n代表整數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中的至少一個包括C1～C14烷基；A是C2～C4基；和x、y和z是整數0～10。
全文摘要
通過採用選自在氧化烯基中含有至少三個碳原子的某些二醇醚、和甘油醚的纖維塗布材料提高了混凝土和纖維的粘合。本發明涉及這類塗層纖維、應用該塗層纖維改性混凝土的方法,和含有塗層纖維的水泥組合物。
文檔編號D06M13/192GK1234013SQ97198993
公開日1999年11月3日 申請日期1997年8月15日 優先權日1996年8月22日
發明者N·S·貝爾克, K·J·福利爾德, A·V·克爾卡, B·S·吉爾伯特 申請人:格雷斯公司