[发明专利]一种玄武岩纤维增强水泥基材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泥基材料，具体涉及一种玄武岩纤维增强水泥基材料及 其制备方法。

背景技术

水泥基材料具有强度高、耐久性好、成本低等一系列优点，但是，水 泥基材料自身存在着收缩变形大，脆性大易开裂等不可忽视的缺点，尤其 是掺入化学外加剂开发出的新型高性能水泥基材料，虽然强度得以提高但 同时出现韧性差、裂缝、干缩与脆性大等问题。前，通过添加纤维改善水 泥基材料性能研究较多，添加玄武岩纤维是常用方法之一。玄武岩纤维是 用天然的玄武岩矿石通过高温熔融、拉丝而成的一种纯天然的无机非金属 材料，其具有抗拉强度高、弹性模量大等优点。玄武岩的加入，在水泥基 材料基体内部中会行成一种均匀的三维乱向分布的网络体系，可以防止基 体收缩裂缝的产生和扩展，提高材料的综合性能。

现有技术中，专利CN103771795A公开了一种玄武岩纤维增强抗裂饰 面砂浆，该砂浆水泥、石英砂和玄武岩短切纤维按照一定比例混合而成， 具有抗裂、耐候、耐紫外线好、色泽均匀持久等优点。专利CN103435305 A公开了一种玄武岩纤维混凝土及其制备方法，由水泥、砂、石子、活性 掺合料、玄武岩短纤维、其他短纤维、水、CTF增效剂和减水剂按照一定 比例混合而成，有效提高混凝土的韧性、防裂性能、抗冻性和抗冲击性。 但是，随着玄武岩纤维或其他纤维的添入，严重改变了水泥基材料的堆积 结构原理，一定程度上增加了水泥基材料的孔隙率，同时纤维与水泥胶结 物质会存在一个界面层，所述界面层中二者的界面粘结强度通常较低，故 玄武岩纤维的加入在基本力学性能的增强效果上并不明显，甚至导致强度 的降低，集中的体现就是加入玄武岩纤维的水泥基材料脆性大，抗折强度 较低。

为了克服上述不足，亟需添加其他物质改善材料的结构性能，促进材 料的密实度、增加玄武岩纤维与水泥胶结物质界面粘结强度，从而改善材 料的脆性大的性能，提高其抗压、抗折强度。

发明内容

本发明的目的是开发一种具有较高的密实度、韧性好，抗压抗折强度 高的玄武岩纤维增强水泥基材料及其制备方法。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种玄武岩纤维增强水泥基材料， 其原料包括如下组分：水泥400～800kg/m³，硅灰50～120kg/m³，正硅酸乙 酯3～12kg/m³，细骨料800～1600kg/m³，高效聚羧酸减水剂10～40kg/m³， 缓凝剂0.01～0.05kg/m³，玄武岩纤维2.5％～7.0％(体积比)。由于玄武岩纤 维的加入，水泥基材料的孔隙率增大，尤其是玄武岩纤维与水泥基胶凝材 料的结合处附近会存在较多的空隙，直接导致材料脆。本发明采用硅灰和 正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅颗粒协同作用，充分发挥二者的微填充效 应；玄武岩纤维增强水泥基材料中填充于水泥浆体中的硅灰使水泥浆体匀 质性提高，促进玄武岩纤维在基体中的均匀分散，加强了玄武岩纤维与基 体间的粘结，基体内的大毛细孔会减少，但是超细空隙增加，本发明中用 正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅颗粒填充这些超细空隙，综合硅灰的填充 效应改善了水泥基体的孔结构，使水泥基体更加的密实，提高抗压强度。 实验表明，加入正硅酸乙酯后，水泥硬化浆体内部孔洞变少，且钙矾石与 玄武岩纤维相互搭接互为连生、交叉形成构成密集良好体。发明人通过大 量实验发现，尤其是先让正硅酸乙酯的水解溶液与玄武岩纤维表面接触的 情况下正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅颗粒具有极佳的界面填充效果。同 时，正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅颗粒分散在水泥中，为水泥水化体系 起到晶核的作用，形成以纳米二氧化硅颗粒为核心的团块胶凝物，改善了 水化产物分布均匀性，界面过渡层合理分布，故加入正硅酸乙酯的玄武岩 纤维增强水泥基材料结构更加致密。其次，玄武岩纤维表面呈化学惰性， 与水泥胶凝材料的界面结合性能较差，而正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅 颗粒具有较多的活性羟基，其沉积玄武岩纤维表面，这些活性基团易于水 泥胶凝材料发生化学反应，通过化学键的形式牢固的结合在一起，使得玄 武岩纤维与水泥胶凝材料基体之间的结合力大大增强，提高界面间作用力， 进而提高界面层的界面粘结强度，增加玄武岩纤维增强水泥基材料的韧性， 抗折强度显著增加。再次，由于玄武岩纤维在碱性环境下易腐蚀，而水泥 基材料，pH一般在12以上，此条件下，玄武岩纤维中网络形成体元素渗 出，并且开始逐层腐蚀；正硅酸乙酯水解的纳米二氧化硅颗粒附着在玄武 岩纤维表面，可以避免玄武岩纤维的碱性腐蚀，提高玄武岩纤维的耐碱腐 蚀性能或延长其在碱性环境下的使用寿命。