[发明专利]改性竹纤维/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种改性竹纤维/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法。

背景技术

高铁高架桥和大跨度桥梁的桥面，以及各类型隧道拱墙等建筑结构和部位，其应力环境复杂苛刻。传统混凝土脆性高、抗弯强度较低的缺点，导致混凝土在使用中易产生裂缝甚至断裂，从而严重影响这些建筑的整体安全和使用寿命。因此，在这些建筑中必须采用抗弯强度尽可能高的高韧性混凝土材料。

为提高混凝土的韧性，钢筋被较早采用并大量使用至今；在其之后，力学性能和增韧效果更好的各类纤维材料，如碳纤维、玻璃纤维、福塔纤维、钢丝/钢丝网纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、杜拉纤维等先后被采用，并已开发出相应的混凝土产品。我国拥有大量的竹林资源，与碳纤维、钢纤维、玻璃纤维、福塔纤维、钢丝/钢丝网纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、杜拉纤维等比较，竹纤维来源广泛、成本较低、易于加工且环境友好。同时，作为天然高分子材料之一的竹纤维，其分子链中含有大量的羟基活性基团，具有很强的亲水性，可以与混凝土成型过程中的水化产物，如氢氧化钙、硅酸钙凝胶、钙矾石等相互通过氢键等分子间作用力进行连接，有利于增强混凝土的微观应力应变性能。本发明首次采用“改性竹纤维/聚合物互穿网络复合增韧体系”对混凝土进行增韧，将竹纤维先后经偶联剂和马来酸酐接枝三元共聚物改性后，其力学性能更加优良，且耐老化和耐水解性能得到显著改善，成为一种理想的混凝土增韧纤维材料。

环氧树脂具有优良的机械性能、粘接性能、耐水和耐老化性能，环氧树脂乳液固化后其力学强度更高。聚氨酯的负载支撑容量大，比橡胶有更高的承载能力；在相同硬度下，聚氨酯弹性体的拉伸强度、撕裂强度优于橡胶，具有高弹性、高伸长率、滞后时间长、阻尼性能好等特点，而且聚氨酯弹性体具有优良的耐疲劳性、抗冲击性及抗震动性，且聚氨酯乳液固化后其柔韧性更好。本发明“复合增韧体系”中采用环氧树脂乳液和聚氨酯乳液这两种不同的增韧乳液，利用环氧树脂乳液和聚氨酯乳液在混凝土交联固化的过程中，能够形成微观互穿网络的结构，从而使混凝土材料表现出良好的韧性、强度、抗疲劳性及各向同性，更好地发挥两种材料协同增韧的效果，给混凝土的性能带来极大的改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性竹纤维/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法，通过将竹纤维改性，使其力学性能更加优良，且耐老化和耐水解性能得到显著改善；同时利用环氧树脂乳液固化后优良的力学强度、机械性能、耐水和耐老化性能，及聚氨酯乳液固化后优良的柔韧性、耐疲劳性、抗冲击性和抗震动性，形成一种“改性竹纤维/聚合物互穿网络复合增韧体系”，从而制备出一种抗弯强度高，耐压性能好，柔韧性高的混凝土材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性竹纤维/聚合物复合高韧性混凝土，是由水、含改性竹纤维的环氧树脂增韧乳液、聚氨酯增韧乳液、水泥、粉煤灰、矿渣粉、细集料、碎石和减水剂组成，其各组分的配比如下：

水                              140-170 kg/m³；

含改性竹纤维的环氧树脂增韧乳液  25-30 kg/m³；

聚氨酯增韧乳液                  20-25 kg/m³；

水泥                            390-420 kg/m³；

粉煤灰                          35-55kg/m³；

矿渣粉                          25-35 kg/m³；

细集料                          600-750 kg/m³；

碎石                            1000-1100 kg/m³；

减水剂                          3-6.5 kg/m³；

所述环氧树脂增韧乳液中含改性竹纤维的质量百分数为5-12.5%；

所述改性竹纤维的改性方法包括如下步骤（步骤中所用份数均以重量份计）：