[发明专利]低成本碳纤维增强混凝土及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种低成本碳纤维增强混凝土及其制备方法与应用。

背景技术

随着现代化水平的不断提高，人们对现代建筑提出了高层化、大跨度化等更高的要求，为了实现这些要求，水泥基复合材料的比强度需要进一步提高。复合化是水泥基材料实现高性能的重要途径，纤维增强是其核心。因此，国内外在纤维增强水泥复合材料的研究上有了重大的突破。

由于石棉纤维容易致癌、玻璃纤维在碱性环境中不能保持稳定及钢纤维易出现钢筋锈蚀问题，这些都限制其在水泥基复合材料中的大规模应用。相比之下，碳纤维是一种新兴的碳基纤维材料。碳纤维的优势在于它除了无石棉纤维的致癌结构，还无毒无害，而且，在水泥浆的强碱性环境中有很好的稳定性，这是玻璃纤维和钢纤维所不可比拟的。碳纤维不仅提高了水泥复合材料的抗折、抗拉强度，还增加了水泥材料的韧性，赋予传统的水泥材料以新的性能——轻质高强、耐冲击、耐干缩性等。基于此，碳纤维水泥基材料获得了越来越多的关注，但其重点集中于机敏性或智能性的研究，如压敏性、热敏性及电磁屏蔽性等，这些研究虽然赋予了碳纤维水泥基材料新的功能，但由于对碳纤维性能有较高的要求，且其应用局限于某一特定领域或重点工程，因此，并没有促进碳纤维的大规模应用。而对于低成本碳纤维的应用研究尚未展开，其是否也可以像高性能的普通碳纤维那样在水泥复合材料中使用并发挥作用，如使用还应该攻克哪些技术难关等等问题都需要解决，因此开展低成本碳纤维在水泥基材料中的高效应用及性能提升研究具有较强的工程意义。

发明内容

本发明提供了一种韧性高、成本低的碳纤维增强混凝土。

为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：一种低成本碳纤维增强混凝土，由以下六类组分组配而成：

水泥(A)：添加比例为410～510kg/m³；

分散剂(B)：占水泥用量的5％～15％(wt)；

聚羧酸(盐)减水剂(C)：占A和B总量的0.5％～2.0％(wt)；

水(D)：占水泥用量的30％～40％(wt)；

砂、石(E)：按每m³混凝土重2400kg计算，砂石总量为2400kg扣除A、B、D组分后的重量，其中砂在砂石总量中占30％～40％(wt，砂率)。

低成本碳纤维(F)：占混凝土的体积掺量为0.5％～2％。

在上述低成本碳纤维增强混凝土中，所述水泥(A)选用普通硅酸盐水泥(P·O或P·I)。

所述分散剂(B)是一种以硅质材料为主要成份组分，其SiO₂含量在35％～90％(wt)，具体可为硅灰、粉煤灰或矿渣等。

所述聚羧酸减水剂(C)为特殊调配的组分，由1％～10％(wt)消泡组分和90～99％(wt)母液复配并分散在水中而成；

所述母液可为烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸聚乙二醇酯或烷基聚醚等，所述消泡组分可为高碳醇、聚二甲基硅氧烷或聚醚改性硅等。

所述砂、石(E)选用普通河砂与石子。

本发明的第二个目的是提供一种制备上述低成本碳纤维增强混凝土的方法。

本发明所提供的制备方法，可包括以下步骤：

1)先将低成本碳纤维(F)与分散剂(B)充分混合，再加入到水泥(A)中混合均匀；

2)将砂、石(E)、步骤1)中得到的混合物依次加入搅拌机中进行干拌，再将聚羧酸减水剂(C)加到拌合用水(D)中混合均匀，再一起加入到搅拌机内进行搅拌，混匀后得到产品。

在上述制备方法中，所述步骤2)中的搅拌方法为：将砂、石(E)、步骤1)中得到的混合物加入后，开动搅拌机进行干混30秒，停止搅拌机，再将预混有聚羧酸减水剂的拌合水加入，继续搅拌180秒。

本发明提供了一种低成本碳纤维增强混凝土。该发明是将低成本碳纤维应用于混凝土中，发明重点是低成本碳纤维在水泥基材料中的分散优化和界面改性，使其在满足水泥基材料实际需求的前提下使各种性能得到提升。本发明充分利用碳纤维的高力学性能来提升混凝土的韧性，并降低碳纤维混凝土单方制备成本50％，具有品质优、制备工艺简单、成本低等优点，适合大面积推广和应用。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为用普通碳纤维配制的混凝土及与实施例1-3制备的低成本碳纤维增强混凝土的韧性测试结果

具体实施方式

本发明提供了一种低成本碳纤维增强混凝土，由以下六类组分组配而成：